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什麼是以太網寬帶接入 以太網寬帶接入介紹【詳解】

  什麼是以太網寬帶接入

  以太網是在20世紀80年代發展起來的一種區域網路技術,由於其具有使用簡便、價格低、速率高等優點,很快成為區域網路的主流。隨著千兆以太網(GbE)的成熟和萬兆以太網(10GbE)的出現,以及低成本地在光纖上直接結構GbE和10GbE技術的成熟,以太網開始進入城域網和廣域網領域。如果接入網也採用以太網將形成從區域網路、接入網、城域網到廣域網全部是以太網的結構。採用與IP一致的統一的以太網幀結構,各網之間無縫連接,中間不需要任何格式轉換,將可以提高運行效率、方便管理、降低成本。

  基於以太網技術的寬帶接入網由局端設備和用戶端設備組成,局端設備一般位於小區內或商業大樓內,用戶端設備一般位於居民樓內;局端設備提供與IP骨幹網的接口,用戶端設備提供與用戶終端電腦相接的10,100BASe-T接口。用戶端設備不同於以太網交換機,以太網交換機隔離單播數據幀,不隔離廣播地址的數據幀,而用戶端設備的功能僅僅是以太網幀的覆用和解覆用;局端設備不同於路由器,路由器維護的是連接埠-網路地址映射表,而局端設備維護的是連接埠-主機地址映射表。用戶端設備只有鏈路層功能,工作在覆用器方式下,各用戶之間在物理層和鏈路層相互隔離,從而保證用戶數據的安全性;局端設備支援對用戶的認證、授權和計費以及用戶IP地址的動態分配,還具有匯聚用戶端設備網管資訊的功能。

  以太網是目前使用最廣泛的區域網路技術。由於其簡單、低成本、可擴展性強、與IP網能夠很好結合等特點,以太網技術的應用正從企業內部網路,向公用電信網領域邁進。以太網接入是指將以太網技術與綜合布線相結合,作為公用電信網的接入網,直接向用戶提供基於IP的多種業務的傳送通道。

  以太網技術的實質是一種二層的媒質訪問控制技術,可以在五類線上傳送,也可以與其它接入媒質相結合,形成多種寬帶接入技術。以太網與電話銅纜上的VDSL相結合,形成EoVDSL技術;與無源光網路向結合,產生EPON技術;在無線環境中,發展為WLAN技術。

  以太網接入中的主要技術問題

  但由於接入網是一個公用的網路環境,因此其要求與區域網路這樣一個私有網路環境會有很大不同,它僅借用了用於局域以太網的幀結構和接口,網路結構和工作原理完全不一樣,由於以太網從本質上說仍是一種區域網路技術,採用這種技術提供公用電信網的接入,建設可運營、可管理的寬帶接入網路,需要妥善解決一系列技術問題,包括認證計費和用戶管理、用戶和網路安全、服務品質控制、網路管理等。

  認證計費:以太網作為一種區域網路技術,沒有認證、計費等機制,但要利用這種技術作為可運營、可管理的用戶接入方式,必須考慮用戶認證授權計費(AAA)。

  AAA一般包括用戶終端、AAA Client、AAA Server和計費軟體四個環節。AAA Client與AAA Server之間的通信採用RADIUS協議。AAA Server和計費軟體之間的通信為內部協議。計費上可根據經營方式的需要,考慮按時長、流量、次數、應用、帶寬等多種方式。 用戶終端與AAA Client之間的通信方式通常稱為“認證方式”,目前的主要技術有以下三種

  ヾPPPoE方式的標準、設備成熟;承載數據與認證數據都需透過PPPoE封裝,對用戶控制能力強,但網路性能和設備處理效率低,容易形成流量瓶頸;設備價格高。

  ゝDHCP+WEB方式無特殊封裝,認證透過後承載數據可直接轉發,網路性能和設備處理效率較高,但對用戶控制能力相對較弱;不論是否透過認證,均佔用IP地址;另外,認證層次過高會影響認證效率,也會對某些網路資源的安全性帶來一定隱患。

  ゞ近來IEEE 802.1x技術發展很快,這種方式中承載數據通道與認證通道分開,網路性能和設備處理效率較高;認證透過後分配IP地址;認證效率較高;更重要的是,它基於以太網內核,實現比較簡單,與以太網設備能夠很好融合,設備成本低。 總之,三種方式各有特點,應根據具體應用情況合理選擇。

  用戶和網路安全:用戶和網路安全對於整個電信網、特別是數據通信網來說都是一個重大課題,在以太網接入網路中,主要體現在用戶通信資訊的保密、用戶帳號和密碼的安全、用戶IP地址防盜用、重要網路設備(如DHCP伺服器)的安全等方面。

