在如今這個(gè)數(shù)字時(shí)代，寬帶已經(jīng)成為我們每個(gè)人、每個(gè)家庭的生活必需品。如果沒(méi)有它，我們會(huì)坐立難安、心緒不寧。
那么，你知道寬帶背后的技術(shù)原理嗎？從最早期的 56k“貓”撥號(hào)，到現(xiàn)在的千兆城市、千兆家庭，我們的寬帶技術(shù)到底經(jīng)歷了怎樣的變革？
今天這篇文章，我們就來(lái)詳細(xì)了解一下 ——“寬帶的故事”。
█ xDSL 和 ISDN
下面這個(gè)界面，你見(jiàn)過(guò)嗎？
我相信很多 70 后 80 后的小伙伴，肯定見(jiàn)過(guò)，并且非常熟悉。
沒(méi)錯(cuò)，這就是當(dāng)年我們最初接觸互聯(lián)網(wǎng)時(shí)，進(jìn)行“撥號(hào)上網(wǎng)”的界面。
那還是 20 多年前，小棗君還在上大學(xué)的時(shí)候。為了上網(wǎng)，我需要買(mǎi)一塊調(diào)制解調(diào)器卡（Modem，俗稱(chēng)“貓”），插在電腦上。然后把宿舍僅有的一根電話(huà)線(xiàn)，插在“貓”上，設(shè)置完畢，才能開(kāi)始撥號(hào)。
一陣“撕心裂肺”的咯咯吱吱聲之后，顯示撥號(hào)已成功，那就是連上了互聯(lián)網(wǎng)。
撥號(hào)上網(wǎng)的網(wǎng)速有多少呢？5KB/s……（號(hào)稱(chēng)是 56K 撥號(hào)，實(shí)際速率是 45Kbps。真正使用時(shí)，經(jīng)常是 1~2KB / s……）
是的，你沒(méi)看錯(cuò)，就是這么慢。當(dāng)初我們整個(gè)宿舍就靠這“涓涓細(xì)流”，連到學(xué)校系統(tǒng)上選課。當(dāng)時(shí)的心情，請(qǐng)大家自行體會(huì)...
采用這種原始方式，一旦你撥號(hào)上網(wǎng)，電話(huà)就無(wú)法打通，處于“占線(xiàn)”狀態(tài)。
而且，撥號(hào)上網(wǎng)的費(fèi)用還特別貴，和打電話(huà)一樣，按照分鐘計(jì)費(fèi)（大約 3 毛一分鐘）。速度本來(lái)就慢，眼看著錢(qián)嘩嘩流走，能把你急死。
如果你覺(jué)得宿舍的網(wǎng)速慢，那么，也可以選擇去網(wǎng)吧。
最早的網(wǎng)吧，也是撥號(hào)上網(wǎng)。后來(lái)，部分網(wǎng)吧開(kāi)始升級(jí)。在這些網(wǎng)吧的門(mén)口，往往會(huì)寫(xiě)幾個(gè)大字 ——“ISDN 專(zhuān)線(xiàn)，高速?zèng)_浪”。
ISDN，就是 Integrated Services Digital Network（綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)）。它仍然是基于已有的電話(huà)網(wǎng)絡(luò)（PSTN，公共交換電話(huà)網(wǎng)）發(fā)展起來(lái)的技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和視頻等多種信號(hào)在同一條線(xiàn)路上進(jìn)行傳輸。
ISDN 的成本比較高，網(wǎng)速也沒(méi)快多少。當(dāng)時(shí)中國(guó)電信提供的是窄帶 ISDN 標(biāo)準(zhǔn)，速率只有 128Kbps，比撥號(hào)快 2 倍多一點(diǎn)。
幾年后，情況終于發(fā)生了變化。電信師傅帶了一個(gè)設(shè)備上門(mén)，說(shuō)只要用了這個(gè)設(shè)備，網(wǎng)速就能“飛升”。
打聽(tīng)了一下才知道，這個(gè)設(shè)備，叫 ADSL 貓（Modem）。電話(huà)線(xiàn)插在 ADSL 貓上，然后用網(wǎng)線(xiàn)連接 ADSL 貓和電腦，就可以撥號(hào)上網(wǎng)。
采用 ADSL 之后，網(wǎng)絡(luò)速率確實(shí)得到了明顯提升，從 56Kbps 一下子變成了 1Mbps。到后面，又變成了 2Mbps。
這個(gè)速率提升，帶來(lái)了巨大的體驗(yàn)改善 —— 訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)頁(yè)什么的，都很流暢。聊天發(fā) QQ，就更快了。下載軟件、電影和電視劇，也變得可行（以前 56K 根本不敢想）。
作為通信工程專(zhuān)業(yè)大學(xué)生，小棗君當(dāng)時(shí)并不知道，ADSL 的全名叫 Asymmetric Digital Subscriber Line（非對(duì)稱(chēng)數(shù)字用戶(hù)線(xiàn)路），屬于 DSL 技術(shù)的一種。DSL 技術(shù)，是美國(guó)貝爾通信研究所于 1989 年發(fā)明的。
