以太网接入技术.ppt

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1、AccNet 2006秋 2006秋,JJY UESTC UESTC,接入网技术Access Networks,杨建军,AccNet 2006秋 2006秋,JJY UESTC 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 2006秋,JJY UESTC 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 802.3ah3.5 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 2006秋,JJY UESTC UE

2、STC,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 2006秋,JJY UESTC 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 2006秋,JJY

3、UESTC UESTC,3.2.1 以太网的诞生,以太网的诞生Bob Metcalf&David Boggs1973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,AccNet 2006秋 2006秋,JJY UESTC 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(19

4、80)、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IEEE802.3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 2006秋,JJY UESTC 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

5、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 2006秋,JJY UESTC 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 2006秋,JJY UESTC UESTC,3.2.5 当前

6、的以太网,标准的当前版本：IEEE 802.3-2005MDI10Mbps/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 2006秋,JJY UESTC UESTC,3.3 接入相关的几个协议,3.3.1 远端馈电技术PoE3.3.2 接入端口控制技术,AccNet 2006秋 2006秋,JJY UESTC UESTC,3.3.1 远端馈电技术PoE,背景接入

7、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-2003DTE 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 EquipmentPD: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 2006秋,JJY UESTC UESTC,3.3

8、.2 接入端口控制技术,IEEE 802.1X-2004Port-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 2006秋,JJY UESTC 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

9、缆短距离接入3.4.7 小结,AccNet 2006秋 2006秋,JJY UESTC 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 2006秋,JJY

10、 UESTC 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 2006秋,JJY UESTC UESTC,3.4.3 光纤P2P接入,P2PfiberSMF：ITU G

11、.652传输距离：10km双纤模式100BASE-LX10：100Mb/s、1310nm1000BASE-LX10：1Gb/s、1310nmMMF：可传输550m单纤模式100BASE-BX10：100Mb/s、1310/1550nm1000BASE-BX10：1Gb/s、1310/1490nm,AccNet 2006秋 2006秋,JJY UESTC 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 2006秋,JJY UESTC UESTC,3.4.4 光纤P2MP接入,P2MPfiber采用

12、EPON技术单纤、物理拓扑为P2MP结构，分支比可达1:161000BASE-PX101Gb/s、1310/1490nm、10km1000BASE-PX201Gb/s、1310/1490nm、20km,AccNet 2006秋 2006秋,JJY UESTC 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 2006秋,JJY UESTC 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

13、 in CPE2BASE-TL2Mb/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 2006秋,JJY UESTC 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-TS10 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.993P

14、MD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 2006秋,JJY UESTC 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 2006秋,JJY UESTC 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-LX10/1000BAS

15、E-LX10P2MP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 2006秋,JJY UESTC 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 2006秋,JJY UESTC 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

16、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 2006秋,JJY UESTC 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-TEFM方式接入使用适用于电信运营商

17、的物理层技术MDI规范为：802.3ah-2003,AccNet 2006秋 2006秋,JJY UESTC UESTC,3.5.2 LAN方式接入,3.5.2.1 LAN接入的物理层规范3.5.2.2 办公室网络与接入网络3.5.2.3 LAN方式接入的特点3.5.2.4 使用PPPoE协议接入3.5.2.5 使用802.1X协议接入,AccNet 2006秋 2006秋,JJY UESTC UESTC,3.5.2.1 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

18、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-TX10/100/1000BASE-T,AccNet 2006秋 2006秋,JJY UESTC UESTC,3.5.2.2 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 20

19、06秋,JJY UESTC UESTC,3.5.2.3 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 2006秋,JJY UESTC UESTC,3.5.2.4 PPPoE接入模式一,PPPoE协

20、议、LAN接口,AccNet 2006秋 2006秋,JJY UESTC UESTC,3.5.2.5 802.1X接入模式,802.1X协议、LAN接口,AccNet 2006秋 2006秋,JJY UESTC 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 2006秋,JJY UESTC 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

21、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 2006秋,JJY UESTC 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 2006秋,JJY UESTC UESTC,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

22、，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 2006秋,JJY UESTC 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 2006秋,JJY UESTC 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.1231IPoE w.LLC,AccNet 2006秋 2006秋,JJY UESTC UESTC,3.6.3 以太接入

23、-DL模型,IPoE w.LLC：802.3-1985,802.3-1985 802.2 SNAP/RFC1042,AccNet 2006秋 2006秋,JJY UESTC UESTC,3.6.3 以太接入-DL模型,IPoE：802.3-2002,IEEE 802.3 RFC 894,AccNet 2006秋 2006秋,JJY UESTC 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-TEFM接口

24、P2Pfiber：1000BASE-LX、100BASE-BXP2MPfiber：1000BASE-PX10、1000BASE-PX20copper：2BASE-TL、10PASS-TS,AccNet 2006秋 2006秋,JJY UESTC UESTC,3.6.4 以太接入-PHY模型图,以太接入物理层模型如下图,AccNet 2006秋 2006秋,JJY UESTC UESTC,3.6.5 以太接入-管理模型,以太网的接入管理模式与DL协议有关PPPoE模式运行PPPoE协议继承运营商的基于PPP协议的集中模式集中仲裁、集中控制802.1X模式不需要PPP类协议，直接使用IPoE协议栈

25、新型的接入管理模式分布控制：IEEE 802.1X集中仲裁：RADIUS协议作为后台支撑,AccNet 2006秋 2006秋,JJY UESTC UESTC,3.6.5 以太接入-管理模型图,PPPoE模式,AccNet 2006秋 2006秋,JJY UESTC UESTC,3.6.5 以太接入-管理模型图,IEEE 802.1X模式如下图,AccNet 2006秋 2006秋,JJY UESTC UESTC,3.7 小结和参考资料,以太网技术是计算机网络链路层的主流技术工作组/园区网，城域网/广域网，接入网20年来技术进展非常快10/100/1000/10000Mbps，铜缆/光纤，无线

26、近10年来技术变革很大交换式以太网、带类型的帧结构、扩展帧结构接入传送功能，有两类物理接口传统LAN接口：10/100/1000BASE-T新型的EFM接口：IEEE 802.3ah标准接入管理功能，有两种模式PPPoE：传统运营商正在大量应用IEEE 802.1X：性价比很高，厂商十分看好，很有前途,AccNet 2006秋 2006秋,JJY UESTC UESTC,3.7 小结和参考资料,IEEE 802.3-2005CSMA/CD Access Method and Physical Layer SpecificationsIEEE 802.1D-2004 MAC BridgesIEEE 802.1Q-2005Virtual Bridged Local Area Networks,