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以太网( Ethemet)从20世纪70年代中期由Xerox公司Palo Alto研究中心推出至今,由于结构简单、组网灵活、论文范文低廉,已占据了LAN应用900-/0以上的份额（且在逐年扩大）,并从LAN向MAN和WAN扩展.目前,在运营级网络（Carrier Network）中,城域以太网已成为各大电信运营商的首选,同时广域以太网的研究和应用也正在展开.
作为运营级承载网络,以太网具有可承载IP业务、在路由接口处无需任何映射、不涉及分片操作、与端系统具有相同的帧结构等特点,以太网作为包交换业务的统一承载层已成为不争的事实.但如果让以太网作为运营级通信网络的基础架构来提供端到端的服务,传统以太网无法胜任此要求,其主要原因在于传统以太网是一个运行于LAN环境中的业务网络,本身就不是为运营级承载网络而设计的.传统以太网的实现基于MAC地址学习、STP( Spanning Tree Protocol)、未知帧广播和MAC地址老化机制,这些机制具有非确定性,无法提供QoS（Quality of Service,服务质量）.另外,传统以太网在可管理性、可扩展性、可控制性等方面都缺乏相应的保障.
不断发展和演进的以太网论文范文技术渐进性地解决了传统以太网存在的不足,为运营级网络所需要具备的支持标准化的业务、可扩展、可靠、QoS和电信级网络管理提供了必要的技术支撑‘1].以太网论文范文是指通过VLAN技术,对位于数据链路层的以太网帧结构进行扩充,以此来扩展以太网的服务功能.目前在运营级以太网( Carrier Ethernet)中,使用的以太网论文范文技术包括IEEE 802. IQ VLAN、QinQ VLAN和MAC in MAC.
1. IEEE 802. 1Q VLAN技术及存在的不足
1.1 IEEE 802. 1Q帧结构
在以太网的发展过程中曾经出现过多种不同的帧结构,目前在IP网络中常用的是DIX Ethernet V2.图l是IEEE 802. IQ定义的数据帧结构,IEEE 802. IQ tag加在标准以太网的SA( Source Address)与TYPE字段之间,占用4Bytes的空间,其中：TPID( Tag Protocol Identifier)字段是IEEE定义的一种新类型(type),该值一般为固定值Ox8100,表明这是一个添加了IEEE 802. IQ tag的帧.TCI( Tag Control Information)字段由以下3个子域组成：
(1) Priority（优先级）.该子域占用3bit,可提供0—7共8个不同的优先级,使设备能够为不同的数据帧提供不同的服务质量.在独立的IEEE 802. IQ数据帧中,该子域的功能目前尚未使用.
(2) CFI（Canonical Format Indicator）用于标识MAC帧的格式,实现以太网与令牌环网之间的兼容.例如,当帧是IEEE 802.3以太网帧时该位为0,当是IEEE 802.5令牌环帧时该位为1.
(3)VID(VLAN ID)是VLAN的核心部分,用于指定VLAN值.当交换机从某一个端口接收到一个数据帧时,它会根据已设置的VLAN管理策略（如基于端口的VLAN、基于MAC地址的VLAN等）为该数据帧添加一个VID；VID子字段共占用12bits的空间,可以提供4096(2&,acute,2)个不同的VLAN值.
另外,标准以太网帧结构中的TYPE字段用于标识该数据帧的Data区域封装的数据类型,如果该字段中的TYPE值为Ox8100说明内部封装的是IP分组,如果内部封装的是ARP报文则该值为Ox0806,等等.
1.2 IEEE 802. 1Q VLAN交换机的工作原理
支持IEEE 802. 1Q VLAN标准的交换机根据数据帧中的VID从而在不同的端口之间进行帧的转发和过滤操作.具有相同VID的端口之间可以直接通信,具有不同VID的端口之间通信必须通过三层设备（三层交换机或路由器）来实现.VLAN的具体操作由入口处理、转发处理和出口处理3部分组成：
(l)入口处理.入口处理是针对进入交换机指定端口的数据帧而进行的操作.每一个支持IEEE802. IQ VLAN的交换机都具有人口处理规则,规则一般分为两类：接收包含有VLAN tag的帧和接收所有帧.如果仅接收包含有VLAN tag的帧,那么所有未包含有VLAN tag的帧在进入该端口时会被交换机自动丢弃,而包含有VLAN tag的帧则根据VID值的划分到指定的VLAN中,并进入下一个处理过程.如果接收所有类型的帧,那么当交换机从某一端口接收到一个包含有VLAN tag的数据帧时,交换机会将其划分到VID所标识的VLAN中,并进入到下一个处理过程；如果接收到的是一个未包含有VLAN tag的帧时,交换机会自动对数据帧添加一个PVID（Port VID,基于端口的VID）,并将该数据帧添加到交换机默认的VLAN中（一般为VLAN l）.
