1.2 光接入网技术在通信协议架构中的位置
1.2.1 通信协议定义和特性
在通信系统中，信令（Signal）和协议（Protocol）是通信系统的控制系统，上述所有技术发展实际上是信令和协议的演进。本书以信令和协议为主线，通过介绍当代通信的网元、终端、信令、组网技术使读者了解当代网络技术知识，提高技术水平。所谓纲举目张，信令和协议就是“纲”，通信系统和通信网就是“目”。
通信协议是指双方实体完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。协议定义了数据单元使用的格式，信息单元应该包含的信息与含义，连接方式，信息发送和接收的时序、定时，从而确保网络中数据顺利地传送到确定的地方。
通信协议的特点：层次性、可靠性和有效性。
通信协议的3个要素：
语法：如何通信，包括数据的格式、编码和信号等级（电平的高低）等。
语义：通信内容，包括数据内容、含义以及控制信息等。
定时规则（时序）：何时通信，明确通信的顺序、速率匹配和排序。
1.2.2 通信协议架构
通信协议按照OSI 7层架构分为应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。通信协议的结构如图1-4所示。
图1-4 通信协议的结构
通信协议分层是为了便于理解和功能描述、灵活地应用适配各种需求、便于软硬件设计的功能实现，功能的后期维护、测试。协议设置了在不同的层级，数据通过不同层级进行功能处理，例如，IP数据分组通过不同层级在静荷中加不同的头部（标签）。数据在任何层级出现问题都可以回朔、定位。
应用层。应用层提供应用进程OSI环境的手段，负责管理和执行应用程序。应用层服务代表性协议主要有DHCPv4、DHCPv6、RADIUS、DIAMETER、HTTPS、HTTP、NTP、SNMP、POP3、IMAP、SMTP、SIP、H.248等，如表1-3所示。
表1-3 应用层服务协议举例
Socket处于第7层（应用层），建立通信管道，实现以上通信过程，是客户端和服务器端的一个通信进程，双方进程通过Socket进行通信，而通信的规则采用指定的协议。Socket只是一种连接模式，不是协议，TCP、UDP是两个最基本的协议，很多其他协议都是基于这两个协议。例如，HTTP就是基于TCP的，用Socket可以创建TCP连接，也可以创建UDP连接，这意味着，用Socket可以创建任何协议的连接，因为其他协议都基于此。
表示层。把应用层的数据表示出来，由各协议解释。表示层在两个通信应用层协议实体之间负责数据的表示语法，目的在于解决格式和数据表示的差别。本层执行通用数据交换功能、提供标准应用接口以及公共通信服务。
会话层。会话层在两个应用层实体之间建立一次连接，称为会话。它负责组织和同步它们的会话并为管理它们的数据交换提供必要的手段，用于主机之间通信。如SS NO.7、H.264、MPEG4、LDAP（轻量级目录访问协议）。
传输层。传输层为端到端的连接，端口代表上层应用程序。如TCP、UDP、传送适配层协议（TALI）。
网络层。逻辑地址，选择最佳地址和网络路径。网络层在通信子网中传输信息分组或报文分组，向传输层提供信息分组传输服务，传输实体无须知道任何数据传输和用于连接系统的交换技术。网络层服务负责建立、保持和终止通过中间设备的连接，负责路径选择和拥挤控制功能。路由协议有中间系统到中间系统协议（IS-IS）、距离向量路由协议（RIP）、IPv6距离向量路由协议（RIPng）、开放最短路径优先（OSPF）、虚拟路由冗余协议（VRRP）、热备份路由协议（HSRP）、边界网关协议（BGP）、外部网关路由协议（EGP）、资源预留协议（RSVP）；网络层还有IP、多播管理协议（ICMP）、地址解析协议（ARP）/反向地址解析协议（RARP）、BOOTP、多协议标签交换（MPLS）等。在光线路单元OLT上支持部分3层协议，支持3层组网及ICMP。
数据链路层。数据链路层在物理层提供的比特流基础上，建立相邻节点之间的数据链路，传送按一定格式组织起来的位组合，即数据帧。本层为网络层提供可靠的信息传送机制，将数据组成适于正确传输的帧形式，主要协议有VPN二层通道协议（L2TP）、L2F（二层转发）协议、点对点隧道协议（PPTP）；EPON的数据链路层的多点控制协议（MPCP）、媒体访问控制（MAC）协议、GTC层协议（GPON）、10G EPON的数据链路层的MPCP、MAC。
OLT和ONU支持QinQ二层VLAN。ONU支持PPPoE协议、H.248、SIP、DHCP。
物理层。接口类型，电器类型。物理层包括设备之间物理连接的接口和用户设备与网络端设备之间数据传输规则。物理层的4个特性：机械特性、电气特性、功能特性和过程特性，主要用来传输由第二层（L2）封装以后的比特流。
目前，广泛应用的主要协议有802.3ae（10G光纤接口）、EPON 802.3ah（EPON接口）、中国EPON2.0接口。物理层为调和RS子层和PCS（物理编码）子层/物理媒质附加（PMA）。
IEEE 802.3av 10G EPON协议是EPON 802.3ah的扩展。GPON技术是基于ITU-TG.984.x标准的最新一代宽带无源光，物理层为物理媒质相关（PMD）层。
G.fast协议是国际电信联盟（国际电联）的一个标准化建议。该技术可在长度小于250m的铜线上达到光纤上的速率，即超过1Gbit/s。相比光纤到户，它还有成本上的优势。双绞线可达1Gbit/s传输速率。
Xdsl技术：ADSL、VDSL双绞线数据传输技术。
WLAN：无线接入802.11g、802.11a、802.11b、802.11n协议。
蓝牙接入：802.15协议。
3G：通信WCDMA、CDMA2000。
4G：FDD-LTE、TDD-LTE无线接入部分（空口）。
5G：NB-IoT、eMTC物联网。
5G：5G NR宽带无线接入部分（空口协议NR），基于OFDM的全新空口设计的全球性5G标准。