什么是以太網寬帶接入

　　以太網是在20世紀80年代發(fā)展起來的一種局域網技術，由于其具有使用簡便、價格低、速率高等優(yōu)點，很快成為局域網的主流。隨著千兆以太網(GbE)的成熟和萬兆以太網(10GbE)的出現，以及低成本地在光纖上直接架構GbE和10GbE技術的成熟，以太網開始進入城域網和廣域網領域。如果接入網也采用以太網將形成從局域網、接入網、城域網到廣域網全部是以太網的結構。采用與IP一致的統(tǒng)一的以太網幀結構，各網之間無縫連接，中間不需要任何格式轉換，將可以提高運行效率、方便管理、降低成本。

　　基于以太網技術的寬帶接入網由局端設備和用戶端設備組成，局端設備一般位于小區(qū)內或商業(yè)大樓內，用戶端設備一般位于居民樓內;局端設備提供與IP骨干網的接口，用戶端設備提供與用戶終端計算機相接的10,100BASe-T接口。用戶端設備不同于以太網交換機，以太網交換機隔離單播數據幀，不隔離廣播地址的數據幀，而用戶端設備的功能僅僅是以太網幀的復用和解復用;局端設備不同于路由器，路由器維護的是端口-網絡地址映射表，而局端設備維護的是端口-主機地址映射表。用戶端設備只有鏈路層功能，工作在復用器方式下，各用戶之間在物理層和鏈路層相互隔離，從而保證用戶數據的安全性;局端設備支持對用戶的認證、授權和計費以及用戶IP地址的動態(tài)分配，還具有匯聚用戶端設備網管信息的功能。

　　以太網是目前使用最廣泛的局域網技術。由于其簡單、低成本、可擴展性強、與IP網能夠很好結合等特點，以太網技術的應用正從企業(yè)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(yè)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;與無源光網絡向結合，產生EPON技術;在無線環(huán)境中，發(fā)展為WLAN技術。

　　以太網接入中的主要技術問題

　　但由于接入網是一個公用的網絡環(huán)境，因此其要求與局域網這樣一個私有網絡環(huán)境會有很大不同，它僅借用了用于局域以太網的幀結構和接口，網絡結構和工作原理完全不一樣，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。

　　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、AAA Client、AAA Server和計費軟件四個環(huán)節(jié)。AAA Client與AAA Server之間的通信采用RADIUS協(xié)議。AAA Server和計費軟件之間的通信為內部協(xié)議。計費上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。 用戶終端與AAA Client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

　?、貾PPoE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。

　?、贒HCP+WEB方式無特殊封裝，認證通過后承載數據可直接轉發(fā)，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。

　?、劢鼇鞩EEE 802.1x技術發(fā)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。 總之，三種方式各有特點，應根據具體應用情況合理選擇。

　　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、用戶帳號和密碼的安全、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(yè)內部時，不同用戶之間需要互傳信息，反映在設備上，傳統(tǒng)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)。

　　用戶帳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。

　　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。

　　網絡管理：由于傳統(tǒng)的以太網主要用于企業(yè)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。

　　發(fā)展以太網接入技術的主要原則

　　以IP、Ethernet為代表的計算機網絡技術和以PSTN、ATM為代表的傳統(tǒng)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(qū)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(fā)展以太網接入技術應在保持以太網原有優(yōu)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，功能、性能與成本的平衡點。

　　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(yōu)勢。WLAN技術的應用不斷推廣，EPON技術的研究開發(fā)正取得積極進展。隨著 “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。IEEE802.17 RPR技術在保持以太網原有優(yōu)點的基礎上，引入或增強了自愈保護、優(yōu)先級和公平算法、OAM等功能，是以太網技術的重要創(chuàng)新。

　　總之，以太網技術由于其簡單、低成本、易擴展的優(yōu)勢，在用戶桌面系統(tǒng)和企業(yè)內部網絡已非常普及，隨著技術的發(fā)展創(chuàng)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。

　　接入方式比較

　　當初，計算機是通過數據通信網絡實現數據的通信和共享;此時的計算機網絡，基本上以電信網作為信息的載體。例如，因特網都是通過電信網絡中的X.25網、DDN網、數據幀中繼網等傳輸IP數據包的。如今，以IP技術為核心的信息網絡將成為網絡的主體，信息傳輸、數據傳輸將成為網絡的主要業(yè)務，一些傳統(tǒng)的電信業(yè)務也將在信息網絡上開通，但其業(yè)務量只占信息業(yè)務的很小一部分。作為寬帶綜合信息業(yè)務的承載平臺，電信網絡、計算機網絡、有線電視網絡在接入方式、用戶負擔的成本、可以提供的服務內容等方面不盡相同，適用范圍也不大一樣，因此，幾種接入網在技術上也存在著顯著的區(qū)別。

　　電信網

　　傳統(tǒng)的電信網絡已有百年以上的歷史，它有一個龐大而良好的用戶群體，它所運用的傳輸技術已從原來的公眾電話網絡的Modem、DDN、ISDN轉換到ADSL。盡管如此，電信網現在普遍應用于用戶的接入方式仍為Modem，Modem的最大傳輸速率只有56kb/s，它不是一種寬帶接入方式，遠遠不能夠滿足網絡用戶的需求。為了在傳統(tǒng)的電信網絡平臺上傳輸寬帶業(yè)務，提高數據流量，電信公司先后在網絡上應用了DDN、ISDN等技術，然而這些技術的傳輸速率也遠遠達不到用戶的需求，因此，近來ADSL技術被廣泛地應用在電信網絡平臺上，以提高數據流量，為電信部門今后開展寬帶多功能業(yè)務鋪墊好物理網絡基礎。ADSL技術可以提供基于ATM的各種應用業(yè)務。而對寬帶IP接入的需求卻迅速增長，ADSL接入轉而成為寬帶因特網接入的一種新方法。由于ADSL仍然保持原來的體制和結構，其前端設備DSLAM提供的是ATM接口，故最終它還需要通過路由器連接因特網，實現因特網接入。