(2)转发处理.转发处理根据交换机中的过滤规则,决定对帧进行转发操作.过滤规则由一个所示的过滤数据库实现,在过滤数据库中存储着VLAN的注册信息,该注册信息既可以是动态获取,也可以是静态分配.其中：Ad Control（Registration Administration Control,注册管理控制）字段分为禁止注册、固定注册和普通注册3种类型.如果是禁止注册,该端口将禁止特定VID的数据帧通过；如果是固定注册,该端口允许特定VID的数据帧通过；如果是普通注册,表示该端口是动态的,是否允许数据帧通过取决于动态VLAN.在使用静态VLAN管理的交换机中,一般只有禁止注册和固定注册2种类型.
(3)出口处理.出口处理(Egress Process)根据过滤数据库中Tag Control字段的值决定是否终结VLANtag.如果该字段的值为Tag,数据帧离开该端口时保留VLAN tag；如果是UnTag,数据帧离开该端口时则去掉标识符.
1.3 IEEE 802. 1Q VLAN在以太网中的应用优势
由于标准的以太网仅利用SA和DA( Destination Address)字段中提供的MAC进行物理寻址,通过FCS字段保障数据帧在相邻节点之间的无错误传输,并未提供其他的管理和扩展功能,使以太网的应用受到了限制.在以太网中加入IEEE 802. IQ VLAN技术,极大地提升了以太网的应用优势.首先,通过对物理网络的逻辑化处理,缩小了广播域,减小了冲突,提高了IAN的性能,同时为组网上的合理逻辑化提供了支持‘3‘；其次,网络的安全性得到加强,由于VLAN分割了广播域,所以处于不同VLAN中的用户无法彼此监听到对方的信息,在一定程度上提高了信息传输的安全性,使得网络的建设和应用更加合理；还有,增加了网络的可管理性,VLAN的创建和配置非常灵活、方便,为管理人员提供了便利.
1.4 IEEE 802. 1Q VLAN在运营级网络中存在的不足
IEEE 802. lQ VLAN技术在LAN中的应用得到了业界的肯定,但是将IEEE 802. IQ VIAN直接应用到运营级的MAN和WAN就会存在问题.首先,IEEE 802. IQ VIAN的提出是基于LAN的,如果将其应用到MAN或WAN就会存在VLAN ID之间的冲突；其次,在IEEE 802. IQ tag中仅使用12bits来定义VLAN的数量,理论上只能提供4k的VLAN,这在LAN中一般不会有问题,但在MAN和WAN中会明显存在VIAN ID的不足；还有,由于用户网络(IAN)与运营商的网络（MAN和WAN）使用相同的VLAN ID,用户网络的VLAN配置必须由运营商来确定和管理,这为运营商网络的维护增加了复杂度；另外,现在的运营级网络一般都需要为用户提供VLAN的透明传输服务,很显然IEEE 802. 1Q VLAN很难实现此功能.为了解决IEEE 802. IQ VLAN在运营级网络中遇到的问题,IEEE提出了QinQ VLAN技术,并在IEEE 802. lad文档中进行了描述‘引.
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2. QinQ VLAN技术及应用特点
2.1 QinQ帧结构QinQ即802. 1Q in 802. 1Q,其中文解释为802. IQ隧道协议.QinQ数据帧的格式是在标准的IEEE 802. IQ数据帧的外层又添加了一层IEEE802. IQ tag,从而形成双层IEEE 802. IQ tag的帧结构,通过外层tag实现对用户信息的透明传输.其中,内层的IEEE 802. 1Q tag仍然标识局域网个人用户或应用,而外层的IEEE 802. IQ tag插入到SA字段之后,由城域以太网运营商在UNI（User - Network Interface）处添加,用于标识不同的服务或局域网用户.为便于区分,将内层IEEE 802. IQ tag称为Customer VLAN tag(简称C- VLAN tag),而将外层IEEE 802. 1Q tag称为Service Pro-vider VLAN tag(简称SP - VLAN tag).1.2 IEEE 802. 1Q VLAN交换机的工作原理
支持IEEE 802. 1Q VLAN标准的交换机根据数据帧中的VID从而在不同的端口之间进行帧的转发和过滤操作.具有相同VID的端口之间可以直接通信,具有不同VID的端口之间通信必须通过三层设备（三层交换机或路由器）来实现.VLAN的具体操作由入口处理、转发处理和出口处理3部分组成：
(l)入口处理.入口处理是针对进入交换机指定端口的数据帧而进行的操作.每一个支持IEEE802. IQ VLAN的交换机都具有人口处理规则,规则一般分为两类：接收包含有VLAN tag的帧和接收所有帧.如果仅接收包含有VLAN tag的帧,那么所有未包含有VLAN tag的帧在进入该端口时会被交换机自动丢弃,而包含有VLAN tag的帧则根据VID值的划分到指定的VLAN中,并进入下一个处理过程.如果接收所有类型的帧,那么当交换机从某一端口接收到一个包含有VLAN tag的数据帧时,交换机会将其划分到VID所标识的VLAN中,并进入到下一个处理过程；如果接收到的是一个未包含有VLAN tag的帧时,交换机会自动对数据帧添加一个PVID（Port VID,基于端口的VID）,并将诙数据帧添加到交换机默认的VLAN中（一般为VLAN l）.
