网络四.通过接入网进入互联网内部(了解)

4.1 ADSL 接入网的结构和工作方式

4.1.1　互联网的基本结构和家庭、公司网络是相同的

互联网与家庭和公司网络之间的区别之一就是距离,互联网的传输,比如跨洋数据传输,距离很远,以太网万县是无法实现这种连接的,而且,互联网中的路由器上有超过 10 万条路由记录，而且这些记录还在不断变化，当出现线路故障时，或者新的公司加入互联网时，都会引发路由的变化。人工维护这些路由信息是不现实的，必须实现自动化

4.1.2　连接用户与互联网的接入网

不过，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;

4.1.3　ADSL Modem 将包拆分成信元

网络包是从右往左传输的;用户端路由器 D 发出的网络包通过 ADSL Modem和电话线到达电话局，然后到达 ADSL 的网络运营商（即 ISP，互联网服务提供商）

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）。

4.1.4　ADSL 将信元“调制”成信号

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）

振幅小的信号为 0，振幅大的信号为 1，这是一种最简单的对应关系。在这个例子中，振幅大小只有两个级别，如果增加振幅变化的级别，就可以对应更多的比特。例如，如果将振幅增加到 4 个级别，则振幅从小到大可分别对应 00、01、10 和 11，这样就可以表示两个比特了;(一个振幅两个比特);这样做可以将单位时间内传输的数据量加倍，也就能够提高速率。以此类推，如果振幅有 8 个级别，就可以表示 3 个比特，16 个级别就可以表示 4 个比特，速率也就越来越高。不过，信号会在传输过程中发生衰减，也会受到噪声影响而失真，如果振幅级别太多，接收方对信号的识别就容易出错，因此振幅级别也不能太多;

4.1.5　ADSL 通过使用多个波来提高速率

不同频率的波可以合成，也可以用滤波器从合成的波中分离出某个特定频率的波。因此，我们可以使用多个频率合成的波来传输信号，这样一来，能够表示的比特数就可以成倍提高了

4.1.6　分离器的作用

分离器将传入的信号分离;具体来说，分离器的功能是将一定频率以上的信号过滤掉，也就是过滤掉了 ADSL 使用的高频信号，这样一来，只有电话信号才会传入电话机

4.1.7　从用户到电话局

分离器出来，就是插电话线的接口，信号从这里出来之后，会通过室内电话线,然后到达大楼的 IDF 和 MDF,信号会进入电线杆上架设的电话电缆;

所以电话局附近就会集结数量庞大的电缆，电线杆引入电话局是非常不现实的，因此，在电话局附近，电话线都是埋在地下的。由于电话局附近的地下电缆很多，集中埋设电缆的地方就形成了一条地道，这部分称为电缆隧道

4.1.8　噪声的干扰

电话电缆中的信号也会受到噪声的干扰。虽然电话线和以太网双绞线的结构有所不同，但它们都是用金属信号线传输电信号，本质上是共通的。比以太网双绞线更容易受到噪声的干扰

4.1.9　通过 DSLAM 到达 BAS

4.2 光纤接入网（FTTH）

4.2.1　光纤的基本知识另一种接入网技术，它的名字叫 FTTH，是一种基于光纤的接入网技术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

电信号输入 LED、激光二极管等光源后，高电压发光亮，低电压发光暗。光信号通过光纤到达接收端。接收端有光敏元件，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

4.2.2　单模与多模

光源在所有方向上都会发光，因此会有各种角度的光线进入纤芯，但入射角度太大的光线会在纤芯和包层（纤芯外沿部分）的边界上折射出去，只有入射角较小的光线会被包层全反射，从而在纤芯中前进

相位不同的波会相互干涉,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。

不过，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,只有少数按照特定角度入射以保持相位一致的光线才会继续传导

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）

单模光纤的纤芯很细，只有入射角很小的光线才能进入，因此在能够保持相位一致的角度中，只有角度最小的光线能进入光纤

多模光纤的纤芯比较粗，入射角比较大的光也可以进入，这样一来，在相位一致的角度中，不仅角度最小的可以在光纤中传导，其他角度更大一些的也可以，也就是说，可以有多条光线在纤芯中同时传导

换句话说，单模和多模实际上表示相位一致的角度有一个还是多个

多模光纤中可以传导多条光线，这意味着能通过的光线较多(角度要求不高)，对光源和光敏元件的性能要求也就较低，从而可以降低光源和光敏元件的价格

相对地，单模光纤的纤芯中只能传导一条光线，能通过的光线较少，相应地对于光源和光敏元件的性能要求就较高，但信号的失真会比较小

单模光纤则不会出现这样的问题。因为在纤芯传导的光线只有一条，不会因为行进距离的差异产生时间差，所以即便光纤很长，也不会产生严重的失真,单模光纤则不会出现这样的问题。因为在纤芯传导的光线只有一条，不会因为行进距离的差异产生时间差，所以即便光纤很长，也不会产生严重的失真,FTTH 属于后者，因此主要使用单模光纤

