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参考文献21
中文摘要及关键字
本文通过对以太网技术、FTTX+LIAN技术的介绍,使我们更深刻的了解了这些技术,以太网不是一种具体的网络,是一种技术规范,以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准,不同种类的以太网满足了我们各种需求。
FTTX+LAN宽带接入网,它是一种最合理、最适用、最经济有效的方法。
关键字
以太网技术、FTTX+LAN宽带接入网、传输介质、接入网络、跳接、布线
1以太网技术
以太网是在20世纪70年代研制开发的一种基带局域网技术,使用同轴电缆作为网络媒体,采用载波多路访问和冲突检测(CSMA/CD)机制,数据传输速率达到10MBPS。
但是如今以太网更多的被用来指各种采用CSMA/CD技术的局域网。
以太网的帧格式与IP是一致的,特别适合于传输IP数据。
以太网由于具有简单方便、价格低、速度高等。
1.1以太网技术介绍
以太网是一种高度灵活的标准,现在已经发展为包括了点对点发信号、全双工(非共享的)链接和甚高速网络。
以太网的某些特点一直得到了坚持,其中最重要的是其帧格式本身。
以太网的一帧说明了最大和最小信息包的大小、一个协议字段和目的及源MAC地址。
地址字段已经成为特别有用的字段了,因为全程惟一的MAC地址已经使得新设备的建立成为可能,从而使大型以太网的配置得以简化。
以太网是目前应用最广泛的局域网技术,并且在很多新的领域得到扩展。
从10/100Mbit/s到1Gbit/s,甚至10Gbit/s,以太网的速率不断提高,其功能和性能逐步完善,从电接口利用UTP传输到光接口利用光纤传输,及光电转换器的采用,使以太网的覆盖范围大大扩展。
以太网的特点是灵活、简单和易于实现。
在应用上,以太网正从局限于企业和部门的局域网的环境,向跨区间的企业互连、公用电信网的接入等领域迈进。
在开放系统互连模型的7层模型里,以太网包括数据链路层、物理层和网络层。
物理层是指以太网的物理介质,主要有同轴电缆、双绞线、多模光纤和单模光纤等,不同标准的以太网有不同的物理介质。
数据链路层是指设备如何访问物理层规定的介质,并规定了数据格式,在IEEE802标准中,数据链路层又可分为逻辑链路控制层和媒体访问控制层(MAC)两个子层。
该层功能主要体现在以太网设备的两层交换功能上,即将数据封装成以太网帧格式,通过MAC地址完成寻址。
网络层负责在网络的源和目的节点之间建立逻辑连接,在一个复杂的大型网络中,源和目的节点之间不可能通过一条直达的链路连接,而是靠多段通路组合起来的通路。
因此3层路由就是实现这部分节点之间的寻址,该层功能主要由3层交换机或路由器来完成,寻址按照IP地址来实现。
1.2以太网的种类
1.2.1以太网不同种类模型图
千兆以太网
千兆以太网是建立在以太网标准基础之上的技术。
千兆以太网和大量使用的以太网与快速以太网完全兼容,并利用了原以太网标准所规定的全部技术规范,其中包括CSMA/CD协议、以太网帧、全双工、流量控制以及IEEE802.3标准中所定义的管理对象。
作为以太网的一个组成部分,千兆以太网也支持流量管理技术,它保证在以太网上的服务质量,这些技术包括IEEE802.1P第二层优先级、第三层优先级的QoS编码位、特别服务和资源预留协议(RSVP)。
千兆以太网还利用IEEE802.1QVLAN支持、第四层过滤、千兆位的第三层交换。
千兆以太网原先是作为一种交换技术设计的,采用光纤作为上行链路,用于楼宇之间的连接。
