接入网教案-第3章-术课件

接入网技术第第3章章 以太网接入技术以太网接入技术4/15/20231第第3章章 以太网接入技术以太网接入技术n本章教学重点本章教学重点n工作组以太网的主要特点工作组以太网的主要特点n基于工作组以太网的接入存在的问题基于工作组以太网的接入存在的问题n两种以太接入模式：两种以太接入模式：PPP0E和和802.1Xn以太接入网标准以太接入网标准802.3ah概要概要n本章要求本章要求n掌握掌握工作组以太网作为接入面临的问题，以及采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用接入控制措施n掌握掌握以太接入网以太接入网802.3ah的几种接入模式和特的几种接入模式和特点点 4/15/20232接入网技术第第3章章 以太网接入技术以太网接入技术 本章主要内容本章主要内容3.1 引言引言3.2 以太网知识回顾以太网知识回顾3.3 工作组以太网接入工作组以太网接入3.4 802.3ah以太接入网以太接入网4/15/20233接入网技术n以太接入主要基于以下两种情况以太接入主要基于以下两种情况n基于工作组以太网的接入方式基于工作组以太网的接入方式n基于现有其它基础技术的以太接入（基于现有其它基础技术的以太接入（802.3ah802.3ah）n以太网正在成为主流的宽带接入技术以太网正在成为主流的宽带接入技术n以太网组网灵活、简单、易于实现、技术成熟以太网组网灵活、简单、易于实现、技术成熟n已是园区网接入的主流已是园区网接入的主流n针对电信运营商开发的以太网接入网标准已经出台针对电信运营商开发的以太网接入网标准已经出台lIEEE802.3ahIEEE802.3ah，也叫第一公里以太网，也叫第一公里以太网EFMEFMn以太网作为一种接入技术，许多问题有待解决以太网作为一种接入技术，许多问题有待解决3.1 引引 言言4/15/20234接入网技术3.2.1 以太网的诞生以太网的诞生3.2.2 以太网的标准以太网的标准3.2.3 早期的以太网早期的以太网3.2.4 现今的以太网现今的以太网3.2 以太网知识回顾以太网知识回顾4/15/20235接入网技术nBob Metcalf&David Boggsn1973年年5月月22日日PARC/XeroxnMetcalf在备忘录中命名了在备忘录中命名了Ethernetn1976年年6月：月：Metcalf&Boggs发表著名发表著名论文论文n以太网：局域网的分布式信息分组交换以太网：局域网的分布式信息分组交换n1977年底：年底：Metcalf等获得等获得CSMA/CD等等4项专利项专利n具有冲突检测的多点数据通信系统具有冲突检测的多点数据通信系统3.2.1 以太网的诞生以太网的诞生4/15/20236接入网技术nDIX标准：标准：DEC/Intel/Xeroxn早期标准，便于使用但权威性不足早期标准，便于使用但权威性不足nEthernet(1980)、Ethernet(1982)nIEEE 标准标准n当今标准，由当今标准，由IEEE 802.3工作组负责工作组负责n1982年年12月：月：802.3标准草案宣布标准草案宣布nIEEE 802.3-1985：标准的第一个版本：标准的第一个版本l必须与必须与LLC子层一起使用子层一起使用nIEEE802.3-2002：正式标准第二版：正式标准第二版l可以直接通过可以直接通过MAC向高层提供服务（可不需向高层提供服务（可不需LLC）nIEEE802.3-2005：正式标准第三版（现行）：正式标准第三版（现行）l包含包含5个部分，整合个部分，整合10G以太网等技术，第以太网等技术，第5部分是接入网部分是接入网3.2.2 以太网的标准以太网的标准4/15/20237接入网技术n共享信道、专用网络共享信道、专用网络n主要拓扑与介质主要拓扑与介质n总线总线/树形拓扑，同轴缆介质树形拓扑，同轴缆介质n星形拓扑（逻辑总线），双绞线介质星形拓扑（逻辑总线），双绞线介质nMAC协议：协议：CSMA/CDn通信方式：半双工通信方式：半双工nMAC只能为只能为LLC提供服务提供服务n小范围网络小范围网络n适用于大楼、办公室适用于大楼、办公室n主要用于用户互连、资源共享主要用于用户互连、资源共享3.2.3 