整套解决方案：基于以太网技术的宽带接入网

04基于以太网技术的宽带接入网（重庆大学计算机学院，重庆400044）重要提示：随着宽带网络应用的发展，宽带接入技术已经成为一个相对活跃的技术领域。然而，这些技术价格昂贵且不易被广泛采用，本文主要讨论了广泛使用的低成本以太网技术以及如何将其应用于宽带接入网络。面对的问题将被提出，最后提出了几种解决方案，并得出了相应的结论关键词：以太网；宽带网络；接入网；虚拟局域网中文图书馆分类号：TP393.II文件标识码：A互联网的快速发展推动了光网络技术的不断突破。已从SONET / SDH发展到WDM，并逐渐过渡到DWDM。光网络时代正在逐渐到来。随着光网络技术的广泛应用，采用新的光网络技术的宽带网络正在逐步取代传统的互联网骨干网，为整个社会的信息传输提供了更高的带宽。骨干网带宽的迅速增加改变了传统的传输瓶颈。传统采用MODEM SDN的访问模式已成为新的传输瓶颈，限制了Internet应用程序的发展。因此，出项目：重庆市科学技术委员会（67I5）资助）作者简介：李双庆（I969）男，重庆大学讲师，在职博士。

主要从事电子商务，计算机网络和智能代理领域的研究。源于电信交换机的每个端口通常在物理上是隔离的。通过使用直通技术，交换机从端口接收帧并解析帧头中的目标地址信息后，它不等待接收完整的帧，然后连接到目标地址所在的端口通过硬件开关定位以传输帧。显然，系统需要端口和目标地址之间的映射表。由于端口之间物理隔离，因此一定程度上保证了数据的安全性，即在某些两个端口之间传输的数据不会被其他端口截取，并且还避免了端口之间的数据传输。冲突。2）存储转发技术。采用该技术的以太网交换机从端口接收数据后，根据数据帧的目的地址将数据发送到相应端口的发送缓冲区队列中，最后将数据发送出去。尽管此方法具有一定的存储和转发系统开销，但它可以减少数据冲突，尤其是在全双工模式下（以太网交换机通常支持全双工模式），并且可以避免数据传输冲突。当前的以太网交换机主要使用此技术。3）自适应直通技术。这种开关结合了以上两种技术。当数据传输冲突较小时，使用直通技术；当数据冲突统计信息超过特定阈值时，使用存储转发技术。

存储转发和全双工技术使端口可以同时接收和发送数据，而不受CSMA / CD的限制，并使信号传输距离仅受物理介质衰减的影响，从而增加了因此，以太网在公共网络环境中的应用成为IP接入网络面临的问题。接入网是一个公共网络环境，其要求与诸如一般局域网之类的专用网络环境有很大的不同。私有网络通常只关注网络的传输性能，而公共网络也必须关注网络的安全性，计费和管理。因此，它们对网络管理有不同的要求，具体体现在用户管理，安全管理，业务管理和计费管理中。 l）用户管理。用户管理是指接入网运营商对用户的认证和授权，以防止非法用户进入网络，占用网络资源，干扰合法用户的正常使用。用户首先需要在接入网络运营商处开设一个帐户，运营商将为用户提供唯一的帐号，密码或数字证书。用户访问网络时，他们首先需要通过宽带访问服务器BAS（板载访问服务器）进行身份验证。以太网访问通常可以使用RADIUS身份验证协议。2）安全管理。接入网络需要确保用户数据的安全性。用户发送和接收的数据可以分为两类：单播和广播（此处，多播（或多播）被视为一种特殊的广播形式）。首先，有必要防止用户的单播数据帧被其他用户拦截或拦截。必须物理隔离用户之间的通信，以确保只有用户可以接收用户单播地址的帧，而不是像局域网中那样使用共享总线。这样，总线上的所有站点都可以监视具有单播地址的帧。

