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以太网:技术和应用不断扩展 信息产业部电信研究院标准传输研究所 魏亮 惠亮 (中国电子报)

发布时间:2007/8/20 0:00:00 访问次数:1040

      自1973年由施乐实验室的Metcalfe博士发明以太网以来,该项技术已成为局域网占绝对优势的事实标准并向城域网领域和广域网领域发展;另一方面,以太网技术不断发展,速率从10M到100M、千兆进而万兆,介质从同轴到五类线到光纤,拓扑从总线到星型/环形,帧格式增加TAG字段,增加载波扩展,取消碰撞检测,经历了一次又一次的变革,以太网技术已经成为最重要的网络技术之一。

  在ISO的OSI七层参考模型中,以太网位于链路层和物理层。以太网技术包括链路层的帧结构、访问控制机制、自动协商等技术及物理层介质、接口、编码以及同步等技术。采用以太网技术组建的网络称为以太网。

  当前以太网似乎等同于采用以太网技术的IP网,但是这种理解有一定偏差。以太网是链路层和物理层技术,因此在以太网上不但可以承载IP协议,同样还可以承载AppleTalk协议或者是IPX/SPX协议。只是由于当前IP技术是数据网网络层的主流技术,并且其他网络层技术例如ATM、X.25也不工作在以太网上,因此多数以太网是IP网,国内几乎所有的以太网都是IP网。

    CSMA/CD成为竞争方式的代表

  在一个广播网络中多个终端如何共享广播信道是链路层技术中最重要的内容之一。当前有多种技术分配广播信道的使用权,其中包括时分复用、频分复用、码分复用等。在时分复用信道中有固定时隙分配方式、仲裁方式、轮询方式、令牌方式以及竞争方式等。CSMA/CD是竞争方式的一种代表。

  以太网采用CSMA/CD(带碰撞检测的载波监听多重访问)分配信道使用权的方式,甚至802.3协议的名称就是“带碰撞检测的载波监听多重访问访问方式以及物理层规范”。以太网影响如此之大,已成为CSMA/CD最成功的代表,以至于很多人将CSMA/CD等同于以太网。但实际上以太网只是CSMA的一个版本。

  CSMA最初源自美国的ALOHA协议,该协议是一种基于地面的无线广播通信,适用于无中心、无协调关系的多个用户竞争单信道使用权的系统。CSMA是指站点通过监听载波来检测信道是否空闲,然后再决定是否发送。CSMA/CD是对CSMA的一个改进,当发生碰撞时,发送双方都应检测到碰撞然后停止发送。

  以太网供电采用端点或中跨式PSE实现

  IEEE于2003年6月批准了802.3af:以太网供电(PoE)技术。该标准利用普遍使用的通用以太网线路,在传送数据包的同时完成直流电源的输送工作。该标准将成为第一个通用电源插口或插座定义在全球范围使用的实例。对IP电话、无线接入点以及网络监控摄像头等需要持续供电的各种联网设备来说,不必再连接自己专用的交流电源。

  在PoE系统中,通过现有以太网接受电源的客户端设备叫作受电设备(PD),为PD提供电源的设备叫供电设备(PSE)。PD的功耗限制在12.95W,PSE输出限制为每个RJ-45端口15.4W。在以太网连接电缆和物理层设备(PHY)变压器保持良好平衡的情况下,每个PD最多可以获取350mA的连续电流。

  考虑到沿CAT-5以太网传输线(可达100米长)的压降,IEEE标准为PD和PSE规定了不同的功率额定值。在较长的链路上电压降会更明显,因此PSE的输出电压要高于标称的48VDC,以使PD获得最大功率。以太网链路上电压可能高达57VDC。

  大多数PoE网络可以采用端点或中跨式PSE实现。端点PSE在单个设备里集成了以太网交换机和电源,它被放置在以太网链路的另一端。因为在以太网链路的端点已存在电源,这种类型的PSE提供了实现PoE网络最简便的方法。这种以太网交换机有时也称为已具备“线上电源”。如图1所示,端点PSE很适合用来部署新的基础网络。

  对于那些不能用这种方式升级的现有以太网,可以采用中跨式PSE,将电源插入到以太网里。中跨式PSE可以通过CAT-5电缆中的“空闲线对”
提供电源,如果只有几个以太网设备需要供电,这是一个最具成本效益的方法。例如有4至24端口的局域网,它可以是更大规模的多端口网络系统的一部分(见图2)。端点PSE与中跨式PSE不同之处在于它的供电选择方式,它可以与信号线在同一线对上,也可以在空闲线对上。一般来说,一个PSE必须能够通过信号线对或空闲线对提供电源,但不必两者都用。

  由于千兆以太网使用五类线所有的线对传输信号,因此千兆以太网不能使用中跨式以太网供电,只能采用端点式以太网供电。此外虽然在802.3中1000BaseT要求使用CAT-5电缆,但使用端点式以太网供电时建议采用CAT-5e或CAT-6。

  安全技术和认证技术各有千秋

  以太网上安全相关技术主要有VLAN隔离、MAC过滤以及认证技术。认证技术包括MAC绑定、VLAN绑定、端口绑定、PPPOE、802.1X等技术。IEEE 802.1x-IEEE 802.1x称为基于端口的访问控制协议。该技术协议实现简单,认证和业务分离。有人认为PPPoE是过时的技术,但是在今天的宽带城域网中仍普遍使用。Web/Portal认证也是基于业务类型的认证,不需要安装其他

