how networks work forth note

思维导图

整体内容

通过接入网进入互联网内部

探索接入网进入互联网内部

问答

第一个采用包机制的网络就是互联网的前身ARPANET
ADSL的线路费用包含在电话中，光纤的线路费用包含在上网费中，因为光纤的上网费高，电话费便宜

电缆不如光纤通信速率高，是因为电信号在提升通信速率的同时，其衰减率也会提高(信号在传播过程中减弱)
导致信号无法传到目的地。相对地，光信号本来的衰减率就很低，提高通信速率也并不会提高衰减率。此外，光纤还不受
电磁噪声的影响，因此光纤能够进行高速通信

看点

• ADSL接入网和光纤接入网((FTTH)Fiber to the home

• 接入网中使用的PPP(Point-to-Point Protocol,点到点协议)和隧道

接入网需要通过用户名和密码验证用户的身份，然后由网络运营商向用户分配公有地址。
从接入网向网络运营商传输网络包时还使用了隧道技术

• 网络运营商的内部

以路由器为核心组成，不同点是运营商之间可以自动交换路由信息和更新路由表

• 跨越运营商的网络包

ADSL(Asymmmetric Digital Subscriber Line)接入网的结构和工作方式

ADSL是不对称数字用户线上行方向和下行方向的通信速率是不对称的

• 互联网的基本结构和家庭、公司网络是相同的

不同点：
转发设备间的距离
路由器的维护方式

• 连接用户与互联网的接入网

互联网接入路由器是按照接入网规则来发送包的

• ADSL Modem将包拆分成信元

释：Modem   调制解调器     
                   集线器和交换机 
客户端生成网络包--------------------->互联网接入路由器( 取出IP包并判断转发目标)---------->ADSL Modem

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中头部，然后发送给ADSL Modem(PPPoE方式下)
详见195页
ADSL Modem会把包拆分成很多小格子(即信元)
信元：开头是5个字节的头部，后面是48个字节的数据，用于一种叫作ATM(Asynchronous Transfer Mode)的通信技术
 
ADSL Modem将包拆分成信元，并转换成电信号发送给分离器

• ADSL将信元"调制"成信号

信元转化成信号，ADSL采用的方法要复杂些。
reason:
方波信号的波形容易失真，随着距离的延长错误率也会提高
方波信号覆盖了从低频到高频的宽广频段，信号频率越高，辐射出来的电磁噪声就越强，因此信号频谱太宽就难以控制噪声

ASDL Modem采用了一种用圆滑波形(正弦波)对信号进行合成表示0和1的技术，称为调制。
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)方式。

• ADSL通过使用多个波来提高速率

• 分离器的作用

过滤掉高频信号，防止ADSL对电话的产生干扰
防止听筒挂断和连接对线路的影响

• 从用户到电话局

分离器------->配线盘-------->保安器(防止雷电，内有保险丝)-------->电话电缆---->电缆隧道（电话局周围）

• 噪声的干扰

电话电缆中的信号也会受到噪声的干扰(外部的噪声和来自内部的噪声(串扰))

• 通过DSLAM到达BAS

信号通过电话线到达电话局之后，会经过配线盘、分离器到达DSLAM
DSLAM(DSL Access Multiplexer,数字用户线接入复用设备)相当于很多个ADSL Modem的功能集中在一个外壳里的设备
diff:ADSL Modem具备以太网接口    DSLAM用ATM接口

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

信元从DSLAM出来之后，会到达一个叫作BAS的包转发设备。
BAS可以接收ATM信元，还可以将接收到的ATM信元还原成原始的包
MAC头部和PPPoE头部的作用是将包送到BAS的接口
BAS会在包的前面加上隧道专用头部，并发送到隧道的出口。
到达隧道专用出口的路由器，隧道头部会被去掉，IP包会被取出，并转发到互联网内部

BAS负责将ATM信元还原成网络包并转发到互联网内部。

光纤接入网(FTTH)

• 光纤的基本知识

光纤结构：保护套 包层 纤芯
纤芯中传导光信号来传输数字信息，亮表示1，暗表示0

• 单模与多模

根据确定的角度，分为单模与多模 多模易失真
FTTH属于后者，因此主要使用单模光纤
FTTH可以分为直连和分路两种方式

ONU：Optical Network Unit，光网络单元。 
OLT: Optical Line Termianl,光线路终端。
分路(分光器 ONU OLT)：由互联网接入路由器在IP头部前面加上MAC头部、PPPoE头部和PPP头部，
然后由光纤收发器或者ONU转换成光信号，并通过光纤到达BAS前面的多路光纤收发器和OLT,最后被还原成电信号并到达BAS

接入网中使用的PPP和隧道

• 用户认证和配置下发

BAS:可以理解为一种进化的路由器
BAS使用PPPoE进行登录操作(即用户名和密码)
PPPoE是由PPP协议(拨号上网)发展来的

PPP拨号上网:
用户向运营商的接入点拨打电话，电话接通后，输入用户名和密码进行登录操作。
用户名和密码通过RADIUS协议从RAS发送到认证服务器，服务器校验这些信息是否正确。
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

• 在以太网上传输PPP消息

PPPoE是将PPP消息装入以太网包进行传输的方式
ADSL和FTTH可以像拨号上网一样传输PPP消息了

• 通过隧道将网络包发送给运营商

隧道的两种实现方式:
TCP连接      基于封装(encapsulation)的隧道实现方式

• 接入网的整体工作过程

接入路由器需要配置运营商分配的用户名和密码。
接入路由器会根据PPPoE的发现机制来寻找BAS.
进入用户认证和下发配置的阶段
接入网路由器发送网络包
BAS在收到用户路由器发送的网络包之后，会去掉MAC头部和PPPoE头部，
然后用隧道机制将包发送给网络运营商的路由器

tip: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

• 除PPPoE之外的其他方式

PPPoA方式的ADSL接入网(不能用于FTTH,FTTH不使用ATM信元)

DHCP用于通过公司网络向客户端计算机下发TCP/IP配置信息。
不使用PPP,而是将以太网包直接转换成ADSL信号发送给DSLAM.

网络运营商的内部

• POP和NOC

POP(Point of Presense) "接入点"
网络包通过接入网之后，到达运营商POP的路由器
NOC就是规模扩大后的POP

• 室外通信线路的连接(光纤)

跨越运营商的网络包

• 运营商之间的连接

路由信息交换的过程是由路由器自动完成的，使用的机制为BGP
分为两类:转接   对等

• 与公司网络中自动更新路由表机制的区别

运营商的路由交换是在特定路由器间一对一进行的
设置优先级

• IX的必要性

减少线路数量