早期的早期的以太网以太网4/15/20238接入网技术n经过经过30多年的发展，以太网发展了很大变化多年的发展，以太网发展了很大变化n主流介质：双绞线和光纤介质主流介质：双绞线和光纤介质n传输速率：传输速率：10Mbps/100Mbps/1000Mbps/10G/100Gbpsn通信方式：全双工为主通信方式：全双工为主nMAC协议：协议：CSMA/CD已失去作用已失去作用n组网方式与拓扑组网方式与拓扑n交换机组网、全双工、独享信道交换机组网、全双工、独享信道n复杂结构复杂结构mash（网状）（网状）nVLAN应用应用nMAC摆脱摆脱LLC，直接为多个高层协议提供服务，直接为多个高层协议提供服务n突破距离的限制，向城域、广域进军突破距离的限制，向城域、广域进军3.2.3 现今的现今的以太网以太网4/15/20239接入网技术3.3.1 工作组以太网的特点工作组以太网的特点3.3.2 接入面临的问题接入面临的问题3.3.3 以太网馈电（以太网馈电（802.3af）3.3.4 用户接入控制与管理用户接入控制与管理3.3.5 用户的隔离用户的隔离3.3.6 以太网接入协议模型以太网接入协议模型3.3.7 应用趋势应用趋势3.3 工作组以太网接入工作组以太网接入4/15/202310接入网技术n工作组以太网的根本目的是：工作组以太网的根本目的是：n将本地各站互连起来，实现互连互通将本地各站互连起来，实现互连互通n长期以来，以太网都是作为一种专用网络使用长期以来，以太网都是作为一种专用网络使用n内部网络，基于用户之间的彼此信任内部网络，基于用户之间的彼此信任n安全问题不是特别突出，一般不考虑身份认证问题安全问题不是特别突出，一般不考虑身份认证问题n不会对站点进行刻意的管理不会对站点进行刻意的管理n更不会对每个站点进行记帐和收费更不会对每个站点进行记帐和收费n工作组以太网提供了很好的工作组以太网提供了很好的IP承载能力承载能力n工作组以太网技术可以直接用作可以运营的以太接入工作组以太网技术可以直接用作可以运营的以太接入吗？吗？3.3.1 工作组以太网特点工作组以太网特点4/15/202311接入网技术n以太网作为接入与工作组方式有很大不同以太网作为接入与工作组方式有很大不同n作为接入是一个公共网络，需要面临并解决：作为接入是一个公共网络，需要面临并解决：n用户的接入控制与管理问题用户的接入控制与管理问题l用户的身份认证（用户合法？）用户的身份认证（用户合法？）l用户接入与提供服务授权用户接入与提供服务授权l记帐与计费记帐与计费l流控问题流控问题n安全性问题安全性问题l网络的安全性网络的安全性l用户隔离用户隔离n接入设备的供电问题接入设备的供电问题3.3.2 接入面临的问题接入面临的问题4/15/202312接入网技术n背景背景n接入设备的环境，通常不具备正规机房的条件，电源不良接入设备的环境，通常不具备正规机房的条件，电源不良n借鉴借鉴PSTN的运行经验，由机房的设备通过以太网线远端馈电的运行经验，由机房的设备通过以太网线远端馈电n以太网远端馈电标准：以太网远端馈电标准：IEEE 802.3af-2003nDTE Power via MDIl通过以太网端口通过以太网端口(MDI)对连网设备对连网设备(DTE)供电供电n供电设备、受电设备供电设备、受电设备lPSE:Power Sourcing EquipmentlPD:Powered Devicen电源输出：电源输出：48V，功率级别：，功率级别：15/7/4Wn简称：简称：PoE，Power over Ethernetn用途用途n网络终端设备：网络终端设备：IP电话机、网络摄像机电话机、网络摄像机n网络前端设备：网络前端设备：AP、接入交换机前端扩展设备、接入交换机前端扩展设备3.3.3 以太网馈电以太网馈电(802.3af)4/15/202313接入网技术 基于端口的控制协议基于端口的控制协议802.1xn在交换机接入端口上进行接入控制在交换机接入端口上进行接入控制n端口控制、中心认证（端口控制、中心认证（AAA服务器）服务器）n构成完整的接入控制系统构成完整的接入控制系统n适合于适合于802网络的接入控制网络的接入控制3.3.4 以太网用户接入控制与管理以太网用户接入控制与管理以太网以太网以太网以太网核心网核心网核心网核心网交换机交换机AAAAAA服务器服务器服务器服务器802.1X802.1X协议客协议客协议客协议客户端户端户端户端AAAAAA服务器服务器服务器服务器AAAAAA协议协议协议协议or802.1X 