以太网无源光网络(EPON)是使用以太网封装数据的PON，可提供1 Gbps至10 Gbps的容量。 EPON遵循PON的原始体系结构。在这里，DTE连接到树的主干并称为光线路终端(OLT)，如下图所示。

它通常位于服务提供商处，树的连接的DTE分支称为光网络单元(ONU)，位于用户的房屋内。来自OLT的信号通过无源分离器以实现ONU，反之亦然。

第一英里以太网

标准化过程始于2000年11月成立了一个名为“第一英里以内的以太网(EFM)”的新研究小组，其主要目标是研究使用以太网铜缆的以太网点对多点(P2MP)光纤。通过点对点(P2P)光纤和网络运行机制管理和维护(OAM)进行以太网，以促进网络运行和故障排除。 EFM工作组于2004年6月批准了IEEE Std 802.3ah ，结束了标准化过程。

EFM(第一英里的以太网)的产品。基于以太网的PON技术。它基于主要标准– IEEE 802.3ah。基于在MAC控制子层中定义为函数的多点控制协议(MPCP)，以控制对P2MP拓扑的访问。

EPON / MPCP协议的基础在于点对点(P2P)仿真子层。传输速率→对称1.25G；距离：10KM / 20KM;分配器比率：> 1:32。 EFM指出了以以太网为核心技术的EPON的许多优点，包括协议成熟度，技术简单，扩展灵活性和面向用户。

EPON系统没有选择昂贵的ATM硬件和SONET设备，因此使其与现有的以太网兼容。它简化了系统结构，降低了成本，并使升级灵活。设备供应商专注于优化函数和实用性。

BPON ATM系统

已经证明，基于BPON ATM的系统效率很低，因为整个接入网络中的绝大多数流量都由大型IP帧和可变大小组成。它为开发基于纯以太网的EPON，享受QoS的GigE密码以及与其他新兴以太网设备进行经济高效的集成创造了机会。随着时间的推移，以太网已被证明是IP流量的理想传输器。

因此，IEEE 802.3ah标准802.3指导“第一英里以太网”工作组开发点对点和点对多点接入网络的标准，后者表示以太网PON。 EPON当前是以太网标准的一部分。

在FSAN成员(Quantum Bridge，Al)针对ATM /以太网PON解决方案提出建议之后，真正开始了无源光网络(GPON)的开发，即配备千兆标准(G.984系列)。与协议无关的Gbps在IEEE 802.3ah工作组中不是很流行。 FSAN已决定将其作为与ITU不同的竞争标准。

EPON和GPON从BPON标准G.983(主要用于运行良好的通用概念)(运营PON光纤分配网络(ODN)，波长计划和应用)中汲取了很多东西。它们都提供自己的增强版本，以可变速率Gbps容纳更好尺寸的IP /以太网帧。

IEEE 802.3ah以太网标准指定了访问网络，在“第一英里”中也称为以太网。 IEEE802.3ah的第五部分组成了与服务和协议元素的定义相对应的IEEE Std 802.3。它允许在用户访问网络中的站点之间交换IEEE 802.3格式的帧。

EPON的概念

EFM引入了EPON的概念，其中通过无源分光器实现了点对多点(P2MP)网络拓扑。但是，以太网点对点光纤以合理的成本提供了最高的带宽。以太网点对多点光纤以较低的成本提供了相对较高的带宽。 IEEE Std 802.3ah的目的是扩展以太网的应用范围，使其包括接入用户网络，从而在显着提高性能的同时将设备的运行和维护成本降至最低。

IEEE 802.3ah EFM标准的结论极大地扩展了用于接入和城域网的以太网传输的范围和范围。该标准允许服务提供商在接入网和城域网中提供各种灵活且经济高效的解决方案，以提供宽带以太网服务。

EFM涵盖了一系列媒体类型和信号传输速度不同的技术-它旨在部署在一种或多种FSM媒体类型的网络中，并与10/100/1000/10000 Mb混合网络交互/ s以太网。 IEEE 802.3中定义的任何网络拓扑都可以在订户内部使用，然后连接到以太网订户访问网络。 EFM技术允许不同类型的拓扑实现最大的灵活性。

