談IP接入技術(shù)的挑戰(zhàn)、現(xiàn)狀、前景

2019-11-03 19:04:09

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供稿：網(wǎng)友

　　隨著Internet的迅猛發(fā)展，ip已經(jīng)占據(jù)了各種終端應(yīng)用的主導(dǎo)地位，沒有任何人再會(huì)懷疑今后網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主流是IP，如何更高效、高速、廉價(jià)地傳送IP數(shù)據(jù)是今后電信網(wǎng)絡(luò)研究的重點(diǎn)。到目前，各種接入網(wǎng)技術(shù)如xDSL、Cable Modem之所以能夠發(fā)展起來，關(guān)鍵是適應(yīng)了當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，但是這些技術(shù)都存在著一個(gè)相同的問題：成本較高、不夠廉價(jià)。提到廉價(jià)，人們會(huì)很自然地想到以太網(wǎng)技術(shù)，但是這種局域網(wǎng)的技術(shù)能否應(yīng)用到接入網(wǎng)這樣一個(gè)公用網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境中還需要認(rèn)真研究。

　　1 IP接入網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)

　　由于接入網(wǎng)是一個(gè)公用的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，因此其要求與局域網(wǎng)這樣一個(gè)私有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的要求會(huì)有很大不同，主要反映在用戶管理、安全管理、業(yè)務(wù)管理和計(jì)費(fèi)管理上。

　　所謂用戶管理指的是用戶需要到接入網(wǎng)運(yùn)營商那里進(jìn)行開戶登記，并且在用戶進(jìn)行通信時(shí)對用戶進(jìn)行認(rèn)證、授權(quán)。對所有運(yùn)營商而言，掌握用戶信息是十分重要的，從而便于對用戶的管理，因此需要對每個(gè)用戶進(jìn)行開戶登記。而在用戶進(jìn)行通信時(shí)，要杜絕非法用戶接入到網(wǎng)絡(luò)中，占用網(wǎng)絡(luò)資源，影響合法用戶的使用，因此需要對用戶進(jìn)行合法性認(rèn)證，并根據(jù)用戶屬性使用戶享有其相應(yīng)的權(quán)力。

　　所謂安全管理指的是接入網(wǎng)需要保障用戶數(shù)據(jù)（單播地址的幀）的安全性，隔離攜帶有用戶個(gè)人信息的廣播消息（如ARP（地址解析協(xié)議）、DHCP（動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議）消息等），防止關(guān)鍵設(shè)備受到攻擊。對每個(gè)用戶而言，當(dāng)然不希望他的信息別人能夠接收到，因此要從物理上隔離用戶數(shù)據(jù)（單播地址的幀），保證用戶的單播地址的幀只有該用戶可以接收到，不像在局域網(wǎng)中因?yàn)槭枪蚕砜偩€方式單播地址的幀總線上的所有用戶都可以接收到。另外，由于用戶終端是以普通的以太網(wǎng)卡與接入網(wǎng)連接，在通信中會(huì)發(fā)送一些廣播地址的幀（如ARP、DHCP消息等），而這些消息會(huì)攜帶用戶的個(gè)人信息（如用戶的MAC（媒質(zhì)訪問控制）地址等），如果不隔離這些廣播消息而讓其它用戶接收到，容易發(fā)生MAC/IP地址仿冒，影響設(shè)備的正常運(yùn)行，中斷合法用戶的通信過程。在接入網(wǎng)這樣一個(gè)公用網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境，保證其中設(shè)備的安全性是十分重要的，需要采取一定的措施防止非法進(jìn)入其管理系統(tǒng)造成設(shè)備無法正常工作，以及某些惡意的消息影響用戶的正常通信。

　　所謂業(yè)務(wù)管理指的是接入網(wǎng)需要支持組播業(yè)務(wù)，需要為保證QoS提供一定手段。由于組播業(yè)務(wù)是未來Internet上的重要業(yè)務(wù)，因此接入網(wǎng)應(yīng)能夠以組播方式支持這項(xiàng)業(yè)務(wù)，而不是以點(diǎn)到點(diǎn)方式來傳送組播業(yè)務(wù)。另外為了保證業(yè)務(wù)的QoS，接入網(wǎng)需要提供一定的帶寬控制能力，例如：保證用戶最低接入速率，限制用戶最高接入速率，從而支持對業(yè)務(wù)的QoS保證。

