2980
在如今這個數(shù)字時代，寬帶已經(jīng)成為我們每個人、每個家庭的生活必需品。如果沒有它，我們會坐立難安、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，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，我們就來詳細了解一下——“寬帶的故事”。
█ xDSL和ISDN
下面這個界面，你見過嗎？
我相信很多70后80后的小伙伴，肯定見過，并且非常熟悉。
沒錯，這就是當年我們最初接觸互聯(lián)網(wǎng)時，進行“撥號上網(wǎng)”的界面。
那還是20多年前，小棗君還在上大學(xué)的時候。為了上網(wǎng)，我需要買一塊調(diào)制解調(diào)器卡（Modem，俗稱“貓”），插在電腦上。然后把宿舍僅有的一根電話線，插在“貓”上，設(shè)置完畢，才能開始撥號。
一陣“撕心裂肺”的咯咯吱吱聲之后，顯示撥號已成功，那就是連上了互聯(lián)網(wǎng)。
撥號上網(wǎng)的網(wǎng)速有多少呢？5KB/s……（號稱是56K撥號，實際速率是45Kbps。真正使用時，經(jīng)常是1~2KB/s……）
是的，你沒看錯，就是這么慢。當初我們整個宿舍就靠這“涓涓細流”，連到學(xué)校系統(tǒng)上選課。當時的心情，請大家自行體會...
采用這種原始方式，一旦你撥號上網(wǎng)，電話就無法打通，處于“占線”狀態(tài)。
而且，撥號上網(wǎng)的費用還特別貴，和打電話一樣，按照分鐘計費（大約3毛一分鐘）。速度本來就慢，眼看著錢嘩嘩流走，能把你急死。
如果你覺得宿舍的網(wǎng)速慢，那么，也可以選擇去網(wǎng)吧。
最早的網(wǎng)吧，也是撥號上網(wǎng)。后來，部分網(wǎng)吧開始升級。在這些網(wǎng)吧的門口，往往會寫幾個大字——“ISDN專線，高速沖浪”。
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網(wǎng)絡(luò)（PSTN，公共交換電話網(wǎng)）發(fā)展起來的技術(shù)，可以實現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)和視頻等多種信號在同一條線路上進行傳輸。
ISDN的成本比較高，網(wǎng)速也沒快多少。當時中國電信提供的是窄帶ISDN標準，速率只有128Kbps，比撥號快2倍多一點。
幾年后，情況終于發(fā)生了變化。電信師傅帶了一個設(shè)備上門，說只要用了這個設(shè)備，網(wǎng)速就能“飛升”。
打聽了一下才知道，這個設(shè)備，叫ADSL貓（Modem）。電話線插在ADSL貓上，然后用網(wǎng)線連接ADSL貓和電腦，就可以撥號上網(wǎng)。
采用ADSL之后，網(wǎng)絡(luò)速率確實得到了明顯提升，從56Kbps一下子變成了1Mbps。到后面，又變成了2Mbps。
這個速率提升，帶來了巨大的體驗改善——訪問網(wǎng)頁什么的，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）。
作為通信工程專業(yè)大學(xué)生，小棗君當時并不知道，ADSL的全名叫Asymmetric Digital Subscriber Line（非對稱數(shù)字用戶線路），屬于DSL技術(shù)的一種。DSL技術(shù)，是美國貝爾通信研究所于1989年發(fā)明的。
ADSL技術(shù)剛剛出現(xiàn)的時候，我很好奇：同樣是一根電話線，又不是網(wǎng)線雙絞線，怎么速度突然就上來了呢？
原來，早期（56K）的時候，我們只占用了銅線的低頻部分（4KHz以下的部分），并沒有完全發(fā)揮它的全部潛力。
而ADSL技術(shù)，采用頻分復(fù)用的方式，把普通電話線分為電話、上行和下行三個相對獨立的通道，既避免了干擾，又提升了速率。
注：具體來說，ADSL采用DMT（離散多音頻）技術(shù)，將原來電話線路4KHz到1.1MHz頻段劃分成256個頻寬為4.3125KHz的子頻帶。其中，4KHz以下頻段仍用于傳送POTS（傳統(tǒng)電話業(yè)務(wù)），20KHz到138KHz的頻段用來傳送上行信號，138KHz到1.1MHZ的頻段用來傳送下行信號。
相比原始方式，ADSL不僅速率大幅提升，價格也大幅下降。上網(wǎng)時，不再需要“爭分奪秒”。而且，上網(wǎng)和打電話也不再沖突了，可以同時進行。
后來，在ADSL基礎(chǔ)上，又升級出了ADSL2、ADSL2+，速率也一度能達到20Mbps。
再后來，又有了VDSL、VDSL2等一系列技術(shù)。這些技術(shù)，通常被統(tǒng)稱為xDSL技術(shù)。
直到現(xiàn)在，國外有些地方仍然在使用xDSL技術(shù)。基于VDSL2演進出來的G.Fast，最高理論速度竟然可以達到1Gbps。
前面我們說到，國內(nèi)有的網(wǎng)吧使用了ISDN技術(shù)。其實，這個ISDN技術(shù)的生命周期也比較短，還沒怎么搞，ADSL技術(shù)就發(fā)展起來了。
當時，有的網(wǎng)吧升級了ADSL，也有的換了別的專線，例如DDN（Digital Data Network，數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)）什么的，那是后話。