ADSL 技術(shù)剛剛出現(xiàn)的時(shí)候，我很好奇：同樣是一根電話(huà)線(xiàn)，又不是網(wǎng)線(xiàn)雙絞線(xiàn)，怎么速度突然就上來(lái)了呢？
原來(lái)，早期（56K）的時(shí)候，我們只占用了銅線(xiàn)的低頻部分（4KHz 以下的部分），并沒(méi)有完全發(fā)揮它的全部潛力。
而 ADSL 技術(shù)，采用頻分復(fù)用的方式，把普通電話(huà)線(xiàn)分為電話(huà)、上行和下行三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的通道，既避免了干擾，又提升了速率。
注：具體來(lái)說(shuō)，ADSL 采用 DMT（離散多音頻）技術(shù)，將原來(lái)電話(huà)線(xiàn)路 4KHz 到 1.1MHz 頻段劃分成 256 個(gè)頻寬為 4.3125KHz 的子頻帶。其中，4KHz 以下頻段仍用于傳送 POTS（傳統(tǒng)電話(huà)業(yè)務(wù)），20KHz 到 138KHz 的頻段用來(lái)傳送上行信號(hào)，138KHz 到 1.1MHZ 的頻段用來(lái)傳送下行信號(hào)。
相比原始方式，ADSL 不僅速率大幅提升，價(jià)格也大幅下降。上網(wǎng)時(shí)，不再需要“爭(zhēng)分奪秒”。而且，上網(wǎng)和打電話(huà)也不再?zèng)_突了，可以同時(shí)進(jìn)行。
后來(lái)，在 ADSL 基礎(chǔ)上，又升級(jí)出了 ADSL2、ADSL2+，速率也一度能達(dá)到 20Mbps。
再后來(lái)，又有了 VDSL、VDSL2 等一系列技術(shù)。這些技術(shù)，通常被統(tǒng)稱(chēng)為 xDSL 技術(shù)。
直到現(xiàn)在，國(guó)外有些地方仍然在使用 xDSL 技術(shù)?；?VDSL2 演進(jìn)出來(lái)的 G.Fast，最高理論速度竟然可以達(dá)到 1Gbps。
前面我們說(shuō)到，國(guó)內(nèi)有的網(wǎng)吧使用了 ISDN 技術(shù)。其實(shí)，這個(gè) ISDN 技術(shù)的生命周期也比較短，還沒(méi)怎么搞，ADSL 技術(shù)就發(fā)展起來(lái)了。
當(dāng)時(shí)，有的網(wǎng)吧升級(jí)了 ADSL，也有的換了別的專(zhuān)線(xiàn)，例如 DDN（Digital Data Network，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)）什么的，那是后話(huà)。
除了 ADSL 之外，我們身邊還出現(xiàn)了廣電寬帶（有線(xiàn)通）等上網(wǎng)方式。
廣電寬帶，我相信用過(guò)的人都印象深刻
。其實(shí)就是通過(guò)有線(xiàn)電視（CATV）的同軸電纜，提供寬帶接入的一種方式。
█ EPON 和 GPON
ADSL 帶來(lái)了網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)的明顯改善。當(dāng)我們沉浸在這個(gè)改善之中時(shí)，有一種新的、更牛掰的技術(shù)，來(lái)到了我們的面前。
這個(gè)技術(shù)，當(dāng)然就是光纖寬帶。
ADSL、ISDN，都是基于金屬線(xiàn)纜，銅介質(zhì)。
上世紀(jì) 60 年代，英籍華裔科學(xué)家高錕發(fā)表了一篇論文，提出光纖（光導(dǎo)纖維）用于數(shù)據(jù)通信的理論依據(jù)。不久后，美國(guó)康寧公司真的拉出了世界上第一根衰耗滿(mǎn)足要求的光纖，從此將這個(gè)神奇的發(fā)明推到了世人面前。
70-80 年代，光纖技術(shù)發(fā)展很快。通信廠(chǎng)商們除了將光纖用于骨干網(wǎng)絡(luò)之外，也開(kāi)始研究，將光纖用于接入網(wǎng)絡(luò)，取代銅纜。
于是，就有了光纖接入網(wǎng)的構(gòu)想。
光纖接入網(wǎng)是一個(gè)典型的 P2MP（點(diǎn)到多點(diǎn)）架構(gòu)。其實(shí)說(shuō)白了，就是樹(shù)型結(jié)構(gòu)，不斷分光，實(shí)現(xiàn)面向大量用戶(hù)的光連接。
早期的光通信技術(shù)比較弱（PDH / SDH 階段），光纖傳輸信號(hào)衰減大。所以，搞的都是有源光網(wǎng)絡(luò)（Active Optical Network，AON），需要引入外部能源（電源）對(duì)光進(jìn)行加強(qiáng)（中繼），設(shè)備更復(fù)雜，成本更高。
后來(lái)，技術(shù)逐漸成熟了一些，光可以傳得更遠(yuǎn)了，開(kāi)始有了無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（Passive Optical Network，PON）。
