مقایسه استانداردهای شبکه فیبر نوری | تفاوت GPON و EPON

راهنمای ساده و جامع شبکه‌ فیبر نوری سازمانی

شبکه های فیبر نوری سازمانی، به خصوص بر پایه فناوری شبکه نوری غیرفعال (PON)، بهترین و مقرون به صرفه ترین راهکار برای ایجاد یک زیرساخت ارتباطی پرسرعت و پایدار در کسب وکار ها محسوب می شوند. این شبکه ها با حذف تجهیزات الکترونیکی فعال در مسیر کابل کشی پسیو، هزینه های نگهداری را کاهش داده و امنیت انتقال داده ها را در سازمان به حداکثر می رسانند.

برای طراحی معماری این شبکه ها از استانداردهای مختلفی استفاده می شود که کاربردی ترین آن ها عبارتند از:

• GPON: فناوری GPON به عنوان استانداردی محبوب و پرسرعت، امکان دریافت اطلاعات را با سرعت دانلود ۲.۵ گیگابیت بر ثانیه برای سازمان‌ها فراهم می‌کند که برای محیط‌ هایی با نیاز به دریافت حجم بالای داده، مناسب است. اگر کسب‌وکار نیاز به دریافت سریع اطلاعات دارد، استفاده از خدمات gpon می‌تواند زیرساخت ارتباطی پایدار و مقیاس‌پذیری را تضمین کند.
• EPON: شبکه ای یکپارچه بر بستر اترنت با سرعت متقارن ۱.۲۵ گیگابیت در مسیر دانلود و آپلود.
• XGS-PON و NG-PON: نسل های پیشرفته با سرعت متقارن ۱۰ تا ۴۰ گیگابیت، طراحی شده برای دیتاسنترها و پردازش های سنگین ابری.

در نهایت، انتخاب صحیح معماری شبکه فیبر نوری به نیازهای ارتباطی، تقارن ترافیک داده و بودجه سازمان شما بستگی دارد تا بستری مقیاس پذیر برای تکنولوژی های آینده فراهم شود.

آشنایی با استانداردهای PON از ابتدا تا امروز

هر کسب وکاری برای اینکه بتواند رشد کند و پایدار بماند، به سه ستون اصلی نیاز دارد: فناوری، فرایندها و نیروی انسانی (همان چارچوب معروف TPH). در بخش (فناوری)، داشتن یک بستر فیزیکی و شبکه ارتباطی قوی، دقیقاً مانند پی ریزی یک ساختمان محکم برای موفقیت های دیجیتال است. در قلب این شبکه های قدرتمند، مفهومی به نام شبکه نوری غیرفعال یا PON قرار دارد. این فناوری، یکی از خوش قیمت ترین و پرکاربردترین روش ها برای رساندن اینترنت فوق سریع بر روی کابل های فیبر نوری است. شاید وقتی برای اولین بار با طراحان شبکه صحبت می کنید یا می خواهید برای سازمان خود تصمیم گیری کنید، شنیدن اسم های مخفف و عجیبی مثل APON، BPON، GPON، EPON، XG-PON، XGS-PON و NG-PON شما را حسابی گیج کند. اما جای نگرانی نیست؛ تمام این اسم های رنگارنگ، در واقع متعلق به یک خانواده بزرگ از استانداردهای PON هستند. تفاوت این اسم ها با هم، دقیقاً مثل تفاوت مدل های مختلف یک ماشین است؛ آن ها در نسل ساخت، سرعت دانلود و آپلود، روش جابه جایی اطلاعات، میزان امنیت و رمزنگاری، شرکت های سازنده و البته قیمت با هم فرق دارند. اگر می خواهید برای راه اندازی زیرساخت اتاق سرور یا کابل کشی پسیو شرکت خود بهترین انتخاب را داشته باشید، باید بدانید هر کدام از این مدل ها از کجا آمده اند و به چه دردی می خورند.