之后,在服务器的连接和骨干网中,千兆以太网获得广泛应用,由于IEEE802.3ab标准(采用5类及以上非屏蔽双绞线的千兆以太网标准)的出台,千兆以太网可适用于任何大中小型企事业单位。
目前,千兆以太网已经发展成为主流网络技术。
大到成千上万人的大型企业,小到几十人的中小型企业,在建设企业局域网时都会把千兆以太网技术作为首选的高速网络技术。
千兆以太网技术甚至正在取代ATM技术,成为城域网建设的主力军。
千兆以太网的特点主要包括如下。
1.千兆位以太网提供完美无缺的迁移途径,充分保护在现有网络基础设施上的投资。
千兆位以太网将保留IEEE802.3和以太网帧格式以及802.3受管理的对象规格,从而使企业能够在升级至千兆性能的同时,保留现有的线缆、操作系统、协议、桌面应用程序和网络管理战略与工具;
2.千兆位以太网相对于原有的快速以太网、FDDI、ATM等主干网解决方案,提供了一条最佳的路径。
至少在目前看来,是改善交换机与交换机之间骨干连接和交换机与服务器之间连接的可靠、经济的途径。
网络设计人员能够建立有效使用高速、关键任务的应用程序和文件备份的高速基础设施。
网络管理人员将为用户提供对Internet、Intranet、城域网与广域网的更快速的访问。
3.IEEE802.3工作组建立了802.3z和802.3ab千兆位以太网工作组,其任务是开发适应不同需求的千兆位以太网标准。
该标准支持全双工和半双工1000Mbps,相应的操作采用IEEE802.3以太网的帧格式和CSMA/CD介质访问控制方法。
千兆位以太网还要与10BaseT和100BaseT向后兼容。
此外,IEEE标准将支持最大距离为550米的多模光纤、最大距离为70千米的单模光纤和最大距离为100米的铜轴电缆。
千兆位以太网填补了802.3以太网/快速以太网标准的不足。
千兆以太网图型如下:
图1-1千兆以太网
万兆以太网
以太网主要在局域网中占绝对优势。
但是在很长的一段时间中,人们普遍认为以太网不能用于城域网,特别是汇聚层以及骨干层。
主要原因在于以太网用作城域网骨干带宽太低(10M以及100M快速以太网的时代),传输距离过短。
当时认为最有前途的城域网技术是FDDI和DQDB。
随后的几年里ATM技术成为热点,几乎所有人都认为ATM将成为统一局域网、城域网和广域网的唯一技术。
但是由于种种原因,当前在国内上述三种技术中只有ATM技术成为城域网汇聚层和骨干层的备选方案。
综上所述,以太网技术不适于用在城域网骨干/汇聚层的主要原因是带宽以及传输距离。
随着万兆以太网技术的出现,上述两个问题基本已得到解决。
万兆以太网在设计之初就考虑城域骨干网需求。
首先带宽10G足够满足现阶段以及未来一段时间内城域骨干网带宽需求(现阶段多数城域骨干网骨干带宽不超过2.5G)。
其次万兆以太网最长传输距离可达40公里,且可以配合10G传输通道使用,足够满足大多数城市城域网覆盖。
采用万兆以太网作为城域网骨干可以省略骨干网设备的POS或者ATM链路。
首先可以节约成本:
以太网端口价格远远低于相应的POS端口或者ATM端口。
其次可以使端到端采用以太网帧成为可能:
一方面可以端到端使用链路层的VLAN信息以及优先级信息,另一方面可以省略在数据设备上的多次链路层封装解封装以及可能存在的数据包分片,简化网络设备。
在城域网骨干层采用万兆以太网链路可以提高网络性价比并简化网络。
我们可以清楚地看到,10G以太网可以应用在校园网、城域网、企业网等。
但是由于当前宽带业务并未广泛开展,人们对单端口10G骨干网的带宽没有迫切需求,所以10G以太网技术相对其他替代的链路层技术(例如2.5GPOS、捆绑的千兆以太网)并没有明显优势。
