姒茂新

(蘇州市職業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)工程系，江蘇 蘇州 215104)

在信息通信中光纖作為傳輸介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用越來(lái)越廣，光纖通信向全光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展近在咫尺.目前由電信、移動(dòng)和聯(lián)通等大的網(wǎng)絡(luò)提供商提供的網(wǎng)絡(luò)連接都采用了光纜到單位、小區(qū)和居民樓，只要計(jì)算機(jī)的網(wǎng)卡有光接入口，就可以實(shí)現(xiàn)光接入到戶的方式.但目前市面上購(gòu)買的計(jì)算機(jī)還都是電接入口，而政府部門(mén)、學(xué)校和家庭的計(jì)算機(jī)連接的網(wǎng)絡(luò)都已是光/電的方式了.在遠(yuǎn)距離、高速、大容量的通信系統(tǒng)中，光纖通信系統(tǒng)占了應(yīng)用市場(chǎng)的絕對(duì)份額.在近距離通信中，多數(shù)采用電纜、數(shù)據(jù)速率較低的局域網(wǎng).

隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的飛速發(fā)展，小范圍、近距離的網(wǎng)絡(luò)通信也因各種多媒體數(shù)據(jù)、安全檢測(cè)和云計(jì)算等的應(yīng)用要求不斷增多，流量增大，造成網(wǎng)絡(luò)低速或無(wú)法訪問(wèn).如果在局域網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)光纖的應(yīng)用，則可以解決相關(guān)的問(wèn)題.在光網(wǎng)卡的市場(chǎng)普及之后，應(yīng)用全光網(wǎng)絡(luò)解決這一問(wèn)題也就迎刃而解了.

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，在教學(xué)“光網(wǎng)絡(luò)”或“光纖傳輸介質(zhì)”概念，回答光纖和光纜是什么、光纖有多大和多快的傳輸能力等問(wèn)題時(shí)，只能用語(yǔ)言文字描述，不能讓學(xué)生參與到光纜的綜合布線工程中.通過(guò)光纖連接、組成局域網(wǎng)進(jìn)行通信的實(shí)驗(yàn)達(dá)到把光網(wǎng)絡(luò)搬到講臺(tái)上的目的，讓學(xué)生目睹了解光纜、光纖和光網(wǎng)絡(luò)的連接方法和注意事項(xiàng)，并能親自動(dòng)手準(zhǔn)備組成這個(gè)實(shí)驗(yàn)的所有設(shè)備，完成了從設(shè)備認(rèn)識(shí)、準(zhǔn)備到布線整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程.通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)還能在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)上有一些應(yīng)用，如云計(jì)算等快速、大容量數(shù)據(jù)通信，它還能實(shí)現(xiàn)虛擬化，把那些將被淘汰的計(jì)算機(jī)利用起來(lái)，實(shí)現(xiàn)云計(jì)算及其他新的應(yīng)用項(xiàng)目.

1 全光網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)

全光網(wǎng)絡(luò)，是指從源節(jié)點(diǎn)到終端用戶節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸與交換的整個(gè)過(guò)程都是以光信號(hào)的形式進(jìn)行的.由于目前的單位內(nèi)部的交換機(jī)沒(méi)有集成光網(wǎng)卡，所以全光網(wǎng)絡(luò)在進(jìn)出網(wǎng)絡(luò)時(shí)有電/光和光/電的轉(zhuǎn)換.轉(zhuǎn)換點(diǎn)往往在樓內(nèi)交換機(jī)處，交換機(jī)連接樓內(nèi)各終端用戶較多，在視頻和各種多媒體應(yīng)用時(shí)，也常影響網(wǎng)絡(luò)的速率.在服務(wù)器設(shè)備的生產(chǎn)中，目前也都集成了光網(wǎng)卡，光/電和電/光的轉(zhuǎn)換就會(huì)越來(lái)越少，網(wǎng)絡(luò)的速率也會(huì)隨之加快了.

全光網(wǎng)絡(luò)可使網(wǎng)絡(luò)具備更強(qiáng)的可管理性、靈活性、透明性.其優(yōu)點(diǎn)如下：

1) 省掉了電子器件.全光網(wǎng)中光信號(hào)的流動(dòng)不再有光電轉(zhuǎn)換的障礙，克服了途中由于電子器件處理信號(hào)速率難以提高的困難，省掉了大量電子器件，大大提高了傳輸速率.

2) 提供多種協(xié)議的業(yè)務(wù).全光網(wǎng)采用波分復(fù)用技術(shù)，以波長(zhǎng)選擇路由，可方便地提供多種協(xié)議的業(yè)務(wù).

3) 組網(wǎng)靈活性高.全光網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)極具靈活性，在任何節(jié)點(diǎn)可以抽出或加入某個(gè)波長(zhǎng).

