在没有光纤的年代，网络运营商怎么突破限制将网络接入用户的？

在网络通信领域，网线长度一般不能超过 100 米，这一限制是由电信号在双绞线（也称以太网线，通常是 CAT5、CAT6 等）中传输时的物理特性决定的。随着信号距离增加，信号强度衰减、噪声增加、传输质量降低。因此，在没有光纤的年代，网络运营商想要将网络接入到用户端，必须想办法突破这一物理瓶颈。

电信号传输时随着信号距离增加，强度衰减的示意图

有一种形象的比喻可以帮助理解：想象你在一个很长的走廊里大喊一声，由于空气的吸收和其他噪声的干扰，声音会变得越来越弱，最终无法被远处的人听清。电信号在网线中的传输就有点像这个过程。随着信号的传输，线路中的噪声和衰减会使信号逐渐变弱，达到一定距离后便会无法使用。

为了应对这一问题，网络运营商们在物理层和数据链路层采取了一系列技术措施来延长信号的可达距离。

1. 集线器与信号再生器

在早期网络建设中，集线器（Hub）和信号再生器是突破百米限制最常见的手段。集线器是最基础的一种网络设备，它的作用相当于一个广播中继器，将接收到的信号重新发送给网络中的其他设备。而信号再生器则在本质上是用于对衰减的电信号进行放大和再生，从而使信号可以传输更远的距离。

信号再生器的工作原理是接收到来自一个端口的信号后，重新对信号进行放大，然后将放大后的信号通过另一个端口传输出去。例如，若网络线缆的最大有效传输距离是 100 米，通过在 100 米处插入信号再生器，便可以将信号再延长 100 米。

为了更好地理解，可以想象一个火炬传递的场景。每隔一段距离就有一个人来接力，将火炬的火光传递到下一个接力点。这就像信号再生器重新放大和传递信号一样，确保火光（即信号）不会熄灭。

早期，使用集线器和再生器是常见的做法，特别是在城域网（Metropolitan Area Network, MAN）和企业局域网中。然而，这些设备在传输信号的过程中，会引入延迟，并且由于它们工作在 OSI 模型的物理层，无法处理网络流量的碰撞，特别是在集线器上，这会导致网络效率低下。

2. 中继器与桥接器

随着网络的逐步发展，运营商引入了中继器和桥接器（Bridge）来提升网络的覆盖范围和稳定性。中继器与信号再生器相似，其主要作用是对信号进行再生和放大，但它的结构更为复杂，往往具备更强的抗噪声能力。在早期电话线接入的网络中，中继器常被用于将信号传输距离延长至数十公里。

桥接器则是另一种在数据链路层起作用的设备，它不仅可以延长物理链路，还能够将不同网络段连接起来，并对数据进行过滤，以减少网络碰撞和提高传输效率。可以将桥接器想象为一个有智能判断能力的“守门员”，它会分析数据包的目的地址，只有需要跨段传输的数据才会被放行，从而减轻网络负载。

现实中的应用案例包括 1980 年代的大型企业网络连接。例如，某个企业的办公楼 A 和办公楼 B 相距约 200 米，如果单靠一根网线，是无法进行连接的。在这种情况下，运营商可以在两栋楼之间设置一个桥接器，通过两段 100 米的网线加上桥接器的处理，实现稳定的网络连接。

3. 同轴电缆与双绞线扩展技术

在以太网早期，同轴电缆（Coaxial Cable）曾广泛用于网络连接，典型的例子是 10BASE2 和 10BASE5 技术。同轴电缆由于其更好的屏蔽效果，在信号衰减方面表现较佳，因此其最大传输距离比双绞线更长，最高可达数百米。这种技术也被运营商用于早期宽带接入服务，以延长用户端的网络接入距离。

下图是已经被打入冷宫的同轴电缆：

以实际应用为例，1980 年代至 1990 年代的宽带接入，许多城市中的网络运营商会利用同轴电缆将网络信号传输到多个用户家中。例如，在一个居民区中，网络运营商可能会铺设同轴电缆主干，并通过支线为各家各户提供网络服务。同轴电缆的抗干扰能力使得这一方案能够有效突破 100 米的限制，覆盖更大范围。