      自1973年由施乐实验室的Metcalfe博士发明以太网以来,该项技术已成为局域网占绝对优势的事实标准并向城域网领域和广域网领域发展;另一方面,以太网技术不断发展,速率从10M到100M、千兆进而万兆,介质从同轴到五类线到光纤,拓扑从总线到星型/环形,帧格式增加TAG字段,增加载波扩展,取消碰撞检测,经历了一次又一次的变革,以太网技术已经成为最重要的网络技术之一。

  在ISO的OSI七层参考模型中,以太网位于链路层和物理层。以太网技术包括链路层的帧结构、访问控制机制、自动协商等技术及物理层介质、接口、编码以及同步等技术。采用以太网技术组建的网络称为以太网。

  当前以太网似乎等同于采用以太网技术的IP网,但是这种理解有一定偏差。以太网是链路层和物理层技术,因此在以太网上不但可以承载IP协议,同样还可以承载AppleTalk协议或者是I/S协议。只是由于当前IP技术是数据网网络层的主流技术,并且其他网络层技术例如ATM、X.25也不工作在以太网上,因此多数以太网是IP网,国内几乎所有的以太网都是IP网。

    CSMA/CD成为竞争方式的代表

  在一个广播网络中多个终端如何共享广播信道是链路层技术中最重要的内容之一。当前有多种技术分配广播信道的使用权,其中包括时分复用、频分复用、码分复用等。在时分复用信道中有固定时隙分配方式、仲裁方式、轮询方式、令牌方式以及竞争方式等。CSMA/CD是竞争方式的一种代表。

  以太网采用CSMA/CD(带碰撞检测的载波监听多重访问)分配信道使用权的方式,甚至802.3协议的名称就是“带碰撞检测的载波监听多重访问访问方式以及物理层规范”。以太网影响如此之大,已成为CSMA/CD最成功的代表,以至于很多人将CSMA/CD等同于以太网。但实际上以太网只是CSMA的一个版本。

  CSMA最初源自美国的ALOHA协议,该协议是一种基于地面的无线广播通信,适用于无中心、无协调关系的多个用户竞争单信道使用权的系统。CSMA是指站点通过监听载波来检测信道是否空闲,然后再决定是否发送。CSMA/CD是对CSMA的一个改进,当发生碰撞时,发送双方都应检测到碰撞然后停止发送。

  以太网供电采用端点或中跨式PSE实现

  IEEE于2003年6月批准了802.3af:以太网供电(PoE)技术。该标准利用普遍使用的通用以太网线路,在传送数据包的同时完成直流电源的输送工作。该标准将成为第一个通用电源插口或插座定义在全球范围使用的实例。对IP电话、无线接入点以及网络监控摄像头等需要持续供电的各种联网设备来说,不必再连接自己专用的交流电源。

  在PoE系统中,通过现有以太网接受电源的客户端设备叫作受电设备(PD),为PD提供电源的设备叫供电设备(PSE)。PD的功耗限制在12.95W,PSE输出限制为每个RJ-45端口15.4W。在以太网连接电缆和物理层设备(PHY)变压器保持良好平衡的情况下,每个PD最多可以获取350mA的连续电流。

  考虑到沿CAT-5以太网传输线(可达100米长)的压降,IEEE标准为PD和PSE规定了不同的功率额定值。在较长的链路上电压降会更明显,因此PSE的输出电压要高于标称的48VDC,以使PD获得最大功率。以太网链路上电压可能高达57VDC。

  大多数PoE网络可以采用端点或中跨式PSE实现。端点PSE在单个设备里集成了以太网交换机和电源,它被放置在以太网链路的另一端。因为在以太网链路的端点已存在电源,这种类型的PSE提供了实现PoE网络最简便的方法。这种以太网交换机有时也称为已具备“线上电源”。如图1所示,端点PSE很适合用来部署新的基础网络。

  对于那些不能用这种方式升级的现有以太网,可以采用中跨式PSE,将电源插入到以太网里。中跨式PSE可以通过CAT-5电缆中的“空闲线对”
提供电源,如果只有几个以太网设备需要供电,这是一个最具成本效益的方法。例如有4至24端口的局域网,它可以是更大规模的多端口网络系统的一部分(见图2)。端点PSE与中跨式PSE不同之处在于它的供电选择方式,它可以与信号线在同一线对上,也可以在空闲线对上。一般来说,一个PSE必须能够通过信号线对或空闲线对提供电源,但不必两者都用。

  由于千兆以太网使用五类线所有的线对传输信号,因此千兆以太网不能使用中跨式以太网供电,只能采用端点式以太网供电。此外虽然在802.3中1000BaseT要求使用CAT-5电缆,但使用端点式以太网供电时建议采用CAT-5e或CAT-6。

  安全技术和认证技术各有千秋

  以太网上安全相关技术主要有VLAN隔离、MAC过滤以及认证技术。认证技术包括MAC绑定、VLAN绑定、端口绑定、PPPOE、802.1X等技术。IEEE 802.1x-IEEE 802.1x称为基于端口的访问控制协议。该技术协议实现简单,认证和业务分离。有人认为PPPoE是过时的技术,但是在今天的宽带城域网中仍普遍使用。Web/Portal认证也是基于业务类型的认证,不需要安装其他

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