IP接入網(wǎng)與以太網(wǎng)

黃俊飛　張潔　壽國礎(chǔ)
摘　要　本文介紹了IP接入網(wǎng)的概念，并詳細討論了以太網(wǎng)接入技術(shù)。


關(guān)鍵詞　IP接入網(wǎng)　以太網(wǎng)


　　
前　言


　　PC機的普及和Web技術(shù)的出現(xiàn)使Internet迅猛發(fā)展，其應(yīng)用范圍已經(jīng)從IT界擴展到社會的各行各業(yè)。從電信業(yè)本身來看，現(xiàn)有的電信網(wǎng)的框架將從電路交換及其組網(wǎng)技術(shù)逐步轉(zhuǎn)向以分組交換特別是IP為基礎(chǔ)的新框架，電信網(wǎng)承載的業(yè)務(wù)將從以電話為主轉(zhuǎn)向以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主。寬帶化和IP化是核心網(wǎng)發(fā)展的趨勢，同時又是接入網(wǎng)發(fā)展的方向，并由此提出了IP接入網(wǎng)的概念。


　　根據(jù)IP接入網(wǎng)的特殊性，ITU－T對IP接入網(wǎng)定義如下：IP接入網(wǎng)是在IP用戶和IP業(yè)務(wù)提供者之間提供所需的對IP業(yè)務(wù)的接入能力的網(wǎng)絡(luò)實體的實現(xiàn)。IP接入網(wǎng)需要提供IP接入傳送功能、IP接入功能和IP接入網(wǎng)系統(tǒng)管理功能。接入傳送功能是與IP業(yè)務(wù)無關(guān)的，IP接入功能是指ISP的動態(tài)選擇、網(wǎng)絡(luò)地址翻譯、授權(quán)認證記帳等。


　　IP接入網(wǎng)中所蘊藏的巨大市場空間是各大網(wǎng)絡(luò)運營商關(guān)注的焦點，如何占領(lǐng)市場，如何在未來的競爭中立足，成為他們考慮的核心。因此，網(wǎng)絡(luò)運營商紛紛涉足IP接入市場，其所采用的技術(shù)也不盡相同，在各種寬帶IP接入技術(shù)中，以太網(wǎng)接入技術(shù)因其獨特的優(yōu)勢，正以前所未有的速度得到應(yīng)用。


在IP接入網(wǎng)中采用以太網(wǎng)技術(shù)


　　以太網(wǎng)，即Ethernet，既是一種計算機接入局域網(wǎng)絡(luò)的連接標準，又是一種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備數(shù)據(jù)共享的通訊協(xié)議。以太網(wǎng)采用具有沖突檢測的載波監(jiān)聽多點接入CSMA/CD技術(shù)，主機只有在檢測到線路空閑時才能發(fā)送數(shù)據(jù)，如果檢測到?jīng)_突，即其它主機正在發(fā)送數(shù)據(jù)時，它會過一段時間再次試發(fā)送直至把數(shù)據(jù)發(fā)送出去。1990年9月，802.3i/10BASE－T標準正式通過，依靠新的10BASE－T中繼器、雙絞線介質(zhì)（MAU）和NIC網(wǎng)絡(luò)接口卡，以太網(wǎng)得到廣泛應(yīng)用。隨后，快速以太網(wǎng)、交換式以太網(wǎng)等技術(shù)的出現(xiàn)是以太網(wǎng)在局域網(wǎng)中占據(jù)了主導(dǎo)地位。千兆以太網(wǎng)技術(shù)和無碰撞全雙工光纖技術(shù)則進一步拓寬了以太網(wǎng)的應(yīng)用范圍。以太網(wǎng)的普及性、高速的傳輸速度和低成本的特性使其成為事實上的局域網(wǎng)硬件和網(wǎng)絡(luò)連接的標準，而且隨著以太網(wǎng)技術(shù)的進一步成熟，以太網(wǎng)技術(shù)開始在城域網(wǎng)甚至廣域網(wǎng)中得到越來越多的應(yīng)用。