此外，用户访问网络时，有时有时需要发送一些广播地址帧，例如ARP DHCP协议传输帧。这些帧携带用户的个人信息，包括数据帧中的未加密内容，用户的IP地址和用户的MAC地址。如果这些广播消息被其他用户拦截，则很容易发生MAC地址或IP地址欺骗，这将导致用户欺骗或DOS攻击，并影响设备的正常运行。可以看出，物理隔离用户是保证接入网安全的必要手段。3）业务管理。服务管理意味着接入网运营商需要根据用户申请的不同服务类型和服务质量，提供相应的服务保障。随着多媒体应用的日益普及，互联网电视和视频点播已成为某些宽带网络访问服务的重要组成部分。因此，多播服务已经成为宽带接入网络必须考虑的业务内容之一。为了确保组播的实现，接入网设备需要支持组播功能。另外，接入网需要提供控制用户接入带宽的能力，并通过控制指标（例如用户的最小接入带宽和用户的最大接入带宽）来确保相应的用户服务。4）充电管理。计费管理是指接入网运营商针对用户使用网络服务的某些形式的计费，包括按时间计费，按数据流计费，按服务内容计费，预付费方式和月度计费等。 。除了按月计费系统外，无论采用哪种计费方式，网络接入设备都需要实时，有效地监控用户的使用情况。

虚拟局域网VLAN技术VLAN是在交换式以太网的基础上开发的。可以通过某些技术手段将几个组划分为一个局域网，并且每个组彼此隔离，就好像它本身构成了一个局域网一样，因此称为虚拟局域网[4,8]。使用VLAN可获得以下好处：l）灵活的网络分段；2）简化网络管理；3）改善网络性能；4）更好地利用服务器资源；5）增强网络安全性。 VLAN有许多实现技术，包括：l）基于端口的VLAN。该技术根据不同的端口号划分VLAN组。例如，交换机的端口1、4和5可以分为一个VLAN。该技术相对简单，但是缺点是，如果用户更改端口号，则需要重置VLAN点。如果某些用户需要经常更改端口使用情况，例如使用笔记本电脑的移动用户，则将增加网络管理员的负担。2）基于MAC地址的VLAN。该技术较好地解决了前一种方案的问题。但是，系统必须为每个MAC地址配置相应的VLAN分配，因此系统配置工作量相对较大。3）基于第3层（或协议）的VLAN。该技术是在网络层实现的，它根据数据包协议类型（例如IP，IPX NETBIOS）或网络层地址来划分VLAN。由于此方法根据逻辑信息而不是物理信息（端口或MAC地址）划分VLAN，因此更加灵活。

但是这种方法实现2002年重庆大学学报（自然科学版）的代价最大。以上三种方法可以解决交换机端口之间的传输问题，对于跨越多个交换机的情况，有还有两种解决方案：一种是根据帧的MAC地址直接确定帧的进出端口，而交换机需要维护MAC地址和端口映射表，这种方法称为无标签方法，第二种上述技术大多采用这种方法。另一种是修改原始以太网帧，添加特殊标签，并根据标签的说明确定帧的入站和出站端口。上面的3）技术大多使用此方法。具体规格为CiscO IEEE802. 1g。解决方案当前，基于以太网技术的宽带接入网络通常可以采用以下解决方案：VLAN模式，VLAN PPPOE模式和MUX模式。1）VLAN模式。 VLAN模式的接入网络结构如图1所示。中心局设备使用路由器或L3路由交换机连接到骨干网络，而用户设备使用L2交换机。其中，L2交换机的每个端口和上行链路端口均配置为具有独立VLAN标识的独立VLAN。这样，每个端口都位于不同的VLAN中。即使用户通过ARP DHCP协议广播包含用户信息的帧，该信息也不会广播到其他VLAN。

