Uma tecnologia para acesso que se popularizou acentuadamente em anos recentes usa fibras óticas para prover serviço de dados para clientes. As redes PON (Passive Optical Network) tem sido implantadas de forma crescente por provedores de acesso, proporcionando altas taxas de transmissão (atualmente até 2.5 Gbps) com baixo custo de implantação. Existem dois tipos mais difundidos de redes PON:

GPON: os enlaces de dados se baseiam em tecnologia de encapsulamento própria (GEM) que oferece flexibilidade de configuração para os enlaces e bom controle sobre o uso da capacidade da rede. O padrão XG-PON é uma atualização do padrão para taxas de até 10 Gbps.
EPON: os enlaces de dados se baseiam em Ethernet, com menor custo porém menor controle sobre o uso de recursos da rede. Há uma atualização do padrão para 10 Gbps.

Uma introdução sobre ambas tecnologias pode ser vista neste blog.

Uma rede PON

EPON

Webinar: Soluções em redes GPON e EPON Intelbras

"Uma rede ótica passiva (PON – Passive Optical Network) trata-se de uma única fibra ótica compartilhada que é divida com o uso de splitters ou divisores óticos, tipicamente de custo acessível. Estes splitters dividem o sinal ótico da fibra em feixes separados, que são por sua vez transportados através de fibras individuais para cada assinante ou usuário final. O uso do termo passivo explica-se porque, entre a conexão do CO e os usuários finais, não há nenhum equipamento eletrônico ativo dentro da rede (a exemplo de um switch). Somente uma conversão ótica-elétrica é necessária em cada ponto de terminação da fibra, basicamente uma no CO e uma no usuário final. Assim, os usuários finais estão ligados via fibras dedicadas até o splitter, e daí compartilham uma única fibra até o CO.

No padrão IEEE 802.3ah, a rede ótica passiva PON é baseada no Ethernet, ao invés de outras tecnologias de PON baseadas em ATM. Daí ser chamada esta rede de EPON (Ethernet PON)."

(texto extraído deste tutorial).

Um exemplo de uma rede EPON

Comunicação em uma rede EPON

Uma rede EPON é formada por um equipamento concentrador localizado nas instalações do provedor, denominado OLT (Optical Line Terminator), e vários equipamentos terminais localizados nas dependências dos clientes, denominados ONU (Optical Network Unit). O OLT implanta a rede ótica e coordena as transmissões dos ONU. Além disso, um ONU somente pode se comunicar pela rede ótica se devidamente reconhecido e autorizado pelo OLT. Em uma rede EPON pode haver até 128 ONUs por fibra.

Para operação em modo full-duplex, os sistemas EPON multiplexam os sinais de transmissão da OLT para as ONU’s (downstream) e das ONU’s para a OLT (upstream) usando diferentes comprimentos de onda de luz: 1490nm para os sinais downstream e 1310nm para os sinais upstream (FONTE).

Como em uma rede EPON a fibra ótica entre OLT e os ONU é compartilhada, as transmissões devem seguir algumas regras. Cabe ao OLT comandar as transmissões. No caso downstream, os quadros transmitidos pelo OLT são recebidos por todos ONU. Cada ONU filtra os quadros recebidos com base em um identificador contido em cada quadro, dessa forma descartando aqueles quadros não destinados a si. No sentido upstream as transmissões ocorrem em modo TDMA, em que cada ONU transmite de acordo com um timeslot concedido pelo OLT (um timeslot possui uma duração e instante inicial). Com esse procedimento, não ocorrem colisões entre transmissões de OLT e ONUs. As figuras a seguir ilustram os casos downstream e upstream.

Transmissões em downstream: todos ONU recebem os quadros enviados pelo OLT, e os filtram com base em um identificador contido nos quadros

Transmissões em upstream: cada ONU transmite seus quadros de acordo com seu timeslot concedido pelo OLT

Um ciclo de transmissões em upstream: cada ONU transmite seus quadros de acordo com um tempo concedido pelo OLT

O gerenciamento dos ONU e das transmissões upstream em uma rede EPON se faz por meio do protocolo MPCP (Multi-Point Control Protocol), que estende o protocolo MAC e implementa estes serviços:

Prover referência de tempo para sincronizar ONUs
Controlar o processo de auto-descoberta de ONUs
Atribuir largura de banda aos ONUs (limites de tempo de transmissão por ciclo)

No MPCP, cada ONU é identificado com um número único de 16 bits denominado LLID (Logical Link Identification), o qual é gerado dinamicamente pelo MPCP. Esse número é usado pelos ONU para filtrar os quadros recebidos do OLT. Apenas quadros rotulados com o LLID atribuído ao ONU são aceitos.

