以太网接入技术(802.3ah).ppt

接入网技术 接入网技术 第3章以太网接入技术 接入网技术 第3章以太网接入技术 本章教学重点工作组以太网的主要特点基于工作组以太网的接入存在的问题两种以太接入模式 PPP0E和802 1X以太接入网标准802 3ah概要本章要求掌握工作组以太网作为接入面临的问题 以及采用接入控制措施掌握以太接入网802 3ah的几种接入模式和特点 接入网技术 第3章以太网接入技术 本章主要内容3 1引言3 2以太网知识回顾3 3工作组以太网接入3 4802 3ah以太接入网 接入网技术 以太接入主要基于以下两种情况基于工作组以太网的接入方式基于现有其他基础技术的以太接入 802 3ah 以太网正在成为主流的宽带接入技术以太网组网灵活 简单 易于实现 技术成熟已是园区网接入的主流针对电信运营商开发的以太网接入网标准已经出台IEEE802 3ah 也叫第一公里以太网EFM以太网作为一种接入技术 许多问题有待解决 3 1引言 接入网技术 3 2 1以太网的诞生3 2 2以太网的标准3 2 3早期的以太网3 2 4现今的以太网 3 2以太网知识回顾 接入网技术 BobMetcalf DavidBoggs1973年5月22日 PARC XeroxMetcalf在备忘录中命名了Ethernet1976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 3 2 1以太网的诞生 接入网技术 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IEEE802 3工作组负责1982年12月 802 3标准草案宣布IEEE802 3 1985 标准的第一个版本必须与LLC子层一起使用IEEE802 3 2002 正式标准第二版 现行 可以直接通过MAC向高层提供服务 可不需LLC 3 2 2以太网的标准 接入网技术 以太网是最常用的局域网 以太网具有简单 经济 易维护特点 得到广泛使用电缆系统是无源的 站点 具有以太网卡的主机 的接入与安装很方便媒体访问控制协议的限制 以太网覆盖的范围有限制低负载时网络基本没有时延 当网络负载重时 网络效率下降 存在发送时延不确定的缺点 接入网技术 以太网的命名原则 IEEE802 3定义了一种缩写符号来表示以太网的某一标准实现 n 信号 物理介质其中 n 以兆位每秒为单位的数据率信号 基带或宽带类型物理介质 表示介质类型 接入网技术 例如 100BaseT 接入网技术 以太网帧格式 接入网技术 以太网的分类 传统以太网 标准为IEEE802 3 传输速率10Mbps 包含有10BASE 5 10BASE 2 10BASE T 10BASE F等标准 快速以太网 标准为IEEE802 3u 传输速率100Mbps 包含有100BASE Tx 100BASE Fx 100BASE T4 100BASE T2等标准 千兆以太网 标准为IEEE802 3z和IEEE802 3ab 传输速率1000Mbps 包含有1000BASE T 1000BASE CX 1000BASE LX 1000BASE SX等标准 万兆以太网 标准为IEEE802 3ae 万兆以太网目前只能在光纤上传输不能兼容在双绞线上传输 且这类设备价格昂贵 现仍属初级阶级 接入网技术 传统以太网 CSMA CD的工作原理 先听后发 边发边听 冲突停止 延时重发 接入网技术 接入网技术 根据帧的目的地址 我们可以把帧分为以下三种帧 单播 unicast 帧 一对一 即目的MAC地址为一个单一的MAC地址 如00 50 56 C0 3F 01 广播 broadcast 帧 一对全体 即发送给所有站点的帧 全1地址 也就是目的MAC地址为FF FF FF FF FF FF 多播 multicast 帧 一对多 即发送给一部分站点的帧 接入网技术 快速以太网 符合100Base T规格的以太网两种不兼容的标准100Base T的802 3u标准100VG AnyLAN的802 12标准 应用较少 IEEE802 3u标准包括100Base T4100Base TX100Base FXIEEE802 3定义了自动协商协议该协议适用于10 100Mb s双速以太网卡 速率升级无需人工干预 自动检测 自行配置完成 接入网技术 