探秘以太网接入技术

以太网是目前应用最广泛的局域网络传输方式，普遍实用的协议已经从IEEE 802.3的10Base-T转向快速以太网100Base-T和吉比特以太网1000Base-T。以太网的帧格式与IP是一致的，特别适合于传输IP数据。如果接入网采用以太网，则将形成从局域网、接入网、城域网到广域网全部是以太网的结构、各网之间无缝连接，中间不需要任何格式转换，这将可以提高运行效率，方便管理，降低成本。

1.网络结构

以太网宽带接入的网络结构如图4-47所示。由图4-47可知，基于以太网技术的宽带接入网由局侧设备和用户侧设备组成。局侧设备一般位于小区内，用户侧设备一般位于居民楼内；或者局侧设备位于商业大楼内，而用户侧设备位于楼层内。局侧设备提供与IP骨干网的接口，用户侧设备提供与用户终端计算机相接的10/100Base-T接口。局侧设备具有汇聚用户侧设备网管信息的功能。

图4-47 以太宽带接入网络结构示意图

在以太网宽带接入中，用户侧设备只有链路层功能，工作在MUS（复用器）方式下，各用户之间在物理层和链路层相互隔离，从而保证用户数据的安全性。另外用户侧设备可以在局侧设备的控制下动态改变其端口速率，从而保证用户最低接入速率、限制用户最高接入速率，支持对业务的QoS保证。对于组播业务，由局侧设备控制各多播组状态和组内成员的情况，用户侧设备只执行受控的多播复制，不需要多播组管理功能。局侧设备还支持对用户的认证、授权和计费以及用户IP地址的动态分配。为了保证设备的安全性，局侧设备与用户侧设备之间采用逻辑上独立的内部管理通道。

在以太网宽带接入中，局侧设备不同于路由器，路由器维护的是端口—网络地址映射表，而局侧设备维护的是端口—主机地址映射表；用户侧设备不同于以太网交换机，以太网交换机隔离单播数据帧，不隔离广播地址的数据帧，而用户侧设备完成的功能仅仅是以太网帧的复用和解复用。

基于以太网技术的宽带接入网还具有强大的网管功能。与其他接入网技术一样，能进行配置管理、性能管理、故障管理和安全管理；还可以向计费系统提供丰富的计费信息，使计费系统能够按信息量、按连接时长或包月制等计费方式。

2.以太网接入的布线

以太网接入一般采用第五类线作为传输介质。第五类线的优点是价格低廉、施工方便、适用范围广，缺点是中继传输距离短，且所传信号速率越高，距离越短，维护量越大。以太网接入布线时应注意在室外不宜直接使用室内型双绞线；从网络设备到用户端的第五类线长度不宜超过100m。

目前，以太网主要采用第五类线入户。第五类线入户一般有两种架设方法：

一种是以楼房单元为单位的架设方法。以楼房单元为单位，在单元的底层，设置一只Hub（集线器），由Hub从楼梯向上至每个用户家庭架设一条第五类线，各楼梯单元间相互沟通，采取底层架设一条第五类线的方法，将各单元的Hub集中到楼幢某单元的路由器或交换器上，形成以楼幢为单位的以太网方式。

这种网络结构传输信号时符合传统的以太网协议。采取资源竞争和带宽共享的方式，全网最高效率只有37%。是一种早期的以太网解决方式。它的优点是投资小，组网简单，能够基本满足目前用户的上网需求和简单的数据业务传输的要求。缺点是不适应未来网络的发展，对网络升级至10～100Mbit/s的带宽IP网，存在网络结构不合理的因素，网络的扩展性差，安全性低。

另一种是楼幢为单位的架设方法。区别于第一种架设方法，楼幢的路由器或交换器与用户之间不再设置Hub，直接架设第五类线至用户家庭，采取星形结构方式。

这种架设方式的缺点是加长了至用户的第五类线，线路投资增加。由于第五类线中继传输距离短和交换机端口数量的限制，对楼幢的要求用户数一般控制在50户以内，单元一般不超过4个。对于5个单元以上的大型楼幢，只能架设两个星形网络，采用两套传输设备，造成投资成本增加。同时给布线带来一定困难，在线路架设过程中，由于线路的星形结构，在满负荷时，交换机附近会有将近50根第五类线的出现，各楼梯单元间的相互沟通，也需要架设十几条第五类线。优点是网络的可扩展性好，升级性强，适应于未来网络的发展，对网络升级至10～100Mbit/s的宽带IP接入用户，无需对网络结构进行更改，安全性高。