شبکه نوری غیرفعال (PON) به زبان ساده چیست و چرا این قدر مهم است؟

کلمه PON مخفف عبارت Passive Optical Network (شبکه نوری غیرفعال) است. این تکنولوژی برای این ساخته شده که بتواند اطلاعات را با سرعت نور و از طریق فیبر نوری جابه جا کند. دلیل محبوبیت بی نظیر آن در سازمان ها این است که هم هزینه راه اندازی معقولی دارد، هم همه جا در دسترس است و هم می تواند حجم عظیمی از اطلاعات را انتقال دهد. با گذشت زمان و استفاده بیشتر مردم و شرکت ها از فضاهای ابری و اینترنت، سازمان ها مجبور شدند شبکه های خود را قوی تر کنند. به همین دلیل، نسل های جدیدتری از فناوری PON اختراع و روانه بازار شدند. پس وقتی این اسم های مخفف را می شنوید، فکر نکنید با تکنولوژی های کاملاً نامربوطی طرف هستید. این نام ها صرفاً نشان می دهند که این فناوری چطور از سرعت های پایین در سال های دور، به سرعت های شگفت انگیز و متقارن ۱۰ گیگابیتی و حتی ظرفیت های غول پیکر در نسل های جدیدتر رسیده است.

تولد شبکه های نوری با APON و BPON

تولد شبکه های نوری با APON و BPON، نقطه عطفی در معماری زیرساخت فیبر نوری و تحول شبکه های ارتباطی سازمانی حساب می‌شود. در سال ۱۹۹۸، فناوری شبکه نوری غیرفعال (PON) با معرفی استاندارد APON (مبتنی بر پروتکل ATM) رسماً وارد عرصه شد. این استاندارد اولیه، سرعت متقارن ۱۵۵ مگابیت بر ثانیه را برای ارسال و دریافت داده ها فراهم کرد که برای زیرساخت های آن زمان یک پیشرفت بی نظیر محسوب می شد. با افزایش سریع نیاز کسب وکارها به پهنای باند و دانلود اطلاعات، نسل بعدی یعنی استاندارد BPON (شبکه پهن باند نوری) توسعه یافت. BPON با ارتقای چشمگیر سرعت دانلود به ۶۲۲ مگابیت بر ثانیه، نشان داد که آینده شبکه های نوری بر پایه ترافیک نامتقارن و نیاز به دریافت سریع تر داده ها استوار است. در واقع، تولد شبکه های نوری با APON و BPON پایه و اساس معماری شبکه های مدرن امروزی (مانند GPON) را شکل داد و مسیر توسعه فناوری فیبر نوری را برای همیشه تغییر داد.

استاندارد APON چیست؟ معرفی اولین نسل شبکه‌های نوری

APON (ATM Passive Optical Network) نخستین نسل استاندارد و رسمی خانواده شبکه‌های نوری PON بود که در سال ۱۹۹۸ معرفی شد. حرف «A» در نام APON به فناوری ATM (Asynchronous Transfer Mode) اشاره دارد؛ فناوری‌ای که در آن زمان برای انتقال داده در شبکه‌ های مخابراتی و ارتباطی مورد استفاده قرار می‌گرفت. در فناوری APON، سرعت دانلود و آپلود هر دو حدود ۱۵۵ مگابیت بر ثانیه بود. این میزان سرعت در اواخر دهه ۱۹۹۰، پیشرفت قابل‌توجهی در انتقال داده محسوب می‌شد و مسیر استفاده گسترده‌تر از فیبر نوری در شبکه‌ های ارتباطی را هموار کرد. با این حال، رشد سریع اینترنت، افزایش حجم داده‌ ها و گسترش سرویس‌های دیجیتال باعث شد ظرفیت ۱۵۵ مگابیت بر ثانیه خیلی زود پاسخگوی نیاز کاربران و کسب‌وکار ها نباشد. همین محدودیت، زمینه را برای توسعه نسل‌ های بعدی فناوری PON فراهم کرد؛ نسل‌هایی که با هدف افزایش پهنای باند، سرعت انتقال داده و کارایی شبکه به وجود آمدند.

معرفی استاندارد BPON و تغییر رویکرد به سمت سرعت دانلود بالاتر

مدت کوتاهی بعد از APON، نسخه اصلاح شده آن برای حل مشکل سرعت به بازار آمد. در ابتدا به این نسخه جدید هم APON می گفتند، اما چون مهندسان را به اشتباه می انداخت، اسمش را به طور رسمی به BPON (یا شبکه پهن باند نوری) تغییر دادند.