無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)，分為 OLT、ODN、ONT / ONU。OLT（光線(xiàn)路終端）是局側(cè)設(shè)備，ONT / ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元 / 終端）是用戶(hù)側(cè)設(shè)備（例如光貓）。
ODN 是光分配網(wǎng)（Optical Distribution Network），可以理解為 PON 的軀干。PON 的無(wú)源，主要是指的這個(gè)部分無(wú)源，會(huì)大幅降低建設(shè)和維護(hù)成本。
PON 的早期階段（80 年代末），廠(chǎng)商們推出的基本是窄帶 PON 技術(shù)。這種技術(shù)速率很低，不超過(guò) 2Mbps。而且，因?yàn)閺S(chǎng)商們各自為戰(zhàn)，所以一直沒(méi)有形成統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。
1995 年，包括 BELLSOUTH、BT、France Telecom 在內(nèi)的 7 家網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商共同發(fā)起成立了全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)聯(lián)盟（FSAN），希望能提出一種統(tǒng)一的光接入網(wǎng)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)。
不久之后，1997 年，根據(jù) FSAN 的建議，ITU-T（國(guó)際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)分局）推出了 APON 技術(shù)體系，也就是 G.983.1 標(biāo)準(zhǔn)。
APON，就是 ATM PON。ATM 可不是自動(dòng)取款機(jī)，它是異步傳輸模式（Asynchronous Transfer Mode）的縮寫(xiě)。ATM 的本質(zhì)，就是一種傳輸協(xié)議。老一輩通信人肯定對(duì) ATM 很熟悉，它曾經(jīng)是 IP 協(xié)議的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，一度非常流行。
到了 2001 年，F(xiàn)SAN 和 ITU-T 對(duì) APON 規(guī)范進(jìn)行了升級(jí)修訂，順便改了個(gè)名，叫做 BPON（Broadband PON，寬帶無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)）。之所以改名，主要是他們不希望 APON 被人誤解為只能提供 ATM 業(yè)務(wù)。
為了進(jìn)一步提升 PON 的速率標(biāo)準(zhǔn)，2002 年，F(xiàn)SAN 啟動(dòng)了一項(xiàng)新的工作，對(duì) 1Gbps 以上的 PON 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。
2003 年 3 月，在 FSAN 的建議基礎(chǔ)上，ITU-T 頒布 G.984 標(biāo)準(zhǔn)，也就是 GPON（Gigabit-capable PON，千兆比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)）。
就在 FSAN 和 ITU-T 干得熱火朝天的同時(shí)，另一家標(biāo)準(zhǔn)化組織也沒(méi)閑著，也開(kāi)始搗鼓 PON 技術(shù)。它就是同樣大名鼎鼎的 IEEE（電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）。
IEEE 是以太網(wǎng)（Ethernet）標(biāo)準(zhǔn)的制定者和大靠山。
IEEE 在 1998 年發(fā)布了吉比特（Gigabit）以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)之后，就尋思著搞一個(gè)基于以太網(wǎng)的 PON 標(biāo)準(zhǔn)。
2000 年，IEEE 成立了 EFM 工作組，正式啟動(dòng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作。EFM 工作組的全名很有趣，叫做第一英里以太網(wǎng)工作組（Ethernet for the First Mile），歸屬于制定以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的 IEEE 802.3 組。
