《浅析互联网接入方式》

浅析互联网接入方式【摘要】互联网接入技术指采用何种方式使普通用户接入到城域网、骨干网乃至互联网中。主要考虑的因素有采用何种介质、信号如何表达、编码和传输、传输速率和提供哪些服务等。总的看，目前在我国来讲主要有铜缆接入、光纤接入、混合光纤同轴电缆（HFC）接入技术以及正蓬勃发展的3G和4G无线接入方式等。鉴于我国普通用户常见接入方式，这里主要介绍前两种接入方式。【关键词】铜缆接入、ADSL、光纤接入、PON一、铜缆接入（DSL技术——数字用户线技术）早期的铜线接入技术，即借助电话线路，通过调制解调器拨号实现用户接入的方式（接入到PSTN网），速率达56kbit／s（通信一方应为数字线路接入），但这种速率还远远不能满足用户对宽带业务的需求。虽然铜线的传输带宽有限，但由于电话网非常普及，电话线占居着全世界用户线的90％以上，如何充分利用这部分宝贵资源，采用各种先进的调制技术和编码技术，提高铜线的传输速率，是接入网宽带化的重要任务，目前，以电话线为传输介质的宽带接入技术主要有以下几种。1、高速数字用户环路（HDSL）技术HDSL是数字用户线技术中的一种，它采用高速自适应数字滤波技术和先进的信号处理器，进行线路均衡，消除线路串音，实现回波抑制，不需要再生中继器。上、下行速率一致，速率在1.544至2.048Mbps之间，传输距离为4到7KM。2、非对称数字用户环路（ADSL）技术ADSL是一种非对称的数字用户环路，即用户线的上行速率和下行速率不同，上行速率较低，下行速率则比较高，特别适合传输多媒体信息业务。ADSL不仅具有HDSL的优点，而且在信号调制数字相位均衡、回波抑制等方面采用了更先进的器件和动态控制技术，它采用正交调幅（QAM）、无载波幅度相位调制（CAP）、离散多音频调制（DMT）等调制技术，通过对不同的业务和上下行信号采用频分复用方式，实现了在一对普通电话线上同时传送一路高速下行单向数据、一路双向较低速率的数据以及一路模拟电话信号。在普通电话双绞线上，ADSL的典型的上行速率为16～640kbit/s，下行速率为1.544～8.192Mbit／s，传输距离为3～6km。目前我国普通用户如果选择电话线接入到互联网中（当前的骨干网都是采用光纤搭建起来的，比如ATM网等），往往采用ADSL技术。其结构如下图1所示。而最新的ADSL2+技术成熟，成本低，互通性好，下行速率能够达16Mbit/s，上行速率能够进一步提高到2Mbit/s左右，是提供中低速率接入的主要手段。图13、超高速数字用户环路（VDSL）技术VDSL和ADSL技术相似，也是一种非对称的数字用户环路技术，采用频分复用方式，VDSL比ADSL的传输速率更高。VDSL在一对普通电话双绞线上提供的典型速率为上行1.6～2.3Mbit／s，下行12.96～55.2Mbit／S（目前最高达到155Mbit／s），但传输距离比ADSL也低得多，典型的传输距离为0.3～1.5km。由于VDSL的传输距离比较短，因此特别适合于光纤接入网中与用户相连接的最后“一公里”，其系统配置与ADSL类似。其结构如下图2所示。图24、对称数字用户线(SDSL)使用一对铜双绞线对在上、下行方向上实现E1/T1传输速率的技术，是HDSL的一个分支。它采用2B1Q线路编码，上行与下行速率相同，传输速率由几百Kbps到2Mbps，传输距离可达3公里左右。补充一点的是，像早期的PSTN网接入方式、ISDN网接入方式（俗名“一线通”）和DDN网接入，随着时代的发展和技术的进步已基本淘汰了。随着光纤技术的发展、用户对带宽的不断需求，光纤接入也在逐渐挤占基于电话线的DSL接入技术的市场空间。二、光纤接入技术1、按照接入技术分类的宽带用户数（截至2009年底）见下图3所示。图3说明：FTTX为光纤接入，CABLE为同轴电缆接入，DSL为铜缆（电话线）接入。由此图可见,中国、日本、韩国的FTTX接入比例高，北美的CABLE接入比例高，欧洲的DSL比例高。