电话线上普及以太网——VDSL产品技术一瞥
2002/09/23
。。以太网技术在短短的几年时间里得到了越来越广泛的使用，已经超出了局域网络的范畴。我们已经看到，借助光网络的发展，随着10G以太网技术的成熟，以太网已经应用到城域网领域，传输的距离大大延长。而在另一方面，由于（VDSL
Very high data rate Digital Subscriber Line）技术的成熟，特别是Ethernet over VDSL产品的大量问世，相关标准的成型（我国制定的VDSL标准即将颁布），这种能够利用原有电话网的铜线双绞线资源传输以太网的技术正在让以太网得到更大范围的普及。我们此次介绍的产品也主要围绕着Ethernet
over VDSL这一类的产品。
先进的DSL技术—VDSL
。。xDSL技术是一种比较成功和成熟的技术。DSL是英文Digital Subscriber
Line的缩写，意为数据用户线，目前已经出现了HDSL、SDSL 、VDSL 、ADSL与RADSL等多种不同类型的DSL接入技术。xDSL得到广泛的重视和应用的最根本原因在于它利用了全世界最普遍的介质——电话线来达到宽带应用所要求的速度。用户无须更换现有的基本介质就能获得宽带的业务，因此可以在最大限度上保护以往的巨额投资
。。在众多xDSL技术中，比较有名的是ADSL技术(非对称数字环路 Asymmetric
Digital Subscriber Line)，但是ADSL技术在提供图像业务方面的带宽十分有限以及经济上成本偏高，所以，这些缺点成了ADSL迅速发展的障碍。而VDSL技术作为xDSL技术的发展方向之一，是目前最先进的数字用户线技术，采用该技术可以进一步提高xDSL系统的下行带宽，而且完全可以提供传统的xDSL的所有通用业务。
。。从技术角度看，甚高速数字用户线（VDSL）可被视为不对称数字用户线（ADSL）的下一代。VDSL，也就是甚高比特率数字用户线可以使用的频谱最高为30MHz，但目前只将频率方案最高规定为12MHz。由于受到物理性的限制（主要是双绞线的高频衰减），这么高速度的传输距离是有限的。一般来说，VDSL可在短于1.5km的环路上运行。和ADSL一样，也是非对称的传输技术，VDSL仍利用双绞线上更高的频带来传输数据。在传输速率方面，ADLS在下行方向（从网络到用户）
提供每秒几个兆比特的数据传输，而在上行方向，则传输速率接近1Mbit/s。相较ADSL相比，VDSL在性能上都得到了很大的提升，在一对铜质双绞线上，VDSL比ADSL传输速率更高，传输更稳定。不管单方向或双方向，VDSL可以在铜双绞线上提供10Mbps以上的速度，它采用DMT线路码，在双绞线上下行传输速率可以扩展至25M～52Mbps，从而可容纳6～12个4Mbps的MPEG－2信号，同时，其传输距离为300～1000米左右；同时由于距离短，VDSL技术还能够克服ADSL技术的选线率低、速率不稳定等问题。另外，根据市场的不同需求，它的建立可以是对称的（两个方向比特率相同），也可以是不对称的（下行传输速率大于上行）。VDSL的传输速度和传输距离可见表1。
表1
。。由于VDSL是利用的电话双绞线中高频率的电磁波作为载频，与电话通信使用的频率并不冲突，所以使用VDSL进行数据通信时并不影响用户的语音通信。VDSL收发器应采用频分复用（FDD）的频带划分方式，以分隔上下行数据。VDSL系统采用的频段划分方案，起始频率为25kHz，终止频率为12MHz。标示为DS1，US1，DS2，US2的四个频段，分别表示第一个下行频段，第一个上行频段，第二个下行频段，第二个上行频段。此四个频段由频率点fg0，fg1，fg2，fg3，fg4和fg5所划分，图1为示意图。
。。四个载波分别定义为1D（载波1，下行），2D（载波2，下行），1U（载波1，上行），2U（载波2，上行），通常分别采用相应的频段DS1、DS2、US1和US2传送。载波2D和2U可以分别采用除DS2和US2外的可选频段（fg0和fg1之间），或不使用。
。。VDSL用户线路速率具有根据实际线路条件自适应功能。系统应具有速率自适应的机制和能力。
。。另外，VDSL系统可在十分恶劣的噪音环境中工作，尤其是它们必须能够处理来自无线电广播和业余无线电传输的干扰。
VDSL产品的组成和组网
。。VDSL产品一般由局端VDSL设备和用户端VDSL设备、控制维护设备、和话音分离器组成。
。。目前，VDSL有两种传送模式，一种是基于ATM传送方式的VDSL系统，另一种是基于PTM传送方式的VDSL系统。对于第一种方式的VDSL系统，局端设备一般通过ATM接口和ATM交换机相连，对于第二种方式的VDSL系统，局端设备一般通过Ethernet接口与以太网交换机或路由器相连。现在市场上最常见的设备是Ethernet
over VDSL的设备，由于以太网设备价格相对较低，而且今天很多企业网、运营商正在建设的城域网络都采用了以太网技术，这一类产品的前景更为看好。
。。VDSL产品是如何连网的呢？我们一般把一个网络分为核心层、汇聚层、接入层，VDSL局端设备一般位于网络的接入层，它通过千兆或者百兆的以太网链路连接网络汇聚层交换机（有些设备也提供了SDH的接口），另一方面VDSL局端设备通过电话线与用户端设备连接。另外，根据不同的应用领域，还有一些附加系统与VDSL系统连接，比如对于电信网来说，还有相应的用户认证、计费系统为VDSL系统服务。图2是一个典型的VDSL组网图（由参加此次专题的公司提供的组网图请见www.cnw.com.cn)。