　　以太網(wǎng)技術(shù)本身的優(yōu)勢加上寬帶IP接入網(wǎng)發(fā)展的需求促進了以太網(wǎng)技術(shù)在IP接入網(wǎng)中的應(yīng)用。由于以太網(wǎng)的幀格式和IP數(shù)據(jù)格式是一致的，用以太網(wǎng)傳輸IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，中間沒有任何格式轉(zhuǎn)換問題。隨著快速以太網(wǎng)、千兆以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，傳輸速率可提高到100Mbit/s、1Gbit/s、10Gbit/s。而光纖傳輸技術(shù)的進步使得千兆以太網(wǎng)在單模光纖上的無中繼傳輸距離可達100公里以上，各種速率的以太網(wǎng)不僅可以構(gòu)成局域網(wǎng)也可以構(gòu)成城域網(wǎng)甚至廣域網(wǎng)。利用現(xiàn)有光纖線路，用各種速率的以太網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)寬帶IP接入網(wǎng)，是一種經(jīng)濟有效的方法。
以太網(wǎng)接入方式協(xié)議棧


　　IP接入網(wǎng)局側(cè)連接到核心網(wǎng)或者IP城域網(wǎng)，其數(shù)據(jù)鏈路層可以采用ATM或在ATM層上承載其它協(xié)議，也可以直接采用以太網(wǎng)協(xié)議或者其它合適的數(shù)據(jù)鏈路層的技術(shù)。采用ATM便于直接與核心網(wǎng)上的ATM設(shè)備銜接，采用以太網(wǎng)協(xié)議則便于與IP城域網(wǎng)上的核心路由器銜接。IP接入網(wǎng)用戶側(cè)與用戶終端或用戶駐地網(wǎng)相連，其數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議多為PPP協(xié)議或以太網(wǎng)協(xié)議。PPP協(xié)議支持多協(xié)議和IP地址的動態(tài)分配，支持加密、認證、記賬等功能，但無法支持組播業(yè)務(wù)，適于撥號接入和ADSL接入等。以太網(wǎng)協(xié)議接口成本低，可擴展性好，支持組播業(yè)務(wù)，適于企業(yè)網(wǎng)、校園網(wǎng)、住宅小區(qū)、商務(wù)寫字樓等應(yīng)用。在以太網(wǎng)接入中，用戶側(cè)采用的是以太網(wǎng)協(xié)議。


　　在IP接入網(wǎng)中采用以太網(wǎng)接入方式的協(xié)議棧，其用戶側(cè)用以太網(wǎng)接口與用戶相連，局側(cè)則采用ATM、幀中繼或者以太網(wǎng)的方式連到核心網(wǎng)或城域網(wǎng)。這種實現(xiàn)用戶接入的方式被稱為以太網(wǎng)接入，它可以充分利用現(xiàn)有以太網(wǎng)協(xié)議的優(yōu)點，為用戶提供便捷高效的寬帶IP接入服務(wù)。


以太網(wǎng)接入解決方案


　　采用以太網(wǎng)技術(shù)為用戶提供寬帶接入，千兆到小區(qū)、百兆到大樓、十兆到家庭是普遍采用的一種模式，也可以是千兆到大樓、百兆到樓層、十兆入戶的方式。這種方案使用戶具有高速接入、平滑升級的能力，網(wǎng)絡(luò)運營商也可以降低施工建設(shè)和運行維護的成本。


　　國內(nèi)眾多網(wǎng)絡(luò)運營商按照這種實施方案建設(shè)的寬帶IP接入網(wǎng)已經(jīng)覆蓋國內(nèi)許多城市，并繼續(xù)以驚人的速度蓬勃發(fā)展。


