4 通过接入网进入互联网内部

目录热身问答1 ADSL接入网的结构和工作方式2 光纤接入网（FTTH）3 接入网中使用的PPP和隧道小测验

热身问答

下列说法是正确的（√）还是错误的（×）？

第一个采用包机制的网络就是互联网的前身ARPANET。
ADSL方式中，从家里到电话局的线路费用包含在电话费中，因此可以降低上网费。
光纤的通信速率之所以更快，是因为光信号的传播速度比电信号要快。

1 ADSL接入网的结构和工作方式

互联网是一个遍布世界的巨大而复杂的系统，但其基本工作方式却出奇地简单。和家庭、公司网络一样，互联网也是通过路由器来转发包的， 而且路由器的基本结构和工作方式也并没有什么不同（图4.1）

距离的不同和路由的维护方式，就是互联网与家庭、公司网络之间最主要的两个不同点

网络包通过交换机和路由器的转发一步一步地接近它的目的地，在通过互联网接入路由器之后，就进入了互联网

如果网络包的目标服务器位于家庭、公司网络中的话，那么就不需要通过互联网接入路由器，而是直接转发给目标服务器，也不会进入互联网

一般家用的接入网方式包括ADSL、FTTH、CATV、电话线、ISDN等

ADSL：Asymmetric Digital Subscriber Line，不对称数字用户线。它是一种利用架设在电线杆上的金属电话线来进行高速通信的技术，它的上行方向（用户到互联网）和下行方向（互联网到用户）的通信速率是不对称的

互联网接入路由器发送网络包的操作和以太网路由器有一点不同，互联网接入路由器是按照接入网规则来发送包的
所谓接入网，就是指连接互联网与家庭、公司网络的通信线路

FTTH：Fiber To The Home，光纤到户。指的是将光纤接入家庭的意思

BAS：Broadband Access Server，宽带接入服务器。它也是一种路由器。
PPP：Point-to-Point Protocol，点到点协议。它是电话线、ISDN 等通信线路所使用的一种协议，集成了用户认证、配置下发、数据压缩、加密等各种功能。

互联网接入路由器会在网络包前面加上MAC头部、PPPoE头部、PPP 头部总共3种头部，然后发送给ADSL Modem（PPPoE方式下）。

每一个小格子称为一个信元。信元是一个非常小的数据块，开头是有5个字节的头部，后面是48个字节的数据，用于一种叫作ATMA的通信技术。

ATM：Asynchronous Transfer Mode，异步传输。它是在以电话线为载体的传统电话技术基础上扩展出来的一种通信方式。它的数据传输是以“信元”为单位来进行的，这和以包为单位传输数据的TCP/IP很像，但这种
方式并不适用于计算机通信。

ADSL Modem 将包拆分成信元，并转换成电信号发送给分离器

ADSL采用的调制方式是振幅调制（ASK）和相位调制（PSK）相结合的正交振幅调制（QAM）(也被称为正交调幅)方式

Modem产生的信号是以一定周期振动的波，如图4.5所示，振动的起始位置不同，波的形状也就不同。如果将波的一个振动周期理解为一个圆，则起始位置就可以用0度到360度的角度来表示，这个角度就是相位，用角度来对应0和1的方式就叫作相位调制
例如，从0度开始的波为0，从180度开始的波为1，这是一种最简单的对应关系

如果信号的振幅可以表示1个比特，相位可以表示1个比特，那么加起来就可以表示2个比特。因此，将两种方式组合起来，正交振幅调制就可以用一个波表示更多的比特，从而提高传输速率

正交振幅调制中，通过增加振幅和相位的级别，就可以增加能表示的比特数。例如，如果振幅和相位各自都有4个级别，那么组合起来就有16个级别，也就可以表示4个比特的值。

ADSL使用间隔为4.3125 kHz的上百个不同频率的波进行合成，每个波都采用正交振幅调制，而且，根据噪声等条件的不同，每个波表示的比特数是可变的

信号从电话线传入的时候,这时，分离器需要负责将电话和 ADSL 的信号进行分离（图 4.7）。电话线传入的信号是电话的语音信号和 ADSL 信号混合在一起的，如果这个混合信号直接进入电话机，ADSL 信号就会变成噪音，导致电话难以听清。为了避免这样的问题，就需要通过分离器将传入的信号分离，以确保 ADSL信号不会传入电话机

DSLAM具有ATM接口，和后方路由器收发数据时使用的是原始网络包拆分后的ATM信元形式

BAS负责将ATM信元还原成网络包并转发到互联网内部

2 光纤接入网（FTTH）

光纤的结构如图4.9所示，它是由一种双层结构的纤维状透明材质（玻璃和塑料）构成的，通过在里面的纤芯中传导光信号来传输数字信息（图4.10）。 ADSL 信号是由多个频段的信号组成的，比较复杂，但光信号却非常简单，亮表示1，暗表示0。

不过，数字信息并不能一下子变成光信号，而是需要像图4.10所示的这样，先将数字信息转换成电信号，然后再将电信号转换成光信号

光纤的通信原理
这里的电信号非常简单，1用高电压表示，0用低电压表示。将这样的电信号输入LED、激光二极管等光源后，这些光源就会根据信号电压的变化发光，高电压发光亮，低电压发光暗。这样的光信号在光纤中传导之后，就可以通过光纤到达接收端。接收端有可以感应光线的光敏元件，光敏元件可以根据光的亮度产生不同的电压。当光信号照射到上面时，光亮的时候就产生高电压，光暗的时候就产生低电压，这样就将光信号转换成了电信号。最后再将电信号转换成数字信息，我们就接收到数据了.

相位不同的波在干涉后会变弱、消失，最后就只剩下相位相同的波向周围扩散开来

有几个特定的角度下，向反射面前进的光和反射回来的光的相位是一致的，只有以这些角度反射的光才能继续向前传导（图4.13）

这个角度非常关键，纤芯的直径也是根据这个角度来确定的，而且纤芯的直径大小会极大地改变光纤的性质。根据纤芯直径，光纤可以划分成几种类型，大体上包括较细的单模光纤（8～10 μm）和较粗的多模光纤（50 μm 或62.5 μm）

光纤越长，失真越大，当超过允许范围时，通信就会出错（图4.15）

多模光纤主要用于一座建筑物里面的连接
单模光纤则用于距离较远的建筑物之间的连接

FTTH属于后者，因此主要使用单模光纤。

用光纤来代替ADSL将用户端接入路由器和运营商的BAS连接起来的接入方式就是FTTH, 从形态上可大致分为两种

FTTH 和 ADSL 一样也有不同的衍生规格，主流规格是和 ADSL 一样采用PPPoE 方式进行接入，后面我们的介绍也是基于 PPPoE 方式

一种是用一根光纤直接从用户端连接到最近的电话局（图4.16（a））
另一种光纤的接入方式是在用户附近的电线杆上安装一个名为分光器的设备，通过这个设备让光纤分路，同时连接多个用户（图4.16（b）

3 接入网中使用的PPP和隧道

小测验

什么是接入网？
要使用ADSL服务，需要安装一个将电话信号和ADSL信号分开的设备，这个设备叫什么名字？
和电话局距离越远，ADSL的通信速率越低，为什么？
BAS（宽带接入服务器）与一般的路由器有什么不同？
将多个运营商汇聚在一起相互连接的设备叫什么？