802.1X 服务器端服务器端服务器端服务器端4/15/202314接入网技术 PPP0E协议协议n在以太网上运行在以太网上运行PPP协议协议n实现以太网单个用户到运营商之间的端端通信实现以太网单个用户到运营商之间的端端通信n每个以太网站点与每个以太网站点与 PPPOE服务器之间似建立一条虚拟通道服务器之间似建立一条虚拟通道n用户和用户和PPPOE服务器之间进行服务器之间进行PPP会话会话n通过通过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、授权和记帐和记帐3.3.4 以太网用户接入控制与管理以太网用户接入控制与管理以太网以太网以太网以太网核心网核心网核心网核心网以太网以太网以太网以太网交换机交换机交换机交换机PPPoEPPPoE服务器服务器服务器服务器PPPoEPPPoE协议协议协议协议虚拟拨号虚拟拨号虚拟拨号虚拟拨号AAA AAA 服务器服务器服务器服务器4/15/202315接入网技术n用户隔离的必要性用户隔离的必要性nHUB组网无法隔离用户，不能作为以太网接入设备组网无法隔离用户，不能作为以太网接入设备n交换机无法隔离广播帧交换机无法隔离广播帧 （广播（广播 帧带有个人重要信息，如帧带有个人重要信息，如MAC地址）地址）n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容易，这是接入网用户不希望的n实现用户隔离的措施实现用户隔离的措施n用用VLAN交换机实现用户隔离交换机实现用户隔离 用户数量受限、处理能力下降用户数量受限、处理能力下降n使用接入专用交换机（硬件实现隔离）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用户的隔离接入接入端口端口上连上连端口端口VLAN4/15/202316接入网技术n以太网通常承载以太网通常承载IP业务，典型的模型包括：业务，典型的模型包括：nIPOE（IP over Ethernet）lIP Over Ethernet IIlIP Over IEEE802.3nPPPOE（PPP over Ethernet）（IP over PPP over Ethernet）3.3.6 以太网接入协议模型以太网接入协议模型4/15/202317接入网技术3.3.6 以太网接入协议模型以太网接入协议模型IPOEnIP Over Ethernet II（IP Over MAC）IP Over IEEE802.3（IP Over LLC）IP (IETF RFC 894)MAC (Ethernet II)PHYIP (IETF RFC 1042)LLC (IEEE802.2)MAC (IEEE802.3/1985)PHY4/15/202318接入网技术n802.1x的接入控制模式可能会得到较好应用的接入控制模式可能会得到较好应用n以太网接入控制设备（代替交换机）可能会受到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设备制造商和运营商的关注n集成：集成：用户接入控制用户接入控制 用户隔离用户隔离 流量控制流量控制 3.3.7 应用趋势应用趋势4/15/202319接入网技术3.4.1 标准概要标准概要3.4.2 802.3ah的的PHY的的MDIn光纤光纤P2P接入接入n光纤光纤P2MP接入接入n铜缆长距离接入铜缆长距离接入n铜缆短距离接入铜缆短距离接入3.4.3 802.3ah的的OAM3.4.4 802.3ah的应用模式的应用模式3.4 802.3ah以太接入网以太接入网4/15/202320接入网技术3.4.1 802.3ah标准概要标准概要nIEEE802.3ah，2004通过通过n以太接入网以太接入网 EAN，Ethernet for subscriber access networksn第一公里以太网第一公里以太网EFM，Ethernet in the First Mile n已归入已归入IEEE802.3-2005_section5lsubscriber access