مهم ترین تغییری که در BPON اتفاق افتاد، افزایش قابل توجه سرعت دانلود بود:

• سرعت دانلود: از ۱۵۵ مگابیت به ۶۲۲ مگابیت بر ثانیه رسید.
• سرعت آپلود: روی همان ۱۵۵ مگابیت بر ثانیه دست نخورده باقی ماند.

این تغییر یک درس بزرگ به همراه داشت؛ سازندگان فهمیدند که کاربران معمولاً خیلی بیشتر از اینکه فایلی را ارسال (آپلود) کنند، در حال دریافت و دانلود اطلاعات هستند، پس فشار اصلی روی بخش دانلود شبکه است.

ورود به عصر گیگابیت و رقابت جذاب GPON و EPON

چند سال بعد، وقتی که حجم اطلاعات در دنیا منفجر شد، استاندارد های گیگابیتی (سرعت های بالای ۱۰۰۰ مگابیت) وارد میدان شدند. در اینجا دو نام بسیار معروف و پرکاربرد متولد شدند: GPON و EPON.

شاید پیش خودتان فکر کنید همیشه هر چیزی که جدیدتر است حتماً سرعت بیشتری دارد، اما وقتی این دو را با هم مقایسه می کنیم، متوجه می شویم که هدف از ساخت یک فناوری، به اندازه سرعت آن اهمیت دارد. با ورود به عصر گیگابیت و افزایش نیاز به پهنای باند، شبکه های فیبر نوری پسیو (PON) به استانداردی بی بدیل در زیرساخت های ارتباطی تبدیل شده اند. در این بین، رقابت جذاب GPON و EPON به یکی از مهم ترین دغدغه های مهندسان برای طراحی معماری شبکه های مدرن سازمانی و اتاق های سرور تبدیل شده است. فناوری GPON با ارائه سرعت دانلود تا ۲.۵ گیگابیت بر ثانیه و تخصیص هوشمند ترافیک، انتخابی مناسب برای انتقال یکپارچه دیتا، صدا (VoIP) و تصویر با بالاترین کیفیت خدمات (QoS) است. همچنین، استاندارد EPON با ساختار متقارن و یکپارچگی کامل با پروتکل های آشنای اترنت، پیاده سازی ساده تر و اقتصادی تری را برای زیرساخت های مبتنی بر IP فراهم می کند. انتخاب بین این دو تکنولوژی پیشرفته، کاملاً به استراتژی توسعه، بودجه و نوع ترافیک مجموعه بستگی دارد. اما نقطه مشترک هر دو استاندارد این است که با حذف سوییچ های میانی و کاهش چشمگیر هزینه های کابل کشی پسیو، معماری شبکه ها را برای همیشه متحول کرده اند.

فناوری GPON چیست؟ تحولی در زیرساخت و معماری شبکه‌های سازمانی

با معرفی استاندارد قدرتمند GPON در سال ۲۰۰۳، زیرساخت‌ های شبکه‌ های نوری وارد مرحله جدیدی از تکامل شدند. حرف G در ابتدای این نام، مخفف کلمه Gigabit است و به روشنی نشان‌دهنده توانایی این فناوری در ارائه پهنای باند فوق‌سریع است. این استاندارد که توسط اتحادیه بین‌المللی مخابرات (ITU-T) تأیید و توسعه یافته، ساختار نامتقارن زیر را برای انتقال دیتا ارائه می‌دهد:

• سرعت دانلود (Downstream): ۲.۵ گیگابیت بر ثانیه

• سرعت آپلود (Upstream): ۱.۲۵ گیگابیت بر ثانیه

ویژگی‌ های پیشرفته GPON

مدیریت ترافیک و امنیت داده‌ ها یکی از مزیت‌ های مهم و پیچیده معماری GPON، پشتیبانی از مکانیزم‌ های اولویت‌بندی ترافیک (QoS) است. این فناوری با دسته‌بندی هوشمندانه اطلاعات، بستر انتقال اینترنت (Data)، تماس‌ های سازمانی (VoIP) و تصویر (Video) را تفکیک می‌کند تا ترافیک شبکه تحت هر شرایطی روان و بدون تاخیر (Delay) باقی بماند. از نظر امنیت زیرساخت نیز، از آنجا که در این معماری اطلاعات از مرکز شبکه بین تمام کاربران پخش می‌شود، GPON ترافیک مسیر پایین‌دست (دانلود) را به صورت کامل رمزنگاری می‌کند تا حریم خصوصی و امنیت دیتای هر کاربر به شکل ایزوله و نفوذناپذیر حفظ شود.

