宽带以太网接入技术及其标准化

2019-11-04 20:50:30

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　　一、IEEE 802.3协议介绍
　　
　　1．IEEE 802协议族的框架
　　
　　　　IEEE 802协议是规范局域网的系列协议。
　　
　　2．IEEE 802.3协议
　　
　　　　我们一般把IEEE 802.3协议称作以太网协议，它是IEEE局域网协议的一支。现有的以太网速率和介质有以下几种：
　　
　　◇10Mbit/s--10Base-T Ethernet（铜线）；
　　
　　◇100Mbit/s--Fast Ethernet（铜线或光纤）；
　　
　　◇1000Mbit/s--Gigabit Ethernet（铜线或光纤）。
　　
　　　　我们以前所熟知的802.3z（千兆以太网 GBit以太网）、802.3ab（1000Base-T Ethernet）、802.3ac（VLAN Tag）、802.3ad （链路聚合）都已经成为2002版的802.3标准的一部分而不再单独出现。同时10-Gigabit Ethernet的标准IEEE 802.3ae已于2002年6月12日获批准正式发布。
　　
　　二、IEEE 802.3ah协议
　　
　　1．IEEE 802.3ah研究组的历程
　　
　　　　2000年11月，IEEE 802.3工作组批准成立一个新的研究组，其研究题目为"第一英里以太网（Ethernet in the First Mile）"，简称为"EFM"。到2001年第三季度，802.3工作组批准了其项目授权申请（PRoject Authorization Request），授权EFM非凡工作组起草802.3ah标准的草案。2002年7月非凡工作组对一整套基本的技术建议达成了一致，这些基本建议的采纳成为第一版标准草案的原型，该草案在2002年底提交802.3工作组评审和投票。上述事件成为802.3ah标准化进程的三个重要的里程碑。预计802.3工作组最早将于2003年底正式批准该标准。
　　
　　2．IEEE 802.3ah研究组的目标
　　
　　　　802.3ah研究题目中"第一英里"指的是用户端到电信运营商局端设备的这一段连接，这段连接从使用者的角度是最先一英里，而从运营者的角度是最后一英里。因此，从标准的名称中我们可以发现该标准强调将用户的需求放在第一位。它的目标是将已经得到广泛应用的以太网技术推广到电信用户的接入网市场。这样可以使网络性能明显提高，同时降低设备和运维的成本。
　　
　　　　802.3ah项目的研究范围包括宽带以太网必备的所有技术要素，包括运行在铜线、点对点光纤、点对多点光纤上的物理层规范，运行治理与维护的通用机制，形成对商业和住宅用户提供宽带业务的能力。研究组的几个要害目标为：
　　
　　◇ 一条单模光纤上点对点的100M和1000M以太网，距离大于等于10km；
　　
　　◇ 一条单模光纤上点对多点的PON上的1000M以太网，距离大于等于10km，复用比大于等于1:16；
　　
　　◇ 现有铜线上的点对点10M以太网，距离大于等于750m；
　　
　　◇ OAM包括远端故障指示，远端环回和链路监视。
　　
　　3．IEEE 802.3ah的要害技术
　　
　　　　网络运营商会根据其商业模式和网络结构的规划选择其网络拓扑和物理层技术。EFM为运营商建设和升级其接入网络提供了几种各具优势的技术，同时这几种技术可以用共同的工具和OAM程序来治理。为充分利用现有的语音质量的铜线资源以及已经铺设到小区的光纤资源，点对点的铜线以太网是非常合适的一种技术。在需要安装新的传输媒质时，单模光纤是最佳的选择。至于选择点对点还是点对多点的拓扑结构，要由下述商业和技术因素决定：设备间的距离，网络结构，现有的获利模式，收入潜能，资金成本，财务规划，未来应用的设想等。
　　
　　（1）单模光纤上的点对点以太网
　　
　　　　为了降低成本，EFM提出了运行在单条光纤上的以太网的标准，作为对现行的运行在光纤对上的以太网的补充。单条光纤的工作原理是在两个方向上使用不同的波长，而非两条独立的光纤使用相同的波长。在其他方面，EFM采用了已有的技术，如1000Base-LX和100Base-FX。
　　
　　（2）单模光纤上的点对多点EPON
　　
　　　　EPON规范包括多点控制协议（Multi-Point Control Protocol），点对点仿真，两种物理媒质相关子层（PMD）的规范。
　　
　　（3）基于DSL技术的铜线以太网
　　
　　　　铜线以太网是EFM标准起草过程中争议最大的一个部分。非凡任务组在短距离以太网业务（在至少750米的有效传输距离上支持10Mbit/s以上的传输速率）方面达成了采用VDSL技术的一致意见。但是针对有效传输距离2700m以上，传输速率2Mbit/s以上的情况，还要在ADSL plus和SHDSL两种方案之间做出抉择。
　　
　　（4）网络的OAM
　　
　　　　为提高网络的可操作和可维护性，EFM提供连接的远端OAM功能，包括远端故障指示，远端环回和链路监视。
　　
　　4. IEEE 802.3ah的结构
　　
　　三、与宽带以太网接入相关的IEEE协议
　　
　　　　相关的以太网协议还有：
　　