networksn是一种典型的电信级接入的模式是一种典型的电信级接入的模式n利用现有基础技术传送以太帧（利用现有基础技术传送以太帧（PON，XDSL)n将以太技术用于光接入网上将以太技术用于光接入网上n将以太技术用于市话铜缆上将以太技术用于市话铜缆上n对对802.3的标准的扩展：的标准的扩展：nMAC层作了极少扩展层作了极少扩展(增加了增加了OAM子层可选子层可选)n增加了多种增加了多种PHY层介质相关接口层介质相关接口MDI的标准的标准nEFM只支持全双工链路只支持全双工链路4/15/202321接入网技术3.4.2 802.3ah的的PHY的的MDIn三种三种PHY层介质相关接口层介质相关接口MDIn光纤上的光纤上的P2P传输传输(P2Pfiber)n光纤上的光纤上的P2MP传输传输(P2MPfiber)n话音级铜缆上的话音级铜缆上的P2P传输传输(P2Pcopper）注：注：P2P:点到点点到点 P2MP：点到多点：点到多点4/15/202322接入网技术光纤光纤P2P接入接入 P2Pfibern100BASE-BX10，1310/1550nm(上上/下下)1*SMF/10kmn100BASE-LX10，1310nm2*SMF/10kmn1000BASE-BX10，1310/1490nm(上上/下下)1*SMF/10kmn1000BASE-LX10，1310nm2*SMF/10km100Mbps单纤单纤1Gbps单纤单纤100Mbps双纤双纤1Gbps双纤双纤4/15/202323接入网技术光纤光纤P2MP接入接入 P2MPfibern1000BASE-PX10，1310/1490nm1*SMF/10kmn1000BASE-PX20，1310/1490nm1*SMF/20km标准距离标准距离=10km长距离长距离10Mbps=100Mbps距离距离=2Mbps=5.96Mbps距离距离=2700m 2BASS-TL基基 于于 ITU-T ITU-T G.991 G.991(G.SHDSLG.SHDSL,Single-Pair Single-Pair High-Speed High-Speed Digital Digital Subscriber LineSubscriber Line)速率可达速率可达2Mb/s2Mb/s，距离可达距离可达2700m2700m可多线对捆绑可多线对捆绑数话不能同传数话不能同传 两者都是在一对市话铜线两者都是在一对市话铜线(single copper wire pair)上传输上传输4/15/202325接入网技术中带以太网中带以太网n新的新的铜线以太网铜线以太网标准通常还被称作标准通常还被称作中带以太网中带以太网n它有两种形式：它有两种形式：n基于基于VDSL的不对称的不对称/对称对称10Pass-TSn基于增强型基于增强型SHDSL物理层的对称物理层的对称2Base-TLn10Pass-TS可以提供可以提供n100Mbit/s左右的不对称速率左右的不对称速率n50Mbit/s对称速率。对称速率。n2Base-TL原则上提供对称速率原则上提供对称速率n在在27003600m的距离上速率为的距离上速率为2.3Mbit/s，在更短的，在更短的距离上速率为距离上速率为5.7Mbit/s。n如采用多线对捆绑方案能做到在短距离上如采用多线对捆绑方案能做到在短距离上8线对提供线对提供45Mbit/s的速率，在典型服务区范围内提供高达的速率，在典型服务区范围内提供高达20Mbit/s的速率。的速率。n故原来在两对线上用故原来在两对线上用E1只能提供只能提供2Mbit/s，现在可以提供，现在可以提供11.4Mbit/s了。中带以太网现在正开始大步迈入商用，几乎了。中带以太网现在正开始大步迈入商用，几乎全世界每个国家的传统运营商都在测试此新的全世界每个国家的传统运营商都在测试此新的IEEE802.3ah技术。技术。4/15/202326接入网技术ITU-T Recommendation G.993.14/15/202327接入网技术4/15/202328接入网技术点到多点（点到多点（P2MP）的拓扑结构）的拓扑结构nEFM同时也给出了同时也给出了EPON支持的点到多点（支持的点到多点（P2MP）的拓扑结构，）的拓扑结构，其可通过单一其可通过单一splitter拓扑、树型结构拓扑以及混合介质拓扑这拓扑、树型结构拓扑以及混合介质拓扑这三种方式实现，分别如图三种方式实现，分别如图 1、图、图 2和图和图 3所示。其中混合介质拓所示。