4.2.3　通过光纤分路来降低成本

通过这个设备让光纤分路，同时连接多个用户

4.3 接入网中使用的 PPP 和隧道

4.3.1　用户认证和配置下发

用户发送的网络包会通过 ADSL 和 FTTH 等接入网到达运营商的 BAS,接入网连接的路由器也跟着演进，而这种进化型的路由器就叫作 BAS首先是用户认证和配置下发功能。ADSL 和 FTTH 接入网中，都需要先输入用户名和密码 C，登录之后才能访问互联网，而 BAS 就是登录操作的窗口。BAS 使用 PPPoED 方式来实现这个功能 E。PPPoE 是由传统电话拨号上网上使用的 PPP 协议发展而来的，所以我们先来看一看 PPP 拨号上网的工作方式。

用户名和密码通过 RADIUSF协议从 RASG 发送到认证服务器，认证服务器校验这些信息是否正确；当确无误后，认证服务器会返回 IP 地址等配置信息，并将这些信息下发给用户。用户的计算机根据这些信息配置 IP 地址等参数，完成 TCP/IP 收发网络包的准备工作，接下来就可以发送 TCP/IP 包了

4.3.2　在以太网上传输 PPP 消息

接入运营商在ADSL 和 FTTH 中一般也会使用 PPP

4.3.3　通过隧道将网络包发送给运营商

BAS 除了作为用户认证的窗口之外，还可以使用隧道方式来传输网络包。所谓隧道，就类似于套接字之间建立的 TCP 连接。无论任何机制，只要能够将包原封不动搬运到另一端，从原理上看就都可以用来建立隧道

4.3.4　接入网的整体工作过程

互联网接入路由器通过 PPPoE 的发现机制查询 BAS 的 MAC 地址BAS 下发的 TCP/IP 参数会被配置到互联网接入路由器的 BAS端的端口上，这样路由器就完成接入互联网的准备了

4.3.5　不分配 IP 地址的无编号端口

一对一连接的端口可以不分配 IP 地址，这种方式称为无编号

4.3.6　互联网接入路由器将私有地址转换成公有地址

前面的介绍里面其实遗漏了一个地方，那就是互联网接入路由器在转发包时需要进行地址转换，BAS 会向用户端下发 TCP/IP的配置信息，如果将这些信息配置在计算机上，就相当于计算机拥有了公有地址，这种情况下不需要进行地址转换也可以访问互联网。其实 TCP/IP原本的设计就是这样的。然而，如果使用路由器来上网，BAS 下发的参数就会被配置在路由器上，而且公有地址也是分配给路由器的。这样一来，计算机就没有公有地址了这时，计算机会被分配一个私有地址，计算机发送的包需要通过路由器进行地址转换然后再转发到互联网中

4.4 网络运营商的内部

4.4.1　POP 和 NOC

现在网络包已经通过接入网，到达了网络运营商的路由器。这里是互联网的入口，网络包会从这里进入互联网内部互联网的实体并不是由一个组织运营管理的单一网络，而是由多个运营商网络相互连接组成的用户签约的运营商设备相连的，这些设备称为 POP

网络包通过接入网之后，到达运营商 POP 的路由器

POP 中包括各种类型的路由器，路由器的基本工作方式是相同的，但根据其角色分成了不同的类型

4.5 跨越运营商的网络包

4.5.1　运营商之间的连接

数据到达 POP 路由器之后，网络包是如何前往下一站的

首先，如果最终目的地 Web 服务器和客户端是连接在同一个运营商中的，那么 POP 路由器的路由表中应该有相应的转发目标，运营商的路由器可以和其他路由器交换路由信息，从而自动更新自己的路由表，几次转发之后，网络包就到达了Web 服务器所

如果服务器的运营商和客户端的运营商不同，网络包需要先发到服务器所在的运营商，这些信息也可以在路由表中找到，这是因为运营商的路由器和其他运营商的路由器也在交换路由信息。这个信息交换的过程稍后再讲，我们暂且认为路由表中能找到对方运营商的路由信息，这时网络包会被转发到对方运营商的路由器；