IEEE标准802.3ah

IEEE Std 802.3ah包括订户的以太网接入网络的规范，IEEE Std 802.3ah EPON支持每个通道的标称速率约为1 Gb / s(可扩展至10 Gb / s)。这些由两个波长定义：一个下游波长，一个用于用户设备之间共享的上游方向。

EFM支持全双工链接，因此可以定义全双工简化媒体访问控制(MAC)。以太网体系结构将物理层划分为物理介质相关(PMD)，物理介质附件(PMA)和物理编码子层(PCS)。

EPON实现了P2MP网络拓扑结构，并对底涂层和对帐子层MAC控制进行了适当的扩展，并通过物理介质相关(PMD)层下的光纤来支持此拓扑结构。

物理层

对于P2MP拓扑，EFM为从1000BASE-X派生的物理层引入了一系列信令系统。但是，它包括RS，PCS和PMA的扩展，并具有可选的前向纠错(FEC)容量。 1000BASE-X PCS和PMA子层映射了接口的特征。 PMD子层(包括MDI)可提供底漆调节所需的服务。可以扩展1000BASE-X以支持其他全双工介质-仅要求环境与PMD级别一致。

中载接口(MDI)

它是PMD与物理介质之间的接口。它描述了信号，物理介质以及机械和电气接口。

取决于物理介质(PMD)

PMD负责与传输介质的接口。 PMD根据连接的物理介质的性质生成电或光信号。 PON上至少1000公里和20公里的1000BASE-X连接(底涂层1000BASE-PX10和1000BASE-PX20 PMD)提供P2MP。

在PON以太网中，D和U后缀表示链路两端的PMD，它们在这些方向上发送并在相反方向上接收，即，单个下游PMD被标识为1000BASE-PX10-D和上游1000BASE-PX10 U PMD。在两个方向上同时使用相同的纤维。

将1000BASE-PX-U PMD或1000BASE-PX-D PMD连接到适当的PMA 1000BASE-X，并通过MDI进行支持。 PMD可选地与可通过管理界面访问的管理功能相结合。为了允许在10 km或20 km的Pons情况下进行升级，1000BASE-PX20-D 1000BASE-PX10 PMD和PMDU可以互操作。

物理介质附件(PMA)

PMA包括发送，接收，时钟恢复和对齐功能。 PMA为PCS提供了一种独立的中间方式，以支持使用一系列面向位的物理媒体系列。物理编码(PCS)的子层包括编码位功能。 PCS接口是千兆媒体独立接口(GMII)，它为1000 Mb / s PHY的所有实现提供与协调子层的统一接口。

千兆媒体独立接口(GMII)

接口GMII是指千兆MAC层与物理层之间的接口。它允许将多种DTE与速度千兆位物理层中的多种实现混合在一起。 PCS服务接口允许1000BASE-X PCS与PCS客户之间来回传递信息。 PCS客户包括MAC(通过对帐底层)和中继器。 PCS接口精确定义为千兆位媒体独立接口(GMII)。

协调子层(RS)确保匹配定义服务访问控制介质的GMII信号。 GMII和RS用于提供独立的媒体，因此访问控制器相同的媒体可用于任何类型的铜缆和光学PHY。

数据链路层(多点MAC控制)

指定了MAC控制协议以支持和实现新功能，并同时将其添加到标准中。多点控制协议(MPCP)就是这种情况。 P2MP的管理协议是多点控制协议定义的功能之一。

实现多点MAC控制功能以访问包含指向多点的物理层设备的订户的设备。通常，MAC仿真管辖区在OLT和ONU之间提供点对点服务，但是现在包含了一个附加实例，一次针对所有ONU的通信目标。

MPCP(多点控制协议)