光纤接入可以为用户提供更高的带宽，随着这几年的发展，我国的FTTX接入方式比例越来越高，甚至成为目前主流的接入互联网技术。2、AON、PON光纤接入技术AON（ActiveOpticalNetwork）称之为有源光网络，指局端到用户端存在电子电源。PON（PassiveOpticaOpticalNetwork）称之为无源光网络，其是指在OLT和ONU之间是光分配网络(ODN)，没有任何有源电子设备。PON技术是目前最为主流的光纤接入技术，其为点到多点接入方式。再次强调，至于局端或是城域网或是骨干网究竟如何不属于这里所探讨的话题。有源光网络又分为基于PDH（上个世纪80年代的光传输技术，现已基本被淘汰）的AON和基于SDH（上个世纪90年代的光传输技术，现在仍然使用，但也正面临被MSTP、ASON和PTN等淘汰）的AON。无源光网络PON已成为我国新增宽带接入市场的主力。它的优点有：无源光网体积小，设备简单，安装维护费用低，投资相对也较小；无源光设备组网灵活，拓扑结构可支持树型、星型、总线型、混合型、冗余型等网络拓扑结构；安装方便，不需要额外的电源；无源光网络适用于点对多点通信；无源光网络是纯介质网络，彻底避免了电磁干扰和雷电影响，极适合在自然条件恶劣的地区使用；从技术发展角度看，无源光网络扩容比较简单，不涉及设备改造，只需设备软件升级，硬件设备一次购买，长期使用，为光纤入户奠定了基础，使用户投资得到保证。无源光网络包括基于ATM网的APON、基于以太网的EPON（IEEE802.3ah标准）和在APON基础之上发展起来的GPON(G.984标准)。EPON将以太网技术与PON技术完美结合，非常适合IP业务，简单成本低，相关产品成熟较早，被日韩广泛使用，核心芯片产量大。GPON采用GEM封装，速率高，管理性好，支持多业务，得到欧美运营商的支持，但目前成本高于EPON。今天，EPON还是我国光接入的主流，但GPON由于其技术和产业链的日趋成熟，以及主流设备商的强力推进，已显现出良好的上升势头。中国电信和中国联通目前以EPON为主，宽带市场的新军中国移动则更倾向于GPON。3、基于PON技术光纤接入的一些基本概念（1）OLT：光线路终端，指光接入网的局端设备。由光分路器件将OLT的光信号分到树形网络的各个ONU（见下一个概念）。（2）ODN：光分配网，主要由光缆、分光器、光连接器等无源光器件组成的网络。（3）ONU：光网络单元，指光接入网的远端（用户端）设备。一个OLT可接多个PON口，所能接的PON口数量与不同厂家的不同型号设备等有关，目前来说OLT端的设备可插入5到16个PON线卡，每个线卡可支持4到8个PON口，所以计算下来，一个OLT最多可支持128个PON口。一个PON口和分光器之间通过一根光纤相连，分光器的分光比率一般有1:16、1:32和1:64，即一个PON口通过分光器最多可接64个ONU。目前一个ONU可接1个或8个或16个或24个用户。计算一下，一个OLT（局端）最多可接128×64×24=196608个用户。当然这个值是个理论值，因为受到总带宽的限制且考虑到每个用户对带宽的实际需求，实际应用中一个OLT局端接不了这么多用户。当然，光通信技术在不断发展，对于未来，我们充满遐想。关于OLT、ONU和ODN三者之间的关系，见下图4所示。图4关于ODN中的二次分光见下图5所示。图54、根据光网络单元（ONU）的位置，光纤接入方式的分类FTTB（光纤到大楼）FTTC（光纤到路边）FTTZ（光纤到小区）FTTH（光纤到用户）FTTO（光纤到办公室）FTTF（光纤到楼层）FTTP（光纤到电杆）FTTN（光纤到邻里）FTTD（光纤到门）其中FTTB、FTTZ、FTTH和FTTO是最主要的几种光纤接入方式。突出强调一点的是FTTH是光纤接入方式的“最理想化”的目标，但这种方式的接入每个用户都要拉一根专门的光纤，其成本较大。