思科和JUNIPER公司已推出10G以太网接口(依据802.3ae草案实现),但在国内几乎没有应用。
目前城域网的问题不是缺少带宽,而是消耗大量带宽的KillerApplication,是如何将城域网建设成为可管理、可运营并且可盈利的网络。
所以10G以太网技术的应用将取决于宽带业务的开展。
只有广泛开展宽带业务,例如视频组播、高清晰度电视和实时游戏等,才能促使10G以太网技术广泛应用,推动网络健康有序发展。
万兆以太网技术提供更加丰富的带宽和处理能力,能够有效地节约用户在链路上的投资,并保持以太网一贯的兼容性、简单易用和升级容易的特点。
但是,我们也看到,由于万兆以太网尚处于发展初期,还存在着一些问题和不足:
首先,在价格方面,目前一个10GE端口的价格是GE端口的100倍左右,尤其是在带宽得不到充分利用的情况下,会造成投资的极大浪费;
其次,万兆以太网继承了以太网一贯的弱QoS特点,如何进行有保障的区分业务承载的问题仍然没有解决,RPR、MPLS等特性的支持尚不成熟;
再有,10GE要求设备具有强大的处理能力,而目前业界有些厂商推出的10GE端口并达不到真正的线速处理,带宽优势大打折扣。
针对上述问题以及目前网络带宽需求不太迫切的现状,建议网络建设侧重业务和性价比,网络核心仍采用2.5GPOS接口或GETrunk方式,当万兆以太网在技术和成本方面得到重大进步之后,再平滑升级至万兆。
万兆以太网模型图如下:
图1-2万兆以太网
1.2.2以太网按传输介质分类
以太网按照传输速率可分为10Mbit/s以太网、100Mbit/s以太网、1000Mbit/s以太网等。
10Mbit/s以太网按照所使用的传输介质不同,又可分为以下几种。
10Base2,传输介质为细同轴电缆,很容易弯曲,其接头处采用工业标准的BNC连接器组成T型插座,使用灵活,可靠性高:
电缆价格低廉,安装方便,但是使用范围只有200m,每个电缆段内只能有30个节点。
10Base5,传输介质为粗同轴电缆,适合用于主干线,最大使用范围为500m,每个电缆段内可以有100个节点。
10Base-T,传输介质为3类或5类双绞线,所有节点均连接到一个中心集线器上。
该结构非常广泛,增添或移去节点十分简单,且很容易检测到电缆故障,易于维护。
距集线器的最大有效长度为100m,节点数可达1024个。
10Base-F,传输介质为单模或多模光纤。
该方式的连接器和终止器价格较贵,有极好的抗干扰性,常用于办公大楼或相距较远的集线器间连接。
100Mbit/s以太网按照所使用传输介质的不同,又可以分为以下几种。
100Base-TX,传输介质为5类非屏蔽双绞线(UTP)或屏蔽双绞线(STP),是10B的平滑升级。
采用两对双绞线,一对用于发送数据,一对用于接收数据,最大网段长度为100m。
100Base-T4,传输介质为4对3类、4类、5类、非屏蔽双绞线,3对用于传输数据,1对用于检测冲突信号,最大网段长度为100m。
此类型没有得到广泛应用。
100Base-FX,传输介质为单模或多模光纤。
最大网段长度为150m、412m、2000m甚至10km。
支持全双工的数据传输,特别适用于有电气干扰的环境、较大距离连接或高保密的环境中。
1000Mbit/s以太网按照所使用介质不同又可分为以下几种。
1000Base-LX,传输介质为多模或单模光纤,采用长波长激光器。
在全双工模式下,使用多模光纤时最长传输距离达550m,使用单模光纤时最常有效距离为5km。
1000Base-SX,传输介质为多模光纤,采用短波长激光器。
在全双工模式下,最长传输距离为550m.