استاندارد EPON؛ راهکاری حرفه ای برای یکپارچگی اترنت و فیبر نوری

در سال ۲۰۰۴، فناوری رقیب یعنی EPON معرفی شد. حرف E در اینجا به معنی Ethernet (اترنت) است. سرعت EPON در هر دو مسیر دانلود و آپلود، کاملاً برابر و معادل ۱٫۲۵ گیگابیت بر ثانیه است.

شاید بپرسید چرا با وجود اینکه EPON دیرتر از GPON آمد، اما سرعت دانلودش کمتر است؟ دلیل این موضوع به شیوه طراحی آن برمی گردد. برخلاف GPON که برای هر نوع اطلاعاتی یک روش خاص داشت، EPON تمام اطلاعات را به یک چشم می بیند و همه را بر بستر اترنت منتقل می کند که باعث سادگی کار می شود.

تفاوت مهم دیگر در بحث امنیت است:

•         شبکه GPON فقط مسیر دانلود را رمزگذاری می کند.
•         شبکه EPON امنیت بالاتری دارد و هم مسیر دانلود و هم آپلود را رمزگذاری می کند.

علاوه بر این، EPON زیر نظر یک سازمان جهانی دیگر به نام IEEE توسعه یافته است. این تفاوت های ساختاری باعث شد تا دو مسیر و دو انتخاب کاملاً متفاوت برای شبکه های پرسرعت در دنیا ایجاد شود.

شکستن مرزها با 10G-EPON و فناوری XG-PON

با همه گیر شدن ویدئو های باکیفیت و سیستم های ابری بزرگ، سرعت ۱ گیگابیت هم کم کم به یک سرعت معمولی تبدیل شد. قدم بعدی برای غول های فناوری، رساندن ظرفیت کابل های نوری به سرعت خیره کننده ۱۰ گیگابیت بود.

استاندارد 10G-EPON

این استاندارد در سال ۲۰۰۹ معرفی شد. همان طور که از اسمش به سادگی پیداست، این نسخه در واقع همان مدل ۱۰ گیگابیتی از خانواده EPON است. این فناوری می تواند سرعت دانلود بی نظیر ۱۰ گیگابیت بر ثانیه را به شما بدهد. در بخش آپلود هم می تواند بسته به نیاز شما با سرعت ۱۰ گیگابیت یا ۱٫۲۵ گیگابیت کار کند. این فناوری هم متعلق به خانواده IEEE است.

استاندارد جذاب XG-PON

در جواب به پیشرفت رقیب، سازمان ITU هم در سال ۲۰۱۰ فناوری جدید خود یعنی XG-PON را معرفی کرد. (جالب است بدانید حرف X در زبان رومی به معنای عدد ۱۰ است). مشخصات این فناوری به این شکل است:

• سرعت دانلود: ۱۰ گیگابیت بر ثانیه.
• سرعت آپلود: ۲٫۵ گیگابیت بر ثانیه.

همان طور که می بینید، این طراحی کاملاً نامتقارن است؛ یعنی سرعت دانلود آن چهار برابر سرعت آپلود است. این مدل برای شرکت ها و سازمان هایی که کارمندانشان مدام در حال دریافت اطلاعات از اینترنت هستند، یک گزینه بی نقص و عالی است.

بررسی معماری و توانمندی‌ NG-PON و XGS-PON ؛ تکامل شبکه‌های سازمانی

برای دیتاسنترهای بزرگ و سازمان های عظیمی که اطلاعات در آن ها مثل سیل جریان دارد، حتی فناوری های قبلی هم جوابگو نبود. اینجا بود که فناوری های با قدرت تجمیع (ترکیب سرعت ها) متولد شدند.