快速以太网 接入网技术 千兆比以太网 由IEEE802 3和IEEE802 3ab工作组制定载波延伸为能检测冲突 需将最大电缆长度减到10m 这就无实际用处了 它采用办法 竞争期变为512byte突发模式操作模式 站点获得访问网络媒体后 突发模式允许连续发送多帧 直到达到1500byte为止IEEE802 3z标准包括1000Base SX1000Base LX1000Base CX1000Base T 接入网技术 1000BASEX 802 3z标准 1000BASE SX使用多模光纤和850nm激光器1000BASE LX使用单模光纤或多模光纤和1300nm激光器1000BASE CX使用短距离的屏蔽双绞线电缆STP 接入网技术 1000BASET 802 3ab标准 使用4对5类线UTP传输距离为25m 100m采用载波延伸及分组突发技术 接入网技术 千兆位以太网的兼容性 能与10 100Mb s网络很好融合使用相同媒体接入协议及相同帧格式和帧长非常适合用作主干来连接路由器和集线器等提高千兆比以太网使用价值的另一个特性是在非共享连接上以全双工模式运行的能力全双工不再需要冲突检测 这将加快高端服务器与集线器之间或集线器与集线器之间的数据传输千兆比以太网能够直接应用到桌面 接入网技术 10G以太网技术 两种类型的物理层装置广域网物理层装置是一种加到局域网物理层上的可扩充式操作功能局域网和广域网物理层装置将支持每一类型的独立物理媒体 PMD 因此支持相同的传输距离IEEE802 3ae最低传输距离要求 接入网技术 10G以太网技术的优势 运行速度比T1和E1连接快几千倍 价格却与T1和E1连接相当 结合局域网和广域网 推出新业务PC的PCI总线32位 速率为33MHz 网络容量1Gbps服务器将使用64位PCI总线 使网络容量提高1倍 下一代PCI X标准使PCI总线的运行速率达到133MHz 该速率可支持10G以太网局域网带宽需求将达到10G 160G 势必要考虑从交换机到服务器的新的链路标准 多个千兆以太网链路的汇聚以及办公楼群之间的超高速连接 从而使10G以太网水到渠成网络容量增大有可能解决传统以太网服务质量问题 接入网技术 总结 以太网技术的发展历程 1973年Metcalfe 梅特卡夫 博士在施乐实验室发明了以太网 并开始进行以太网拓扑的研究工作 1976年施乐公司构建基于以太网的局域网络 并连接了超过100台PC 1980年DEC Intel和施乐联手发布10Mbps以太网标准提议 1983年IEEE802 3工作组发布10BASE 5 粗缆 以太网标准 这是最早的以太网标准 1986年IEEE802 3工作组发布10BASE 2 细缆 以太网标准 1991年IEEE802 3工作组发布10BASE T 无屏蔽双绞线 UTP 以太网标准 1995年IEEE通过802 3u100M以太网标准 接入网技术 以太网技术的发展历程 续 1998年IEEE通过802 3z1000M以太网标准 基于光纤和对称屏蔽铜缆 1999年IEEE通过802 3ab1000M以太网标准 基于五类线 2002年IEEE通过802 3ae10G以太网标准 2010 2011年预计发布100G以太网标准 接入网技术 以太网技术发展30年 接入网技术 主要标准 802 3z 千兆以太网标准802 3ab 802 3标准的1000BASE T标准802 3ad 链路聚合 捆绑802 3ae 万兆以太网标准802 3ak 基于双绞线的万兆以太网802 3ba 10万兆以太网标准 接入网技术 以太LAN的设计应考虑的因素 小型以太网有两种拓扑结构 即星型和总线拓扑如果网络较大 则要在这两种拓扑的基础上进行扩展 形成多星或树型结构如果网络覆盖面很大 考虑使用交换机或路由器这样的互连设备建立网络主干 并由此建立更为复杂的网络拓扑还要考虑网络传输媒体互连设备网络中设备数量媒体接入机制 接入网技术 工作组级LAN 指覆盖一个办公室的计算机网络一般可使用一个或多个集线器将办公室中的所有站点连接起来 这样在这些机器之间就能够共享10Mb s或100Mb s的带宽如果某些应用要求消耗更高的带宽 则需要用LAN交换机来代替集线器 接入网技术 中等规模LAN 一种混合性拓扑结构 接入网技术 中等规模LAN 多星拓扑结构 接入网技术 没有主干的机构LAN的例子 