计算机网络原理-因特网接入技术

计算机网络原理——因特网接入技术第一页，共57页。第10章因特网接入技术10.1接入网概述10.2PSTN接入10.3ISDN接入10.4ADSL接入10.5DDN专线接入10.6光纤同轴混合网HFC10.7光纤接入网(OAN)10.8以太网接入2第二页，共57页。10.1接入网概述所谓接入网(AccessNetwork)是指交换局到用户终端之间的所有机线设备(接入网的物理位置)，又称为用户环路。其中主干系统为传统的电缆和光缆，一般长数公里；配线系统可以是电缆和光缆，其长度一般为几百米；而引入线通常长几米到几十米。接入网主要完成使用户主机或局域网接入到核心广域网的任务。3第三页，共57页。接入网的组成ITU-T规定，接入网是指由业务接点接口(SNI)和相关用户网络接口(UNI)之间的一系列传送实体(诸如线路设施和传输设施)所组成，为传送数据业务提供所需传送承受能力的实施系统。传送实体提供必要的传送承载能力，对用户信令是透明的,不作处理。接入网核心网接入网UNIUNISNISNI业务节点接口SNI用户网络接口UNI4第四页，共57页。广域网的接入方式点到点专线方式：拨号电话线路(PSTN、ADSL和ISDN)、DDN专线、E1线路等。主要协议有HDLC、PPP等。分组交换方式多个网络设备通过公用的分组交换网络，共享一个点到点的连接。主要的交换网络有X.25、帧中继(FrameRelay)、ATM等。5第五页，共57页。如何接入因特网有线接入城市地面固定电话铜线网公共交换电话网PSTN接入综合业务数字化网络ISDN接入不对称的数字用户环路ADSL数字数据网接入混合光纤/同轴电缆HFC宽带接入光纤宽带接入以太网接入无线接入移动通信和微波通信6第六页，共57页。10.2PSTN接入公共交换电话网PSTN（PublicSwitchedTelephoneNetwork）是以电路交换技术为基础的用于传输模拟话音的网络。PSTN采用分级交换方式。它主要由三个部分组成：

本地回路、干线和交换机。其中干线和交换机一般采用数字传输和交换技术，而本地回路（也称用户环路）基本上采用模拟线路。7第七页，共57页。拨号上网的原理由于PSTN的本地回路是模拟的，因此当两台计算机想通过PSTN传输数据时，中间必须经双方Modem实现计算机数字信号与模拟信号的相互转换。PSTNISPInternet接入服务器ModemModem用户环路使用Modem拨号上网实际上是以PSTN作为用户环路，与ISP的网络建立连接，进而实现对因特网的访问。8第八页，共57页。PSTN的特点PSTN是一种电路交换的网络。它可看作是物理层的一个延伸，其内部并没有上层协议进行差错控制。PSTN的信道利用率低。通信双方在建立连接后独占一条信道，当通信双方无信息时，该信道也不能被其他用户所利用。PSTN线路的传输质量较差，带宽有限。目前通过PSTN进行数据通信的最高速率不超过56Kbps。9第九页，共57页。10.3ISDN接入综合业务数字化网络ISDN(IntegratedServicesDigitalNetwork)是基于单一通信网络提供包括语音、文字、数据、图像等综合业务的数字网。ISDN的目的是应用单一网络向公众提供不同的业务。ISDN分为窄带的N-ISDN和宽带的B-ISDN。前者采用同步传输模式STM，后者采用异步传输模式ATM，支持更高的数据传输速率。10第十页，共57页。N-ISDN的用户访问速率接口基本速率接口(BRI，BasicRateInterface)由2个速率为64Kbps的B信道和1个速率为16Kbps的D信道组成（2B＋D）。可利用现有用户电话线支持，提供电话、传真等常规业务。基群速率接口(PrimaryRateInterface)北美和日本的标准：使用23B＋D的结构，和T1线路相对应，速率为1.544Mbps；欧洲标准：使用30B＋D的结构，和E1线路相对应，速率为2.048Mbps。其中B、D信道均为64Kbps。11第十一页，共57页。ISDN的信道和速率信道数