1000Base-CX,传输介质为特殊规格的高质量平衡双绞线对屏蔽铜缆或同轴电缆,最长距离为25m,适用于交换机之间的短距离连接,尤其适合千兆主干交换机和主服务器之间的短距离连接。
1000Base-T,传输介质为超5类或6类双绞线,最长有效距离达100m。
1.3以太网技术的应用
过去单纯的光链路只把互相隔绝的LAN连接起来,而光以太网的发展早已超乎这种简单应用。
光以太网自身正在演变成为系统,提供基于铜技术的以太网所不可能实现的覆盖范围和功能。
LAN
如今光以太网LAN只建于为数不多的计算机机房或小型建筑物内。
其实,光以太网的诸多优点和基于铜技术的以太网将要面临的困难会加快光以太网LAN的普及。
首先,除了有电噪声的环境以外,光以太网LAN的传输是高度安全的,而且与地面绝缘。
其次,在小型建筑物内铺设光纤导管比铜线还容易。
更重要的是,光以太网比铜以太网支持更高的速度和更长的距离:
随着甚短距离光以太网的发展,它将比铜以太网支持更高的速度;
千兆铜链路的传输距离只有大约30m,下一代更高速的万兆以太网会使这个本来就很短的距离将再次大幅缩短;
而对光以太网距离不是问题。
CAN
目前,所有200m以上的以太网已用到了光技术。
虽然大多数的CAN(园区网)实际上都是采用光链路的路由器互连的多个LAN,但是CAN使用的主要是多模光纤。
随着以太网交换机的覆盖范围和功能的增强,越来越多的LAN正在用以太网交换机实现。
在过去,这些以太网交换机把交易信息流聚集到一个高速的上行端口中,馈送给一个本身互连LAN的路由器,并提供WAN接入。
但是现在,当路由器的价格高于GBIC的价格时,路由器就失去了地位。
由于具备以太网交换机能力的虚拟LAN(VLAN)的迅速增多,以及随着当前大型LAN中对VLAN
ID推定和派送路由的更大的和有更强性能的路由器的发展,这种用以太网交换机实现LAN的趋势正在加速。
MAN
MAN中的光以太网是最近才发展起来的。
以太网MAN具有简单、容易实现和成本低等优点。
只要在大部分的城市地区建立起以太网,通过用很少的几条光纤线路连接地理位置相邻城市的MAN,就完全能用以太网的方式建立地区性网络。
WAN
以太网传输在长距离网络中还未取得突破,但是随着万兆以太网接口技术的成熟,这种局面会发生改变。
其中有一些预计可在SONET
OC-192的速度下达到长距离运行。
因为大多数的长距离网络都使用密集波分多路复用(dense
wavelength
division
multiplexing,DWDM)系统把多条电路组合到一条光纤上,在自己的波长上传输,而这些系统本身就提供长距离能力,所以距离限制并不是严重的问题。
预计广域以太网还是会出现的,因为它具有速度快、价格低和简单等优势。
1.4以太网技术和标准发展趋势
光以太网交换机
在可以预见的未来,真正的全光网络不太可能出现在以太网领域,因为现有的技术无法实现在光层交换信息包。
然而,已经出现了纯光以太网交换机的原型,其所有的以太网接口的端口都是用光技术实现的,但内部交换仍然是电的。
随着电信用户的进一步散布(10~30km范围),讲究低成本的服务网络可能就是全部采用光器件端口的以太网。
此外,市场正在要求本地的以太网服务把它们的设施互连到VLAN中,这种趋势在光纤入户的过程中将会加快,因为最低价的光服务将仍然是以太网。
GBIC模块
最近在GBIC模块方面的新进展是出现了袖珍型GBIC,又称之为小型外形要素可插式多源协定(Small
Form-factor
Pluggable
Multisource
Agreement,SFP
MSA)模块。
这种袖珍型GBIC的尺寸只有原来的一半大小,这进一步提高了其节省空间方面的可用性。
弹性信息包环
IEEE