(2)转发处理.转发处理根据交换机中的过滤规则,决定对帧进行转发操作.过滤规则由一个如表1所示的过滤数据库实现,在过滤数据库中存储着VLAN的注册信息,该注册信息既可以是动态获取,也可以是静态分配.其中：Ad Control（Registration Administration Control,注册管理控制）字段分为禁止注册、固定注
(3)出口处理.出口处理(Egress Process)根据过滤数据库中Tag Control字段的值决定是否终结VLANtag.如果该字段的值为Tag,数据帧离开该端口时保留VLAN tag；如果是UnTag,数据帧离开该端口时则去掉标识符.
1.3 IEEE 802. 1Q VLAN在以太网中的应用优势
由于标准的以太网仅利用SA和DA( Destination Address)字段中提供的MAC进行物理寻址,通过FCS字段保障数据帧在相邻节点之间的无错误传输,并未提供其他的管理和扩展功能,使以太网的应用受到了限制.在以太网中加入IEEE 802. IQ VLAN技术,极大地提升了以太网的应用优势.首先,通过对物理网络的逻辑化处理,缩小了广播域,减小了冲突,提高了IAN的性能,同时为组网上的合理逻辑化提供了支持‘3‘；其次,网络的安全性得到加强,由于VLAN分割了广播域,所以处于不同VLAN中的用户无法彼此监听到对方的信息,在一定程度上提高了信息传输的安全性,使得网络的建设和应用更加合理；还有,增加了网络的可管理性,VLAN的创建和配置非常灵活、方便,为管理人员提供了便利.
1.4 IEEE 802. 1Q VLAN在运营级网络中存在的不足
IEEE 802. lQ VLAN技术在LAN中的应用得到了业界的肯定,但是将IEEE 802. IQ VIAN直接应用到运营级的MAN和WAN就会存在问题.首先,IEEE 802. IQ VIAN的提出是基于LAN的,如果将其应用到MAN或WAN就会存在VLAN ID之间的冲突；其次,在IEEE 802. IQ tag中仅使用12bits来定义VLAN的数量,理论上只能提供4k的VLAN,这在LAN中一般不会有问题,但在MAN和WAN中会明显存在VIAN ID的不足；还有,由于用户网络(IAN)与运营商的网络（MAN和WAN）使用相同的VLAN ID,用户网络的VLAN配置必须由运营商来确定和管理,这为运营商网络的维护增加了复杂度；另外,现在的运营级网络一般都需要为用户提供VLAN的透明传输服务,很显然IEEE 802. 1Q VLAN很难实现此功能.为了解决IEEE 802. IQ VLAN在运营级网络中遇到的问题,IEEE提出了QinQ VLAN技术,并在IEEE 802. lad文档中进行了描述‘引.
2. QinQ VLAN技术及应用特点
2.1 QinQ帧结构QinQ即802. 1Q in 802. 1Q,其中文解释为802. IQ隧道协议.QinQ数据帧的格式如图2所示,是在标准的IEEE 802. IQ数据帧的外层又添加了一层IEEE802. IQ tag,从而形成双层IEEE 802. IQ tag的帧结构,通过外层tag实现对用户信息的透明传输.其中,内层的IEEE 802. 1Q tag仍然标识局域网个人用户或应用,而外层的IEEE 802. IQ tag插入到SA字段之后,由城域以太网运营商在UNI（User - Network Interface）处添加,用于标识不同的服务或局域网用户.为便于区分,将内层IEEE 802. IQ tag称为Customer VLAN tag(简称C- VLAN tag),而将外层IEEE 802. 1Q tag称为Service Pro-vider VLAN tag(简称SP - VLAN tag).