其中混合介质拓扑方式结合了点到点（扑方式结合了点到点（P2P）、）、P2MP的光连接和铜线链接。的光连接和铜线链接。4/15/202329接入网技术混合介质拓扑结构混合介质拓扑结构4/15/202330接入网技术4/15/202331接入网技术3.4.3 802.3ah的的OAMnOAM（运行、管理和维护）运行、管理和维护）Operations,Administration,and MaintenanceOperations,Administration,and Maintenancen为提供电信级管理，为提供电信级管理，EFMEFM定义了定义了OAMOAMn功能功能n使用使用OAMOAM帧来传递管理信息帧来传递管理信息n提供了一种提供了一种监监控控链链路运行十分有用的机制路运行十分有用的机制l链链路路测试测试l故障定位故障定位l故障通告（指示）故障通告（指示）l故障修复与故障修复与排排错错l维护链路的正常运行维护链路的正常运行 4/15/202332接入网技术3.4.4 802.3ah的应用模式的应用模式n用于接入主干线路，采用用于接入主干线路，采用P2PP2P光纤光纤n用于用于分散分散的驻地网的接入，采用的驻地网的接入，采用P2MPP2MP光纤光纤 n用于对称业务的接入，采用用于对称业务的接入，采用P2PP2P市话铜线市话铜线（SHDSL)SHDSL)n用于驻地网内部互连，采用用于驻地网内部互连，采用P2PP2P市话铜缆市话铜缆（VDSL)VDSL)4/15/202333接入网技术3.4.4 802.3ah的应用模式的应用模式n用于接入主干线路，高速接入用于接入主干线路，高速接入 P2P P2P光纤光纤单单/双光纤双光纤10/20Km100/1000Mbps 核心网核心网OLTCPNONUOptical Network Units(ONUs)Optical Line Terminal(OLT)Customer Premises Equipment,(CPE)4/15/202334接入网技术3.4.4 802.3ah的应用模式的应用模式n用于分散用于分散CPNCPN的接入（家庭，单位）的接入（家庭，单位）P2MP P2MP光纤光纤光纤光纤 核心网核心网OLTCPNONUCPNONU无源光无源光分离器分离器光纤光纤Optical Network Units(ONUs)Optical Line Terminal(OLT)Customer Premises Equipment,(CPE)4/15/202335接入网技术3.4.4 802.3ah的应用模式的应用模式n用于对称业务接入（多用于单位）用于对称业务接入（多用于单位）P2P P2P市话铜缆，可捆绑使用，数话不能同传市话铜缆，可捆绑使用，数话不能同传2700m2Mbps/对线对线 核心网核心网2BASE-TL-O CPN2BASE-TL-R2BASE-TL PHY consists of two subtypes:2BASE-TL-O(network end)2BASE-TL-R(subscriber end).Customer Premises Equipment,(CPE)4/15/202336接入网技术3.4.4 802.3ah的应用模式的应用模式n用于用于CPNCPN内部接入（多用于小区，酒店）内部接入（多用于小区，酒店）P2P P2P市话铜缆，市话铜缆，750m750m，可数话同传，可数话同传750m10Mbps10PASS-TS-OHome NetworkCPN10PASS-TS-R10PASS-TS-O and 10PASS-TS-R are the subtypes of 10PASS-TS4/15/202337接入网技术本章思考题本章思考题1、工作组以太网的主要特点有哪些？工作组以太网技术、工作组以太网的主要特点有哪些？工作组以太网技术是否可直接用于以太网接入？是否可直接用于以太网接入？2、基于工作组以太网接入要解决的关键问题有哪些？如、基于工作组以太网接入要解决的关键问题有哪些？如何解决？何解决？3、以太网接入控制与管理模式有哪两种？、以太网接入控制与管理模式有哪两种？4、802.3ah标准的基本思想是什么？标准的基本思想是什么？5、802.3ah有哪几种有哪几种PHY的的MDI?各自的特点？各自的特点？6、802.3ah典型的应用模式？典型的应用模式？4/15/202338接入网技术