網絡運維|關于POE的介紹

2020-04-12 19:45 作者：admin

大家好，我是一枚從事IT外包的網絡運維工程師，今天跟大家分享一個日常網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
以太網供電PoE（Power over Ethernet）是指通過以太網網絡進行供電，也被稱為基于局域網的供電系統PoL（Power over LAN）或有源以太網（Active Ethernet）。
目的
隨著網絡中IP電話、網絡視頻監控以及無線以太網應用的日益廣泛，通過以太網本身提供電力支持的要求也越來越迫切。多數情況下，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換器也難有位置安置。在很多大型的局域網應用中，管理員同時需要管理多個接入點設備，這些設備需要統一的供電和統一的管理，給供電管理帶來極大的不便，以太網供電PoE則正好解決了這個問題。
PoE是一種有線以太網供電技術，是目前本地局域網應用最廣泛的一種技術。PoE允許電功率通過傳輸數據的線路或空閑線路傳輸到終端設備。通過10BASE-T、100BASE-TX、1000BASE-T以太網網絡供電，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、數據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電源系統布線的問題，在接入網絡的同時就可以實現對設備的供電。
PoE的優勢：
· 可靠：電源集中供電，備份方便。
· 連接簡捷：網絡終端不需外接電源，只需要一根網線。
· 標準：符合IEEE 802.3af、IEEE 802.3at標準，使用全球統一的電源接口。

PoE供電系統的組成

PoE供電系統包括：
· 供電設備PSE（Power-sourcing Equipment）：供電設備指通過以太網給受電設備供電的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系統供電，PSE下接的PD數量受制于PoE電源的功率。PoE電源根據是否可插拔，分為內置和外置兩種類型。

PoE供電的工作過程

設備實現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. 供電能力協商：PSE對PD進行分類，并協商供電功率。供電能力協商的方式有兩種，分別為：解析檢測到的特性電阻和通過LLDP協議進行供電能力協商。
3. 開始供電：在啟動期內(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根據優先級，自動給PD設備上下電。用戶可以根據接口下的PD重要性給各接口設置優先級，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，優先對優先級為Critical的端口連接的PD設備進行供電；次之為優先級為High的端口連接的PD設備供電。端口優先級相同的情況下，優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。手動模式不考慮優先級，單個接口的上下電不會對原有的供電狀態作任何改動。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）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。
· 通過數據對供電——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線對傳輸數據，1000BASE-T接口使用全部的4對線對傳輸數據。由于DC直流電和數據頻率互不干擾，所以可以在同一對線同時傳輸電流和數據。
· 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協議進行供電能力協商

傳統的供電能力協商（即PD設備分類過程）是通過解析PSE與PD發送的電流實現的，設備除了支持電流解析外，還支持通過鏈路層發現協議LLDP（Link Layer Discovery Protocol）協議進行媒體獨立接口MDI（Media Dependent Interface）供電能力的發現和通告。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供電能力的發現和通告，同時可進行網絡管理。
當PSE檢測到PD后，PSE和PD即周期性地向對方發送LLDP報文，這個報文里包含了定義的TLV字段。將本端信息發送給對方，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的格式由兩字節的TLV報文頭和12字節的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、數據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，這些設備又需要統一的供電和統一的管理，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電話和監控攝像頭）供電，可以省掉外接電源，減少連線，節約成本，方便管理。
圖7  PoE典型應用示意圖 
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