以太網(wǎng):技術(shù)和應(yīng)用不斷擴(kuò)展 信息產(chǎn)業(yè)部電信研究院標(biāo)準(zhǔn)傳輸研究所 魏亮 惠亮 (中國(guó)電子報(bào))
發(fā)布時(shí)間:2007/8/20 0:00:00 訪問(wèn)次數(shù):1048
自1973年由施樂實(shí)驗(yàn)室的Metcalfe博士發(fā)明以太網(wǎng)以來(lái),該項(xiàng)技術(shù)已成為局域網(wǎng)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)并向城域網(wǎng)領(lǐng)域和廣域網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)展;另一方面,以太網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展,速率從10M到100M、千兆進(jìn)而萬(wàn)兆,介質(zhì)從同軸到五類線到光纖,拓?fù)鋸目偩到星型/環(huán)形,幀格式增加TAG字段,增加載波擴(kuò)展,取消碰撞檢測(cè),經(jīng)歷了一次又一次的變革,以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為最重要的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之一。
在ISO的OSI七層參考模型中,以太網(wǎng)位于鏈路層和物理層。以太網(wǎng)技術(shù)包括鏈路層的幀結(jié)構(gòu)、訪問(wèn)控制機(jī)制、自動(dòng)協(xié)商等技術(shù)及物理層介質(zhì)、接口、編碼以及同步等技術(shù)。采用以太網(wǎng)技術(shù)組建的網(wǎng)絡(luò)稱為以太網(wǎng)。
當(dāng)前以太網(wǎng)似乎等同于采用以太網(wǎng)技術(shù)的IP網(wǎng),但是這種理解有一定偏差。以太網(wǎng)是鏈路層和物理層技術(shù),因此在以太網(wǎng)上不但可以承載IP協(xié)議,同樣還可以承載AppleTalk協(xié)議或者是IPX/SPX協(xié)議。只是由于當(dāng)前IP技術(shù)是數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的主流技術(shù),并且其他網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)例如ATM、X.25也不工作在以太網(wǎng)上,因此多數(shù)以太網(wǎng)是IP網(wǎng),國(guó)內(nèi)幾乎所有的以太網(wǎng)都是IP網(wǎng)。
CSMA/CD成為競(jìng)爭(zhēng)方式的代表
在一個(gè)廣播網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)終端如何共享廣播信道是鏈路層技術(shù)中最重要的內(nèi)容之一。當(dāng)前有多種技術(shù)分配廣播信道的使用權(quán),其中包括時(shí)分復(fù)用、頻分復(fù)用、碼分復(fù)用等。在時(shí)分復(fù)用信道中有固定時(shí)隙分配方式、仲裁方式、輪詢方式、令牌方式以及競(jìng)爭(zhēng)方式等。CSMA/CD是競(jìng)爭(zhēng)方式的一種代表。
以太網(wǎng)采用CSMA/CD(帶碰撞檢測(cè)的載波監(jiān)聽多重訪問(wèn))分配信道使用權(quán)的方式,甚至802.3協(xié)議的名稱就是“帶碰撞檢測(cè)的載波監(jiān)聽多重訪問(wèn)訪問(wèn)方式以及物理層規(guī)范”。以太網(wǎng)影響如此之大,已成為CSMA/CD最成功的代表,以至于很多人將CSMA/CD等同于以太網(wǎng)。但實(shí)際上以太網(wǎng)只是CSMA的一個(gè)版本。
CSMA最初源自美國(guó)的ALOHA協(xié)議,該協(xié)議是一種基于地面的無(wú)線廣播通信,適用于無(wú)中心、無(wú)協(xié)調(diào)關(guān)系的多個(gè)用戶競(jìng)爭(zhēng)單信道使用權(quán)的系統(tǒng)。CSMA是指站點(diǎn)通過(guò)監(jiān)聽載波來(lái)檢測(cè)信道是否空閑,然后再?zèng)Q定是否發(fā)送。CSMA/CD是對(duì)CSMA的一個(gè)改進(jìn),當(dāng)發(fā)生碰撞時(shí),發(fā)送雙方都應(yīng)檢測(cè)到碰撞然后停止發(fā)送。