　　所謂計(jì)費(fèi)管理指的是接入網(wǎng)需要提供有關(guān)計(jì)費(fèi)的信息，包括：用戶的類別（是帳號用戶還是固定用戶）、用戶使用時(shí)長、用戶流量等這些數(shù)據(jù)，支持計(jì)費(fèi)系統(tǒng)對用戶的計(jì)費(fèi)管理。

　　2 現(xiàn)有技術(shù)方案的特點(diǎn)

　　以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展到今天，特別是交換型以太網(wǎng)設(shè)備和全雙工以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，使得人們開始思考將以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到公用的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，主要的解決方案有以下兩種：VLAN方式和VLAN+PPPoE方式。

　　VLAN方式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，局域網(wǎng)交換機(jī)(LAN SWITCH)的每一個(gè)端口配置成獨(dú)立的VLAN，享有獨(dú)立的VID（VLAN ID）。將每個(gè)用戶端口配置成獨(dú)立的VLAN，利用支持VLAN的LAN SWITCH進(jìn)行信息的隔離，用戶的IP地址被綁定在端口的VLAN號上，以保證正確路由選擇。

　　在VLAN方式中，利用VLAN可以隔離ARP、DHCP等攜帶用戶信息的廣播消息，從而使用用戶數(shù)據(jù)的安全性得到了進(jìn)一步提高。在這種方案中，雖然解決了用戶數(shù)據(jù)的安全性問題，但是缺少對用戶進(jìn)行管理的手段，即無法對用戶進(jìn)行認(rèn)證、授權(quán)。為了識別用戶的合法性，可以將用戶的IP地址與該用戶所連接的端口VID進(jìn)行綁定，這樣設(shè)備可以通過核實(shí)IP地址與VID來識別用戶是否合法。但是，這種解決方案帶來的問題是用戶IP地址與所在端口捆綁在一起，只能進(jìn)行靜態(tài)IP地址的配置。另一方面，因?yàn)槊總€(gè)用戶處在邏輯上獨(dú)立的網(wǎng)內(nèi)，所以對每一個(gè)用戶要配置一個(gè)子網(wǎng)的4個(gè)IP地址：子網(wǎng)地址、網(wǎng)關(guān)地下地、子網(wǎng)廣播地址和用戶主機(jī)地址，這樣會(huì)造成地址利用率極低。

　　提到用戶的認(rèn)證、授權(quán)，人們自然會(huì)想到PPP協(xié)議，于是有了VLAN+PpoE的解決方案。

　　VLAN+PPPoE方案可以解決用戶數(shù)據(jù)的安全性問題，同時(shí)由于PPP協(xié)議提供用戶認(rèn)證、授權(quán)以及分配用戶IP地址的功能，所以不會(huì)造成上述VLAN方案所出現(xiàn)的問題。但是面向未來網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，PPP不能支持組播業(yè)務(wù)，因?yàn)樗且粋€(gè)點(diǎn)到點(diǎn)的技術(shù)，所以還不是一個(gè)很好的解決方案。

　　3 基于以太網(wǎng)技術(shù)的寬帶接入網(wǎng)

　　鑒于目前的解決方案和設(shè)備還不能完全滿足接入網(wǎng)這樣一個(gè)公用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的要求，就需要研究適應(yīng)公用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的設(shè)備和技術(shù)，這就是基于以太網(wǎng)技術(shù)的寬帶接入網(wǎng)。基于以太網(wǎng)技術(shù)的寬帶接入網(wǎng)由局側(cè)設(shè)備和用戶側(cè)設(shè)備組成。局側(cè)設(shè)備一般位于小區(qū)內(nèi)，用戶側(cè)設(shè)備一般位于居民樓內(nèi)；或者局側(cè)設(shè)備位于商業(yè)大欞內(nèi)，而用戶側(cè)設(shè)備位于樓層內(nèi)。局域設(shè)備提供與IP骨干網(wǎng)的接口，用戶側(cè)設(shè)備提供與用戶終端計(jì)算機(jī)相接的10/100BASE-T接口。局側(cè)設(shè)備具有匯聚用戶側(cè)設(shè)備網(wǎng)管信息的功能。