802.17委员会正在为信息包在光纤环上传输建立标准(并不是以太网的正式组成部分),当前的方向包括在SONET式的环中使用以太网组帧。
弹性信息包环(Resilient
Packet
Rings,RPR)的目标比较简单:
在城市服务区域内定义适合于电信公司网络的高性能、高可用性的光传输。
弹性信息包环的实现可能会成为以太网信息包的流行的传输技术。
万兆以太网标准
万兆以太网联盟推动的万兆以太网标准已经得到批准,并且目前只支持光技术,因为要让铜线在长距离以电信号传输如此快的数据是不可能的。
关于万兆以太网的第一个建议的标准采用甚短距离光以太网,在含有12条多模光纤的光纤带上实现并行数据流。
这是针对室内设备的低成本互连而提出的建议。
第二个建议的标准使用一种特紧凑包装,含有1个较简单的WDM器件、4个接收器和4个在1300nm波长附近以大约25nm为间隔工作的激光器,每一对发送器/接收器在3.125Gbps速度(数据流速度为2.5Gbps)下工作。
第三个建议的标准是一种使用64B/66B编码(不是在千兆以太网中所用的8B/10B)的串行接口,数据流为10.000Gbps,因而产生的时钟速率为10.3Gbps。
第四个建议的标准是一种SONET
OC-192兼容的流,其时钟为9.953Gbps。
以太网的主要发展历程见图1。
需要说明的是,绝大部分10Mbps的以太网端口都是铜制的,极少用到光技术。
100Mbps的以太网(快速以太网)在一开始主要采用光技术,但目前却是铜技术占主导地位。
1000Mbps以太网(千兆以太网)一开始也采用光技术,极少用铜技术。
而即将出台的10Gbps以太网(万兆以太网)有望几乎全部采用光技术。
2FTTX+LAN技术
2.1FTTX+LAN技术的概念
以太网接入是目前宽带接入的主要方式之一。
由于以太网协议简单,性能价格比好、可扩展性好、容易安装开通、可靠性高等优点,使以太网接入方式成为企事业集团用户接入的最佳选择。
随着快速以太网、吉比特以太网、十吉比特以太网的出现,及光纤传输技术的进步,使得在单模光纤上千兆以太网可实现无中继传输距离达100km以上,各种速率的以太网不仅可以构成局域网,也可以构成城域网甚至广域网。
在光纤已经到小区或大楼的前提下,用户只需安装网卡,就可以直接实现宽带到桌面。
这种在城市光缆网上用各种速率的以太网架构的城市宽带IP接入网,简称FTTX+LAN宽带接入网,它是一种最合理、最适用、最经济有效的方法。
它主要是采用高速IP路由交换技术和千兆以太网光纤传输技术,充分利用光纤宽带资源,配合综合布线系统,实现宽带多媒体多业务信息网络的高速接入。
2.2FTTX+LAN接入方式比较
尽管前几年曾出现DDN专线、ISDN等多种网络接入方式,但由于成本和速率等多方面的原因一直未能成功普及。
目前大家可考虑的宽带接入方式主要包括三种——电信ADSL、FTTX+LAN(小区宽带)和CABLEMODEM(有线通)。
这三种宽带接入方式在安装条件、所需设备、数据传输速率和相关费用等多方面都有很大不同,直接决定了不同的宽带接入方式适合不同的用户选择。
接入方法1:
电信ADSL
为便于大众认识ADSL(全称为AsymmetricDigitalSubscriberLine,非对称数字用户线路),各地电信局在宣传ADSL时常会采用一些好听的名字,如“超级一线通”、“网络快车”等,其实这些都指同一种宽带方式。
安装条件:
在安装便利性方面,电信ADSL无疑拥有得天独厚的优势。
ADSL可直接利用现有的电话线路,通过ADSLMODEM后进行数字信息传输。
因此,凡是安装了电信电话的用户都具备安装ADSL的基本条件(只要当地电信局开通ADSL宽带服务),接着用户可到当地电信局查询该电话号码是否可以安装ADSL,得到肯定答复后便可申请安装(一般来讲,电信会判断你的电话与最近的机房距离是否超过3km,若超过则无法安装)。