  以太網技術用於企業內部時,不同用戶之間需要互傳資訊,反映在設備上,傳統的二層以太網交換機中,單播幀和廣播幀在不同連接埠間是能夠互通的。當以太網技術用於提供公用電信網接入時,由於不同用戶間互不信任的關係,必須實現用戶之間的二層隔離和三層受控互通。這就要求以太網交換機實現連接埠隔離,目前的主要方法有劃分基於802.1q的VLAN,採用連接埠隔離的晶片,或透過其它私有技術實現(如利用僅在本交換機上有效的VLAN或其它設定達到連接埠隔離的目的,但不改變802.1q的VLAN標記)。

  用戶帳號和密碼的安全依靠相應資訊的加密傳送實現。用戶IP地址防盜用可透過綁定機制實現,例如IP地址與MAC地址、用戶連接埠的綁定。對於DHCP伺服器的安全,應防止用戶透過改變MAC地址申請IP地址而耗盡地址資源。

  服務品質控制:在服務品質(QoS)方面,以太網技術只有流量控制、CoS(802.1p)等比較簡單的機制。為提高服務品質,一方面,應保證網路上足夠的帶寬,另一方面,可借鑒Diffserv的一些方法,如整形(shaping)、管制(policing)、分類、佇列調度(如採用WFQ等算法)、擁塞控制(如採用WRED等算法)等。如何透過以太網技術保證服務品質是一個比較複雜的問題,還需要進一步研究,目前這方面的基本要求是能夠對用戶的最高接入帶寬進行限制。

  網路管理:由於傳統的以太網主要用於企業內部,因此以太網交換機的網管功能一般較弱。為了滿足電信網路運行、維護、管理的需要,應當對設備的網管功能提出比較全面的要求。目前,以太網接入網路中的設備應支援基於SNMPv2的網元級管理。

  發展以太網接入技術的主要原則

  以IP、Ethernet為代表的電腦網路技術和以PSTN、ATM為代表的傳統電信網路技術具有不同的特點,對其網路性能的要求也應當有所區別。

  對製造商和運營商來說,不能為技術而技術,而應以市場、效益為中心。只有滿足用戶需求,適應市場需要,低成本,高效益的技術才有生命力。因此,發展以太網接入技術應在保持以太網原有優點的基礎上對設備進行改進,在不過多地增加成本、降低性能的條件下擴展功能,努力尋找技術、市場與效益,功能、性能與成本的平衡點。

  以太網技術應用的新進展

  以太網技術作為數據鏈路層的一種簡單、高效的技術,以其為核心,與其它物理層技術相結合,形成以太網技術接入體系。EoVDSL方式結合了以太網技術和VDSL技術的特點,與ADSL和(五類線上的)以太網技術相比,具有一定的潛在優勢。WLAN技術的應用不斷推廣,EPON技術的研究開發正取得積極進展。隨著 “可運營、可管理”相關關鍵技術問題的逐步解決,以太網技術接入體系將在寬帶接入領域得到更加廣泛的應用。

  同時,以太網技術的應用正在向城域網領域擴展。IEEE802.17 RPR技術在保持以太網原有優點的基礎上,引入或增強了自愈保護、優先級和公平算法、OAM等功能,是以太網技術的重要創新。

  總之,以太網技術由於其簡單、低成本、易擴展的優勢,在用戶桌面系統和企業內部網路已非常普及,隨著技術的發展創新,其應用領域正逐步向接入網、城域網、甚至廣域網/骨幹網方面拓展,形成基於IP/Ethernet的端到端無縫連接。

  接入方式比較

  當初,電腦是透過數據通信網路實現數據的通信和共享;此時的電腦網路,基本上以電信網作為資訊的載體。例如,互聯網都是透過電信網路中的X.25網、DDN網、數據幀中繼網等傳輸IP數據包的。如今,以IP技術為核心的資訊網路將成為網路的主體,資訊傳輸、數據傳輸將成為網路的主要業務,一些傳統的電信業務也將在資訊網路上開通,但其業務量只佔資訊業務的很小一部分。作為寬帶綜合資訊業務的承載平台,電信網路、電腦網路、有線電視網路在接入方式、用戶負擔的成本、可以提供的服務內容等方面不盡相同,適用範圍也不大一樣,因此,幾種接入網在技術上也存在著顯著的區別。

  電信網

  傳統的電信網路已有百年以上的歷史,它有一個龐大而良好的用戶群體,它所運用的傳輸技術已從原來的公眾電話網路的Modem、DDN、ISDN轉換到ADSL。儘管如此,電信網現在普遍應用於用戶的接入方式仍為Modem,Modem的最大傳輸速率只有56kb/s,它不是一種寬帶接入方式,遠遠不能夠滿足網路用戶的需求。為了在傳統的電信網路平台上傳輸寬帶業務,提高數據流量,電信公司先後在網路上應用了DDN、ISDN等技術,然而這些技術的傳輸速率也遠遠達不到用戶的需求,因此,近來ADSL技術被廣泛地應用在電信網路平台上,以提高數據流量,為電信部門今後開展寬帶多功能業務鋪墊好物理網路基礎。ADSL技術可以提供基於ATM的各種應用業務。而對寬帶IP接入的需求卻迅速增長,ADSL接入轉而成為寬帶互聯網接入的一種新方法。由於ADSL仍然保持原來的體制和結構,其前端設備DSLAM提供的是ATM接口,故最終它還需要透過路由器連接互聯網,實現互聯網接入。