接口类型数据传输的信道数

(B信道)控制信令的信道数

(D信道)基本速率接口

BRI2×64kbps

=128kbps1(16kbps)集群速率接口PRI(T1，美国)23×64kbps

=1.544Mbps1(64kbps)集群速率接口PRI(E1，欧洲)30×64kbps

=2.048Mbps1(64kbps)ISDN使用D信道进行呼叫和控制，使用B信道进行数据传输。12第十二页，共57页。N-ISDN的特点

ISDN业务实现方便，用户使用非常灵活便捷。实现了端到端的数字传输：呼叫速度快多种安全措施综合的通信业务：通过标准化的数字接口实现了综合的业务服务。标准的入网接口：ISDN向用户提供一组标准的多用途网络接口。13第十三页，共57页。N-ISDN的网络结构在用户和综合业务数字网之间的传输通路相当于一个数字比特管道，管道中的比特流可以来自数字电话机、数字传真机或其它终端，并且比特流可以双向流动。目前已经定义了两个数字比特管道的标准，一个是家用的低频带标准，另一个是用于大企事业单位的高频带标准。还可以按需要配置多个数字比特管道。14第十四页，共57页。家用ISDN网络结构在用户家中或办公室中安装一个网络终端设备NT1，用户的电话、传真、计算机等等通过NT1与ISDN交换局相连，用户设备可多达8个。只需要一根总线接通（简称一线通）。（T）ISDN信令S-busISDN

交换机ISDN网络PSTNInternetNT1（U）用户环路15第十五页，共57页。Internet企业用的N-ISDN网络结构企业单位的用户设施较多，需要第二类网络终端设备，即专用的ISDN小交换分机（PBX），以提供较大的接入带宽。TATE2TE1LANISDN

PBX（T）ISDN

交换机ISDN网络NT1（U）（S）（R）用户环路16第十六页，共57页。ISDN硬件参考点U接口（UInterface）该接口定义了ISDN交换机到客户端设备NT-1之间的关系，以一对线传送。U接口的标准接头是RJ-45接头。S/T接口（S/TInterface）该接口定义了NT-1与其他客户终端设备之间的关系，以两对线传送。S/T接口的标准接头也是RJ-45接头，但实际使用四芯。R接口（RInterface）是非ISDN设备连接TA或Router的接口统称。所以RJ-11接头、RS-232、Ethernet、TokenRing等接口对于ISDN而言均称为R接口。17第十七页，共57页。ISDN功能组件功能

组件全称说明TE11类终端设备各种ISDNCPE的统称,提供使用四线电缆连接的S参考点。TE22类终端设备非ISDNCPE的统称。提供使用RS-232orV.35电缆连接的R参考点。TA终端适配器提供R参考点和S参考点，用于将TE2连接到TE1。18第十八页，共57页。ISDN网络设备功能

组件全称说明NT1网络终端器一型NT-1是物理层设备，它的主要功能是将网络所提供的适合长距离两线传输的U接口转换为适合短距离传输，但可连接多个ISDNCPE的四线S或T参考点。NT2网络终端器二型NT-1是智能网络终端，完成OSI模型的2、3层的功能，提供S和T参考点。19第十九页，共57页。ISDN的协议标准国际电信联盟ITU-T定义了ISDN的工业标准，分为以下三个系列：E系列——模拟电话与ISDN网络；I系列——ISDN主要概念及接口标准；Q系列——交换与信令。OSI层B信道HDLC、PPP、FR、LAPB网络层数据链路层物理层BRI(I430)、PRI(I431)Q930、Q931LAPD(Q920、Q921)D信道20第二十页，共57页。10.4ADSL接入xDSL技术：所谓xDSL技术就是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带业务。DSL是数字用户线(DigitalSubscriberLine)的缩写。而字母x表示DSL的前缀可以是多种不同字母，用不同的前缀表示在数字用户线上实现的不同宽带方案。21第二十一页，共57页。xDSL的几种类型

ADSL(AsymmetricDigitalSubscriberLine)：

非对称的数字用户线HDSL(HighspeedDSL)：高速数字用户线SDSL(Single-lineDSL)：1对线的数字用户线VDSL(VeryhighspeedDSL)：甚高速数字用户线DSL：ISDN用户线。RADSL(Rate-AdaptiveDSL)：速率自适应的DSL，是ADSL的一个子集，可自动调节线路速率）。22第二十二页，共57页。非对称的数字用户环路ADSL是在普通电话线上传输高速数字信号的技术。频谱频率(kHz)04252001100250语音业务上行信道下行信道电话线理论上有接近2MHz的带宽，传统的Modem只使用了0K-4KHz的低频段，而ADSL使用了26KHz以后的高频带，因而能提供很高的速度。23第二十三页，共57页。ADSL的信道