4) 可靠性高.由于沿途沒(méi)有變換和存儲(chǔ)，全光網(wǎng)絡(luò)中許多光器件都是無(wú)源的，因而可靠性高.

5) 低碳.由于省掉了電子器件，并且全光網(wǎng)中的許多器件是無(wú)源的，所以省了不少的電力.[1]

2 光纖網(wǎng)絡(luò)的搭建

主要設(shè)備包括室外單模光纜近50 m、2個(gè)端子機(jī)(每臺(tái)價(jià)值5 000元)、室內(nèi)單模和多模轉(zhuǎn)接線多根、光/電轉(zhuǎn)換器4個(gè)和多根自制的雙絞線等.通過(guò)借用光纖熔接機(jī)將2個(gè)端子機(jī)用室外單模光纖連接起來(lái).制作中將24芯的多模光纜中抽取光纖芯中的6芯制作形成一個(gè)有6路光通路的光通信網(wǎng).采用最簡(jiǎn)單的測(cè)試方法，即用光筆在一個(gè)光通路口上發(fā)出激光，如果可以在另一端看到這束激光，說(shuō)明這是通的.為了保證制作的正確性和可靠性，還需要使用專門(mén)儀器—光纖測(cè)試儀來(lái)更精確地測(cè)試這個(gè)光網(wǎng)絡(luò)的連通性及其性能.將室外光纜卷成一個(gè)直徑為0.5 m的圈，使用安捷倫光纖損耗測(cè)試儀進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果每一條光路連通性都有一定的可靠性，性能上光連接處損耗都低于0.01 dB，可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)2.5 Tbps通信速率.

光纖的連接制作成功后，還需要測(cè)試它的網(wǎng)絡(luò)通信性能.在實(shí)驗(yàn)室里，將購(gòu)買的4根室內(nèi)單模光纖連接線、2個(gè)單模的光/電轉(zhuǎn)換器及自己制作的雙絞線按規(guī)則連接起來(lái)，2個(gè)光/電轉(zhuǎn)換器分別連接2個(gè)交換機(jī)，2個(gè)交換機(jī)通過(guò)雙絞線分別連接2個(gè)局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了2個(gè)局域網(wǎng)通過(guò)1個(gè)光網(wǎng)絡(luò)的通信.如果這2個(gè)交換機(jī)分別是2臺(tái)路由器，那么就是一個(gè)真正意義上的2個(gè)局域網(wǎng)通過(guò)光網(wǎng)絡(luò)通信的廣域網(wǎng)，相當(dāng)于電信連接到一個(gè)服務(wù)單位的網(wǎng)絡(luò).在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行通信時(shí)，發(fā)現(xiàn)2個(gè)局域網(wǎng)中的終端相互之間的通信非常快，在上面運(yùn)行文件傳輸?shù)膽?yīng)用，如傳輸2 GB大小的文件，感覺(jué)比通常2臺(tái)計(jì)算機(jī)直連要快得多.為此，如果1個(gè)擁有光網(wǎng)卡的服務(wù)器，配置它作為云計(jì)算服務(wù)器，就完成了一個(gè)光網(wǎng)云計(jì)算服務(wù)器.本研究使用1臺(tái)普通PC機(jī)作為服務(wù)器擔(dān)當(dāng)這個(gè)角色[2].

3 光纖連接的網(wǎng)絡(luò)安全

由于所連接的網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)交換機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，光纖只是這種網(wǎng)絡(luò)中的一種快速傳輸信號(hào)的媒介，所以也只能在防火墻和路由器的保護(hù)范圍內(nèi)進(jìn)行快速傳輸信號(hào).一旦進(jìn)入公網(wǎng)是沒(méi)有防御能力的.在這種網(wǎng)絡(luò)上設(shè)置安全如下:

1) 光端子機(jī).用室外光纜連接時(shí)，有1個(gè)固定點(diǎn)牢牢卡住室外光纜的外保護(hù)套，光纜中增設(shè)的金屬加強(qiáng)芯(在應(yīng)用的光纜中是直徑2.5 mm粗鋼絲)被牢固地固定在端子機(jī)中固定件上，但力度較大的拉伸也可能造成光纖的斷開(kāi)，在此端子機(jī)上不允許有力量較大的拉拽，以保證接頭連接處的連接穩(wěn)定、可靠.端子機(jī)的另一端是光接口，通常在機(jī)架上光接口有24個(gè)，是連接終端、服務(wù)器或交換機(jī)、路由器的端口，由于經(jīng)常插拔，可能造成光纖芯的脫落，為避免這一點(diǎn)，插拔時(shí)要正，用力要均勻.連接后盡量不要過(guò)多地插拔這些端口.