这有效地防止了用户数据和其他用户信息的泄漏，并提高了数据传输的安全性。基于VLAN的以太网宽带访问但是，这种方法缺乏有效的方法来管理用户，并且难以对用户进行身份验证和授权。为了加强用户的合法性验证，一种方法是将用户的IP地址与用户连接的端口的VLAN ID绑定在一起，以便设备通过检查IP地址是否与VLAN相匹配来识别用户的合法性。 ID 。此方法的局限性是必须静态分配用户的IP地址，而不是DHCP的动态IP地址分配。另一种方法是将MAC地址绑定到物理端口。此方法在数据链路层实现绑定，从而允许系统在网络层动态分配IP地址。但是，当需要切换用户的MAC地址（例如更改访问设备或网卡）时，无法应用此方法。2） VLAN PPPOE模式。此方法基于每个端口的VLAN隔离，并且宽带访问服务器BAS设置在访问网络的开头。通过PPPOE和RADIUS协议，可以实现用户身份的认证和授权以及IP地址的动态分配。访问方法如图2所示。PPPOE协议是基于PPP协议的改进型以太网协议。它可以支持用户身份验证，授权和动态IP地址分配等功能。

此方法有效地解决了用户信息隔离，动态IP地址分配以及身份验证和授权的问题。但是，由于PPPOE是点对点协议，因此它无法支持宽带网络中通常需要支持的多播功能。 VLAN + PPPOE模式以太网宽带访问3） MUX模式。以上方法都是基于普通的以太网交换机和路由器实现的。另一种方法是使用多路复用设备MUX。访问方法如图所示。作为用户端设备，MUX仅具有数据链路层的功能。通过以太网帧的复用和解复用，每个端口可以共享上行端口，实现物理层和数据链路层之间的信息隔离，从而确保用户数据传输的安全性。同时，MUX可以根据中心局设备的控制操作或本地控制台的操作动态调整每个端口的速率，以满足OS上不同服务的要求。另外，MUX根据中心局设备的命令执行多播复制，但是不需要支持多播及其管理功能，例如IGMP协议[10]和DVMRP协议。 MUX模式以太网宽带访问MUX模式下的中心局设备通常是社区或建筑网络的核心部分。它需要具有路由交换机的功能，并应支持IGMP DVMRP等多播协议。用户身份验证，授权，动态IP地址分配和计费等功能可以通过连接到中央办公设备的社区服务器来完成，或者可以将这些功能放置在基于以太网技术的宽带接入网络上，并连接到骨干网管理设备首先实现，例如BAS。

为了确保设备的安全，请考虑在中央办公设备和MUX之间使用物理上或逻辑上独立的管理通道。需要中心办公室设备支持SNMP协议，并且可以通过MUX设备管理代理管理MUX设备。也可以在MUX设备上直接支持SNMP，但是此解决方案的成本更高。 MUX方式有效解决了用户信息隔离，用户认证授权，动态IP地址分配，计费，组播等功能，可以满足当前宽带接入网的实际需求。但是，没有相应的MUX方法工业标准。 MUX设备与中央办公室设备的称：重庆大学学报（自然科学版）英文名称：重庆大学学报（自然科学版）自然科学版）2002,25（6)引用时间：20012. Comer TCP / IPVol.I 2000计算机网络19994.CAVENDISH光传输技术：来自SONET / SDH WDM [外文杂志] 2000（0 6) 5.RFC-2236，Internet组管理协议，版本技术发布FutureOptical Internet网络[外文杂志] 2000（09)7.PASSMORE D; FREEMAN VirtualLAN技术报告8.虚拟LAN灵活的网络分段高速LAN9.] RFC-2516，一种通过以太网传输PPP的方法10.远程身份验证拨号用户服务（RADIUS）读取（10个条目）侯春光。曹云东。刘晓明.HOUChunguang。曹云东。刘晓明以太网技术在智能电气产品中的应用ts [期刊论文]-低压电器2008（11)王小军。王小军100G以太网技术概述[期刊论文]-江苏广播电视大学学报2010,21（5)局域网安全性问题分析基于宽带访问[期刊论文]-技术协会论坛（本月下半）2010（3)10.王德强。王德强宽带接入网的安全性[期刊论文]-中兴通讯技术2006，12（[ 5)被引文献（1）基于宽带网络实时视频传输网络技术改造的应用研究[论文]硕士2004链接：

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