IP接入网与以太网

黄俊飞　张洁　寿国础
摘　要　本文介绍了IP接入网的概念，并详细讨论了以太网接入技术。

关键词　IP接入网　以太网
前　言

　　PC机的普及和Web技术的出现使Internet迅猛发展，其应用范围已经从IT界扩展到社会的各行各业。从电信业本身来看，现有的电信网的框架将从电路交换及其组网技术逐步转向以分组交换特别是IP为基础的新框架，电信网承载的业务将从以电话为主转向以数据业务为主。宽带化和IP化是核心网发展的趋势，同时又是接入网发展的方向，并由此提出了IP接入网的概念。

　　根据IP接入网的特殊性，ITU－T对IP接入网定义如下：IP接入网是在IP用户和IP业务提供者之间提供所需的对IP业务的接入能力的网络实体的实现。IP接入网需要提供IP接入传送功能、IP接入功能和IP接入网系统管理功能。接入传送功能是与IP业务无关的，IP接入功能是指ISP的动态选择、网络地址翻译、授权认证记帐等。

　　IP接入网中所蕴藏的巨大市场空间是各大网络运营商关注的焦点，如何占领市场，如何在未来的竞争中立足，成为他们考虑的核心。因此，网络运营商纷纷涉足IP接入市场，其所采用的技术也不尽相同，在各种宽带IP接入技术中，以太网接入技术因其独特的优势，正以前所未有的速度得到应用。

在IP接入网中采用以太网技术

　　以太网，即Ethernet，既是一种计算机接入局域网络的连接标准，又是一种网络互联设备数据共享的通讯协议。以太网采用具有冲突检测的载波监听多点接入CSMA/CD技术，主机只有在检测到线路空闲时才能发送数据，如果检测到冲突，即其它主机正在发送数据时，它会过一段时间再次试发送直至把数据发送出去。1990年9月，802.3i/10BASE－T标准正式通过，依靠新的10BASE－T中继器、双绞线介质（MAU）和NIC网络接口卡，以太网得到广泛应用。随后，快速以太网、交换式以太网等技术的出现是以太网在局域网中占据了主导地位。千兆以太网技术和无碰撞全双工光纤技术则进一步拓宽了以太网的应用范围。以太网的普及性、高速的传输速度和低成本的特性使其成为事实上的局域网硬件和网络连接的标准，而且随着以太网技术的进一步成熟，以太网技术开始在城域网甚至广域网中得到越来越多的应用。

　　以太网技术本身的优势加上宽带IP接入网发展的需求促进了以太网技术在IP接入网中的应用。由于以太网的帧格式和IP数据格式是一致的，用以太网传输IP数据业务，中间没有任何格式转换问题。随着快速以太网、千兆以太网技术的发展，传输速率可提高到100Mbit/s、1Gbit/s、10Gbit/s。而光纤传输技术的进步使得千兆以太网在单模光纤上的无中继传输距离可达100公里以上，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。利用现有光纤线路，用各种速率的以太网技术架构宽带IP接入网，是一种经济有效的方法。
以太网接入方式协议栈

　　IP接入网局侧连接到核心网或者IP城域网，其数据链路层可以采用ATM或在ATM层上承载其它协议，也可以直接采用以太网协议或者其它合适的数据链路层的技术。采用ATM便于直接与核心网上的ATM设备衔接，采用以太网协议则便于与IP城域网上的核心路由器衔接。IP接入网用户侧与用户终端或用户驻地网相连，其数据链路层协议多为PPP协议或以太网协议。PPP协议支持多协议和IP地址的动态分配，支持加密、认证、记账等功能，但无法支持组播业务，适于拨号接入和ADSL接入等。以太网协议接口成本低，可扩展性好，支持组播业务，适于企业网、校园网、住宅小区、商务写字楼等应用。在以太网接入中，用户侧采用的是以太网协议。

　　在IP接入网中采用以太网接入方式的协议栈，其用户侧用以太网接口与用户相连，局侧则采用ATM、帧中继或者以太网的方式连到核心网或城域网。这种实现用户接入的方式被称为以太网接入，它可以充分利用现有以太网协议的优点，为用户提供便捷高效的宽带IP接入服务。

以太网接入解决方案

　　采用以太网技术为用户提供宽带接入，千兆到小区、百兆到大楼、十兆到家庭是普遍采用的一种模式，也可以是千兆到大楼、百兆到楼层、十兆入户的方式。这种方案使用户具有高速接入、平滑升级的能力，网络运营商也可以降低施工建设和运行维护的成本。

　　国内众多网络运营商按照这种实施方案建设的宽带IP接入网已经覆盖国内许多城市，并继续以惊人的速度蓬勃发展。

以太网接入的优点

　　从接入成本来看，ADSL利用铜制电话线传输数据，可以利用现有的铜线资源，但存在出线率的问题，网络总成本不低。利用HFC网络构建宽带IP接入网，可以利用原有的HFC线路和机房，但是需要对其进行双向改造，初期投资较大。另外由于HFC采用模拟频分复用的方式传输，光网部分需要超线性激光器和大量的解调器，因而其设备费用昂贵。以太网接入可以利用已有的光网部分和新建小区的五类线资源，或者重新布线，但是无论是用户终端设备还是用于接入的交换机设备，其价格都比ADSL和HFC设备的价格便宜得多，网络建设和维护的费用也较低。总体而言，以太网接入方式在网络成本上占有优势。