但可观的是，目前新建小区基本都能实现这一点了，从中由小见大，可见宽带速率通过光纤来提升已经是老百姓的迫切需求，也是国家战略的需要，当然也是市场竞争与成本下降的结果。而对于光纤通信的普及，制造商和运营商们通常会这么说“降本增效，节能减排，建设绿色网络成为通信产业的新使命”。5、从ONU到计算机(或其它通信设备)的接入其接入的各种方式如下图6所示。图6三、无线接入技术由于智能手机等移动设备的广泛应用，可以看到无线接入技术在飞速发展，但由于受到无线通信技术自身所带来的瓶颈，我们可以看到一个城市的城域网，一个地区的骨干网仍然将采用带宽高、稳定性好、安全性高等的光纤通信技术。但可以预料到无线接入技术将成为接入技术中的一个非常重要的成员。四、一种典型的接入互联网方式的实验——“利用光纤将办公网络接入互联网”实验要求：本实验通过光纤将办公室网络接入到互联网，办公室出口路由器直接与局端的的路由器相连，活动采用办公室网络出口路由器的IP地址从局端路由器自动获得的方式，另外办公室网络采用NAT技术进行内外网地址之间的转换，办公室网络的所有计算机终端IP地址从出口路由器自动获得。关于本实验的补充内容：因在CPT模拟器中没有OLT、ONU和光分配器等光通信的相关设备，所以本活动并不考虑出口路由器和局端路由器之间是如何分光和光的聚合等。本实验所搭建的网络拓扑如下图7所示（在CPT模拟器中搭建）。图7实验描述：1、三台办公室计算机通过接入层交换机接入，它们的IP地址（内网地址）从路由器R1自动获得。2、路由器R1上需配置DHCP服务器，地址池为：192.168.1.11到192.168.1.254,其为办公网络提供IP地址等。R1的FA0/0接口IP地址为192.168.1.1,R1的FA1/0的IP地址（外网地址）从局端网络的R2中获取，其获取到的地址范围为：200.200.200.201到200.200.200.254。3、在R1上需配置NAT地址转换。即把上述的内网地址转换成外网地址。4、R2上需配置DHCP服务器，其为R1的FA1/0端口提供IP地址。R2的FA1/0端口IP地址为200.200.200.1。注意：该活动R1路由器的FA1/0接口IP地址并不是配置某一个静态IP地址，而是动态获取的，这样做的目的是告诉读者实际网络搭建中，出口IP地址可以不是固定的。步骤一：在CPT中搭建如图7的网络拓扑图。交换机选择一个2950即可，路由器则选择2811,需要在2811上增加一个光纤接口模块，R1和R2之间通过光纤相连。步骤二：各个网络设备的配置和检查过程1、路由器R1的初步配置（1）为FA0/0端口配置IP地址，该地址为办公网络中各计算机网关。Router(config)#interfacefastEthernet0/0Router(config-if)#ipaddress192.168.1.1255.255.255.0Router(config-if)#noshutdown（2）配置DHCP服务器Router(config)#ipdhcppooloffice创建名为office的地址池Router(dhcp-config)#default-router192.168.1.1设置网关Router(dhcp-config)#dns-server221.6.4.66设置DNS服务器Router(dhcp-config)#network192.168.1.0255.255.255.0为地址池添加IP地址Router(config)#ipdhcpexcluded-address192.168.1.1192.168.1.10将地址池中的一些IP地址排除（3）设定出口FA1/0的IP地址获得方式为自动获得Router(config)#interfacefastEthernet1/0Router(config-if)#ipaddressdhcp该接口设置为DHCP客户端2、R2路由器的配置（1）为FA1/0配置IP地址Router(config)#interfacef