不推荐使用的设计如果计算机科学系的集线器出现了故障 电气工程系和系统工程系将不能再通信电气工程系和系统工程系之间的所有系之间的流量都必须通过计算机科学系 这样将使计算机科学系的LAN网段负载过重 接入网技术 具有主干结构的企业网 重要原则应该用主干 一个和所有LAN网段都有直接连接的网络 将各种LAN网段互联 当一个LAN有一个主干 每一对LAN网段可以不通过第三个LAN网段进行通信注意尽管所连接的各个子网本身是广播域 服从自身布线和协议需求的限制 但这些互连设备主要功能是决定如何发送分组到其他网络 它们自己不使用CSMA CD的机理工作 接入网技术 建立企业网主干网的几种方法 解决这一问题的有效方法是为规模较大的企业网建立一个高速 可扩展的主干网建立企业网主干网方法如下利用LAN交换机利用千兆比以太网利用大中型路由器 接入网技术 利用交换机进行互连 主干网 接入网技术 主干网 千兆比以太网作为主干 接入网技术 主干网 用路由器连接两个LAN 接入网技术 局域网中的10G以太网 用在局域网 服务提供商和企业数据中心最初 用在数据中心内的大容量交换机或计算机室之间 或办公楼群之间提供高速互连配置在整个局域网中 将包括交换机到交换机 交换机到服务器以及城域网和广域网接入应用 接入网技术 10G以太网用于城域网的主干网 采用合适的10G以太网光收发信机和单模光纤 服务提供商可使连接距离达40km以上可在城域网中部署采用DWDM设备的10G以太网 对企业 经DWDM设备接入10G以太网能实现无服务器办公楼群 支持远程连接等应用对服务提供商 能以低于T3或OC 3 STM 1业务的价格 提供10G以太网连接 接入网技术 广域网中的10G以太网 将使ISP和网络服务提供商 NSP 在运营商级交换机 路由器和直接加到SONET SDH网上的光传输设备间 以很低的成本建立超高速连接将使校园网或接入点之间 通过SONET SDH TDM网络 使地理上分散的局域网连接到广域网上 考虑到骨干网中SDH传输设备大量存在的事实 IEEE802 3ae中定义的10GbEWAN接口采用速率匹配和直接映射的方式 将10GbEMAC帧封装入OC 192c的净荷中传输 确保和现有SDH设备的无缝连接 接入网技术 升级到千兆比以太网 电缆的问题千兆比以太网要求采用有4对线的5类线重要观点设计物理网络时 适当提高电缆的规格指标较为有利布线问题和连接方法问题升级到千兆比以太网的典型场合 接入网技术 国际电信联盟标准组织 国际上从事以太网标准研究的标准组织主要包括 ITU T 国际电信联盟 电信标准部 IEEE 美国电气电子工程师学会 IETF 互联网工程任务组 和MEF 城域以太网论坛 接入网技术 ITU T的传送网上的以太网服务标准 ITU T主要关注运营商网络的体系结构 因此其标准的重点是如何在不同的传送网上承载以太网帧传送网包括SDH OTN ATM和MPLS等这些标准是由ITU TSG15和SG13研究组负责制订 接入网技术 SG15WP3 传送网承载以太网标准 G 8010 以太网层网络体系结构G 8011 以太网业务框架G 8012 x 传送网承载以太网的体系结构G eequ 以太网设备规范G esm 以太网业务复用G asm 多承载和多运营商环境中的业务管理结构G mta MPLS层网络结构 接入网技术 SG13WP3 以太网的性能和流量管理 目前主要关注的是以太网OAM已经和正在制订的标准包括 Y 1730 以太网OAM需求Y 17ethoam 以太网OAM机制 接入网技术 IEEE 以太网技术标准 IEEE关注以太网技术标准的制订 不是以太网业务标准 标准主要包括 802 1Q主要定义了VLAN生成树协议 802 1d 802 1w 802 1s 快速STP 802 1w 主要解决STP存在的自愈时间慢的问题802 3ad链路汇聚 即多个物理端口汇聚成一个逻辑端口802 3ahEFM标准主要定义用于用户接入部分的以太网物理层规范 接入网技术 IEEEE802 3ae 千兆以太网标准 目标包括在媒体存取控制层 MAC 客户服务器接口保留802 3以太网帧格式保留802 3标准最小和最大帧长度只支持全双工采用点到点连接和结构化电缆附设技术 支持星形局域网拓扑在MAC PLS 专线业务 接口支持10Gbps的传输速率定义局域网和广域网两个物理层装置 