　　从接入速率来看，ADSL可以达到下行8Mbit/s、上行1Mbit/s的传输速率，但是由于电话线线路质量参差不齐，实际应用中很难达到的这一传输速率。HFC作为接入网，其下行速率可以达到40Mbit/s，为光节点小区内用户共享，上行最高可达2Mbit/s。由于每个光节点小区内的用户数在1000或2000以内，即使只有小部分用户使用IP接入服务，每个用户拥有的带宽依然很有限。以太网接入方式利用先进的路由器、交换机等设备将10Mbit/s、100Mbit/s甚至1Gbit/s的接口送到大楼、楼层和家庭，用户可以独享10Mbit/s甚至100Mbit/s的带宽。另外，10Gbit/s以太网产品也陆续投放市场，以太网接入方式在传输速率上具有很好的可扩展性。

　　以太网接入可以充分利用以太网技术应用的优势，为用户提供灵活方便的宽带接入。全球企事业单位的以太网用户已达1亿多，目前以每年3000万的数目增长。对用户而言，特别是原来的企业网或者校园网用户而言，以太网是他们最为熟悉的组网技术，用户很容易接受以太网接入的方式。目前流行的操作系统与以太网都有很好的兼容性，在这些操作系统上还有大量与以太网技术兼容的应用软件可供使用。

　　以太网技术能够支持多种拓扑结构和结构化布线，有利于接入网的施工建设。结构化布线有利于降低网络建设的成本和缩短建设时间，从而促进以太网接入方式的推广应用。

　　以太网技术当初就是针对IP网络应用设计的，因此与IP有很好的适应性，有利于提高IP接入网的网络利用率和对多业务的承载能力。

　　总之，在IP接入网中采用以太网技术，符合我国城市小区化聚居、人口密度高的特点，可以用较低的成本、较快的速度建设宽带IP接入网络，实现网络管理、用户服务选择及用户策略控制和网络安全等功能，实现真正的宽带接入。

以太网接入中若干问题的探讨

　　在把当初以信息共享为目的的以太网技术用于多用户环境的电信级接入时，需妥善解决用户信息隔离的问题，这是达到接入网可运营的基本要求。具体可以通过采用物理隔离、VLAN等技术手段实现，以保证用户信息的安全。基于端口划分VLAN的方式可以在逻辑上实现用户信息的隔离，但是VLAN功能首先会增加网络管理的负担，并且端口之间物理信息通道依然存在，用VLAN实现信息隔离的安全性还有待验证。端口物理隔离使不同用户端口之间无法直接通信，来自不同用户端口的信息的交互必须通过网络侧设备的转接，可以较好地解决用户信息隔离的问题。

　　宽带IP接入网的网络管理应具备对设备进行配置管理、故障管理、性能管理和安全管理的功能。IP接入网网管信息的传输应具有独立的通道，以保证其可靠性。将以太网技术用于IP接入时对网络管理的要求比用于计算机互联的以太网有更高的要求，具体表现在对网管实时性、安全性、功能的完备性等方面。目前对以太网接入网的网管还没有形成统一的规范的情况下，不利于技术的发展和应用，因此迫切需要制定一个相应的管理功能规范，为以太网接入的发展铺平道路。

　　电信级IP接入网有一定的QoS要求，目前的以太网接入设备遵照IEEE802.1p标准，可以基于端口、MAC地址、IP地址和应用为业务设定优先级，提供一定的QoS保证。以太网接入方式所提供的QoS与电路方式相比，尚有不足。如何在IP接入网中更好的提供QoS保证，还有待进一步研究。

　　在信息产业部正在制定的《基于以太网技术的宽带接入网》行业标准中，提出了基于以太网技术的宽带接入网的网络结构以及用户侧设备和局侧设备应该具有的功能，为解决上述部分问题提供了方案。标准规定了“用户侧设备不同的UNI端口之间在物理层和MAC层是相互隔离的，即同一用户侧设备不同UNI端口之间的任何通信必须经过局侧设备转接”，解决了用户信息的隔离的问题；规定了半双工和全双工方式下的流控方式；用DHCP和PPPoE进行IP地址的动态分配，以充分利用有限的IP地址资源；利用SNMP作为网络管理的协议，规定用独立的网管通道传递网管信息，实现集中网管，但是还没有相应的网管功能的要求。

结束语

　　在通信行业竞争日益激烈的今天，IP接入网的建设正受到极大的关注。随着宽带接入需求的增长、千兆以太网和光传输技术的发展，以太网接入是很有前途的宽带接入技术。在以太网接入的发展建设过程中，其网络管理、接入新功能、业务质量、安全等都值得进行深入的研究。

　　参考文献：

　　1 邬贺铨. IP接入网. 中兴新通讯, 2000（4）

　　2 信息产业部. 接入网技术要求—基于以太网技术的宽带接入网, 2000

　　3 Albert Azzam, Niel Ransom. Broadband Access Technologies. McGRAW－HILL, 1999

摘自《通信市场》2001.8