以太網(wǎng)供電采用端點(diǎn)或中跨式PSE實(shí)現(xiàn)
IEEE于2003年6月批準(zhǔn)了802.3af:以太網(wǎng)供電(PoE)技術(shù)。該標(biāo)準(zhǔn)利用普遍使用的通用以太網(wǎng)線路,在傳送數(shù)據(jù)包的同時(shí)完成直流電源的輸送工作。該標(biāo)準(zhǔn)將成為第一個(gè)通用電源插口或插座定義在全球范圍使用的實(shí)例。對(duì)IP電話、無(wú)線接入點(diǎn)以及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)z像頭等需要持續(xù)供電的各種聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來(lái)說(shuō),不必再連接自己專用的交流電源。
在PoE系統(tǒng)中,通過(guò)現(xiàn)有以太網(wǎng)接受電源的客戶端設(shè)備叫作受電設(shè)備(PD),為PD提供電源的設(shè)備叫供電設(shè)備(PSE)。PD的功耗限制在12.95W,PSE輸出限制為每個(gè)RJ-45端口15.4W。在以太網(wǎng)連接電纜和物理層設(shè)備(PHY)變壓器保持良好平衡的情況下,每個(gè)PD最多可以獲取350mA的連續(xù)電流。
考慮到沿CAT-5以太網(wǎng)傳輸線(可達(dá)100米長(zhǎng))的壓降,IEEE標(biāo)準(zhǔn)為PD和PSE規(guī)定了不同的功率額定值。在較長(zhǎng)的鏈路上電壓降會(huì)更明顯,因此PSE的輸出電壓要高于標(biāo)稱的48VDC,以使PD獲得最大功率。以太網(wǎng)鏈路上電壓可能高達(dá)57VDC。
大多數(shù)PoE網(wǎng)絡(luò)可以采用端點(diǎn)或中跨式PSE實(shí)現(xiàn)。端點(diǎn)PSE在單個(gè)設(shè)備里集成了以太網(wǎng)交換機(jī)和電源,它被放置在以太網(wǎng)鏈路的另一端。因?yàn)樵谝蕴W(wǎng)鏈路的端點(diǎn)已存在電源,這種類型的PSE提供了實(shí)現(xiàn)PoE網(wǎng)絡(luò)最簡(jiǎn)便的方法。這種以太網(wǎng)交換機(jī)有時(shí)也稱為已具備“線上電源”。如圖1所示,端點(diǎn)PSE很適合用來(lái)部署新的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。
對(duì)于那些不能用這種方式升級(jí)的現(xiàn)有以太網(wǎng),可以采用中跨式PSE,將電源插入到以太網(wǎng)里。中跨式PSE可以通過(guò)CAT-5電纜中的“空閑線對(duì)”
提供電源,如果只有幾個(gè)以太網(wǎng)設(shè)備需要供電,這是一個(gè)最具成本效益的方法。例如有4至24端口的局域網(wǎng),它可以是更大規(guī)模的多端口網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一部分(見圖2)。端點(diǎn)PSE與中跨式PSE不同之處在于它的供電選擇方式,它可以與信號(hào)線在同一線對(duì)上,也可以在空閑線對(duì)上。一般來(lái)說(shuō),一個(gè)PSE必須能夠通過(guò)信號(hào)線對(duì)或空閑線對(duì)提供電源,但不必兩者都用。
由于千兆以太網(wǎng)使用五類線所有的線對(duì)傳輸信號(hào),因此千兆以太網(wǎng)不能使用中跨式以太網(wǎng)供電,只能采用端點(diǎn)式以太網(wǎng)供電。此外雖然在802.3中1000BaseT要求使用CAT-5電纜,但使用端點(diǎn)式以太網(wǎng)供電時(shí)建議采用CAT-5e或CAT-6。
安全技術(shù)和認(rèn)證技術(shù)各有千秋
以太網(wǎng)上安全相關(guān)技術(shù)主要有VLAN隔離、MAC過(guò)濾以及認(rèn)證技術(shù)。認(rèn)證技術(shù)包括MAC綁定、VLAN綁定、端口綁定、PPPOE、802.1X等技術(shù)。IEEE 802.1x-IEEE 802.1x稱為基于端口的訪問(wèn)控制協(xié)議。該技術(shù)協(xié)議實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,認(rèn)證和業(yè)務(wù)分離。有人認(rèn)為PPPoE是過(guò)時(shí)的技術(shù),但是在今天的寬帶城域網(wǎng)中仍普遍使用。Web/Portal認(rèn)證也是基于業(yè)務(wù)類型的認(rèn)證,不需要安裝其他