PHY 系列 并定义MAC PLS数据传输速率适应广域网物理层装置数据传输速率的机制提供支持多膜和单模光纤连接距离的物理层技术规范 接入网技术 MEF致力于城域以太网标准 MEF是一个专注于解决城域以太网技术问题的非盈利性组织MEF主要从四个方面开展技术工作 城域以太网的架构城域以太网提供的业务城域以太网的保护和QoS城域以太网的管理 接入网技术 MEF的目的 将以太网技术作为交换技术和传输技术广泛应用于城域网建设MEF下一步的标准化工作进一步标准化以太网业务参数和相关属性定义运营商级的基于以太网的城域传送技术定义以太网上的电路模拟以及城域以太网的EMS和NMS目前MEF的研究还只停留在理论上 还没有成熟的 可商用的产品 接入网技术 IETF的以太网业务标准 IETF主要研究如何在分组网络 如IP MPLS 中提供以太网业务与以太网标准相关的工作组主要是PWE3 PseudoWireEmulationEdge to Edge 端到端虚拟线模拟 工作组和L2VPN工作组 接入网技术 IETFPWE3 在分组交换网络 PSN 上模拟各种点到点业务的机制 被模拟的业务可以是TDM专线 ATM FR或以太网等使用PWE3机制 运营商可将所有的传送业务转移到一个融合的网络 如IP MPLS 之中从用户的角度看 可认为PWE3模拟的虚拟线是一种专用的链路或电路该工作组目前正在制订业务封装和业务模拟的标准 PWE3封装使用的隧道技术包括IP L2TP或MPLS 并对这些PSN使用相同的技术规范 接入网技术 L2VPN工作组制订运营商实施方案 不制订新的协议 而是对现有的协议提出功能需求 目前正在制订以下标准 虚拟专线业务 VPWS 在IP MPLS网上提供L2点到点连接业务 如PPP HDLC FR ATM和以太网业务等虚拟专用LAN业务 VPLS 在IP MPLS网上模拟LAN业务 在广域网范围实现以太网设备的互联 VPLS可以通过MPLS或VLAN堆叠 Q in Q 来实现 一个VPLS具有特定的SLA 保护属性和可用性属性 MAC地址学习和数据转发能力只支持IP的L2VPN 接入网技术 共享信道 专用网络主要拓扑与介质总线 树形拓扑 同轴缆介质星形拓扑 逻辑总线 双绞线介质MAC协议 CSMA CD通信方式 半双工MAC只能为LLC提供服务小范围网络适用于大楼 办公室主要用于用户互连 资源共享 3 2 3早期的以太网 接入网技术 经过30多年的发展 以太网发展了很大变化主流介质 双绞线和光纤介质传输速率 10Mbps 100Mbps 1000Mbps 10Gbps通信方式 全双工为主MAC协议 CSMA CD已失去作用组网方式与拓扑交换机组网 全双工 独享信道复杂结构 mash 网状 VLAN应用MAC摆脱LLC 直接为多个高层协议提供服务突破距离的限制 向城域 广域进军 3 2 3现今的以太网 接入网技术 3 3 1工作组以太网的特点3 3 2接入面临的问题3 3 3以太网馈电 802 3af 3 3 4用户接入控制与管理3 3 5用户的隔离3 3 6以太网接入协议模型3 3 7应用趋势 3 3工作组以太网接入 接入网技术 工作组以太网的根本目的是 将本地各站互连起来 实现互连互通长期以来 以太网都是作为一种专用网络使用内部网络 基于用户之间的彼此信任安全问题不是特别突出 一般不考虑身份认证问题不会对站点进行刻意的管理更不会对每个站点进行记帐和收费工作组以太网提供了很好的IP承载能力工作组以太网技术可以直接用作可以运营的以太接入吗 3 3 1工作组以太网特点 接入网技术 以太网作为接入与工作组方式有很大不同作为接入是一个公共网络 需要面临并解决 用户的接入控制与管理问题用户的身份认证 用户合法 用户接入与提供服务授权记帐与计费流控问题安全性问题网络的安全性用户隔离接入设备的供电问题 3 3 2接入面临的问题 接入网技术 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 IEEE802 3af 2003DTEPowerviaMDI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 PowerSourcingEquipmentPD PoweredDevice电源输出 48V 功率级别 15 7 4W简称 PoE