考虑未来网络的发展，采用第二种第五类线架设方法较好，具体建设要根据市场的实际情况决定，并随着市场的发展，用户数的增加，分批分量地架设第五类线和安装数据设备。

3.用户的管理、认证及计费

Internet工程任务部队（IETF）专门为IP的传输定义了PPP协议，通过PPP协议提供的认证和链路维护功能，依靠接入服务器（NAS）和认证计费软件提供简单而有效的认证和计费功能。在宽带接入网中，由于用户接入的技术手段由模拟拨号转变为以太网、Cable Modem、xDSL（如：HDSL、ADSL、VDSL）等手段，在链路层无法提供有效的认证和链路维护支持，也无法进行有效的用户认证管理和计费服务。新一代宽带接入服务或称宽带接入网关（B-RAS）就是为了解决在宽带下的用户管理和服务管理而出现的新型设备。IETF为宽带接入也制定了PPPoE协议。在宽带接入网中，由宽带接入网关（B-RAS）、PPPoE客户端软件和后台Radius服务器及认证计费软件的配合，实现用户管理、认证、计费。(www.xing528.com)

4.以太网宽带接入的发展前景

随着IP业务的爆炸式增长和我国电信运营市场的日益开放，无论是传统电信运营商还是新兴运营商，都把建设面向IP业务的宽带网作为它们的网络建设重点。在城域网的接入部分，很多运营商选择以太网技术。基于以太网技术的宽带接入网与传统的用于计算机局域网的以太网技术大不一样。它仅借用了以太网的帧结构和接口，网络结构和工作原理完全不一样。它具有高度的信息安全性、电信级的网络可靠性、强大的网管功能，并且能保证用户的接入带宽，这些都是现有的以太网技术根本做不到的。

2001年初IEEE（美国电气和电子工程师学会）成立了802.3 EFM工作组研究制定以太网接入网标准。随着标准的制定完成，将有一批以太网接入网设备出现。2002年10GB以太网标准完成后将被广泛用于城域网（MAN）和广域网（WAN）领域。可见，以太网的宽带接入技术将在以后的宽带IP接入中发挥重要作用。

5.单向HFC+以太网接入方式

在原有单向HFC网络的基础上，叠加一个高速以太网（10Mbit/s或100Mbit/s）即可向用户提供多功能服务，如图4-48所示。

由图4-48可见，新叠加的计算机网只是在有线台和各光节点之间，采用缆分纤的办法。利用已有的2芯光纤，其余则另外布双绞线，不必对原有CATV网络做大规模改造。

该方式的核心技术之一就是取消了传统HFC网络中的上行部分（包括光节点处的上行光发射模块），代之以大容量、高速率、无方向性、透明交互式的宽带IP技术，在CATV网络中应用IP技术解决上行通道的方案是充分利用光缆到节点的4根光纤，除1根光纤下行传输广播电视信号外，用2根光纤进行IP数据业务的上行和下行信号的传输，避免了反向噪声和瓶颈阻塞问题。

图4-48 单向HFC+以太网接入方式示意图

Hub工作站是整个网络系统中仅次于主前端的信息处理分中心，它的作用和功能是减轻主前端所承载的信息业务量，减少由主前端输出光纤芯数，又能合理地为其所覆盖的小区个人用户和企事业单位等集团用户的多种信息业务提供传输、交换、分配、信息处理、逐包转发、网络管理、信号控制及维护监控、信息中介、查询、收费等综合功能。IP网络中的Hub工作站，随着未来业务的开展将逐渐形成强大的宽带综合业务信息分组交换站，最终建设成为基于分层交换理念的信息交换分配中心，是IP网络中的二级和三级交换枢纽，它的最终目的是面向所有业务。

采用该方式建设的网络基本采取光纤至小区建筑（FTTAB）的方案。结合各城市具体情况及城市规划，光节点的设置原则上是以小区、楼宇为单位，即一个小区、楼宇设置1个光节点，每个光节点最终设计为350户。少数户数少的小区（≤300户）与邻近户数少的小区可以分享1个光节点。

每个光节点所带用户数早期为500～1000户（1999年），中期目标500户/节点（2002年），远期125户/节点甚至50户/节点（2010年）。

具有回传功能的光节点（含下行光接收模块和IP光电转换模块）的设置以分布在城市的城区重点政治活动中心、金融、信息、教育、文化、商贸场所和城区实验小区、城市所辖各市县有线广播电视台（站）为主。数量视具体情况而定。

用户接入方式是光缆经由全星形二级光纤网络至光节点处，在光节点处的楼宇平台通过光电转换后，由75-5型电缆和第五类线分别传输模拟电视信号和数字信号入户的方式。光节点（交互平台）应尽量设置在室内工作间，主要是考虑IP网络中的交互平台除模拟光接收设备外，还须配置局域网交换机、共享Hub、光电转换器与接插件等IP设备，经第五类线与75-5型电缆一同入户，其设备工作环境要求较高。对于现阶段无增值业务需求的用户（3级分配网中），则只需配置野外型光接收机即可。

用户接入网是最后一级局部分配交互式接入网，其理论是：以交互平台为中心，建立交互分配接入技术平台，实现楼宇或办公室的多种信息互通、交换，个人终端化的宽带综合信息系统，为面向所有业务的开展奠定重要基础。

交互平台、楼层分配盒、用户终端盒是用户接入网的3个重要概念和相互配套的核心设备。