2) 室內(nèi)光纖.由于目前的電腦都只有電接口的網(wǎng)卡，所以需要使用2根室內(nèi)單模光纖分別連接到端子機(jī)的光接口和光電轉(zhuǎn)換器.室內(nèi)單模光纖是商家制作好的光纖連接線，不能直角彎曲，通常根據(jù)需要購(gòu)買一定長(zhǎng)度，并按規(guī)范布線規(guī)則固定在相關(guān)的機(jī)架上，應(yīng)減少兩端連接器的插拔.

3) 光電轉(zhuǎn)換器.這個(gè)設(shè)備通常有單模和多模之分，單模連接單模光纖，多模連接多模光纖.在它上面有2個(gè)光接口和1個(gè)雙絞線RJ45口，通過(guò)它將光纖送來(lái)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再通過(guò)RJ45口的雙絞線連接到交換機(jī)或電腦的網(wǎng)卡接口，這樣就可以實(shí)現(xiàn)通信了.它是有源的，需要提供1個(gè)外接電源才能保證正常工作.它要求提供的電源的電壓與電流匹配.另外，它也會(huì)產(chǎn)生熱，需要有一個(gè)相對(duì)溫度較低的工作環(huán)境.

4 全光網(wǎng)絡(luò)的云計(jì)算應(yīng)用

搭建這樣一個(gè)光纖連接的網(wǎng)絡(luò)后，可以實(shí)現(xiàn)通信.由于它的傳輸速率相當(dāng)高，所以在大信息量、高速傳輸時(shí)，它會(huì)發(fā)揮更好的作用.比如，某市的考試中心需要進(jìn)行各類考試，每一種考試都有一種服務(wù)器操作平臺(tái)支持它的工作，十幾種考試需購(gòu)買十幾個(gè)服務(wù)器，每一種服務(wù)器一年只用1～2次.如果采用云計(jì)算，每當(dāng)要進(jìn)行某種考試，只要虛擬出那種考試的服務(wù)器就可以進(jìn)行了，不需要購(gòu)買那么多的服務(wù)器.

5 全光網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景

全光網(wǎng)是通信網(wǎng)發(fā)展的目標(biāo)，分3個(gè)階段完成.第1階段，全光網(wǎng)絡(luò)作為中心的通信網(wǎng)，僅僅完成信息的傳送，但在端結(jié)點(diǎn)上，采用光電轉(zhuǎn)換設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)與沒(méi)有光接口的PC機(jī)相連接.第2階段，全光傳送網(wǎng)，在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光纖傳輸系統(tǒng)中，全程不需要任何光電轉(zhuǎn)換.長(zhǎng)距離傳輸完全靠光波沿光纖傳播，稱為發(fā)端與收端間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)全光傳輸.第3階段，完整的全光網(wǎng).在完成上述用戶間全程光傳送網(wǎng)后，有不少的信號(hào)處理、儲(chǔ)存、交換以及多路復(fù)用/分用、進(jìn)網(wǎng)/出網(wǎng)等功能都要由光子技術(shù)完成，完成端到端的光傳輸、交換和處理等功能.隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量猛增的主要推動(dòng)力是因特網(wǎng)的業(yè)務(wù)和高速多媒體業(yè)務(wù).因此，用不了多少時(shí)間，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的總量將會(huì)超過(guò)電話業(yè)務(wù).此外，電視會(huì)議、遠(yuǎn)程教育、電子商務(wù)等應(yīng)用都要求通信網(wǎng)提供高速數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)，而這些業(yè)務(wù)所需的帶寬都遠(yuǎn)大于電話業(yè)務(wù)，因此業(yè)務(wù)綜合化必將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的寬帶化[3].

如果雙絞線的傳輸帶寬按2 Mbps估計(jì)，1根光纖采用DWDM技術(shù)，傳輸容量可達(dá)到20～200 Gbps，也就是說(shuō)，光纖的傳輸容量是銅線的1～10萬(wàn)倍，因此，寬帶化意味著光纖將成為主要的傳輸媒質(zhì)[2].

6 結(jié) 論

通過(guò)搭建一個(gè)光纖介質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)，并在其上實(shí)現(xiàn)私有云應(yīng)用，使得目前的光纖網(wǎng)絡(luò)及云計(jì)算的技術(shù)融合在一起，對(duì)教學(xué)和科研都有推動(dòng)作用，同時(shí)也能為社會(huì)提供更多、更快捷的應(yīng)用服務(wù).但在很多操作細(xì)節(jié)上，還需要通過(guò)實(shí)踐，才能更加適合和服務(wù)于教學(xué).

[1] 曹麗娜. 通信概論[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

[2] 姒茂新,賈震斌,周良英，等. 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用[M]. 北京:電子工業(yè)出版社,2004.

[3] 樊昌信,曹麗娜. 通信原理[M]. 北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2006.