PoweroverEthernet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 3 3 3以太网馈电 802 3af 接入网技术 基于端口的控制协议 802 1x在交换机接入端口上进行接入控制端口控制 中心认证 AAA服务器 构成完整的接入控制系统适合于802网路的接入控制 3 3 4以太网用户接入控制与管理 以太网 核心网 交换机 AAA服务器 802 1X协议客户端 AAA服务器 AAA协议 or 802 1X服务器端 接入网技术 PPP0E协议在以太网上运行PPP协议实现以太网单个用户到运营商之间的端端通信每个以太网站点与PPPOE服务器之间似建立一条虚拟通道用户和PPPOE服务器之间进行PPP会话通过PPPOE可以实现对以太接入的单个用户进行接入认证 授权和记帐 3 3 4以太网用户接入控制与管理 以太网 核心网 以太网交换机 PPPoE服务器 PPPoE协议虚拟拨号 AAA服务器 接入网技术 用户隔离的必要性HUB组网无法隔离用户 不能作为以太网接入设备交换机无法隔离广播帧 广播帧带有个人重要信息 如MAC地址 如用普通交换机组网 不作任何限制时 用户之间彼此通信十分容易 这是接入网用户不希望的实现用户隔离的措施用VLAN交换机实现用户隔离用户数量受限 处理能力下降使用接入专用交换机 硬件实现隔离 此种设备市面上已有 但还较少 3 3 5接入用户的隔离 接入网技术 以太网通常承载IP业务 典型的模型包括 IPOE IPoverEthernet IPOverEthernetIIIPOverIEEE802 3PPPOE PPPoverEthernet IpoverPPPoverEthernet 3 3 6以太网接入协议模型 接入网技术 3 3 6以太网接入协议模型 IPOE IPOverEthernetII IPOverMAC IPOverIEEE802 3 IPOverLLC 接入网技术 802 1x的接入控制模式可能会得到较好应用以太网接入控制设备 代替交换机 可能会受到设备制造商和运营商的关注集成 用户接入控制用户隔离流量控制 3 3 7应用趋势 接入网技术 3 4 1标准概要3 4 2802 3ah的PHY的MDI光纤P2P接入光纤P2MP接入铜缆长距离接入铜缆短距离接入3 4 3802 3ah的OAM3 4 4802 3ah的应用模式 3 4802 3ah以太接入网 接入网技术 3 4 1802 3ah标准概要 IEEE802 3ah 2004通过以太接入网EAN Ethernetforsubscriberaccessnetworks第一公里以太网EFM EthernetintheFirstMile是一种典型的电信级接入的模式利用现有基础技术传送以太帧 PON XDSL 将以太技术用于光接入网上将以太技术用于市话铜缆上对802 3的标准的扩展 MAC层作了极少扩展 增加了OAM子层可选 增加了多种PHY层介质相关接口MDI的标准EFM只支持全双工链路 接入网技术 3 4 2802 3ah的PHY的MDI 三种PHY层介质相关接口MDI光纤上的P2P传输 P2P fiber 光纤上的P2MP传输 P2MP fiber 话音级铜缆上的P2P传输 P2P copper 注 P2P 点到点P2MP 点到多点 接入网技术 EFM研究小组定义了三种拓扑结构及物理层 1 用普通铜缆以10Mb s以上的数据传输速度进行连接的点到点 PointtoPoint P to P 结构 即EthernetoverVDSL 简称EoVDSL 2 用1条光纤以1Gb s的数据传输速度进行连接的P to P结构 3 使用1条光纤以1Gb s的数据传输速度进行连接的点到多点 PointtoMultipoint P to MP 结构 即EthernetoverPassiveOpticalNetwork 简称EPON 接入网技术 光纤P2P接入 P2P fiber 100BASE LX10 1310nm 2 SMF 10km100BASE BX10 1310 1550nm 1 SMF 10km1000BASE LX10 1310nm 2 SMF 10km1000BASE BX10 1310 1490nm 1 SMF 10km 100Mbps单纤 1Gbps单纤 100Mbps双纤