《以太网接入技术》PPT课件.ppt

AccNet 2006秋,JJY UESTC,接入网技术 Access Networks,杨建军 ,AccNet 2006秋,JJY UESTC,第3章 以太网接入技术,以太网回顾 LAN方式接入 EFM方式接入 接入协议模型,AccNet 2006秋,JJY UESTC,第3章：以太网接入技术,3.1 概述 3.2 以太网回顾 3.3 接入相关的几个协议 3.4 EFM与IEEE 802.3ah 3.5 在接入中使用以太网技术 3.6 以太网接入的协议栈 3.7 小结和参考资料,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.1 概述,IP协议已经一统网络层 以太网技术最佳地匹配了IP技术 变长帧、无连接、域内广播、 以太网技术正在一统链路层 以太网接入 以太网技术已经是园区网接入主流 新兴的宽带运营商已经大量发展了以太接入技术 专门针对电信运营商开发了以太接入技术 IEEE 802.3ah-2004，EFM 以太接入技术正在进一步完善 系统结构、接入控制、用户隔离、,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.2 以太网回顾,3.2.1 以太网的诞生 3.2.2 以太网的标准化 3.2.3 早期的特点 3.2.4 发展中的变化 3.2.5 当前的以太网,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.2.1 以太网的诞生,以太网的诞生 Bob Metcalf & David Boggs 1973年5月22日PARC/Xerox Metcalf在备忘录中命名了Ethernet 1976年6月： Metcalf & Boggs发表著名论文 以太网：局域网的分布式信息分组交换 1977年底： Metcalf等获得CSMA/CD等4项专利 具有冲突检测的多点数据通信系统,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.2.2 以太网的标准化,开放性标准是以太网成为主流的根本原因 DIX标准： DEC/Intel/Xerox 早期标准，便于使用但权威性不足 Ethernet (1980)、Ethernet (1982) IEEE 标准 当今标准，由IEEE 802.3工作组负责 1982年12月：802.3标准草案宣布 Xerox将4件专利转交IEEE 802.3得到ANSI/ISO的认可，成为以太网的同义词 IEEE 802.3-1985：标准的第一个版本 当时，802.3的使用不灵活且繁琐,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.2.3 早期的特点,使用共享介质 同轴缆：总线型 双绞线：物理上的星型、逻辑上的总线型 争用型的MAC协议：CSMA/CD 面向LLC的帧结构 802.3必须配合802.2，才可以使用 仅仅是局域网技术 传输速率：10Mb/s、铜缆近距离传输 适合于办公室环境：接入自由、共享方便 不适合于接入网环境：没有接入控制和用户隔离,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.2.4 发展中的变化,高速化、光纤传输日益成熟 10Mbps/100Mbps/1000Mbps/10Gbps 光纤传输日益成熟，使之进入主干网领域 从共享到交换：以太网交换机产生并大量应用 网络总体性能急剧提高 CSMA/CD协议开始只具有象征意义 几乎不使用共享信道，MAC协议不是必须 以太帧结构的重大改进 摆脱LLC，面向多协议 扩展帧结构，支持VLAN等多种用途,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.2.5 当前的以太网,标准的当前版本：IEEE 802.3-2005 MDI 10Mbps/100Mbps/1000Mbps/10Gbps 铜缆和光纤：UTP、MMF、SMF 传输距离：标准40km，最远3000km 帧结构 改进Type段：面向多协议，可高效运行IP协议 扩展帧结构，可使用加标帧支持VLAN 主流的组网技术 交换式网络、全双工传输、VLAN,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.3 接入相关的几个协议,3.3.1 远端馈电技术PoE 3.3.2 接入端口控制技术,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.3.1 远端馈电技术PoE,背景 接入设备的环境，通常不具备正规机房的条件，电源不良 借鉴PSTN的运行经验，由机房的设备通过以太网线远端馈电 以太网远端馈电标准：IEEE 802.3af-2003 DTE Power via MDI 通过以太网端口(MDI)对连网设备(DTE)供电 供电设备、受电设备 PSE: Power Sourcing Equipment PD: Powered Device 电源输出： 48V，功率级别：15/7/4W 简称： PoE，Power over Ethernet 用途 网络终端设备：IP电话机、网络摄像机 网络前端设备：AP、接入交换机前端扩展设备,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.3.2 接入端口控制技术,IEEE 802.1X-2004 Port-based network access control 基于端口的接入控制协议 在以太接入端口上进行接入控制 端口控制、中心认证 构成完整的接入控制系统 基本工作原理 适用于物理接入802网络，包括以太接入 基于端口进行网络接入的控制 提供认证和授权，支撑AAA的系统运行,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.4 EFM与IEEE 