当电话线两端连接ADSL接入端接单元ATU时，在这段电话线上便产生了三个信息通道：一个速率为1.5Mbps-8Mbps的高速下行通道，用于用户下载信息；一个速率为64Kbps-1Mbps的中速双工通道，用与ADSL控制信号的传输和上行的信息；一个普通的老式电话服务通道。高速下行数据流中速双工数据流电话数据24第二十四页，共57页。ADSL接入模型ADSL的功能从理论上应该属于OSI七层模型的物理层。它主要实现信号的调制、提供接口类型等一系列底层的电气特性。信号分离器

PS信号分离器

PSATU-CInternet

ATM主干远端用户PSTN电话外线程控

交换机ATU-RADSL

Modem中央交换局ADSLModemDSLAM下行8Mbps上行640Kbps用户环路25第二十五页，共57页。ADSL的组成

信号分离器

PS信号分离器

PSATU-CInternet

ATM主干远端用户PSTN电话外线程控

交换机ATU-RADSL

Modem中央交换局ADSLModemDSLAM下行8Mbps上行640Kbps数字用户线接入复用器DSLAM(DSLAccessMultiplexer)接入端接单元ATU(AccessTerminationUnit)，即ADSLModemR代表远端RemoteC代表中心局端CentralOffice信号分离器PS(POTSSplitter)26第二十六页，共57页。ADSLModem的作用

从实际的组网形式上看，ADSLModem所起的作用类似于窄带的拨号Modem，担负着数据的传送功能。经ADSLMODEM编码后的信号通过电话线传到电话局后在通过一个信号识别/分离器，如果是语音信号就传到程控交换机上，如果是数字信号就接入Internet。27第二十七页，共57页。ADSL的调制技术当前的ADSL调制解调设备多采用以下3种调制技术之一：抑制载波幅度和相位(carrier-lessamplitudeandphase,CAP)CAP的基础是正交幅度调制(QAM)，数据被调制到单一载波之上；离散多音复用(discretemultitone,DMT)(ANSI标准)在DMT中，数据被调制到多个载波之上，每个载波上的数据使用QAM进行调制。DMT中使用快速傅里叶变换算法进行数字信号处理。离散小波多音复用(discretewaveletmultitone,DWMT)。在DWMT中，则用近年来新兴的小波变换算法代替快速傅里叶变换。28第二十八页，共57页。离散多音复用调制DMT

ANSI标准(T1.413)规定，QAM调制的速率是每波特15比特。DMT技术将可用带宽(0~1.104MHz)划分为256个正交子信道（每个子信道带宽为4kHz，即60kbps）。通常上行信道占25个子信道，由于噪声影响，比特率在64kbps~1Mbps之间。通常下行信道占200个子信道，由于噪声影响，比特率在500kbps~8Mbps之间。ADSL技术还支持前向纠错FEC(ForwardErrorCorrection)。29第二十九页，共57页。DMT的信号处理机制

DMT的输入信号经过比特分配和缓存，将输入数据划分为比特块，经TCM编码后再进行512点离散傅利叶反变换(IDFT)将信号变换到时域，这时比特块将转换成256个QAM子字符；随后对每个比特块加上循环前缀（用于消除码间干扰），经数/模变换(DA)和发送滤波器将信号送上信道。在接收端则按相反的次序进行接收解码。30第三十页，共57页。ADSL的技术特点

高速传输提供上、下行不对称的传输带宽，下行速度最高达到8Mpds,上行速度最高达到1Mpds。上网、打电话互不干扰ADSL数据信号和电话音频信号以频分复用原理调制于各自频段互不干扰。您上网的同时可以拨打或接听电话，避免了拨号上网时不能使用电话的烦恼。独享带宽、安全可靠

ADSL利用中国电信深入千家万户的电话网络，先天形成星型结构的网络拓扑构造，骨干网络采用中国电信遍布全城全国的光纤传输，各结点采用ATM宽带交换机处理交换信息，信息传递快速可靠安全。安装快捷方便在现有电话线上安装ADSL，只需在用户侧安装一台ADSLmodem。无须为宽带上网而重新布设或变动线路。31第三十一页，共57页。正交幅度调制技术QAM