其中,C - VLAN tag中该TPID的值仍然保留为固定值Ox8100,用于标识用户.而在PS - VLAN tag中,该值可以由管理员指定,但一般为O9100,表示是一个QinQ封装的数据帧.TCI子域的功能定义也发生了变化：
(1) Priority.各占用3bits,可提供8x8类优先级服务.
(2)CFI.在C- VLAN tag中保留原有的设置,而在SP - VLAN tag中,该子域设置为0.
(3)VID.使用双层标签的QinQ VLAN数据帧分别根据SP - VID和C- VID进行转发,以同时满足LAN用户和运营商的应用需求.2.2 QinQ的应用特点
QinQ通过双层VLAN改进了IEEE 802. IQ VIAN的不足,为以太网从LAN向MAN和WAN的扩展提供了所需要的功能.首先,QinQ扩展了VLAN的数量空间,通过在原有IEEE 802. IQ数据帧的基础上再添加一层IEEE 802. 1Q标签,使VLAN的数量达到了4k x4k,如此丰富的VLAN数量为运营商的精细化运作提供了资源保障；其次,在QinQ数据帧中,可通过SP - VLAN tag中提供的Priority得到8个不同的优先级,用来支持和区分不同的服务.运营商在UNI（User - Network Interface）处的PE( Provider Edge)上可以根据用户数据帧的C - VLAN ID实现不同的服务等级.如图3所示,可将来自CE( Customer Edge)的C- VLAN 10一19的用户数据映射为SP - VLAN 10,C- VLAN 20 - 29的用户数据映射为SP - VLAN 20,C- VLAN 30—39的用户数据映射为SP - VLAN 30,等等.然后,为SP - VLAN 10、SP - VLAN 20和SP - VLAN 30分别指定的不同的服务等级；还有,QinQ技术实现了基于数据链路层的隧道功能,实现对用户数据的透明传输.使用QinQ技术的论文范文功能,可以将分布在不同地理位置的多个LAN以隧道方式连接起来,对LAN用户来说这种连接类似于使用专线方式.在数据帧的整个转发过程中,除UNI处之外的其他运营商设备只需要考虑SP -VLAN tag,其数据帧内部的C- VLAN tag不被访问,从而提高了运营商设备的数据转发效率.
3.MAC in MAC技术及应用优势
3.1 MAC in MAC帧结构及封装过程
MAC in MAC技术是对QinQ技术的一种改进,其封装由IEEE 802. lah进行定义和规范,采用运营商MAC地址封装用户MAC地址,从体系架构上将传统以太网的平面化的地址空间改变为层次化的地址空间.MAC in MAC帧的Data字段中的载荷即可以是一个完整的QinQ帧,也可以是一个完整的IEEE 802. IQ帧.由于MAC in MAC帧的封装主要集中在MAN/WAN骨干(Backbone)网络的边界处,所以MAC in MAC帧的Data字段中的载荷一般为QinQ帧,.MAC in MAC帧封装操作分为3个步骤：
(1)当来自CE的IEEE 802. IQ帧（这种情况很少见）或来自PE的QinQ帧进入运营商骨干网络时,在UNI或NNI( Network - Network Interface)处的PE上添加一个VLAN tag,为了区别内层VLAN tag,将其称为B - VLAN tag.B- VLAN tag标签与QinQ中SP - VLAN tag格式相同,其中B- VLAN ID域仍然用于标识B - VLAN和被它所映射的SP - VLAN ID或C- VLAN ID；
(2)在B- VLAN tag的前端添加运营商网络的源MAC地址B- SA和目标MAC地址B- DA,其中B- SA是数据帧进入骨干网络时运营商PE的MAC地址,而B- DA是数据帧离开骨干网络时运营商PE的MAC地址.而用户数据帧中的DA和SA则被当作数据载荷封装在Data字段中,对MAC in MAC帧是透明的；
(3)插入用于标识运营商服务实例的I- VLAN tag,其中SID( Service ID)字段占用24bits,可为用户提供224个不同的服务实例.
