《网络是怎样连接的》——第四章笔记

        本章主要讨论了接入网和网络运营商。介绍了什么是接入网，以及ADSL、FTTH两种常见的接入网技术，着重论述了ADSL和FTTH的组成结构、相关性质和工作方式。然后介绍了接入服务的核心——BAS（宽带接入服务器）的工作内容，最后讲解了互联网内部，也就是ISP（网络服务提供商）网络的内部构造和工作原理。

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        接入网，就是指连接互联网和家庭、公司内网的通信线路。用户只有通过互联网接入路由器连接接入网，经过接入网才能访问到互联网内部。首先，我们需要先厘清接入服务商和网络服务提供商之间的区别，这两者可以说是相互独立的部分。接入网服务一般由当地电话局提供，互联网服务由网络服务提供商提供。接入网的核心部分BAS（宽带接入服务器）可以对用户进行登录认证，并且凭此向用户的路由器和计算机下发TCP/IP配置信息（包括分配公网IP、DNS服务器地址、默认网关等）。有了这些信息，用户才能正常的访问互联网。当然，在这个过程中接入服务商也会根据用户的使用情况进行计费。我们需要将家庭、公司内网和互联网区分开来，接入网和接入服务商实际上承担着连接用户内网和互联网的一种“桥梁”角色。

        接入网的基本工作流程从用户端向互联网接入路由器发出数据开始，在这个过程中根据用户使用的接入网技术的不同，具体的数据传输流程也会有所差别，但是最终用户的数据都会进入一种叫BAS（宽带接入服务器）的包转发设备，这个设备承担的工作除了上述提到的用户认证和下发配置之外，还作为向网络服务提供商掌管的互联网内部收发数据的最后一个“关口”。可以理解为，只有通过了BAS这个关口，数据才算真正意义上的进入了互联网。

        下面我们来首先介绍一下常见的两种接入网技术：ADSL和FTTH。

一、ADSL接入网

         在开始介绍ADSL之前，我想先谈论一个题外话，它或许会对大家更加深刻的了解这项技术有所帮助。在互联网发展的早期，普通人上网实际上是一种奢侈的行为。当时的互联网资源还不像今天这么丰富，而且网络的传输速率也十分低下，打开一个普通的网页甚至需要加载老半天。不过在那个年代电话已经相当普及了，家家户户也都有座机，座机后面连接着电话局的电话线。用户如果想要上网就打电话给电话局，电话局就会为用户开通上网服务，当然费用也很昂贵。开通上网服务后，用户家里如果有计算机，那么就可以将电话座机后面的电话线拔下了，把电话线插到计算机对应的上网接口上，这就是早期的上网方式。

        ADSL（非对称数字用户线路）就脱胎于早期的拨号上网。和它的前辈相比，ADSL支持更快的传输速率，而且解决了上网过程中计算机占用电话线导致无法使用电话的困扰。ADSL支持在用户端的电话线上安装一个分离器，这个分离器一端连接着电话线延申到电话局，另一端支持同时同时接入电话和计算机，以此实现电话和计算机的同时使用。并且分离器还能屏蔽在电话和计算机同时使用时两者间相互产生的噪声干扰（因为两者终究还是共用一根电话线，会不可避免的产生干扰）。大家可能对ADSL的这个A（Asymmetric：非对称）很好奇，这个非对称实际上是针对ADSL的上下行传输速率而言的非对称，ADSL的下行速率远远快于上行速率，这是因为对于普通家庭用户而言，最常发生的动作是从互联网上下载东西而不是上传。至于为什么会有这种非对称的区分，为什么不能上传和下载一样快？这在我们后面谈论ADSL的相关性质会提及到。

（1）组成结构和工作方式

 

        从上方书中提供的图例我们可以看出，ADSL实现的接入网组成有用户端和用户端电话局两个部分，每个部分内部都有相应的设备负责传输工作。互联网接入路由器会在计算机发出的网络包（IP包）加上MAC头部、PPPoE头部和PPP头部。我们可以先来简单讲讲什么是PPP和PPPoE，互联网传输中的PPP（Point-to-Point Protocol：点对点协议）发源于拨号上网，大家可以将其理解为一种计算机间的传输规范，PPP可以说是BAS业务的一个核心组成部分，因为PPP支持建立连接、身份认证和IP地址分配等功能。而PPPoE（Point-to-Point Protocol over Ethernet：以太网上的点对点协议）则作为PPP在以太网传输上的派生版本，这是因为PPP设计之初并没有考虑到后来以太网的传输规范，所以出现了PPPoE来弥补这种缺陷。有了PPPoE，ASDL和FTTH才能像拨号上网一样传递PPP消息。

        增加了三个新头部的网络包从互联网接入路由器发出后，进入了ADSL Modem（也称ADSL调制解调器）。从名字中我们也可以看出，ADSL Modem的主要工作就是将网络包调制成模拟信号（这里是电信号）并发出。但是在调制之前还有一个步骤，ADSL Modem会首先会将网络包拆分成一个个很小的ATM（异步传输）信元，然后将这些信元转换成电信号发出。ATM技术的优势是将网络包拆分成更小的组成部分后能够减小延时更快的进行传输，同时还能更好的利用网络带宽提高整体的利用率。实际上，不将网络包拆分成信元也是可以正常传输的。但是由于行业发展历史缘由，相关厂商当初看好ATM技术并砸了很多资金购置相关设备，因此ADSL技术的传输过程中就多了转换信元这道工序，并一直延续至今。当然现在也有部分服务提供商省略了这个过程，采取直接将网络包调制成电信号并发出的方式。

        ADSL Modem中发出的模拟信号会顺着电话线进入分离器。在这里，我们需要讲解一下分离器的作用，前面我们简单提到过，分离器的作用是防止电话和计算机同时共用电话线时产生的噪声干扰。从上一章的内容我们已经了解到，数据在网络线路中传输的实际上就是电磁波（模拟信号），而电磁波也有频率的高低之分。我们可以将电话使用的语音信号可以看作一种低频电波，而计算机网络传输使用的ADSL信号可以看作一种高频电波，但是在两种信号同时流进电话线时会混杂成一种混合信号。

        分离器的作用是双向的。假设现在用户端正在同时使用电话机和计算机，当混合信号从外部传输线路流入用户端时，混合信号会经由分离器分别进入电话机和计算机内部。对于进入电话机的混合信号，分离器会进行一种波频过滤。简单来说，就是将混合信号中属于ADSL部分的高频信号过滤掉，仅保留低频的电话语音信号传进电话机，这样就能够确保电话能够正常通话而不会被高频“噪声”干扰了。对于经由ADSL Modem进入计算机的混合信号，分离器会原封不动的保留。因为ADSL Modem本身就具备了过滤掉低频信号的功能，于是ADSL信号也能被从混合信号中分离出来正常传输到计算机了。而对于电话机和计算机同时使用造成两种信号汇聚到一根电话线中传到外部传输线路的情况，分离器同样会进行另一种波频过滤。分离器会将电话机产生的语音信号进行阻隔和减弱，确保从电话机中流出