安装时用户需拥有一台ADSLMODEM(通常由电信提供,有的地区也可自行购买)和带网卡的电脑。
传输速率:
虽然ADSL的最大理论上行速率可达到1Mbps,下行速率可达8Mbps,但目前国内电信为普通家庭用户提供的实际速率多为下行512Kbps,提供下行1Mbps甚至以上速度的地区很少。
值得注意的是,这里的传输速率为用户独享带宽,因此不必担心多家用户在同一时间使用ADSL会造成网速变慢。
此外,电信经常会以ADSL“提速”作为宣传重点,大家要明白这里提到的“提速”通常是指下行速率,而上传速率依然未变。
优点:
工作稳定,出故障的几率较小,一旦出现故障可及时与电信(如拨打电话1000)联系,通常能很快得到技术支持和故障排除。
电信会推出不同价格的包月套餐,为用户提供更多的选择。
带宽独享,并使用公网IP,用户可建立网站、FTP服务器或游戏服务器。
不足:
ADSL速率偏慢,以512Kbps带宽为例,最大下载实际速率为87KB/s左右,即便升级到1M带宽,也只能达到一百多KB。
对电话线路质量要求较高,如果电话线路质量不好易造成ADSL工作不稳定或断线。
接入方法2:
小区宽带(FTTX+LAN)
这是大中城市目前较普及的一种宽带接入方式,网络服务商采用光纤接入到楼(FTTB)或小区(FTTZ),再通过网线接入用户家,为整幢楼或小区提供共享带宽(通常是10Mb/s)。
目前国内有多家公司提供此类宽带接入方式,如网通、长城宽带、联通和电信等。
这种宽带接入通常由小区出面申请安装,网络服务商不受理个人服务。
用户可询问所居住小区物管或直接询问当地网络服务商是否已开通本小区宽带。
这种接入方式对用户设备要求最低,只需一台带10/100Mbps自适应网卡的电脑。
目前,绝大多数小区宽带均为10Mbps共享带宽,这意味如果在同一时间上网的用户较多,网速则较慢。
即便如此,多数情况的平均下载速度仍远远高于电信ADSL,达到了几百KB/s,在速度方面占有较大优势。
初装费用较低(通常在100~300元之间,视地区不同而异),下载速度很快,通常能达到上百KB/s,很适合需要经常下载文件的用户,而且没有上传速度慢的限制。
由于这种宽带接入主要针对小区,因此个人用户无法自行申请,必须待小区用户达到一定数量后才能向网络服务商提出安装申请,较为不便。
不过一旦该小区已开通小区宽带,那么从申请到安装所需等待的时间非常短。
此外,各小区采用哪家公司的宽带服务由网络运营商决定,用户无法选择。
2.3FTTX+LAN业务接入方式
2.3.1光纤接入方式
A、光纤+局域网接入方式(FTTX+LAN)
FTTX+LAN的接入方式分为虚拟拨号(PPOE)方式和固定IP方式。
各自的特点如下:
虚拟拨号(PPOE)方式:
此业务大多面向个人用户开放,费用相对较低。
用户无固定IP地址,必须到指定的开户部门开户并获得帐号和密码,使用专门的宽带拨号软件接入互联网。
固定IP方式:
此业务多面向个人用户企事业单位等拥有局域网的客户提供,用户有固定IP地址,费用可根据实际情况按点或按光纤带宽费用计收。
B、光纤直接接入方式
用户可以独享光纤带宽,特别适用于有高速上网需求的大企事业单位或集团用户,传输带宽在10M/100M/1000M。
2.4客户端要求
硬件要求(推荐使用):
CPU:
PENTIUM及以上配置
内存:
32M以上
网卡:
内置式10M或10M/100M自适应以太网卡。
软件要求:
建议使用MICROSOFTWINDOWS98或WINDOWS2000或WINDOWSME操作系统
2.5FTTX+LAN接入方式的常见故障及处理
故障
(1):
在光电转换器上tlink指示灯不
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