QAM用两路独立的基带信号对两个相互正交的同频载波进行抑制载波双边带调幅，利用这种已调信号的频谱在同一带宽内的正交性，实现两路并行的数字信息的传输。该调制方式通常有4进制QAM（4QAM）、16进制QAM（l6QAM）、64进制QAM（64QAM）、…，对应的空间信号矢量端点分布图（星座图）分别有4、16、64、…个矢量端点。32第三十二页，共57页。10.5DDN专线接入数字数据网DDN（DigitalDataNetwork）是以数字交叉连接为核心技术，集合多种通信技术，利用数字信道传输数据的一种数据接入业务网络。DDN网是由数字传输电路和相应的数字交叉复用设备组成。其中，数字传输主要以光缆传输电路为主，数字交叉连接复用设备对数字电路进行半固定交叉连接和子速率的复用。DDN主要提供点到点及点到多点的数字专线或专网。33第三十三页，共57页。用户环路用户环路DDN网络的结构DDN网络主要完成OSI模型中物理层和部分数据链路层协议的功能，它由数字通道、DDN节点、网管中心和用户环路组成。DTUDTEDSUDDN网络NMCDDN节点DDN节点DDN节点DDN节点DSUV.35/V.24V.35/V.2434第三十四页，共57页。注意DDN的网管中心NMC可以方便地进行网络结构和业务的配置，实时地监视网络运行情况，进行网络节点告警、网络信息和线路利用情况的收集，作出统计报告等。数据终端设备DTE是接入DDN网的用户端设备，它可以是DDN网关路由器，也可以是一般的异步终端或图像设备，以及传真机、电传机、电话机等。DTE和DTE之间是全透明传输。数据业务单元DSU可以是基带调制解调器等基带传输设备，以及时分复用、语音/数字复用等设备。35第三十五页，共57页。DDN的信道和带宽DDN的传输介质主要有光纤、数字微波、卫星信道等。用户端设备（主要为网关路由器）一般通过基带Modem等DSU利用市话双绞线实现网络接入。DDN采用时分多路复用技术将支持数字信息高速传输的光纤通道划分为一系列的子信道（例如：2.048Mbps的光纤信道划分为32路64Kbps的子信道，可以分配给32个用户使用）。用户可以向电信部门定时租用子信道（独占）。DDN的基本速率为64Kbps，用户租用的信道速率应为64Kbps的整数倍。36第三十六页，共57页。DDN专线与电话专线的区别电话专线是固定的物理连接，并且是模拟信道，质量差、带宽窄、数据传输率低，可靠性差；而DDN专线是半固定连接，其数据传输率和路由可随时根据需要申请改变。另外，DDN专线是数字信道，其质量高、带宽高，数据传输率高并且采用热冗余技术，具有路由故障自动迂回功能。37第三十七页，共57页。DDN的主要特点传输速率高：DDN网络的数字交叉连接复用设备能提供N×64Kbps（≤2M）速率的数字传输信道。传输质量好、时延短：DDN大量采用光纤传输，提供的数字电路为全透明的半永久性连接。全透明网：采用交叉连接技术和时分复用技术，由智能化程度较高的用户端设备来完成协议的转换，本身不受任何规程的约束。灵活的连接方式：可以支持数据、语音、图像传输等多种业务，它不仅可以和多种不同的用户终端设备进行连接，为用户提供灵活的组网环境。具有很好的安全性和可靠性：采用热冗余技术，具有路由故障自动迂回功能网络运行管理简便：采用网管对网络业务进行调度监控，迅速生成业务。网络覆盖范围很大，可以很方便地为用户组建虚拟专用网VPN（VirtualPrivateNetwork）。38第三十八页，共57页。10.6HFC接入光纤同轴混合网HFC（HybridFiberCoax）是在传统有线电视网CATV（CableTelevision）的基础上发展起来的一种居民宽带接入网。其网络传输主干为光纤，到用户端为同轴电缆接入。HFC不仅可以实现原CATV的业务，还能实现普通电话、VOD、远程医疗和数字交互业务等窄带和宽带业务，将电话网、计算机网和有线电视网的各种业务合并在一起，实现“三网合一”。39第三十九页，共57页。HFC网的结构

引入线服务区服务区服务区CTMS

头端放大器光纤节点模拟光纤同轴电缆分路器40第四十页，共57页。三网合一的HFC网络系统的结构

在HFC网络中有线电视台的头端设备CMTS通过路由器与数据网相连，并通过局用数据端机与公用电话网PSTN相连。用户环路……CMCMTS光纤节点50~1000MHz5~42MHzNIUNIUNIU模拟光纤PSTNTV网InternetSTB41第四十一页，共57页。HFC的主干线路