　　ADSL接入的優(yōu)點是：可以利用現有的市內電話網和電話交換局的機房，不需要對網絡進行大規(guī)模改造，從而大大降低了施工和維護成本，而且電話業(yè)務不會受到任何影響，因此使用ADSL可以一直聯(lián)網而不影響電話的使用。

　　ADSL接入的缺點是：它對線路質量要求較高，當線路質量不高時，推廣使用有困難。ADSL的實際速度還受到用戶和電話分局之間的電話線長度和電話線路質量的影響; 而且ADSL系統(tǒng)樓內樓外使用的都是非屏蔽雙絞線，所以抵抗天氣干擾的能力較差; 其帶寬可擴展的潛力也不大。因此，ADSL不能滿足今后日益增長的接入速率的需求，只能成為一種過渡性產品，應用于要求不高的舊社區(qū)單用戶的寬帶接入改造上。

　　計算機網

　　計算機以太網是目前應用最為廣泛的局域網絡傳輸方式，普遍實用的協(xié)議已經從IEEE802.3的10Base-T轉向快速以太網100Base-T，它采用基帶傳輸，通過雙絞線和傳輸設備(路由器、交換機等)，實現10M/100M/1Gb/s的網絡傳輸，應用非常廣泛，技術成熟。從最初同軸電纜上的共享10Mb/s，發(fā)展到現在的雙絞線和光纖上的100Mb/s甚至1Gb/s的傳輸技術、交換技術等。以太網技術成熟，結構簡單，穩(wěn)定性、可擴充性好，便于網絡升級。同時可以比較容易地實現實時監(jiān)控、智能化物業(yè)管理，提供智能化、信息化的辦公、家居環(huán)境，滿足不同層次的人們對信息化的需求。目前，全球企事業(yè)用戶的80～90%都采用以太網接入，已成為企事業(yè)用戶的主導接入方式。采用以太網作為企事業(yè)用戶接入手段的主要原因是已有的網絡基礎和長期的經驗知識，而且目前所有流行的操作系統(tǒng)和應用也都與以太網兼容。由于計費、質量、尋址、管理、安全、接入成本以及私有性等多種因素，以太網作為公用網接入方式尚需進一步改進。以太網技術的固有機制不能夠提供端到端的包延時、包丟失率以及帶寬控制能力，難以支持實時業(yè)務的服務質量; 同時，目前以太網也不能提供故障定位以及多用戶共享節(jié)點和網絡所必須的計費統(tǒng)計能力; 而且，由于家庭住宅一般較分散，以太網接入方式成本較高，家庭的寬帶接入一般也很少采用構建以太網的方式。對于城區(qū)，如果采用以太網接入解決方案，則需要重新進行數據網絡結構化布線，這對于城區(qū)的普通用戶是無法接受的。因此，傳統(tǒng)以太網必須經過改造后才能順利地應用于公用接入網。

　　有線電視網

　　在我國，由于同軸電纜入戶率很高，因此充分利用該資源開展Internet接入服務是有線電視運營的發(fā)展方向，利用電纜調制解調器技術在HFC上傳輸IP數據業(yè)務將會迅速發(fā)展起來，成為Internet接入的一個強有力的競爭者。HFC上傳輸IP數據的主要設備有電纜調制解調器終端系統(tǒng)CMTS和電纜調制解調器CM。其中，CMTS一般位于有線電視網前端的位置，提供與公網節(jié)點機如ATM交換機或路由器的接口，CM位于用戶家中，提供與用戶計算機的接口。CMTS與CM之間的通信與普通Modem、以太網有所不同。普通Modem之間的通信是點到點，一一對應的，以太網卡之間的通信是共享總線、半雙工的，CMTS與CM之間的通信是點到多點、全雙工的，任何CM之間的通信都必須通過CMTS才能完成。在HFC上，傳輸IP數據的點到多點系統(tǒng)存在多址接入的問題，解決的方法多是采用時分多址接入(TDMA)。

　　目前，CMTS與CM之間的信息傳輸方式為:下行是廣播方式，上行是TDMA方式。在下行方向，CMTS發(fā)送給特定的CM數據幀含有標識CM的信息，因此只有符合標識的CM會繼續(xù)處理該數據幀，其他CM會丟失該數據幀，在上行方向，信道被分割成連續(xù)的時間片斷，CMTS在下行信道中通知所有CM哪個上行信道的時間片斷可以由哪個CM發(fā)送數據幀，于是CM就按照CMTS的規(guī)定在可用的時間段發(fā)送數據幀。目前，在HFC上傳輸數據的設備所采用的標準大多是MCNS/DOCSIS 1.0/1.1，一部分采用DVB/DAVIC ETS300 800，使得不同生產廠家的CMTS與CM之間不能夠互通。從發(fā)展趨勢看，廠家專用標準將逐漸消亡，DOCSIS標準可以為不同的電纜調制解調器提供互操作性，將成為主導的標準。