4. 双绞线的链路聚合与链路延长技术

为了更进一步克服网线长度的限制，运营商和设备制造商开发了链路聚合（Link Aggregation）与链路延长（Link Extension）技术。链路聚合是将多条网络线路进行并行捆绑，从而使数据通过多条线路并行传输，提高整体带宽并延长传输距离。

链路聚合可以想象为多条河流汇聚在一起，形成一个更大的水流，这样可以承载更多的水量（带宽）。在网络连接中，链路聚合不仅提高了总的传输能力，还有效延长了传输距离，因为每条线缆的负载减轻了。

链路延长技术则通过在双绞线中加入特殊的线路延长设备，如 DSL 调制解调器。DSL（Digital Subscriber Line）技术可以将普通的电话铜线变为高速数据传输线路。通过在两端部署 DSL 调制解调器，可以让铜线的传输距离延长至数公里。这种方式被广泛用于 20 世纪 90 年代至 21 世纪初期的家庭宽带接入服务中。

本世纪初我刚上大学时，曾经广泛使用的 DSL 技术

例如，英国电信（BT）在 1990 年代末至 2000 年代初为广大乡村用户提供宽带服务时，采用的正是 DSL 技术。由于这些用户距离网络运营商的主干设备较远，DSL 的链路延长方式使得传统铜线可以实现远距离的数据传输，解决了乡村地区的网络覆盖问题。

5. 微波和无线电技术的辅助

在需要突破有线限制而又不方便布线的情况下，网络运营商还会利用微波和无线电技术来进行信号传输。微波通信是一种点对点的通信方式，通过微波天线将信号在两个位置之间进行传输，常用于远距离和跨障碍物的连接。

举例来说，某些偏远地区和山区中，布设有线网络极其困难，网络运营商便会选择通过微波通信，将信号从较近的主干网络传输到偏远用户端。例如在中国的一些山区，由于地形复杂，光纤和双绞线的铺设成本极高，因此运营商通过在山顶安装微波天线，来将信号跨越山谷传输给对面山坡上的村庄用户。

无线电技术也可以用于短距离的接入，如 Wi-Fi 热点技术。通过将用户集中的区域设置为一个 Wi-Fi 热点，运营商可以避免布线的麻烦，将网络接入用户。例如，在某个大学校园中，如果校园内的建筑物之间距离较大且不方便铺设网线，运营商可以通过设置多个 Wi-Fi 热点，利用无线方式连接起所有建筑物，从而为学生和教职工提供全面的网络服务。

6. 有线电视同轴电缆网络（HFC）

在某些国家和地区，有线电视网络也被用作互联网接入的基础设施。这种方法称为 HFC（Hybrid Fiber-Coaxial）架构，即光纤与同轴电缆的混合架构。光纤将信号从运营商的数据中心传输到本地节点，然后通过同轴电缆传输到用户端。

HFC 网络有效结合了光纤的大带宽和同轴电缆的长距离覆盖优势。在 1990 年代和 2000 年代初，许多家庭互联网接入都通过这种方式实现。以美国为例，康卡斯特（Comcast）等有线电视运营商利用现有的同轴电缆网络提供高速互联网接入服务，使得用户能够在没有光纤到户的情况下，享受到宽带服务。

7. ADSL 与光纤中继的结合

最后，在光纤尚未普及的年代，运营商们也将 ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line）与光纤中继相结合来突破距离限制。ADSL 技术允许用户在普通电话线上进行高速数据传输，并且对用户端的距离要求相对宽松，但其限制在于需要与中央局（Central Office）距离较近。

为了延长 ADSL 的有效覆盖范围，运营商通过将光纤铺设到各个本地节点（称为 FTTN，即 Fiber to the Node），再由节点通过铜线连接到每个用户。通过这种方式，光纤的长距离优势与 ADSL 的最后一公里覆盖结合起来，大大提升了接入效率。

在澳大利亚，国家宽带网络（NBN）项目早期阶段便采用了这种方案。在没有能力将光纤铺设到每户用户时，运营商将光纤铺设到街区节点，然后利用现有的铜线网络为用户提供宽带服务。这样有效突破了网线长度的限制，使得远离城市中心的用户也能享受到较高的网速。