2004 年 4 月，EFM 工作組大功告成，正式推出了 IEEE 802.3ah 標(biāo)準(zhǔn)，也就是 EPON（Ethernet PON，基于 Ethernet 以太網(wǎng)的 PON）。
后來(lái)，隨著時(shí)間推移，ATM 在與 IP 的競(jìng)爭(zhēng)中逐漸失勢(shì)沒(méi)落。APON（BPON）也因?yàn)槌杀?、效率等原因被運(yùn)營(yíng)商們拋棄，退出了歷史舞臺(tái)。所以，APON（BPON）我就不多介紹了，大家也不需要了解太多。
反正大家記住，當(dāng)時(shí)的行業(yè)主流，就是 EPON 和 GPON。它們是不同標(biāo)準(zhǔn)組織推出的不同技術(shù)體系。兩者之間并沒(méi)有升級(jí)演進(jìn)或替代的關(guān)系，可以算是平行發(fā)展。
兩者具體的技術(shù)區(qū)別，網(wǎng)上資料很多，大家可以另行研究。總之，EPON 和 GPON 各有優(yōu)劣。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，GPON 帶寬更大，帶的用戶(hù)更多，效率更高，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)也更復(fù)雜，所以成本也更高。
從國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)份額來(lái)看，EPON 當(dāng)時(shí)在中國(guó)電信被普遍采用，而 GPON 更受中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)移動(dòng)的歡迎。在海外，除了日本以及少部分國(guó)家使用 EPON 之外，大部分國(guó)家和地區(qū)都是用的 GPON。
大家如果有印象的話(huà)，大約 2010 年左右，電信師傅開(kāi)始上門(mén)更換設(shè)備，不再使用電話(huà)線(xiàn)上網(wǎng)了。取而代之的，是接進(jìn)弱電箱的一根網(wǎng)線(xiàn)。
網(wǎng)線(xiàn)的內(nèi)芯往往會(huì)被分開(kāi)。8 根線(xiàn)芯，其中 2 根接 RJ11 口，連接電話(huà)；另外 6 根，接到電腦上，上網(wǎng)。
那時(shí)候，Wi-Fi 無(wú)線(xiàn)路由器也逐漸開(kāi)始出現(xiàn)，網(wǎng)線(xiàn)可以接到無(wú)線(xiàn)路由器上，讓更多的臺(tái)式電腦、筆記本電腦上網(wǎng)。
2008 年左右出現(xiàn)智能機(jī)后，手機(jī)也可以通過(guò) Wi-Fi 上網(wǎng)。我們的互聯(lián)網(wǎng)接入能力有了又一次飛躍。配合那時(shí)候開(kāi)始出現(xiàn)的 3G / 4G，繁榮的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，正式開(kāi)啟了。
剛才說(shuō)的接進(jìn)弱電箱的網(wǎng)線(xiàn)，其實(shí)基本上屬于 FTTB（光纖到大樓）或 FTTC（光纖到路邊）技術(shù)。以 FTTB 為例，來(lái)自運(yùn)營(yíng)商的光纖接到大樓弱電機(jī)房的 ONU，然后轉(zhuǎn)換成 LAN，接到用戶(hù)家中。
那一時(shí)期，還有一個(gè)時(shí)代特點(diǎn)：
2008 年國(guó)內(nèi)電信運(yùn)營(yíng)商第三輪重組結(jié)束后，中國(guó)移動(dòng)收了中國(guó)鐵通，也開(kāi)始以鐵通的底子為基礎(chǔ)，大力進(jìn)軍家庭寬帶市場(chǎng)。后來(lái)，聯(lián)通也加入了戰(zhàn)局。這直接導(dǎo)致后來(lái)家庭寬帶激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，寬帶費(fèi)用開(kāi)始大幅下降。
沒(méi)過(guò)幾年，F(xiàn)TTB 開(kāi)始變成了 FTTH。入戶(hù)的不再是網(wǎng)線(xiàn)，而是光纖。
我們有了光貓，光纖插在光貓（ONT）上，網(wǎng)絡(luò)獨(dú)享，速度變得更快，而且更穩(wěn)定。
█ 10G PON 和 10G EPON
EPON 和 GPON，都是 1Gbps 這個(gè)級(jí)別的 PON。注意，這個(gè) 1Gbps，并不是用戶(hù)側(cè)的速率。EPON 和 GPON 只能給用戶(hù)提供 100Mbps 的速率。
很顯然，隨著時(shí)代的發(fā)展，這個(gè)速率無(wú)法滿(mǎn)足家庭和企業(yè)用戶(hù)的需求。于是，PON 開(kāi)始向 10Gbps 級(jí)別的演進(jìn)。