自1973年由施樂實(shí)驗(yàn)室的Metcalfe博士發(fā)明以太網(wǎng)以來(lái),該項(xiàng)技術(shù)已成為局域網(wǎng)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)并向城域網(wǎng)領(lǐng)域和廣域網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)展;另一方面,以太網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展,速率從10M到100M、千兆進(jìn)而萬(wàn)兆,介質(zhì)從同軸到五類線到光纖,拓?fù)鋸目偩到星型/環(huán)形,幀格式增加TAG字段,增加載波擴(kuò)展,取消碰撞檢測(cè),經(jīng)歷了一次又一次的變革,以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為最重要的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之一。
在ISO的OSI七層參考模型中,以太網(wǎng)位于鏈路層和物理層。以太網(wǎng)技術(shù)包括鏈路層的幀結(jié)構(gòu)、訪問(wèn)控制機(jī)制、自動(dòng)協(xié)商等技術(shù)及物理層介質(zhì)、接口、編碼以及同步等技術(shù)。采用以太網(wǎng)技術(shù)組建的網(wǎng)絡(luò)稱為以太網(wǎng)。
當(dāng)前以太網(wǎng)似乎等同于采用以太網(wǎng)技術(shù)的IP網(wǎng),但是這種理解有一定偏差。以太網(wǎng)是鏈路層和物理層技術(shù),因此在以太網(wǎng)上不但可以承載IP協(xié)議,同樣還可以承載AppleTalk協(xié)議或者是I/S協(xié)議。只是由于當(dāng)前IP技術(shù)是數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的主流技術(shù),并且其他網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)例如ATM、X.25也不工作在以太網(wǎng)上,因此多數(shù)以太網(wǎng)是IP網(wǎng),國(guó)內(nèi)幾乎所有的以太網(wǎng)都是IP網(wǎng)。
CSMA/CD成為競(jìng)爭(zhēng)方式的代表
在一個(gè)廣播網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)終端如何共享廣播信道是鏈路層技術(shù)中最重要的內(nèi)容之一。當(dāng)前有多種技術(shù)分配廣播信道的使用權(quán),其中包括時(shí)分復(fù)用、頻分復(fù)用、碼分復(fù)用等。在時(shí)分復(fù)用信道中有固定時(shí)隙分配方式、仲裁方式、輪詢方式、令牌方式以及競(jìng)爭(zhēng)方式等。CSMA/CD是競(jìng)爭(zhēng)方式的一種代表。
以太網(wǎng)采用CSMA/CD(帶碰撞檢測(cè)的載波監(jiān)聽多重訪問(wèn))分配信道使用權(quán)的方式,甚至802.3協(xié)議的名稱就是“帶碰撞檢測(cè)的載波監(jiān)聽多重訪問(wèn)訪問(wèn)方式以及物理層規(guī)范”。以太網(wǎng)影響如此之大,已成為CSMA/CD最成功的代表,以至于很多人將CSMA/CD等同于以太網(wǎng)。但實(shí)際上以太網(wǎng)只是CSMA的一個(gè)版本。
CSMA最初源自美國(guó)的ALOHA協(xié)議,該協(xié)議是一種基于地面的無(wú)線廣播通信,適用于無(wú)中心、無(wú)協(xié)調(diào)關(guān)系的多個(gè)用戶競(jìng)爭(zhēng)單信道使用權(quán)的系統(tǒng)。CSMA是指站點(diǎn)通過(guò)監(jiān)聽載波來(lái)檢測(cè)信道是否空閑,然后再?zèng)Q定是否發(fā)送。CSMA/CD是對(duì)CSMA的一個(gè)改進(jìn),當(dāng)發(fā)生碰撞時(shí),發(fā)送雙方都應(yīng)檢測(cè)到碰撞然后停止發(fā)送。
以太網(wǎng)供電采用端點(diǎn)或中跨式PSE實(shí)現(xiàn)