Atividade

Parte 1: Implantação de uma rede EPON simplificada

Manuais e softwares para equipamentos EPON Intelbras

Nesta primeira etapa, uma pequena rede EPON será implantada com CPEs configurados estaticamente.

Observe os elementos da rede EPON: OLT com módulo ótico SFP, ONU, fibra e seus conectores, splitter.
Conecte o módulo SFP à primeira porta PON do OLT. Em seguida, conecte o cabo de fibra e o splitter.
Ative o OLT, acessando sua interface de gerenciamento. Siga seu manual de configuração.
Conecte seu computador à interface LAN de um ONU. Acesse a interface de gerenciamento do ONU (ver manual de configuração).
- Configure o ONU para operar em modo bridge
Em uma fibra a partir do splitter, conecte a porta PON do ONU
Observe se o OLT reconheceu o ONU. Veja o LLID que foi associado ao ONU.
Teste a comunicação do seu computador com a Internet.
Identifique a subrede em que está seu computador
Agora deve-se realizar um teste de vazão pelo link ótico
1. Para medir a vazão downstream, faça o download deste arquivo.
2. Use o programa iperf para medir a vazão upstream:
```
iperf -c 192.168.1.1 -i 5 -t 60
```

Parte 2: ONUs com links PPPoE

Nesta segunda etapa, os links dos ONU devem ser implantados com PPPoE.

Implante um AC PPPoE na rede do laboratório.
Acesse a interface de gerenciamento do ONU, e configure-o para operar em modo roteador.
Configure seu endereço IP WAN em modo PPPoE
Configure seu endereço IP LAN com uma subrede de sua escolha
Teste a comunicação com a Internet a partir de seu computador

Parte 3: ONUs como bridge e link PPPoE

Nesta terceira etapa, os ONU devem funcionar como bridge, e um roteador adicional deve estabelecer o link PPPoE.

Acesse a interface de gerenciamento do ONU, e configure-o para operar em modo bridge.
Instale um roteador entre o ONU e a rede do cliente. Configure esse roteador para que o link WAN seja feito com PPPoE.
Configure o endereço IP LAN do roteador com uma subrede de sua escolha. Use DHCP para a subrede do cliente.
Teste a comunicação com a Internet a partir de seu computador
Implante também uma rede sem-fio em seu roteador TP-Link, e use-a com seu celular para acessar a Internet.
Faça com que seu computador possa ser acessado via SSH a partir da rede externa. OBS: por rede externa entenda a rede do laboratório, ou a subrede de outro cliente EPON.

Parte 4: Limitação de taxa de transmissão dos ONUs

Esta tarefa apresenta um certo desafio. Ela envolve entender como realizar uma determinada função de rede em um equipamento específico.

O OLT possibilita limitar as taxas de downstream e upstream percebidas por cada ONU. Configure o OLT para que os ONU tenham essas taxas limitadas em 20 Mbps downstream e 4 Mbps upstream.

Leia o capítulo 9 do manual do usuário do OLT, e identifique o que é necessário realizar para limitar as taxas de dados dos ONU. Note que o manual usa termos como CIR, CBS, EBS e PIR:
- CIR (Commited Information Rate): a taxa de dados usual a ser limitada
- CBS (Commited Burst Size): a quantidade de bytes máxima que pode ser transmitida com taxa máxima (taxa maior que CIR)
- EBS (Excess Burst Size): a quantidade máxima de bytes que pode exceder o CBS (isso tem relação com o tamanho de pacote)
- PIR (Peak Information Rate): a taxa de dados de pico (taxa máxima)

Note que cada ONU é identificada no OLT com a nomenclatura: slot/porta_PON/número_ONU No nosso caso, os ONU sempre terão a identificação 0/1/número_ONU, senod número ONU o número do ONU conforme descoberto no OLT.

IER60808: EPON