除了ADSL之外，我們身邊還出現(xiàn)了廣電寬帶（有線通）等上網(wǎng)方式。
廣電寬帶，我相信用過的人都印象深刻。
其實就是通過有線電視（CATV）的同軸電纜，提供寬帶接入的一種方式。
█ EPON和GPON
ADSL帶來了網(wǎng)絡(luò)體驗的明顯改善。當我們沉浸在這個改善之中時，有一種新的、更牛掰的技術(shù)，來到了我們的面前。
這個技術(shù)，當然就是光纖寬帶。
ADSL、ISDN，都是基于金屬線纜，銅介質(zhì)。
上世紀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，美國康寧公司真的拉出了世界上第一根衰耗滿足要求的光纖，從此將這個神奇的發(fā)明推到了世人面前。
70-80年代，光纖技術(shù)發(fā)展很快。通信廠商們除了將光纖用于骨干網(wǎng)絡(luò)之外，也開始研究，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)是一個典型的P2MP（點到多點）架構(gòu)。其實說白了，就是樹型結(jié)構(gòu)，不斷分光，實現(xiàn)面向大量用戶的光連接。
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）對光進行加強（中繼），設(shè)備更復(fù)雜，成本更高。
后來，技術(shù)逐漸成熟了一些，光可以傳得更遠了，開始有了無源光網(wǎng)絡(luò)（Passive Optical?Network，PON）。
無源光網(wǎng)絡(luò)，分為OLT、ODN、ONT/ONU。OLT（光線路終端）是局側(cè)設(shè)備，ONT/ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元/終端）是用戶側(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的無源，主要是指的這個部分無源，會大幅降低建設(shè)和維護成本。
PON的早期階段（80年代末），廠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2Mbps。而且，因為廠商們各自為戰(zhàn)，所以一直沒有形成統(tǒng)一的規(guī)范和標準。
1995年，包括BELLSOUTH、BT、France Telecom在內(nèi)的7家網(wǎng)絡(luò)運營商共同發(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)備標準。
不久之后，1997年，根據(jù)FSAN的建議，ITU-T（國際電信聯(lián)盟電信標準分局）推出了APON技術(shù)體系，也就是G.983.1標準。
APON，就是ATM PON。ATM可不是自動取款機，它是異步傳輸模式（Asynchronous Transfer Mode）的縮寫。ATM的本質(zhì)，就是一種傳輸協(xié)議。老一輩通信人肯定對ATM很熟悉，它曾經(jīng)是IP協(xié)議的競爭對手，一度非常流行。
到了2001年，F(xiàn)SAN和ITU-T對APON規(guī)范進行了升級修訂，順便改了個名，叫做BPON（Broadband PON，寬帶無源光網(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)。
為了進一步提升PON的速率標準，2002年，F(xiàn)SAN啟動了一項新的工作，對1Gbps以上的PON網(wǎng)絡(luò)進行標準化。
2003年3月，在FSAN的建議基礎(chǔ)上，ITU-T頒布G.984標準，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，另一家標準化組織也沒閑著，也開始搗鼓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）。
IEEE是以太網(wǎng)（Ethernet）標準的制定者和大靠山。
IEEE在1998年發(fā)布了吉比特（Gigabit）以太網(wǎng)標準之后，就尋思著搞一個基于以太網(wǎng)的PON標準。
2000年，IEEE成立了EFM工作組，正式啟動相關(guān)標準化工作。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)標準的IEEE 802.3組。
2004年4月，EFM工作組大功告成，正式推出了IEEE 802.3ah標準，也就是EPON（Ethernet PON，基于Ethernet以太網(wǎng)的PON）。
后來，隨著時間推移，ATM在與IP的競爭中逐漸失勢沒落。APON（BPON）也因為成本、效率等原因被運營商們拋棄，退出了歷史舞臺。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，當時的行業(yè)主流，就是EPON和GPON。它們是不同標準組織推出的不同技術(shù)體系。兩者之間并沒有升級演進或替代的關(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?？傊珽PON和GPON各有優(yōu)劣。簡單來說，GPON帶寬更大，帶的用戶更多，效率更高，但實現(xiàn)起來也更復(fù)雜，所以成本也更高。