4.5.2　运营商之间的路由信息交换

仅仅用线路将路由器连起来，是无法完成包转发的。

下面我们来看看运营商之间是如何交换路由信息，并对路由器进行自动更新的；

其实不难，只要获得了对方的路由信息，就可以知道对方路由器连接的所有网络，将这些信息写入自己的路由表中，也就可以向那些网络发送包了，获得对方的路由信息之后，我们也需要将自身的路由信息告知对方。这样一来，对方也可以将发往我们所在子网的包转发过来（这里使用的机制称为 BGP）

根据所告知的路由信息的内容，这种路由交换可分为两类；

一类是将互联网中的路由全部告知对方如果运营商 D 将互联网上所有路由都告知运营商 E，则运营商 E 不但可以访问运营商 D，还可以访问运营商 D 后面的运营商 B、A 和 C 此类为转接

另一种类型是两个运营商之间仅将与各自网络相关的路由信息告知对方只有双方之间的网络可以互相收发网络包此类为对等

互联网内部使用 BGP 机制在运营商之间交换路由信息。

4.5.3　与公司网络中自动更新路由表机制的区别

首先，互联网中可以指定路由交换的对象。公司中，路由信息是在所有路由器间平等交换的（公司中使用的方式是寻找与目的地之间的最短路由，并按照最短路由来转发包，因此，周围的所有路由器都是平等对待的），但运营商之间的路由交换是在特定路由器间一对一进行的。这样一来，运营商就可以只将路由信息（路由较快，较好）提供给那些交了费的运营商，那些没交费的运营商也就无法将网络包发送过来了

4.5.4　IX 的必要性

4.5.5　运营商如何通过 IX 互相连接

IX的核心是具有大量高速以太网A端口的二层交换机。二层交换机的基本原理和一般交换机相同，大家可以认为 IX 的核心就是大型的、高速的交换机。

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网络四.通过接入网进入互联网内部

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4.1 ADSL 接入网的结构和工作方式

4.1.1　互联网的基本结构和家庭、公司网络是相同的

4.1.2　连接用户与互联网的接入网

4.1.3　ADSL Modem 将包拆分成信元

4.1.4　ADSL 将信元“调制”成信号

4.1.5　ADSL 通过使用多个波来提高速率

4.1.6　分离器的作用

4.1.7　从用户到电话局

4.1.8　噪声的干扰

4.1.9　通过 DSLAM 到达 BAS

4.2 光纤接入网（FTTH）

4.2.2　单模与多模

4.2.3　通过光纤分路来降低成本

4.3 接入网中使用的 PPP 和隧道

4.3.1　用户认证和配置下发

4.3.2　在以太网上传输 PPP 消息

4.3.3　通过隧道将网络包发送给运营商

4.3.4　接入网的整体工作过程

4.3.5　不分配 IP 地址的无编号端口

4.3.6　互联网接入路由器将私有地址转换成公有地址

4.4 网络运营商的内部

4.4.1　POP 和 NOC

4.5 跨越运营商的网络包

4.5.1　运营商之间的连接

4.5.2　运营商之间的路由信息交换

4.5.3　与公司网络中自动更新路由表机制的区别

4.5.4　IX 的必要性

4.5.5　运营商如何通过 IX 互相连接

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4.1.2 连接用户与互联网的接入网

4.1.3 ADSL Modem 将包拆分成信元

4.1.4 ADSL 将信元“调制”成信号

4.1.5 ADSL 通过使用多个波来提高速率

4.1.6 分离器的作用

4.1.7 从用户到电话局

4.1.8 噪声的干扰

4.1.9 通过 DSLAM 到达 BAS

4.2 光纤接入网（FTTH）

4.2.2 单模与多模

4.2.3 通过光纤分路来降低成本

4.3 接入网中使用的 PPP 和隧道

4.3.1 用户认证和配置下发

4.3.2 在以太网上传输 PPP 消息

4.3.3 通过隧道将网络包发送给运营商

4.3.4 接入网的整体工作过程

4.3.5 不分配 IP 地址的无编号端口

4.3.6 互联网接入路由器将私有地址转换成公有地址

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4.4.1 POP 和 NOC

4.5 跨越运营商的网络包

4.5.1 运营商之间的连接

4.5.2 运营商之间的路由信息交换

4.5.3 与公司网络中自动更新路由表机制的区别

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4.2.2　单模与多模

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4.3.2　在以太网上传输 PPP 消息

4.3.3　通过隧道将网络包发送给运营商

4.3.4　接入网的整体工作过程

4.3.5　不分配 IP 地址的无编号端口

4.3.6　互联网接入路由器将私有地址转换成公有地址

4.4.1　POP 和 NOC

4.5.1　运营商之间的连接

4.5.2　运营商之间的路由信息交换

4.5.3　与公司网络中自动更新路由表机制的区别

4.5.4　IX 的必要性

4.5.5　运营商如何通过 IX 互相连接