以太網技術在寬帶接入領域的應用

以太網是目前使用最廣泛的局域網技術。由于其簡單、成本低、可擴展性強、與IP網能夠很好地結合等特點，以太網技術的應用正從企業內部網絡向公用電信網領域邁進。以太網接入是指將以太網技術與綜合布線相結合，作為公用電信網的接入網，直接向用戶提供基于IP的多種業務的傳送通道。以太網技術的實質是一種二層的媒質訪問控制技術，可以在五類線上傳送，也可以與其它接入媒質相結合，形成多種寬帶接入技術。以太網與電話銅纜上的VDSL相結合，形成EoVDSL技術；與無源光網絡相結合，產生EPON技術；在無線環境中，發展為WLAN技術。


中國電信一直高度重視以太網體系接入技術的發展，并從運營商的角度對這一技術進行全面的跟蹤與研究。


1．以太網技術的發展


作為廣泛應用的局域網技術，以太網近年來在很多方面得到了發展。從10M／100M到1G以及目前正在走向成熟的10G，以太網的速率不斷提高；在從共享式、半雙工、利用CSMA／CD機制到交換式、點對點、全雙工以及流量控制、生成樹、VLAN、CoS等機制的采用，以太網的功能和性能逐步改善；從電接口UTP傳輸到光接口光纖傳輸，以太網的覆蓋范圍大大增加；從企業和部門的內部網絡，到公用電信網的接入網、城域網，以太網的應用領域不斷擴展。


2．以太網接入中的主要技術問題


由于以太網從本質上說仍是一種局域網技術，采用這種技術提供公用電信網的接入，建設可運營、可管理的寬帶接入網絡，需要妥善解決一系列技術問題，包括認證計費和用戶管理、用戶和網絡安全、服務質量控制、網絡管理等。


（1）認證計費


以太網作為一種局域網技術，沒有認證、計費等機制，但要利用這種技術作為可運營、可管理的用戶接入方式，必須考慮用戶認證授權計費（AAA）。


AAA一般包括用戶終端、AAAClient、AAAServer和計費軟件四個環節。AAAClient與AAAServer之間的通信采用RADIUS協議。AAAServer和計費軟件之間的通信為內部協議。計費時可根據經營方式的需要考慮按時長、流量、次數、應用、帶寬等多種方式進行。


用戶終端與AAAClient之間的通信方式通常稱為“認證方式”，目前的主要技術有以下三種：PPPoE、DHCP＋WEB、IEEE802．1x。PPPoE方式的標準、設備成熟；承載數據與認證數據都需通過PPPoE封裝，對用戶控制能力強，但網絡性能和設備處理效率低，容易形成流量瓶頸；設備價格高。DHCP＋WEB方式無特殊封裝，認證通過后承載數據可直接轉發，網絡性能和設備處理效率較高，但對用戶控制能力相對較弱；不論是否通過認證，均占用IP地址。另外，認證層次過高會影響認證效率，也會對某些網絡資源的安全性帶來一定隱患。近來IEEE802．1x技術發展很快，這種方式中承載數據通道與認證通道分開，網絡性能和設備處理效率較高；認證通過后分配IP地址；認證效率較高；更重要的是，它基于以太網內核，實現比較簡單，與以太網設備能夠很好融合，設備成本低?？傊?，三種方式各有特點，應根據具體應用情況合理選擇。


（2）用戶和網絡安全


用戶和網絡安全對于整個電信網特別是數據通信網來說都是一個重大課題，在以太網接入網絡中，主要體現在用戶通信信息的保密、用戶賬號和密碼的安全、用戶IP地址防盜用、重要網絡設備（如DHCP服務器）的安全等方面。


以太網技術用于企業內部時，不同用戶之間需要互傳信息，反映在設備上，傳統的二層以太網交換機中，單播幀和廣播幀在不同端口間是能夠互通的。當以太網技術用于提供公用電信網的接入時，由于不同用戶間互不信任的關系，必須實現用戶之間的二層隔離和三層受控互通。這就要求以太網交換機實現端口隔離，目前的主要方法有劃分基于802．1q的VLAN，采用端口隔離的芯片，或通過其它私有技術實現（如利用僅在本交換機上有效的VLAN或其它設置達到端口隔離的目的，但不改變802．1q的VLAN標記）。


用戶賬號和密碼的安全依靠相應信息的加密傳送實現。用戶IP地址防盜用可通過綁定機制實現，例如IP地址與MAC地址、用戶端口的綁定。對于DHCP服務器的安全，應防止用戶通過改變MAC地址申請IP地址而耗盡地址資源。


