網(wǎng)絡運維|關于POE的介紹

2020-04-12 19:45 作者：admin

大家好，我是一枚從事IT外包的網(wǎng)絡運維工程師，今天跟大家分享一個日常網(wǎng)絡運維需要分析流量是會用到的端口鏡像技術。
介紹PoE的定義、目的和受益。
定義
以太網(wǎng)供電PoE（Power over Ethernet）是指通過以太網(wǎng)網(wǎng)絡進行供電，也被稱為基于局域網(wǎng)的供電系統(tǒng)PoL（Power over LAN）或有源以太網(wǎng)（Active Ethernet）。
目的
隨著網(wǎng)絡中IP電話、網(wǎng)絡視頻監(jiān)控以及無線以太網(wǎng)應用的日益廣泛，通過以太網(wǎng)本身提供電力支持的要求也越來越迫切。多數(shù)情況下，接入點設備需要直流供電，而接入點設備通常安裝在距離地面比較高的天花板或室外，附近很難有合適的電源插座，即使有插座，接入點設備需要的交直流轉(zhuǎn)換器也難有位置安置。在很多大型的局域網(wǎng)應用中，管理員同時需要管理多個接入點設備，這些設備需要統(tǒng)一的供電和統(tǒng)一的管理，給供電管理帶來極大的不便，以太網(wǎng)供電PoE則正好解決了這個問題。
PoE是一種有線以太網(wǎng)供電技術，是目前本地局域網(wǎng)應用最廣泛的一種技術。PoE允許電功率通過傳輸數(shù)據(jù)的線路或空閑線路傳輸?shù)浇K端設備。通過10BASE-T、100BASE-TX、1000BASE-T以太網(wǎng)網(wǎng)絡供電，其可靠供電的距離最長可達到100米。通過這種方式，可以有效的解決IP電話、無線AP（Access Point）、便攜設備充電器、刷卡機、攝像頭、數(shù)據(jù)采集等終端的集中式電源供電。對于這些終端而言不再需要考慮其室內(nèi)電源系統(tǒng)布線的問題，在接入網(wǎng)絡的同時就可以實現(xiàn)對設備的供電。
PoE的優(yōu)勢：
· 可靠：電源集中供電，備份方便。
· 連接簡捷：網(wǎng)絡終端不需外接電源，只需要一根網(wǎng)線。
· 標準：符合IEEE 802.3af、IEEE 802.3at標準，使用全球統(tǒng)一的電源接口。

PoE供電系統(tǒng)的組成

PoE供電系統(tǒng)包括：
· 供電設備PSE（Power-sourcing Equipment）：供電設備指通過以太網(wǎng)給受電設備供電的PoE設備，提供檢測、分析、智能功率管理等功能。
· 受電設備PD（Powered Device）：如無線AP（Access Point）、便攜設備充電器、刷卡機、攝像頭等受電方設備。按照是否符合IEEE標準，PD分為標準PD和非標準PD。
· PoE電源：PoE電源為整個PoE系統(tǒng)供電，PSE下接的PD數(shù)量受制于PoE電源的功率。PoE電源根據(jù)是否可插拔，分為內(nèi)置和外置兩種類型。

PoE供電的工作過程

設備實現(xiàn)PoE供電的步驟如下：
1. 檢測PD：PSE在端口周期性輸出電流受限的小電壓，用以檢測PD設備的存在。如果檢測特定阻值的電阻，說明線纜終端連接著支持IEEE 802.3af標準或IEEE 802.3at標準的受電端設備（電阻值在19kΩ～26.5kΩ的特性電阻，通常的小電壓為2.7V～10.1V，檢測周期為2秒）。
2. 供電能力協(xié)商：PSE對PD進行分類，并協(xié)商供電功率。供電能力協(xié)商的方式有兩種，分別為：解析檢測到的特性電阻和通過LLDP協(xié)議進行供電能力協(xié)商。
3. 開始供電：在啟動期內(nèi)(一般小于15μs)，PSE設備開始從低電壓向PD設備供電，直至提供48V的直流電壓。
4. 正常供電：電壓達到48V之后，PSE為PD設備提供穩(wěn)定可靠48V的直流電，PD設備功率消耗不超過30W。
5. 斷電：供電過程中，PSE會不斷監(jiān)測PD電流輸入，當PD電流消耗下降到最低值以下，或電流激增，例如拔下設備或遇到PD設備功率消耗過載、短路、超過PSE的供電負荷等，PSE會斷開電源，并重復檢測過程。