  ADSL接入的優點是:可以利用現有的市內電話網和電話交換局的機房,不需要對網路進行大規模改造,從而大大降低了施工和維護成本,而且電話業務不會受到任何影響,因此使用ADSL可以一直聯網而不影響電話的使用。

  ADSL接入的缺點是:它對線路品質要求較高,當線路品質不高時,推廣使用有困難。ADSL的實際速度還受到用戶和電話分局之間的電話線長度和電話線路品質的影響; 而且ADSL系統樓內樓外使用的都是非屏蔽雙絞線,所以抵抗天氣幹擾的能力較差; 其帶寬可擴展的潛力也不大。因此,ADSL不能滿足今後日益增長的接入速率的需求,只能成為一種過渡性產品,應用於要求不高的舊社區單用戶的寬帶接入改造上。

  電腦網

  電腦以太網是目前應用最為廣泛的區域網路絡傳輸方式,普遍實用的協議已經從IEEE802.3的10Base-T轉向快速以太網100Base-T,它採用基帶傳輸,透過雙絞線和傳輸設備(路由器、交換機等),實現10M/100M/1Gb/s的網路傳輸,應用非常廣泛,技術成熟。從最初同軸電纜上的共享10Mb/s,發展到現在的雙絞線和光纖上的100Mb/s甚至1Gb/s的傳輸技術、交換技術等。以太網技術成熟,結構簡單,穩定性、可擴充性好,便於網路陞級。同時可以比較容易地實現即時監控、智能化物業管理,提供智能化、資訊化的辦公、家居環境,滿足不同層次的人們對資訊化的需求。目前,全球企事業用戶的80∼90%都採用以太網接入,已成為企事業用戶的主導接入方式。採用以太網作為企事業用戶接入手段的主要原因是已有的網路基礎和長期的經驗知識,而且目前所有流行的作業系統和應用也都與以太網相容。由於計費、品質、尋址、管理、安全、接入成本以及私有性等多種因素,以太網作為公用網接入方式尚需進一步改進。以太網技術的固有機制不能夠提供端到端的包延時、包丟失率以及帶寬控制能力,難以支援即時業務的服務品質; 同時,目前以太網也不能提供故障定位以及多用戶共享節點和網路所必須的計費統計能力; 而且,由於家庭住宅一般較分散,以太網接入方式成本較高,家庭的寬帶接入一般也很少採用構建以太網的方式。對於城區,如果採用以太網接入解決方案,則需要重新進行數據網路結構化布線,這對於城區的普通用戶是無法接受的。因此,傳統以太網必須經過改造後才能順利地應用於公用接入網。

  有線電視網

  在我國,由於同軸電纜入戶率很高,因此充分利用該資源開展Internet接入服務是有線電視運營的發展方向,利用電纜數據機技術在HFC上傳輸IP數據業務將會迅速發展起來,成為Internet接入的一個強有力的競爭者。HFC上傳輸IP數據的主要設備有電纜數據機終端系統CMTS和電纜數據機CM。其中,CMTS一般位於有線電視網前端的位置,提供與公網節點機如ATM交換機或路由器的接口,CM位於用戶家中,提供與用戶電腦的接口。CMTS與CM之間的通信與普通Modem、以太網有所不同。普通Modem之間的通信是點到點,一一對應的,以太網卡之間的通信是共享總線、半雙工的,CMTS與CM之間的通信是點到多點、全雙工的,任何CM之間的通信都必須透過CMTS才能完成。在HFC上,傳輸IP數據的點到多點系統存在多址接入的問題,解決的方法多是採用時分多址接入(TDMA)。

  目前,CMTS與CM之間的資訊傳輸方式為:下行是廣播方式,上行是TDMA方式。在下行方向,CMTS發送給特定的CM數據幀含有標識CM的資訊,因此只有符合標識的CM會繼續處理該數據幀,其他CM會丟失該數據幀,在上行方向,信道被分割成連續的時間間隔斷,CMTS在下行信道中通知所有CM哪個上行信道的時間間隔斷可以由哪個CM發送數據幀,於是CM就按照CMTS的規定在可用的時間段發送數據幀。目前,在HFC上傳輸數據的設備所採用的標準大多是MCNS/DOCSIS 1.0/1.1,一部分採用DVB/DAVIC ETS300 800,使得不同生產廠家的CMTS與CM之間不能夠互通。從發展趨勢看,廠家專用標準將逐漸消亡,DOCSIS標準可以為不同的電纜數據機提供互操作性,將成為主導的標準。

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