深度解析：GPON业务封装与映射原理

目前PON技术已成为接入网主流接入技术，并且在PON网络中传输的主要还是以太网业务，那问题就来了，以太网业务是怎么在PON网络（OLT与ONU之间，本文主要关注GPON网络）中进行传输的呢？这就不得不提到GPON的封装与映射原理。

GPON的业务封装方式

GPON标准中定义了一种特殊的封装方法：GEM（GPON Encapsulation Mode），而采用GEM封装形成的帧，我们称之为GEM帧。

• 何为GEM封装方法？

GEM来源于通用成帧协议GFP（ITU-T G.7041），是一种应用于GPON系统的、面向连接的、帧长可变的封装方法，支持对以太网、TDM、SDH、IP、MPLS等多种用户数据帧的封装，支持对用户数据帧的分段。因此，这里GPON能采用GEM封装以太网数据帧也就不足为奇了。

• GEM帧结构具体包含哪些字段？

GEM帧是GPON技术中最小的业务承载单元，是最最基本的数据结构。也就是说，GPON系统是将以太网等业务封装成GEM帧后在GPON线路上传输。GEM帧结构如下图所示：

PLI、Port ID、PTI和HEC构成GEM帧头，Payload表示用户数据帧片段（为何是片段？后面会给出解释）。GEM帧头各字段的具体含义如下：

• 以太网帧怎么封装映射到GEM帧中的呢？

通过对以太网帧在GPON中映射方式的讲解，能让我们更加直观的了解GEM帧的作用。面对到来的以太网帧，GPON系统对其进行解析，将以太网帧中所有重要关键数据直接映射到GEM帧的 Payload中，GEM帧再自动封装头部信息，可以说映射格式非常清晰，如下图所示。

具体来说，GPON系统保留以太网帧中DA（destination MAC address）、SA（source MAC address）、Ethernet Type以太网类型、MAC client data数据负载、FCS（Frame Check Sequence）帧校验序列等信息，再封装头部，最终组成GEM帧。GEM帧中不包含前导和SFD字节。但以太网帧中的关键信息一个没拉下，方便接收端恢复完整的以太网帧。

• 如果以太网帧太长，该如何处理？引出GEM帧的分片机制。

由于以太网数据帧的长度是随机的，如果数据帧的长度超过GEM协议规定的净荷长度（4095字节），要采用GEM的分片机制。GEM的分片机制把超过长度限制的用户数据帧分割成若干分割块，并且在每个块的前面都插入一个GEM帧头。故原始以太网帧的分片可以跨越多个GEM帧。这里就解释了为何GEM Payload中装载的是用户数据帧片段。

GPON的复用映射

PON网络架构是P2MP的架构，即OLT侧一个PON口与多个ONU进行通信。相较于普通的P2P架构，这是一种比较特殊的网络架构。既是特殊的网络架构，在此网络架构上上下行传输数据的方式是有区别的，详细请查看《深度解析：PON网络架构及数据传输方式》，进而GPON上下行的复用封装结构也是有区别的。

在PON系统的上行方向，采用的是GEM Port、T-CONT和ONU三级复用结构，如图所示。每个ONU可包含一个或多个T-CONT，每个T-CONT可由一个或多个GEM Port构成。

在PON系统的下行方向，采用的是GEM Port和ONU两级复用结构。OLT将数据流封装到不同的GEM Port中，ONU根据GEM Port接收属于自己的数据流。

如果对前面的GEM帧中的 Port ID概念还不是很清晰，我们在这里再进行深入的解释。

GEM Port标识的是OLT与ONU之间的业务虚通道，即承载业务流的通道，类似于ATM中的虚连接（VPI/VCI）。

每个GEM Port由一个唯一的Port ID来标识，由OLT进行全局分配。当下行数据帧发送到ONU进行解封装时，当GEM帧是属于这个ONU的，ONU才会接收，而用来标识这个GEM帧的，就是我们提到的GEM Port ID，所以每个GPON端口下的每个ONU使用的GEM Port ID必须是唯一的。不唯一，ONU就无法接收属于自己的GEM帧。

• 何为T-CONT?

T-CONT是GPON上行方向承载业务的载体，所有的GEM Port都要映射到T-CONT中。

T-CONT是针对上行而言的，全称是Transmission Container，即传输容器。对于上行数据来说，他就是一个“容器”，上行的数据就放在这个“容器”当中。

上行帧是多个GEM帧封装到对应的T-CONT中，再对T-CONT进行打包后加上GTC（GPON Transmission Convergence）帧头等信息上传到OLT。即，一个T-CONT是包含了多个GEM帧的信息，多个T-CONT组成GTC帧上传到OLT上。OLT取出里面封装的GEM帧进行业务的识别及匹配。

T-CONT由Alloc-ID来标识，Alloc-ID由OLT分配，在ONU去激活后会失效。

• 为什么要定义T-CONT呢？而且只是在上行方向。

这里引出的T-CONT概念是用来做GPON上行数据调度的，可以理解为QoS，即GPON里面我们叫做DBA（Dynamic Bandwidth Allocation）。T-CONT是DBA实现的基础，是GPON系统中上行带宽控制的最基本单元。通过ONU对T-CONT的带宽申请、OLT对T-CONT授权，实现整个GPON系统上行业务流的动态带宽分配。

换句话说，T-CONT是PON口上行包含一组GEM Port的流量承载实体，是上行带宽分配（DBA）的单元。因此，T-CONT只在上行方向存在。

至于借用T-CONT怎么实现上行方向DBA的调度，我们先下期再见。