　　　　IEEE 802.3ae 10Gigabit Ethernet--该协议已经在2002年6月12日被批准，目前有包括Agilent、Extreme、Intel和Nortel在内的多家厂商可以提供支持该标准的产品。由于初次使用的投资较高，估计该技术将主要应用于城域骨干网。
　　
　　　　IEEE 802.3af DTE power via MDI--该标准定义通过MDI为DTE设备远程供电的方法，在5类UTP电缆上提供多达15w的功率。
　　
　　相关的局域网协议还有：
　　
　　　　IEEE 802.11 Wireless LAN--该标准通过规范无线接口，使各种DCE设备能够无需布线就组成局域网。 IEEE 802.17 Resilient Packet Ring--该标准使用802.3协议定义的1G和10G的以太网接口，将单模光纤连接成环路，称为弹性分组环。
　　
　　　　四、与宽带以太网接入相关的国内标准
　　
　　　　随着以太网技术向通信领域的渗透，国内的通信标准研究组也逐渐开始制定一系列与以太网技术关系密切的通信行业标准。目前已经发布的有：
　　
　　YD/T 1148-2001 《网络接入服务器（NAS）技术要求--宽带网络接入服务器》；
　　
　　YD/T 1160-2001 《接入网技术要求--基于以太网技术的宽带接入网》；
　　
　　YD/T 1239-2002 《接入网技术要求--甚高速数字用户线（VDSL）系统》；
　　
　　YDN 078-1998 《接入网技术要求--不对称数字用户线(ADSL) 》；
　　
　　YD/T 1064-2000 《接入网技术要求--无话音分离器的低速不对称数字用户线（ADSL.lite）》；
　　
　　YD/T 1188-2002 《接入网技术要求--基于ATM方式的不对称数字用户线（ADSL）用户端设备》；
　　
　　YD/T 1185-2002 《接入网技术要求--单线对高比特率数字用户线（SHDSL）》；
　　
　　YD/T 1099-2001 《千兆比以太网交换机设备技术规范》。
　　
　　还有一些与以太网相关的技术，标准组正在研究起草相应标准的过程中，包括：
　　
　　三层交换机设备技术要求；
　　
　　虚拟局域网（VLAN）技术要求和测试方法；
　　
　　接入网技术要求--基于以太网的无源光网络（EPON）；
　　
　　接入网技术要求--增强型不对称数字用户线（ADSL+）；
　　
　　以太网交换机集群治理技术要求；
　　
　　宽带网络接入服务器技术要求（修订）；
　　
　　AAA服务器认证计费接口标准--宽带网络接入服务器。
　　
　　　　五、以太网的发展展望
　　
　　1．安全问题
　　
　　　　以太网接入方式被大家质疑的一个主要问题是网络的安全问题。因为接入网是一个公用的网络环境，而以太网原本是面向一个私有的局域网来设计的，这样在用户的安全与计费方面存在一些缺陷。目前有以下技术可以解决这方面的问题。
　　
　　　　用交换机代替共享式集线器在减少网络冲突的同时避免了单播包网络侦听。采用VLAN技术隔离ARP、DHCP等携带用户个人信息的广播消息，可以使用户的安全性得到进一步的提高。为对用户进行有效的治理，需要对用户进行认证和计费的方法。目前应用比较多的方法有PPPoE和IEEE 802.1X等，接入服务器一般采用Radius协议与AAA服务器交互实现对用户的认证和计费。在认证后可以将已认证用户的MAC地址，分配给他的ip地址、他所在的VLAN捆绑在一起提供更佳的安全保障。
　　
　　2．基于以太网技术的宽带接入网
　　
　　　　鉴于目前的解决方案和设备还不能完全满足接入网这样一个公用网络环境的要求，接入标准组提出了基于以太网技术的宽带接入网。基于以太网技术的宽带接入网由局侧设备和用户侧设备组成。局域设备提供与IP骨干网的接口，用户侧设备提供与用户终端计算机相接的10/100BASE-T接口。局侧设备具有汇聚用户侧设备网管信息的功能。
　　
　　　　在基于以太网技术的宽带接入网中，用户侧设备只有链路层功能，工作在MUX（复用器）方式下，各用户之间在物理层和链路层相互隔离，从而保证用户数据的安全性。另外用户侧设备可以在局侧设备的控制下动态改变其端口速率，从而保证用户最低接入速率、限制用户最高接入速率，支持对业务的QoS保证。对于组播业务，由局侧设备控制各多播组状态和组内成员的情况，用户侧设备只执行受控的多播复制，不需要多播组治理功能。局侧设备还支持对用户的认证、授权和计费以及用户IP地址的动态分配。为了保证设备的安全性，局侧设备与用户侧设备之间采用逻辑上独立的内部治理通道。
　　
　　　　在基于以太网技术的宽带接入网中，局侧设备不同于路由器，路由器维护的是端口--网络地址映射表，而局侧设备维护的是端口--主机地址映射表；用户侧设备不同于以太网交换机，以太网交换机隔离单播数据帧，不隔离广播地址的数据帧，而用户侧设备完成的功能仅仅是以太网帧的复用和解复用。　　基于以太网技术的宽带接入网还具有强大的网管功能。与其它接入网技术一样，能进行配置治理、性能治理、故障治理和安全治理；还可以向计费系统提供丰富的计费信息，使计费系统能够按信息量、按连接时长或包月制等进行计费。
　　
　　3．应用前景
　　
　　　　宽带接

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