3.2 MAC in MAC技术特点
MAC in MAC通过层次化的地址空间扩展了网络服务功能和可管理性,为运营商实现精细化运作提供了保障.首先,实现了用户BPDU和用户数据的论文范文.利用双层MAC地址来分别标识用户和运营商地址,从而将用户地址空间和运营商地址空间完全隔离.用户以太网帧被封装在MAC in MAC帧中,仅仅作为数据被传输,解决了同一网络中用户MAC地址与运营商MAC地址重叠问题；其次,为运营商网络提供了丰富的服务实例.在QinQ VLAN中仅使用12bits来定义SP - VLAN ID的数量,而在MAC in MAC中引入24bits的SID字段,可以为运营商提供高达千万级的服务实例.例如,在使用MAC in MAC技术的运营商网络中,可以使所有的VoIP业务使用同一个B - VLAN ID,而对使用VoIP业务的不同用户分配不同的SID,从而细化了网络的运营；还有,实现优先级和VLAN ID的映射.B- VLAN tag中的Priority子字段同样提供优先级服务功能,用于确定骨干网的等级服务( Class of Service．CoS).当用户数据帧进入到运营商骨干网时,骨干网的边界PE将数据帧携带的C-VLAN ID和C- VLAN CoS的值映射到MAC in MAC帧的服务实例上,具体为C- VLAN ID映射到SID,C-VLAN CoS映射到B- VLAN CoS.这样,用户可以在自己的网络中自由地分配和使用VLAN ID和确定每一个VLAN的CoS以符合自己的应用要求.
3.3 MAC in MAC技术存在的不足
作为一项全新的技术,MAC in MAC虽然解决了QinQ中存在的一些问题,推动了城域以太网和广域以太网的应用,但还有一些问题需要继续研究和解决.首先,IEEE 802. lah定义的骨干网中MAC in MAC帧的转发原理与IEEE 802. IQ帧的转发原理是相同的,都是基于数据链路层的网桥来实现的,所以MAC in MAC帧的转发仍然是无连接的,对于目标MAC地址未知的帧的转发仍然要使用广播方式,使用STP防止环路的产生；其次,与IEEE 802. IQ VLAN 一样,MAC in MAC技术中的VLAN空间也是基于整个网络的,而不是基于单个端口的；还有,MAC in MAC技术的实现比较复杂,需要对现有的设备进行芯片级的改造.
4.综合应用实例分析
综合应用了IEEE 802. 1Q VLAN、QinQ VLAN和MAC in MAC技术的全以太网架构的网络拓扑.该网络由使用IEEE 802. 1Q VLAN技术的局域网、使用QinQ技术的城域网和使用MAC in MAC技术的骨干网（城域骨干网或广域网）3部分组成,分别对应于用户网络、接入网络和骨干网络.
具体工作过程为：首先,所有来自局域网CE的使用了IEEE 802. 1Q VLAN tag的数据帧在进入城域以太网时,在UNI处的PE上将根据端口或数据流添加一个QinQ标签,形成QinQ数据帧,并根据目标MAC和SP - VLAN ID在城域以太网中传输；接着,当QinQ数据帧进入骨干网时,在NNI处的PE上对其进行MACin MAC封装,形成双MAC地址的MAC in MAC数据帧,并根据新添加的骨干网的目标MAC地址和B-VIAN ID在骨干网中传输；随后,当MAC in MAC数据帧离开骨干网时,在边界PE上对MAC in MAC封装进行终结,得到QinQ数据帧,并在下一个城域以太网中传输；最后,当QinQ数据帧离开城域以太网时,在边界PE上对QinQ封装进行终结,得到IEEE 802. IQ数据帧,交给下一个局域网中的CE.
该方案的特点是非常符合用户和运营商的双重需求.其中,对于城域以太网这一接入网络来说,只需要使UNI处的边界PE支持QinQ技术,而内部的PE仍然采用原有的设备.对于位于核心位置的骨干网络来说,也只需要使NNI处的边界PE支持MAC in MAC技术,其内部的所有设备可以是支持QinQ技术的网桥.
5.结束语
从标准以太网到QinQ,再到MAC in MAC,以太网通过对帧结构的扩展,实现了对用户数据的透明传输.IEEE 802. IQ VLAN的应用实现了对物理网络的逻辑化管理,增强了以太网应用的安全性.QinQ技术通过双层VLAN tag扩展了以太网的功能,使城域以太网应用走向成熟,并成各大运营商的首选.MAC in MAC技术通过双层MAC地址分割了用户和运营商的地址空间,解决了城域以太网应用中遇到的一些问题,使以太网应用于运营商的骨干网络.网络论文范文技术在运营级以太网中的研究和应用目前还是一个全新的领域,随着应用的不断扩展,新的问题会随之出现,同时随着研究的不断深入,相应的问题将会相继解决.
总结：此文是一篇以太网数据论文范文,为你的毕业论文写作提供有价值的参考。
以太网数据帧格式引用文献:
[1] 数据挖掘博士论文提纲格式模板 数据挖掘博士论文提纲怎么写
[2] 数据结构课程建设 论文大纲格式模板
[3] 数据分析论文范文 数据分析方面参考文献格式范文2万字