802.3ah,3.4.1 EFM与802.3ah标准 3.4.2 802.3ah概要 3.4.3 光纤P2P接入 3.4.4 光纤P2MP接入 3.4.5 铜缆长距离接入 3.4.6 铜缆短距离接入 3.4.7 小结,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.4.1 EFM与802.3ah标准,IEEE 802.3ah-2004：以太接入网 Ethernet for subscriber access networks 是针对电信运营商制定的以太网标准 使用电信运营商的术语“subscriber” 标准制定了4种新的MDI 这4种物理层规范都使用电信运营商拥有的基础设施 以太接入网别名：EFM网络 Ethernet in the First Mile，第一公里以太网 EFM联盟致力于 推动以太接入网的标准制定和推广应用,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.4.2 IEEE 802.3ah概要,802.3ah制定了4种新的MDI 介质相关接口，即是物理层规范 这些MDI运行在电信运营商的接入基础设施上 光纤：电信接入网的接入光缆 铜缆：市话电缆、驻地网户线 工作组以太网：运行在五类双绞线、园区光缆上 新的MDI大量借用了已有的成熟技术 物理层借用：EPON、 S-HDSL、VDSL 有利于迅速推广以太接入网 802.3ah首次在以太网中跃入OAM规范 OAM：运行、管理、维护 网络运行提高到电信级可靠性之必须,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.4.3 光纤P2P接入,P2Pfiber SMF：ITU G.652 传输距离：10km 双纤模式 100BASE-LX10：100Mb/s、1310nm 1000BASE-LX10：1Gb/s、1310nm MMF：可传输550m 单纤模式 100BASE-BX10：100Mb/s、1310/1550nm 1000BASE-BX10：1Gb/s、1310/1490nm,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.4.3 光纤P2P接入图示,单模光纤，距离 = 10km 多模光纤，距离 = 550m 温度范围：-40 to +85,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.4.4 光纤P2MP接入,P2MPfiber 采用EPON技术 单纤、物理拓扑为P2MP结构，分支比可达1:16 1000BASE-PX10 1Gb/s、1310/1490nm、10km 1000BASE-PX20 1Gb/s、1310/1490nm、20km,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.4.4 光纤P2MP接入图示,1Gb/s 全双工 单芯单模光纤 分支比可达1:16 距离：10/20Km,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.4.5 铜缆长距离接入,运行在电信运营商的市话电缆上 物理介质 大对数铜缆、 P2P传输、距离可达几公里 从接入端局到用户驻地设备的线路端口 CO to LTE in CPE 2BASE-TL 2Mb/s、距离可达2700m 可以通过多线对绑定提高速率 基带传输 需要使用空载铜缆，不可以数话同传 基于ITU-T G.991（G.SHDSL ） PMD：16/32-TC/PAM,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.4.6 铜缆短距离接入,运行在驻地网运营商的驻地网铜缆上 物理介质 小区入户双绞线、 距离只有几百米 从小区配线架到入户设备的线路端口 10PASS-TS 10 Mb/s、距离可达750m 双工技术：FDD、工作频段138kHz 12MHz 不使用04kHz频带、不干扰POTS业务，可数话同传 基于VDSL 技术：ITU-T G.993 PMD子层使用MCM技术 Multiple Carrier Modulation 可以理解为一般化的DMT，调制效率更高,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.4.6 铜缆接入图示,话音级铜缆 单线对，多线对绑定为选项 基于标准的xDSL技术,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.4.7 小结,802.3ah制定的MDI均运行在电信运营商接入设施上 4种MDI，运行在电信运营商的接入光纤和接入铜缆上 工作组以太网：运行在园区（多模）光缆和五类双绞线上 所以，EFM技术是针对电信运营商开发的 P2P光纤 100BASE-LX10/1000BASE-LX10 P2MP光纤 1000BASE-PX10/1000BASE-PX20 市话铜缆模式：不可以数话同传 2BASE-TL 驻地网铜缆模式：可以数话同传 10PASS-TS,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.5 在接入中使用以太网技术,3.5.1 以太接入的两种方式 3.5.2 LAN方式接入 3.5.3 EFM方式接入 3.5.4 两种接入方式的比较,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.5 以太接入概述,简述当前常用的以太接入模式 进一步讨论见第1113章 PPPoE 沿用成功的PPP协议思路 在E网上运行类PPP协议，进行虚拟拨号 电信运营商已经广泛使用 IEEE 802.1X 采用“分布控制、集中仲裁”的机制 新运营商广泛用于以太接入、WLAN接入 性价比很好，协议和系统正在进一步完善,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.5.1 