HFC网将原CATV网中的同轴电缆主干部分改换为光纤，并使用模拟光纤技术。在模拟光纤中采用光的振幅调制AM，这比使用数字光纤更为经济。模拟光纤从CMTS头端连接到光纤节点(fibernode)，即光分配节点ODN(OpticalDistributionNode)。在光纤结点，光信号被转换为电信号。光纤节点以下就是树形拓扑结构的同轴电缆。42第四十二页，共57页。HFC的频谱下行信道上行信道540505507501000原有模拟电视数字信号频率(MHz)保留43第四十三页，共57页。用户接口盒

用户接口盒UIB(UserInterfaceBox)即网络接口单元NIU，它要提供三种连接，即：使用同轴电缆连接到机顶盒(set-topbox)，然后再连接到用户的电视机。使用双绞线连接到用户的电话机。使用缆线调制解调器连接到用户的计算机。44第四十四页，共57页。缆线调制解调器(cablemodem)

缆线调制解调器CM（CableModem）是连接用户的电脑至CableNetwork的必需设备。缆线调制解调器最大的特点就是传输速率高。其下行速率一般在310Mb/s之间，最高可达30Mb/s，而上行速率一般为0.22Mb/s，最高可达10Mb/s。缆线调制解调器比在普通电话线上使用的调制解调器要复杂得多，并且不是成对使用，而是只安装在用户端。45第四十五页，共57页。CM与普通调制解调器的区别CM的通信过程类似于普通Modem，是数字信号在模拟信道上交互传输的过程。但CM与普通Modem之间有差异：普通Modem的传输介质由用户独享，而CM的传输介质是HFC网，将数据信号调制到某个传输频带与有线电视信号共享介质；CM的结构比普通Modem复杂，它由调制解调器、调谐器、加/解密模块、桥接器、网络接口卡、以太网集线器等组成，它无须拨号上网，不占用电话线，可提供随时在线连接的全天候服务。46第四十六页，共57页。缆线调制解调器的工作原理CM从下行的模拟信号中分离出一条6MHZ的频带，将信号转化为符合以太网协议的格式，从而与电脑实现通信。射频信号在用户设备和前端设备CMTS之间上行或下行，上行信号和下行信号共享6MHZ的频带，但是调制在不同的载波频率上，以免互相干扰。一般下行速率为10Mbps，上行速率为786kbps。CM工作在OSI模型的物理层和数据链路层。47第四十七页，共57页。CMTS与CM的通信过程CMTS把从外界网络接收的数据帧封装在MPEG—TS帧中，通过下行数据调制（频带调制）后与有线电视模拟信号混合输出RF信号到HFC网络；CMTS同时接收上行接收机输出的信号，并将数据信号转换成以太网帧给数据转换模块。用户端的CM的基本功能就是将用户计算机输出的上行数字信号调制成5~42MHz的射频信号进入HFC网的上行通道，同时，CM还将下行的RF信号解调为数字信号送给用户计算机。48第四十八页，共57页。HFC的主要特点HFC能充分利用现有资源，为用户提供高速率接入因特网。HFC建设成本低、接入带宽高，采用组合总线型的分层树型拓扑结构，最低接入带宽一般为10Mbps，可实现各种数据业务及多媒体应用。HFC不占用电话线路及无须拨号专线连接，费用较低。HFC很适合现阶段大量使用，又能充分适应信息网络的发展，将来很容易向全光纤网（光纤到户）过渡。如：现有有线电视网络的一个光节点（相当于ONU）所带的用户数可由现在的数百户逐渐减少，直至最终仅带一个用户，即过渡为最终的FTTH/O方式。49第四十九页，共57页。10.7光纤接入网(OAN)光纤接入网(OAN)是指接入网中传输介质为光纤的接入网。光纤接入网从技术上可分为两大类：有源光网络(AON，ActiveOpticalNetwork)和无源光网络(PON，PassiveOpticalNetwork)。前者又可分为基于SDH的AON和基于PDH的AON；后者可分为窄带PON和宽带PON。光纤接入网包括远端设备——光网络单元(OpticalNetworkUnit,ONU)和局端设备——光线路终端(OpticalLineTerminal,OLT)，它们通过传输设备相连。光线路终端与业务节点相连，光网络单元与用户连接。50第五十页，共57页。光纤接入的形式光纤到路边FTTC(FiberToTheCurb)：从路边到各用户使用星形结构，以双绞线作为传输介质。光纤到大楼FTTB(FiberToTheBuilding)：光纤进入大楼后就转换