PoE供電管理模式

當PSE下掛的PD越來越多時，PoE電源無法支撐給所有的PD供電，此時需要PSE對供電行為進行管理。根據(jù)供電方式的不同，將供電管理模式分為：自動模式和手動模式。
· 自動模式：PSE根據(jù)優(yōu)先級，自動給PD設備上下電。用戶可以根據(jù)接口下的PD重要性給各接口設置優(yōu)先級，分別為：Critical、High、Low三個等級。在PSE對外供電接近滿負荷的情況下，優(yōu)先對優(yōu)先級為Critical的端口連接的PD設備進行供電；次之為優(yōu)先級為High的端口連接的PD設備供電。端口優(yōu)先級相同的情況下，優(yōu)先為端口號小的端口連接的PD設備供電。
· 手動模式：手動控制端口的上下電。手動模式不考慮優(yōu)先級，單個接口的上下電不會對原有的供電狀態(tài)作任何改動。如果在PSE對外供電接近滿負荷的情況下，無法繼續(xù)給新的PD設備上電。

PoE設備供電方式

按照IEEE標準的定義，PSE設備主要用于給PD設備供電，包括MidSpan（PoE功能模塊在設備外）和Endpoint（PoE功能模塊集成到設備內(nèi)）兩種類型。華為支持PoE供電設備的PoE功能模塊全部集成在設備的內(nèi)部，屬于Endpoint的PSE設備。Endpoint模式的PSE設備可兼容10BASE-T、100BASE-TX、1000BASE-T接口，應用場景較MidSpan模式廣泛。
Endpoint模式的PSE設備依據(jù)使用的供電線對不同分為Alternative A（1/2和3/6線）和Alternative B（4/5和7/8線對）兩種供電模式。
· 通過數(shù)據(jù)對供電——Alternative A供電模式。
PSE通過1/2和3/6線對給PD供電，1/2鏈接形成正極，3/6鏈接形成負極。10BASE-T、100BASE-TX接口使用1/2和3/6線對傳輸數(shù)據(jù)，1000BASE-T接口使用全部的4對線對傳輸數(shù)據(jù)。由于DC直流電和數(shù)據(jù)頻率互不干擾，所以可以在同一對線同時傳輸電流和數(shù)據(jù)。
· 通過空閑對供電——Alternative B供電模式。
PSE通過4/5和7/8線對給PD供電，4/5鏈接形成正極，7/8鏈接形成負極。
一般來說，標準的PD設備必須支持兩種受電方式，但PSE設備只需支持其中一種，華為支持PoE供電的設備作為PSE只支持Alternative A供電模式。

通過LLDP協(xié)議進行供電能力協(xié)商

傳統(tǒng)的供電能力協(xié)商（即PD設備分類過程）是通過解析PSE與PD發(fā)送的電流實現(xiàn)的，設備除了支持電流解析外，還支持通過鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議LLDP（Link Layer Discovery Protocol）協(xié)議進行媒體獨立接口MDI（Media Dependent Interface）供電能力的發(fā)現(xiàn)和通告。IEEE 802.1ab定義了可選的TLV：Power via MDI TLV，LLDP報文封裝Power via MDI TLV，進行MDI供電能力的發(fā)現(xiàn)和通告，同時可進行網(wǎng)絡管理。
當PSE檢測到PD后，PSE和PD即周期性地向?qū)Ψ桨l(fā)送LLDP報文，這個報文里包含了定義的TLV字段。將本端信息發(fā)送給對方，對方記錄下報文中包含的信息，達到信息交互的作用。
Power via MDI TLV的格式由兩字節(jié)的TLV報文頭和12字節(jié)的TLV信息字段組成，報文格式如圖7所示：
圖7 TLV報文格式  介紹PoE的應用場景。
通常，接入點的IP電話、攝像頭、數(shù)據(jù)采集器等終端設備需要直流供電，而這些設備通常安裝在樓道或者距離地面比較高天花板等處，附近很難有合適的電源插座。在很多大型的局域網(wǎng)應用中，管理員同時需要管理多個接入點設備，這些設備又需要統(tǒng)一的供電和統(tǒng)一的管理，給供電管理帶來極大的不便。
如圖7所示，通過部署PoE功能，設備直接給各個接入設備（IP電話和監(jiān)控攝像頭）供電，可以省掉外接電源，減少連線，節(jié)約成本，方便管理。
圖7  PoE典型應用示意圖 
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