以太網(wǎng)接入的優(yōu)點


　　從接入成本來看，ADSL利用銅制電話線傳輸數(shù)據(jù)，可以利用現(xiàn)有的銅線資源，但存在出線率的問題，網(wǎng)絡(luò)總成本不低。利用HFC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建寬帶IP接入網(wǎng)，可以利用原有的HFC線路和機房，但是需要對其進行雙向改造，初期投資較大。另外由于HFC采用模擬頻分復(fù)用的方式傳輸，光網(wǎng)部分需要超線性激光器和大量的解調(diào)器，因而其設(shè)備費用昂貴。以太網(wǎng)接入可以利用已有的光網(wǎng)部分和新建小區(qū)的五類線資源，或者重新布線，但是無論是用戶終端設(shè)備還是用于接入的交換機設(shè)備，其價格都比ADSL和HFC設(shè)備的價格便宜得多，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護的費用也較低�？傮w而言，以太網(wǎng)接入方式在網(wǎng)絡(luò)成本上占有優(yōu)勢。


　　從接入速率來看，ADSL可以達到下行8Mbit/s、上行1Mbit/s的傳輸速率，但是由于電話線線路質(zhì)量參差不齊，實際應(yīng)用中很難達到的這一傳輸速率。HFC作為接入網(wǎng)，其下行速率可以達到40Mbit/s，為光節(jié)點小區(qū)內(nèi)用戶共享，上行最高可達2Mbit/s。由于每個光節(jié)點小區(qū)內(nèi)的用戶數(shù)在1000或2000以內(nèi)，即使只有小部分用戶使用IP接入服務(wù)，每個用戶擁有的帶寬依然很有限。以太網(wǎng)接入方式利用先進的路由器、交換機等設(shè)備將10Mbit/s、100Mbit/s甚至1Gbit/s的接口送到大樓、樓層和家庭，用戶可以獨享10Mbit/s甚至100Mbit/s的帶寬。另外，10Gbit/s以太網(wǎng)產(chǎn)品也陸續(xù)投放市場，以太網(wǎng)接入方式在傳輸速率上具有很好的可擴展性。


　　以太網(wǎng)接入可以充分利用以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢，為用戶提供靈活方便的寬帶接入。全球企事業(yè)單位的以太網(wǎng)用戶已達1億多，目前以每年3000萬的數(shù)目增長。對用戶而言，特別是原來的企業(yè)網(wǎng)或者校園網(wǎng)用戶而言，以太網(wǎng)是他們最為熟悉的組網(wǎng)技術(shù)，用戶很容易接受以太網(wǎng)接入的方式。目前流行的操作系統(tǒng)與以太網(wǎng)都有很好的兼容性，在這些操作系統(tǒng)上還有大量與以太網(wǎng)技術(shù)兼容的應(yīng)用軟件可供使用。


　　以太網(wǎng)技術(shù)能夠支持多種拓撲結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)化布線，有利于接入網(wǎng)的施工建設(shè)。結(jié)構(gòu)化布線有利于降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成本和縮短建設(shè)時間，從而促進以太網(wǎng)接入方式的推廣應(yīng)用。


　　以太網(wǎng)技術(shù)當(dāng)初就是針對IP網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用設(shè)計的，因此與IP有很好的適應(yīng)性，有利于提高IP接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)利用率和對多業(yè)務(wù)的承載能力。


　　總之，在IP接入網(wǎng)中采用以太網(wǎng)技術(shù)，符合我國城市小區(qū)化聚居、人口密度高的特點，可以用較低的成本、較快的速度建設(shè)寬帶IP接入網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理、用戶服務(wù)選擇及用戶策略控制和網(wǎng)絡(luò)安全等功能，實現(xiàn)真正的寬帶接入。