IEEE于2003年6月批準(zhǔn)了802.3af:以太網(wǎng)供電(PoE)技術(shù)。該標(biāo)準(zhǔn)利用普遍使用的通用以太網(wǎng)線路,在傳送數(shù)據(jù)包的同時(shí)完成直流電源的輸送工作。該標(biāo)準(zhǔn)將成為第一個(gè)通用電源插口或插座定義在全球范圍使用的實(shí)例。對(duì)IP電話、無(wú)線接入點(diǎn)以及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)z像頭等需要持續(xù)供電的各種聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來(lái)說(shuō),不必再連接自己專用的交流電源。
在PoE系統(tǒng)中,通過(guò)現(xiàn)有以太網(wǎng)接受電源的客戶端設(shè)備叫作受電設(shè)備(PD),為PD提供電源的設(shè)備叫供電設(shè)備(PSE)。PD的功耗限制在12.95W,PSE輸出限制為每個(gè)RJ-45端口15.4W。在以太網(wǎng)連接電纜和物理層設(shè)備(PHY)變壓器保持良好平衡的情況下,每個(gè)PD最多可以獲取350mA的連續(xù)電流。
考慮到沿CAT-5以太網(wǎng)傳輸線(可達(dá)100米長(zhǎng))的壓降,IEEE標(biāo)準(zhǔn)為PD和PSE規(guī)定了不同的功率額定值。在較長(zhǎng)的鏈路上電壓降會(huì)更明顯,因此PSE的輸出電壓要高于標(biāo)稱的48VDC,以使PD獲得最大功率。以太網(wǎng)鏈路上電壓可能高達(dá)57VDC。
大多數(shù)PoE網(wǎng)絡(luò)可以采用端點(diǎn)或中跨式PSE實(shí)現(xiàn)。端點(diǎn)PSE在單個(gè)設(shè)備里集成了以太網(wǎng)交換機(jī)和電源,它被放置在以太網(wǎng)鏈路的另一端。因?yàn)樵谝蕴W(wǎng)鏈路的端點(diǎn)已存在電源,這種類型的PSE提供了實(shí)現(xiàn)PoE網(wǎng)絡(luò)最簡(jiǎn)便的方法。這種以太網(wǎng)交換機(jī)有時(shí)也稱為已具備“線上電源”。如圖1所示,端點(diǎn)PSE很適合用來(lái)部署新的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。
對(duì)于那些不能用這種方式升級(jí)的現(xiàn)有以太網(wǎng),可以采用中跨式PSE,將電源插入到以太網(wǎng)里。中跨式PSE可以通過(guò)CAT-5電纜中的“空閑線對(duì)”
提供電源,如果只有幾個(gè)以太網(wǎng)設(shè)備需要供電,這是一個(gè)最具成本效益的方法。例如有4至24端口的局域網(wǎng),它可以是更大規(guī)模的多端口網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一部分(見圖2)。端點(diǎn)PSE與中跨式PSE不同之處在于它的供電選擇方式,它可以與信號(hào)線在同一線對(duì)上,也可以在空閑線對(duì)上。一般來(lái)說(shuō),一個(gè)PSE必須能夠通過(guò)信號(hào)線對(duì)或空閑線對(duì)提供電源,但不必兩者都用。
由于千兆以太網(wǎng)使用五類線所有的線對(duì)傳輸信號(hào),因此千兆以太網(wǎng)不能使用中跨式以太網(wǎng)供電,只能采用端點(diǎn)式以太網(wǎng)供電。此外雖然在802.3中1000BaseT要求使用CAT-5電纜,但使用端點(diǎn)式以太網(wǎng)供電時(shí)建議采用CAT-5e或CAT-6。
安全技術(shù)和認(rèn)證技術(shù)各有千秋
以太網(wǎng)上安全相關(guān)技術(shù)主要有VLAN隔離、MAC過(guò)濾以及認(rèn)證技術(shù)。認(rèn)證技術(shù)包括MAC綁定、VLAN綁定、端口綁定、PPPOE、802.1X等技術(shù)。IEEE 802.1x-IEEE 802.1x稱為基于端口的訪問(wèn)控制協(xié)議。該技術(shù)協(xié)議實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,認(rèn)證和業(yè)務(wù)分離。有人認(rèn)為PPPoE是過(guò)時(shí)的技術(shù),但是在今天的寬帶城域網(wǎng)中仍普遍使用。Web/Portal認(rèn)證也是基于業(yè)務(wù)類型的認(rèn)證,不需要安裝其他
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