。。前面提到，VDSL在进行数据传输的时候不影响用户的语音通信，所以在局端VDSL设备前和用户端VDSL设备前应分别放置话音分离器，将在同一物理媒质上传输的高频信号的VDSL和低频信号的窄带业务（POTS或BR-ISDN）分离。有些厂家的VDSL局端设备和用户端设备中已经包含了话音分离器。
。。一般情况下，很多厂商的 VDSL设备非常类似于我们了解的以太网交换机，只是与终端设备联接的接口不同。关于这一部分的情况，我们后面的功能对照表会有更详细的介绍。VDSL用户端设备一般分独立外置式用户端设备和网络接口卡式设备。对于独立外置式用户端设备，除了有相应的电话线接口外，在连接用户侧一般会提供RJ-45的接口或者USB的接口。而网络接口卡式VDSL用户端设备则提供的是提供PCI总线接口，有的还会提供一个RJ-45接口以方便连接其他的网络设备。
VDSL的应用领域
。。对于一些传统电信运营商来说，有着非常庞大的传统电话网，在铜双绞线方面的投资巨大。在宽带接入兴起的今天，如何充分利用原有的投资，为用户提供服务是摆在他们面前的问题。VDSL给予了他们很好的帮助。
。。VDSL可以在现有的电话设施基础上为每个电话分机提供高带宽的以太网连接。对于一些没有进行过综合布线的老建筑来说，可让他们焕发青春。比如VDSL可以让以太网连接到达宾馆或者医院的每个房间、会议中心展览厅的每个电话分机，以及这些设施的会议室，甚至可以在机场的电话厅和休息室提供以太网连接。
VDSL支持如下的高带宽应用包括：
(1) 更快的互联网接入。
(2) “最后一公里”城域网（MAN）应用。受益领域之一是高清晰度电视（HDTV），利用VDSL，服务供应商可以为用户提供从电脑到电视的多种服务。
(3) 安全LAN接入。远程办公人员、SOHO用户以及移动办公人员都需要安全地接入公司的LAN。利用VDSL技术和虚拟专用网（VPN）技术，这些用户可以安全地连接到企业网络。
(4) 多媒体、娱乐。到目前为止，低带宽、高成本的技术阻碍了多媒体应用向个人办公室、家庭单元和宾馆房间的推广。VDSL提供了一种高速率、低成本的解决方案，可以实时传输数据、语音、视频和音频。这些应用包括交互式的视频游戏、视频点播。
(5) 低成本的办公效率应用。利用VDSL，服务供应商可以向小型和中型企业销售大量重要的、可以提高工作效率的应用。这些应用（包括电视会议和虚拟LAN）过去只能专供那些富有的大企业使用。另外，VDSL让服务供应商可以轻松地进入快速增长的应用托管市场，即他们可以在建筑物的某个中央位置提供一系列企业应用软件，提供给楼中的所有租户进行访问。应用托管为服务供应商提供了另外一个极具竞争力的收入机会。
(6) IP电话。
总体来看，VDSL系统的优势在于：
不需要高价的电信局设备;
下限 52 Mbps,上限1.6Mbps 的速度传输;
初装费便宜;
高速有线通信规格2.74km以内的区域合适。
产品篇
。。在我们展示给大家的VDSL产品功能表中，我们收集了国内外6个厂家的产品。
。。从我们的产品功能表来看，大部分VDSL局端设备与通常的2层或者3层以太网交换机的功能类似，区别在于接口方面。
。。对于VDSL产品在安全性方面的要求非常高，特别是在VDSL产品应用在宽带接入领域的时候。首先VDSL产品要能够实现端口的隔离，同时要能够划分VLAN，要支持IEEE802.1Q协议或者是依据端口的VLAN，思科公司的产品还支持基于MAC的VLAN。为了防止非法用户盗用别人的账户、利用别人的端口进入网络中，VDSL交换机应该支持端口防盗用，将合法用户的MAC地址或者IP地址等信息与交换机的物理端口绑定在一起。另一方面是该类交换机需要支持多种的安全认证手段，比如说支持DHCP、Web的认证方式。另外最重要的是对IEEE
802.1x协议的支持，要支持IEEE 802.1x EAP报文的透传，有的交换机还能够实现IEEE 802.1x EAP报文的终结。
。。另外，VDSL交换机要能支持端口聚集，当设备提供多个100M上联以太网接口时，建议支持端口聚集功能，支持IEEE
802.1ad。另外VDSL交换机应该支持流量控制功能。VDSL交换机还需要对广播、组播、单播和非法帧的过滤。设备支持其他方式的二层包过滤功能，如基于源MAC地址、设备端口等。另外设备需要支持抑制的功能，可以设置多种抑制策略，如广播抑制、组播抑制等。
。。对于视频的支持也非常重要，VDSL交换机应该支持组播功能，在拓扑相对复杂的城域网中对生成树的支持也非常重要。
。。VDSL的一个主要应用对象是电信运营商，所以有些功能要求要比传统的交换机高。比如对计费功能的支持，VDSL交换机本身也许不一定支持计费的功能，但是要能够将一些计费用的协议包进行透传，保证计费系统的工作，另外能够支持用户流量的统计也很重要。VDSL交换机对于网管的更高要求，除了SNMP等一些协议的支持，能够采用带内、带外、命令行、Web的方式管理交换机外，作为电信网的设备VDSL还需要能够进行端口环回测试，对物理线路进行监控测试。另外，我们提到VDSL也带来了宽带IP电话、视频的广阔应用前景，所以对交换机的服务质量功能要求比较高。
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