以太網(wǎng)接入中若干問題的探討


　　在把當(dāng)初以信息共享為目的的以太網(wǎng)技術(shù)用于多用戶環(huán)境的電信級接入時，需妥善解決用戶信息隔離的問題，這是達到接入網(wǎng)可運營的基本要求。具體可以通過采用物理隔離、VLAN等技術(shù)手段實現(xiàn)，以保證用戶信息的安全。基于端口劃分VLAN的方式可以在邏輯上實現(xiàn)用戶信息的隔離，但是VLAN功能首先會增加網(wǎng)絡(luò)管理的負擔(dān)，并且端口之間物理信息通道依然存在，用VLAN實現(xiàn)信息隔離的安全性還有待驗證。端口物理隔離使不同用戶端口之間無法直接通信，來自不同用戶端口的信息的交互必須通過網(wǎng)絡(luò)側(cè)設(shè)備的轉(zhuǎn)接，可以較好地解決用戶信息隔離的問題。


　　寬帶IP接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)具備對設(shè)備進行配置管理、故障管理、性能管理和安全管理的功能。IP接入網(wǎng)網(wǎng)管信息的傳輸應(yīng)具有獨立的通道，以保證其可靠性。將以太網(wǎng)技術(shù)用于IP接入時對網(wǎng)絡(luò)管理的要求比用于計算機互聯(lián)的以太網(wǎng)有更高的要求，具體表現(xiàn)在對網(wǎng)管實時性、安全性、功能的完備性等方面。目前對以太網(wǎng)接入網(wǎng)的網(wǎng)管還沒有形成統(tǒng)一的規(guī)范的情況下，不利于技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，因此迫切需要制定一個相應(yīng)的管理功能規(guī)范，為以太網(wǎng)接入的發(fā)展鋪平道路。


　　電信級IP接入網(wǎng)有一定的QoS要求，目前的以太網(wǎng)接入設(shè)備遵照IEEE802.1p標準，可以基于端口、MAC地址、IP地址和應(yīng)用為業(yè)務(wù)設(shè)定優(yōu)先級，提供一定的QoS保證。以太網(wǎng)接入方式所提供的QoS與電路方式相比，尚有不足。如何在IP接入網(wǎng)中更好的提供QoS保證，還有待進一步研究。


　　在信息產(chǎn)業(yè)部正在制定的《基于以太網(wǎng)技術(shù)的寬帶接入網(wǎng)》行業(yè)標準中，提出了基于以太網(wǎng)技術(shù)的寬帶接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及用戶側(cè)設(shè)備和局側(cè)設(shè)備應(yīng)該具有的功能，為解決上述部分問題提供了方案。標準規(guī)定了“用戶側(cè)設(shè)備不同的UNI端口之間在物理層和MAC層是相互隔離的，即同一用戶側(cè)設(shè)備不同UNI端口之間的任何通信必須經(jīng)過局側(cè)設(shè)備轉(zhuǎn)接”，解決了用戶信息的隔離的問題；規(guī)定了半雙工和全雙工方式下的流控方式；用DHCP和PPPoE進行IP地址的動態(tài)分配，以充分利用有限的IP地址資源；利用SNMP作為網(wǎng)絡(luò)管理的協(xié)議，規(guī)定用獨立的網(wǎng)管通道傳遞網(wǎng)管信息，實現(xiàn)集中網(wǎng)管，但是還沒有相應(yīng)的網(wǎng)管功能的要求。


結(jié)束語


　　在通信行業(yè)競爭日益激烈的今天，IP接入網(wǎng)的建設(shè)正受到極大的關(guān)注。隨著寬帶接入需求的增長、千兆以太網(wǎng)和光傳輸技術(shù)的發(fā)展，以太網(wǎng)接入是很有前途的寬帶接入技術(shù)。在以太網(wǎng)接入的發(fā)展建設(shè)過程中，其網(wǎng)絡(luò)管理、接入新功能、業(yè)務(wù)質(zhì)量、安全等都值得進行深入的研究。




　　參考文獻：


　　1 鄔賀銓. IP接入網(wǎng). 中興新通訊, 2000（4）


　　2 信息產(chǎn)業(yè)部. 接入網(wǎng)技術(shù)要求—基于以太網(wǎng)技術(shù)的寬帶接入網(wǎng), 2000


　　3 Albert Azzam, Niel Ransom. Broadband Access Technologies. McGRAW－HILL, 1999



摘自《通信市場》2001.8