MPCP非常灵活，易于实现。 MPCP使用五种类型的消息(每个消息是一个MAC控制帧)，ONU / ONT报告多个数据包边界，OLT在数据包边界上授予权限-无需划定开销。

MPCP指示OLT和与点对多点(P2MP)PON部分关联的ONU之间的系统，以允许在UPSTREAM标题中有效地传输信息。

MPCP执行以下功能-

• MPCP控制自动发现过程。
• 分配给ONT的时隙/带宽。
• 提供定时参考以同步ONT。

MPCP引入了五个新的MAC控制消息-

• 登机口，报告
• 已注册的REQ
• 寄存器
• 注册的ACK
• 自动发现

邮件发现序列摘要

下图描述了消息发现序列摘要。

DBA EPON

在EPON中，OLT和ONY之间的通信被视为下游，OLT使用整个带宽向ONT广播下游数据，而在另一端，ONT使用以太网帧上可用的信息接收帧。从ONT到OLT的上游使用单通道通信，这意味着多个ONT将使用一个通道，这意味着数据冲突。

为避免此问题，需要一种有效的带宽分配方案，该方案可以在确保QoS的同时将资源平均分配给ONT，该方案称为动态带宽分配(DBA)算法。 DBA使用报告和门消息来建立传输时间表，以传送给ONT。

DBA特征

EPON的一个重要功能是使用不同的DBA分配为不同的服务提供最佳的QoS和有效的带宽分配，以满足当前和未来应用的需求。

目前，以下是可用于EPON的两种不同类型的DBA算法-

• 第一个是为了适应交通波动。
• 第二个是为不同类型的流量提供QoS。

其他特征是避免帧冲突，通过QoS管理实时流量以及为每个订户管理带宽以及在低优先级流量上减少延迟。

EPON帧格式

EPON操作基于以太网MAC，EPON帧基于GbE帧，但需要扩展-

• 第64 –中号ulti- P oint呼叫控制P rotocol的PDU。这是实现所需逻辑的控制协议。

• 条款65-点对点仿真(对帐)。这使得EPON看起来像点对点链路，并且EPON MAC具有一些特殊的约束。

• 它们在授权时进行传输，而不是CSMA / CD。

• 通过MAC堆栈的时间必须是恒定的(±16位持续时间)。

• 必须保持准确的当地时间。

EPON头

标准以太网以基本无内容的8B前导开头-

• 7B交替的一和零10101010
• SFD 10101011的1B

为了隐藏新的PON标头，EPON覆盖了一些前导字节。

LLID字段包含以下因素-

模式(1b)-

• ONU始终为0
• OLT单播为0，OLT组播/广播为1

实际逻辑链接ID(15b)-

• 识别已注册的ONU
• 7FFF广播

CRC保护从SLD(字节3)到LLID(字节7)。

安全

下游流量广播到所有ONU，因此恶意用户可以轻松地对ONU进行重新编程并捕获所需的帧。

上游流量尚未暴露给其他ONU，因此不需要加密。不要考虑使用光纤窃听器，因为EPON不提供任何标准的加密方法，但是-

• 可以补充IPsec或MACsec和
• 许多供应商添加了基于AES的专有机制。

BPON使用了一种称为搅动的机制-搅动是一种低成本的硬件解决方案(24b密钥)，具有一些安全缺陷，例如-

• 引擎是线性的-简单的已知文本攻击。
• 结果证明24b键可在512次尝试中派生。

因此，G.983.3添加了AES支持，该支持现在已在GPON中使用。

QoS – EPON

许多PON应用要求高QoS(例如IPTV)，而EPON将QoS留给更高的层，例如-

• VLAN标签。
• P位或DiffServ DSCP。

除此之外，LLID和Port-ID之间还有一个关键区别-

• 每个ONU始终有1个LLID。
• 每个输入端口有1个端口ID-每个ONU可能有很多。
• 这使得基于端口的QoS易于在PON层实现。

EPON与GPON

下表说明了EPON和GPON的比较功能-

下图显示了EPON和GPON的不同结构-