（3）服務質量控制


在服務質量（QoS）方面，以太網技術只有流量控制、CoS（802．1p）等比較簡單的機制。為提高服務質量，一方面，應保證網絡上有足夠的帶寬，另一方面，可借鑒Diffserv的一些方法，如整形（shaping）、管制（policing）、分類、隊列調度（如采用WFQ等算法）、擁塞控制（如采用WRED等算法）等。如何通過以太網技術保證服務質量是一個比較復雜的問題，還需要進一步研究，目前這方面的基本要求是能夠對用戶的最高接入帶寬進行限制。


（4）網絡管理


由于傳統的以太網主要用于企業內部，因此以太網交換機的網管功能一般較弱。為了滿足電信網絡運行、維護、管理的需要，應當對設備的網管功能提出比較全面的要求。當前，以太網接入網絡中的設備應支持基于SNMPv2的網元級管理。


3．以太網接入的網絡結構和設備


以太網接入的網絡結構可以有多種形式，邊緣接入設備可看作“L2＋”，即傳統二層交換機的改進；以太網接入網關可看作“L3＋”，即傳統三層設備（路由器或三層交換機）的改進。由于以太網接入是一種新技術、新應用，相關標準尚不完全成熟；相應地，適合這種應用的設備還不多，在功能、性能方面仍不夠完善。目前，不少制造商、運營商等都在進行這方面的研究。


4．發展以太網接入技術的主要原則


以IP、Ethe.net為代表的計算機網絡技術和以PSTN、ATM為代表的傳統電信網絡技術具有不同的特點，對其網絡性能的要求也應當有所區別。


對制造商和運營商來說，不能為技術而技術，而應以市場、效益為中心。只有滿足用戶需求，適應市場需要，低成本、高效益的技術才有生命力。因此，發展以太網接入技術應在保持以太網原有優點的基礎上對設備進行改進，在不過多地增加成本、降低性能的條件下擴展功能，努力尋找技術、市場與效益和功能、性能與成本的平衡點。


5．以太網接入發展中的主要問題


在以太網接入的發展上，目前的主要問題包括市場、技術、維護三方面。在市場方面，由于寬帶業務仍處于發展初期，用戶實裝率比較低。而以太網接入應用于居民小區或商業大樓時，不論有多少用戶，都必須對整座樓進行綜合布線，并安裝具有一定數量端口的設備。因此，盡管以太網設備（包括交換機和用戶網卡）平均每端口的成本較低（低于ADSL），但如果將較低的實裝率（目前一般低于10％）這一因素考慮在內，上述成本可能遠高于ADSL。這是目前影響以太網接入發展的主要原因。在技術方面，目前還不夠成熟，仍存在上述幾個關鍵問題有待解決。在維護方面，由于以太網傳輸距離的限制，實際建設時，一般要將二層交換機安裝在居民樓內，而在電信機房之外放置大量有源設備，需要考慮和解決很多問題（如供電、散熱、防塵、防盜等），必然會帶來較大的維護成本。


6．以太網技術應用的新進展


以太網技術作為數據鏈路層的一種簡單、高效的技術，以其為核心，與其它物理層技術相結合，形成以太網技術接入體系。EoVDSL方式結合了以太網技術和VDSL技術的特點，與ADSL和（五類線上的）以太網技術相比，具有一定的潛在優勢。WLAN技術的應用不斷推廣，EPON技術的研究開發正取得積極進展。隨著上述“可運營、可管理”相關關鍵技術問題的逐步解決，以太網技術接入體系將在寬帶接入領域得到更加廣泛的應用。


同時，以太網技術的應用正在向城域網領域擴展。IEEE802．17RPR技術在保持以太網原有優點的基礎上，引入或增強了自愈保護、優先級和公平算法、OAM等功能，是以太網技術的重要創新。對以太網傳送的支持，成為新一代SDH設備（MSTP）的主要特征。10G以太網技術的迅速發展，推動了以太網技術在城域網范圍內的廣泛應用，WAN接口（10Gbase－W）的引入為其向骨干網領域擴展提供了可能。


總之，以太網技術由于其簡單、低成本、易擴展的優勢，在用戶桌面系統和企業內部網絡已非常普及，隨著技術的發展創新，其應用領域正逐步向接入網、城域網、甚至廣域網／骨干網方面拓展，形成基于IP／Ethernet的端到端無縫連接。