從國內(nèi)的市場份額來看，EPON當時在中國電信被普遍采用，而GPON更受中國聯(lián)通和中國移動的歡迎。在海外，除了日本以及少部分國家使用EPON之外，大部分國家和地區(qū)都是用的GPON。
大家如果有印象的話，大約2010年左右，電信師傅開始上門更換設(shè)備，不再使用電話線上網(wǎng)了。取而代之的，是接進弱電箱的一根網(wǎng)線。
網(wǎng)線的內(nèi)芯往往會被分開。8根線芯，其中2根接RJ11口，連接電話；另外6根，接到電腦上，上網(wǎng)。
那時候，Wi-Fi無線路由器也逐漸開始出現(xiàn)，網(wǎng)線可以接到無線路由器上，讓更多的臺式電腦、筆記本電腦上網(wǎng)。
2008年左右出現(xiàn)智能機后，手機也可以通過Wi-Fi上網(wǎng)。我們的互聯(lián)網(wǎng)接入能力有了又一次飛躍。配合那時候開始出現(xiàn)的3G/4G，繁榮的移動互聯(lián)網(wǎng)時代，正式開啟了。
剛才說的接進弱電箱的網(wǎng)線，其實基本上屬于FTTB（光纖到大樓）或FTTC（光纖到路邊）技術(shù)。以FTTB為例，來自運營商的光纖接到大樓弱電機房的ONU，然后轉(zhuǎn)換成LAN，接到用戶家中。
那一時期，還有一個時代特點：
2008年國內(nèi)電信運營商第三輪重組結(jié)束后，中國移動收了中國鐵通，也開始以鐵通的底子為基礎(chǔ)，大力進軍家庭寬帶市場。后來，聯(lián)通也加入了戰(zhàn)局。這直接導(dǎo)致后來家庭寬帶激烈的市場競爭，寬帶費用開始大幅下降。
沒過幾年，F(xiàn)TTB開始變成了FTTH。入戶的不再是網(wǎng)線，而是光纖。
我們有了光貓，光纖插在光貓（ONT）上，網(wǎng)絡(luò)獨享，速度變得更快，而且更穩(wěn)定。
█ 10G PON和10G EPON
EPON和GPON，都是1Gbps這個級別的PON。注意，這個1Gbps，并不是用戶側(cè)的速率。EPON和GPON只能給用戶提供100Mbps的速率。
很顯然，隨著時代的發(fā)展，這個速率無法滿足家庭和企業(yè)用戶的需求。于是，PON開始向10Gbps級別的演進。
2006年，IEEE開始立項制定10Gbit/s速率的EPON系統(tǒng)標準，也就是后來的IEEE 802.3av，10G-EPON。
在該標準中，10G EPON分為2個類型：一是非對稱方式，即下行速率為10Gbps，上行速率為1Gbps；另一個是對稱方式，即上下行速率均為10Gbps。
ITU-T的GPON那邊呢，也在演進。
2008年，ITU啟動了下一代GPON標準的研究。2010年，XG-PON標準誕生，也就是ITU-T G.987系列。
最開始的時候，XG-PON也有兩種方式，一種是非對稱方式XG-PON1，下行速率為10Gbps，上行速率為2.5Gbps；另一種是對稱方式XG-PON2，上下行速率均為10Gbps。
后來，2013年左右，因為XG-PON2這個對稱方案難以實現(xiàn)，所以被建議取消。XG-PON1直接改名成為XG-PON。
再后來，2015年，對稱方案又重啟，采用了新名字，叫做XGS-PON（S代表symmetric，對稱）。
2017年，ITU正式通過了G.9807 XGS-PON國際標準。
現(xiàn)在，業(yè)界會把XG-PON和XGS-PON統(tǒng)稱為XG(S)-PON。
XG(S)-PON和10G-EPON，都是10Gbps級別。在用戶側(cè)，實現(xiàn)的速率是1Gbps，也就是千兆。國內(nèi)很多地方這些年拼命宣傳的千兆城市、千兆家庭，主要是基于這兩個技術(shù)。
大家應(yīng)該也注意到了，從2018年開始，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“免費”換設(shè)備。運營商也經(jīng)常搞活動，辦理各種199元、299元的套餐，升級家里的寬帶。
但實際上，大部分用戶可能會感覺到，從100M開始，升級所謂的寬帶網(wǎng)絡(luò)套餐，其實并沒有什么體驗上的差異。
這其實并不奇怪，100-200M的帶寬，對于我們玩游戲、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，對高網(wǎng)速并沒有剛性需求。
相比之下，Wi-Fi的質(zhì)量體驗，反而是一個瓶頸。經(jīng)常出現(xiàn)家里100M寬帶的情況下，手機仍然“轉(zhuǎn)圈圈”的現(xiàn)象。
基于這一點，運營商提出的解決方案，是“全屋千兆”，也就是FTTR，光纖入房間。把光纖拉到每一個房間，然后通過Wi-Fi，實現(xiàn)體驗改善。
小棗君個人認為，對于大戶型和高端用戶，F(xiàn)TTR確實是一個不錯的選擇。但是，對于大部分家庭來說，F(xiàn)TTR似乎有一點“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、園區(qū)、醫(yī)院、學(xué)校等）場景。從這個角度來看的話，市場倒是非常廣闊的。
好啦，寫到這里，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，我們還會有更厲害的技術(shù)嗎？
下載ECAD模型