2006 年，IEEE 開(kāi)始立項(xiàng)制定 10Gbit / s 速率的 EPON 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，也就是后來(lái)的 IEEE 802.3av，10G-EPON。
在該標(biāo)準(zhǔn)中，10G EPON 分為 2 個(gè)類(lèi)型：一是非對(duì)稱(chēng)方式，即下行速率為 10Gbps，上行速率為 1Gbps；另一個(gè)是對(duì)稱(chēng)方式，即上下行速率均為 10Gbps。
ITU-T 的 GPON 那邊呢，也在演進(jìn)。
2008 年，ITU 啟動(dòng)了下一代 GPON 標(biāo)準(zhǔn)的研究。2010 年，XG-PON 標(biāo)準(zhǔn)誕生，也就是 ITU-T G.987 系列。
最開(kāi)始的時(shí)候，XG-PON 也有兩種方式，一種是非對(duì)稱(chēng)方式 XG-PON1，下行速率為 10Gbps，上行速率為 2.5Gbps；另一種是對(duì)稱(chēng)方式 XG-PON2，上下行速率均為 10Gbps。
后來(lái)，2013 年左右，因?yàn)?XG-PON2 這個(gè)對(duì)稱(chēng)方案難以實(shí)現(xiàn)，所以被建議取消。XG-PON1 直接改名成為 XG-PON。
再后來(lái)，2015 年，對(duì)稱(chēng)方案又重啟，采用了新名字，叫做 XGS-PON（S 代表 symmetric，對(duì)稱(chēng)）。
2017 年，ITU 正式通過(guò)了 G.9807 XGS-PON 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
現(xiàn)在，業(yè)界會(huì)把 XG-PON 和 XGS-PON 統(tǒng)稱(chēng)為 XG (S)-PON。
XG (S)-PON 和 10G-EPON，都是 10Gbps 級(jí)別。在用戶(hù)側(cè)，實(shí)現(xiàn)的速率是 1Gbps，也就是千兆。國(guó)內(nèi)很多地方這些年拼命宣傳的千兆城市、千兆家庭，主要是基于這兩個(gè)技術(shù)。
大家應(yīng)該也注意到了，從 2018 年開(kāi)始，我們家里的寬帶，逐漸從 100M 到 200M、500M、1000M。電信師傅三天兩頭聯(lián)系你，上門(mén)“免費(fèi)”換設(shè)備。運(yùn)營(yíng)商也經(jīng)常搞活動(dòng)，辦理各種 199 元、299 元的套餐，升級(jí)家里的寬帶。
但實(shí)際上，大部分用戶(hù)可能會(huì)感覺(jué)到，從 100M 開(kāi)始，升級(jí)所謂的寬帶網(wǎng)絡(luò)套餐，其實(shí)并沒(méi)有什么體驗(yàn)上的差異。
這其實(shí)并不奇怪，100-200M 的帶寬，對(duì)于我們玩游戲、追劇、看高清視頻，真的已經(jīng)夠用了。除非家庭成員較多，或者是發(fā)燒友，否則，對(duì)高網(wǎng)速并沒(méi)有剛性需求。
相比之下，Wi-Fi 的質(zhì)量體驗(yàn)，反而是一個(gè)瓶頸。經(jīng)常出現(xiàn)家里 100M 寬帶的情況下，手機(jī)仍然“轉(zhuǎn)圈圈”的現(xiàn)象。
基于這一點(diǎn)，運(yùn)營(yíng)商提出的解決方案，是“全屋千兆”，也就是 FTTR，光纖入房間。把光纖拉到每一個(gè)房間，然后通過(guò) Wi-Fi，實(shí)現(xiàn)體驗(yàn)改善。
小棗君個(gè)人認(rèn)為，對(duì)于大戶(hù)型和高端用戶(hù)，F(xiàn)TTR 確實(shí)是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。但是，對(duì)于大部分家庭來(lái)說(shuō)，F(xiàn)TTR 似乎有一點(diǎn)“超前”。
FTTR 也分為 FTTR-H 和 FTTR-B。前者面向家庭，后者面向企業(yè)（商場(chǎng)、園區(qū)、醫(yī)院、學(xué)校等）場(chǎng)景。從這個(gè)角度來(lái)看的話(huà)，市場(chǎng)倒是非常廣闊的。
好啦，寫(xiě)到這里，基本上就是我們目前的寬帶現(xiàn)狀了。
那么，我們的寬帶技術(shù)是不是已經(jīng)到頂了？接下來(lái)，我們還會(huì)有更厲害的技術(shù)嗎？
請(qǐng)看下期 ——50G PON 的隆重登場(chǎng)！
本文來(lái)自微信公眾號(hào)：鮮棗課堂 （ID：xzclasscom），作者：小棗君
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