شبکه قدرتمند NG-PON

در سال ۲۰۱۵، فناوری بسیار پیشرفته NG-PON (نسل بعدی شبکه نوری) ظهور کرد. سرعت دانلود و آپلود در این شبکه هر دو برابر با ۱۰ گیگابیت بر ثانیه است. اما جادوی واقعی NG-PON صرفاً سرعت برابر آن نیست. ظرفیت کل این شبکه به عدد شگفت انگیز ۴۰ گیگابیت بر ثانیه می رسد! اما چطور؟ این فناوری با استفاده از یک تکنیک پیشرفته (به نام TWDM)، چندین طول موج نوری را با هم ترکیب می کند. فرض کنید به جای یک اتوبان تک بانده، اطلاعات شما در یک اتوبان چند بانده حرکت می کنند. این ویژگی باعث می شود NG-PON برای سازمان هایی که تشنه پهنای باند هستند، بهترین گزینه باشد.

شبکه اقتصادی XGS-PON

یک سال بعد (در سال ۲۰۱۶)، فناوری XGS-PON معرفی شد. حرف S در این کلمه به معنای Symmetrical (متقارن و برابر) است. یعنی سرعت دانلود و آپلود در آن دقیقاً با هم برابر است:

•         سرعت دانلود: ۱۰ گیگابیت بر ثانیه.
•         سرعت آپلود: ۱۰ گیگابیت بر ثانیه.

این دقیقاً همان چیزی است که XGS-PON را از XG-PON متمایز می کند. در حالی که XG-PON سرعت آپلود کمتری داشت، XGS-PON سرعت را در هر دو مسیر به حداکثر (۱۰ گیگابیت) رسانده است. برای مدیران سازمان ها، انتخاب بین XGS-PON و NG-PON مستقیماً به بودجه و نیاز آن ها بستگی دارد. فناوری XGS-PON قیمت بسیار مناسب تری دارد و برای شرکت هایی که می خواهند با هزینه معقول به سرعت برابر ۱۰ گیگابیت برسند عالی است. اما NG-PON برای کاربردهای سنگین تر و دیتاسنترهای حساس مناسب تر است.

نگاهی به آینده با 50G-PON

پیشرفت علم توقف ناپذیر است. در سال ۲۰۲۱، استاندارد 50G-PON با سرعت های فضایی معرفی شد. اما باید واقع بین باشیم؛ در حال حاضر در پروژه های واقعی و در اکثر سازمان ها، همچنان از استانداردهای پخته تر و جاافتاده تری مثل GPON، XG-PON و XGS-PON استفاده می شود. البته با رشد سریع هوش مصنوعی و نیاز به فضا های ذخیره سازی ابری، در سال های آینده قطعاً سازمان های بیشتری به سمت این نسل های جدید کوچ خواهند کرد.

چطور بهترین شبکه نوری را انتخاب کنیم؟

اگر می خواهید برای شرکت خود تصمیم گیری کنید، فقط به عدد سرعت ها خیره نشوید. برای یک انتخاب درست، این چند مورد را در نظر بگیرید:

1.     میزان دانلود در برابر آپلود: آیا در شرکت شما کارمندان بیشتر در حال دانلود فایل هستند (ترافیک نامتقارن) یا ارسال و دریافت فایل های سنگین برایتان به یک اندازه مهم است؟
2.     ظرفیت کلی شبکه: آیا یک سرعت ۱۰ گیگابیتی کارتان را راه می اندازد یا به ظرفیت های عظیم تر نیاز دارید؟
3.     مدیریت بودجه و هزینه ها: اگر بودجه محدودی دارید اما سرعت بالا و برابر می خواهید، XGS-PON یک انتخاب اقتصادی و عالی است.
4.     نوع کار شما: اگر یک سازمان بسیار حساس با حجم اطلاعات وحشتناک بالا هستید، به سراغ ظرفیت بالای NG-PON بروید.
5.     هماهنگی تجهیزات: توجه داشته باشید که تجهیزات خانواده ITU و IEEE با هم تفاوت دارند و باید هنگام خرید سخت افزارها به این موضوع دقت کنید.

به عنوان خلاصه کلام: شبکه های PON یک فناوری گیج کننده و درهم ریخته نیستند. این ها یک خانواده بزرگ و در حال تکامل هستند که هر نسل از آن ها، برای حل یک مشکل خاص در دنیای ارتباطات طراحی و ساخته شده است.