网络运维|关于POE的介绍

2020-04-12 19:45 作者：admin

大家好，我是一枚从事IT外包的网络运维工程师，今天跟大家分享一个日常网络运维需要分析流量是会用到的端口镜像技术。
介绍PoE的定义、目的和受益。
定义
以太网供电PoE（Power over Ethernet）是指通过以太网网络进行供电，也被称为基于局域网的供电系统PoL（Power over LAN）或有源以太网（Active Ethernet）。
目的
随着网络中IP电话、网络视频监控以及无线以太网应用的日益广泛，通过以太网本身提供电力支持的要求也越来越迫切。多数情况下，接入点设备需要直流供电，而接入点设备通常安装在距离地面比较高的天花板或室外，附近很难有合适的电源插座，即使有插座，接入点设备需要的交直流转换器也难有位置安置。在很多大型的局域网应用中，管理员同时需要管理多个接入点设备，这些设备需要统一的供电和统一的管理，给供电管理带来极大的不便，以太网供电PoE则正好解决了这个问题。
PoE是一种有线以太网供电技术，是目前本地局域网应用最广泛的一种技术。PoE允许电功率通过传输数据的线路或空闲线路传输到终端设备。通过10BASE-T、100BASE-TX、1000BASE-T以太网网络供电，其可靠供电的距离最长可达到100米。通过这种方式，可以有效的解决IP电话、无线AP（Access Point）、便携设备充电器、刷卡机、摄像头、数据采集等终端的集中式电源供电。对于这些终端而言不再需要考虑其室内电源系统布线的问题，在接入网络的同时就可以实现对设备的供电。
PoE的优势：
· 可靠：电源集中供电，备份方便。
· 连接简捷：网络终端不需外接电源，只需要一根网线。
· 标准：符合IEEE 802.3af、IEEE 802.3at标准，使用全球统一的电源接口。

PoE供电系统的组成

PoE供电系统包括：
· 供电设备PSE（Power-sourcing Equipment）：供电设备指通过以太网给受电设备供电的PoE设备，提供检测、分析、智能功率管理等功能。
· 受电设备PD（Powered Device）：如无线AP（Access Point）、便携设备充电器、刷卡机、摄像头等受电方设备。按照是否符合IEEE标准，PD分为标准PD和非标准PD。
· PoE电源：PoE电源为整个PoE系统供电，PSE下接的PD数量受制于PoE电源的功率。PoE电源根据是否可插拔，分为内置和外置两种类型。

PoE供电的工作过程

设备实现PoE供电的步骤如下：
1. 检测PD：PSE在端口周期性输出电流受限的小电压，用以检测PD设备的存在。如果检测特定阻值的电阻，说明线缆终端连接着支持IEEE 802.3af标准或IEEE 802.3at标准的受电端设备（电阻值在19kΩ～26.5kΩ的特性电阻，通常的小电压为2.7V～10.1V，检测周期为2秒）。
2. 供电能力协商：PSE对PD进行分类，并协商供电功率。供电能力协商的方式有两种，分别为：解析检测到的特性电阻和通过LLDP协议进行供电能力协商。
3. 开始供电：在启动期内(一般小于15μs)，PSE设备开始从低电压向PD设备供电，直至提供48V的直流电压。
4. 正常供电：电压达到48V之后，PSE为PD设备提供稳定可靠48V的直流电，PD设备功率消耗不超过30W。
5. 断电：供电过程中，PSE会不断监测PD电流输入，当PD电流消耗下降到最低值以下，或电流激增，例如拔下设备或遇到PD设备功率消耗过载、短路、超过PSE的供电负荷等，PSE会断开电源，并重复检测过程。

PoE供电管理模式

当PSE下挂的PD越来越多时，PoE电源无法支撑给所有的PD供电，此时需要PSE对供电行为进行管理。根据供电方式的不同，将供电管理模式分为：自动模式和手动模式。
· 自动模式：PSE根据优先级，自动给PD设备上下电。用户可以根据接口下的PD重要性给各接口设置优先级，分别为：Critical、High、Low三个等级。在PSE对外供电接近满负荷的情况下，优先对优先级为Critical的端口连接的PD设备进行供电；次之为优先级为High的端口连接的PD设备供电。端口优先级相同的情况下，优先为端口号小的端口连接的PD设备供电。
· 手动模式：手动控制端口的上下电。手动模式不考虑优先级，单个接口的上下电不会对原有的供电状态作任何改动。如果在PSE对外供电接近满负荷的情况下，无法继续给新的PD设备上电。

PoE设备供电方式

按照IEEE标准的定义，PSE设备主要用于给PD设备供电，包括MidSpan（PoE功能模块在设备外）和Endpoint（PoE功能模块集成到设备内）两种类型。华为支持PoE供电设备的PoE功能模块全部集成在设备的内部，属于Endpoint的PSE设备。Endpoint模式的PSE设备可兼容10BASE-T、100BASE-TX、1000BASE-T接口，应用场景较MidSpan模式广泛。
Endpoint模式的PSE设备依据使用的供电线对不同分为Alternative A（1/2和3/6线）和Alternative B（4/5和7/8线对）两种供电模式。
· 通过数据对供电——Alternative A供电模式。
PSE通过1/2和3/6线对给PD供电，1/2链接形成正极，3/6链接形成负极。10BASE-T、100BASE-TX接口使用1/2和3/6线对传输数据，1000BASE-T接口使用全部的4对线对传输数据。由于DC直流电和数据频率互不干扰，所以可以在同一对线同时传输电流和数据。
· 通过空闲对供电——Alternative B供电模式。
PSE通过4/5和7/8线对给PD供电，4/5链接形成正极，7/8链接形成负极。
一般来说，标准的PD设备必须支持两种受电方式，但PSE设备只需支持其中一种，华为支持PoE供电的设备作为PSE只支持Alternative A供电模式。

通过LLDP协议进行供电能力协商

传统的供电能力协商（即PD设备分类过程）是通过解析PSE与PD发送的电流实现的，设备除了支持电流解析外，还支持通过链路层发现协议LLDP（Link Layer Discovery Protocol）协议进行媒体独立接口MDI（Media Dependent Interface）供电能力的发现和通告。IEEE 802.1ab定义了可选的TLV：Power via MDI TLV，LLDP报文封装Power via MDI TLV，进行MDI供电能力的发现和通告，同时可进行网络管理。
当PSE检测到PD后，PSE和PD即周期性地向对方发送LLDP报文，这个报文里包含了定义的TLV字段。将本端信息发送给对方，对方记录下报文中包含的信息，达到信息交互的作用。
Power via MDI TLV的格式由两字节的TLV报文头和12字节的TLV信息字段组成，报文格式如图7所示：
图7 TLV报文格式  介绍PoE的应用场景。
通常，接入点的IP电话、摄像头、数据采集器等终端设备需要直流供电，而这些设备通常安装在楼道或者距离地面比较高天花板等处，附近很难有合适的电源插座。在很多大型的局域网应用中，管理员同时需要管理多个接入点设备，这些设备又需要统一的供电和统一的管理，给供电管理带来极大的不便。
如图7所示，通过部署PoE功能，设备直接给各个接入设备（IP电话和监控摄像头）供电，可以省掉外接电源，减少连线，节约成本，方便管理。
图7  PoE典型应用示意图 
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