以太接入的两种方式,工作组以太网和以太接入网 以太网的物理层技术来源于两种不同的类型 使用传输介质具有不同的系统结构、运行环境 MDI规范分别适用LAN环境与电信运营商环境 用于接入分别称之为LAN方式接入和EFM方式接入 LAN方式接入 使用由LAN发展而来的物理层技术 MDI规范为：802.3-2002，10/100/1000MBase-T EFM方式接入 使用适用于电信运营商的物理层技术 MDI规范为：802.3ah-2003,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.5.2 LAN方式接入, LAN接入的物理层规范 办公室网络与接入网络 LAN方式接入的特点 使用PPPoE协议接入 使用802.1X协议接入,AccNet 2006秋,JJY UESTC, LAN接入的物理层规范,铜缆接入通常使用的双绞线接口标准 10BASE-T、100BASE-TX、1000BASE-T 接口的自动协商功能： Auto-Negotiation 双绞线连接时自动选用最佳性能接口 协商优先级（简化） 1000BASE-T 全双工/半双工 100BASE-TX 全双工/半双工 10BASE-T 全双工/半双工 带自动协商功能的双绞线接口 10/100BASE-TX 10/100/1000BASE-T,AccNet 2006秋,JJY UESTC, 办公室网络与接入网络,办公室网络的需求 接入方便，不需要接入认证 高效交换，利于工作组高效共享信息 接入设备环境好：例如供电、通风等良好 接入网络的需求 需要接入控制：认证、授权 需要用户隔离：邻居用户并不特别需要信息共享 接入设备环境不良：例如供电、通风不良,AccNet 2006秋,JJY UESTC, LAN方式接入的特点,LAN方式接入 将办公室网络技术用于接入网络，有不少不足 需解决二者的不匹配，这是LAN方式接入的特点 解决方案 PoE：远端馈电方案，使用IEEE 802.3af标准 例如，汇聚交换机通过PoE对接入交换机供电 接入认证 使用802.1X协议，在接入交换机端口控制用户接入 使用PPPoE协议，在PPPoE认证服务器控制用户接入 用户隔离 使用VLAN技术，隔离用户接入的各个端口 使用PPPoE的隧道，隔离各个接入用户,AccNet 2006秋,JJY UESTC, PPPoE接入模式一,PPPoE协议、LAN接口,AccNet 2006秋,JJY UESTC, 802.1X接入模式,802.1X协议、LAN接口,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.5.3 EFM方式接入,PPPoE协议、EFM接口 BRAS：Broadband Remote Access Server,运营商接入网,核心网,BRAS,PPPoE服务器,PPPoE协议 虚拟拨号,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.5.4 两种接入方式的比较,LAN方式接入 性能高、成本低 接入控制功能还需继续增强 厂商看好、大量扩充、大量应用 EFM方式接入 充分发挥电信运营商已有资产 系统结构合理，符合运营商习惯 处于大规模应用前期,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.6 以太网接入的协议栈,3.6.1 概述 3.6.2 IP接入的协议栈 3.6.3 以太接入-DL层模型 3.6.4 以太接入-PHY层模型 3.6.5 以太接入-管理模型,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.6.1概述,接入协议模型 电信接入网的协议模型 承载比特流，只需考虑物理层，没有协议栈 不包括接入控制功能 比较简单，通常不提协议模型 IP接入网 承载IP业务传送，必须提供对IP层的服务 必须考虑IP以下的各层协议，形成协议栈 必须包括：IP层、物理层 包括用户接入时的控制管理功能 协议模型是一个重要内容,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.6.2 IP接入的协议栈,按照协议的层次模型，IP接入的协议栈如下图,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.6.3 以太接入-DL模型,以太接入协议栈，DL层可以是如下两种 由于802.3-1998的改进，已经趋向IPoE,Fig. I.5/Y.1231 IPoE,Fig. I.6/Y.1231 IPoE w. LLC,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.6.3 以太接入-DL模型,IPoE w. LLC：802.3-1985,802.3-1985 802.2 SNAP/RFC1042,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.6.3 以太接入-DL模型,IPoE：802.3-2002,IEEE 802.3 RFC 894,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.6.4 以太接入-PHY模型,以太网有两大类PHY规范 IEEE 802.3ah新增了使用EFM技术的物理层规范 我们简称为：以太网的LAN接口和EFM接口 以太LAN接口 10/100BASE-TX、10/100/1000BASE-T EFM接口 P2Pfiber：1000BASE-LX、100BASE-BX P2MPfiber：1000BASE-PX10、1000BASE-PX20 copper：2BASE-TL、10PASS-TS,AccNet 2006秋,JJY UESTC,3.6.4 以太接入-PHY模型图,以太接入物理层模型如下