　　在基于以太網(wǎng)技術(shù)的寬帶接入網(wǎng)中，用戶側(cè)設(shè)備只有鏈路層功能，工作在MUX（復(fù)用器）方式下，各用戶之間在物理層和鏈路層相互隔離，從而保證用戶數(shù)據(jù)的安全性。另外用戶側(cè)設(shè)備可以在局側(cè)設(shè)備的控制下動(dòng)態(tài)改變其端口速率，從而保證用戶最低接入速率、限制用戶最高接入速率，支持對業(yè)務(wù)的QoS保證。對于組播業(yè)務(wù)，由局側(cè)設(shè)備控制各多播組狀態(tài)和組內(nèi)成員的情況，用戶側(cè)設(shè)備只執(zhí)行受控的多播復(fù)制，不需要多播組管理功能。局側(cè)設(shè)備還支持對用戶的認(rèn)證、授權(quán)和計(jì)費(fèi)以及用戶IP地址的動(dòng)態(tài)分配。為了保證設(shè)備的安全性，局側(cè)設(shè)備與用戶側(cè)設(shè)備之間采用邏輯上獨(dú)立的內(nèi)部管理通道。

　　在基于以太網(wǎng)技術(shù)的寬帶接入網(wǎng)中，局側(cè)設(shè)備不同于路由器，路由器維護(hù)的是端口一網(wǎng)絡(luò)地址映射表，而局側(cè)設(shè)備維護(hù)的是端口-主機(jī)地址映射表；用戶側(cè)設(shè)備不同于以太網(wǎng)交換機(jī)，以太網(wǎng)交換機(jī)隔離單播數(shù)據(jù)幀，不隔離廣播地址的數(shù)據(jù)幀，而用戶側(cè)設(shè)備完成的功能僅僅是以太網(wǎng)幀的復(fù)用和解復(fù)用。

　　基于以太網(wǎng)技術(shù)的寬帶接入網(wǎng)還具有強(qiáng)大的網(wǎng)管功能。與其它接入網(wǎng)技術(shù)一樣，能進(jìn)行配置管理、性能管理、故障管理和安全管理；還可以向計(jì)費(fèi)系統(tǒng)提供豐富的計(jì)費(fèi)信息，使計(jì)費(fèi)系統(tǒng)能夠按信息量、按連接時(shí)長或包月制等進(jìn)行計(jì)費(fèi)。

　　4 基于以太網(wǎng)技術(shù)的寬帶接入網(wǎng)發(fā)展前景

　　隨著IP業(yè)務(wù)的爆炸式增長和我國電信運(yùn)營市場的日益開放，無論是傳統(tǒng)電信運(yùn)營商還是新興運(yùn)營商，為了在新的競爭環(huán)境中立于不敗之地，都把建設(shè)面向IP業(yè)務(wù)的電信基礎(chǔ)網(wǎng)作為他們的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)重點(diǎn)。在城域網(wǎng)的接入部分，很多運(yùn)營商選擇以太網(wǎng)技術(shù)。值得注意的是，現(xiàn)有的以太網(wǎng)接入技術(shù)都存在這樣或那樣的問題，這為以后的業(yè)務(wù)發(fā)展帶來極大的隱患。有的運(yùn)營商甚至把用于計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)的以太網(wǎng)技術(shù)一成不變地搬到接入網(wǎng)中，不同用戶之間的信息根本談不上隔離。在這種平臺上開展電子商務(wù)是難以想象的。這種運(yùn)營方式只能一時(shí)搶到大量用戶，等到用戶發(fā)現(xiàn)自身利益得不到保障時(shí)，運(yùn)營商必將自食其果。

　　基于以太網(wǎng)技術(shù)的寬帶接入網(wǎng)與傳統(tǒng)的用于計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)的以太網(wǎng)技術(shù)大不一樣。它僅借用了以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)和接口，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和工作原理完全不一樣。它具有高度的信息安全性、電信級的網(wǎng)絡(luò)可靠性、強(qiáng)大的網(wǎng)管功能，并且能保證用戶的接入帶寬，這些都是現(xiàn)有的以太網(wǎng)技術(shù)根本做不到的。因此基于以太網(wǎng)技術(shù)的寬帶接入網(wǎng)完全可以應(yīng)用在公網(wǎng)環(huán)境中，為用戶提供穩(wěn)定可靠的寬帶接入服務(wù)。另外由于基于以太網(wǎng)技術(shù)的寬帶接入網(wǎng)給用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)接口，能夠兼容所有帶標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口的終端，用戶不需要另配任何新的接口卡或協(xié)議軟件，因而它又是一種十分廉價(jià)的寬帶接入技術(shù)?；谝蕴W(wǎng)技術(shù)的寬帶接入網(wǎng)無論是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備還是用戶端設(shè)備，都比ADSL、Cable Modem等便宜很多?；谝陨峡紤]，基于以太網(wǎng)技術(shù)的寬帶接入網(wǎng)將在以后的寬帶IP接入中發(fā)揮重要作用。

----《電信科學(xué)》