《网络是怎样连接的》计网第四章:局部网络接入互联网
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四.局部网络接入互联网
1.接入网
连接互联网,家庭,公司网络的通信线路。
ADSL(不对称数字用户线):利用架设在电线杆上的金属电话线来进行高速通信的技术
FTTH(光纤到户):光纤接入家庭
接入网选项:
- 专线接入:无需用户认证,路由器为一般的路由器
- 拨号接入:需要响应用户的拨号,使用RAS路由器,还具有身份认证和配置下发功能
- PPPoE接入:使用一般的路由器,但是需要设置专门的BAS来完成身份认证和配置下发
- PPPoA接入:DSLAM通过ATM交换机(转发信元到BAS),连接到一般路由器
2.互联网接入路由器
在网络包前面加上MAC头部、PPPoE头部、PPP头部,之后发给ADSL Modern(调制解调器)
3.ADSL Modern(调制解调器)
- 将路由器发送的包拆分成ATM信元(异步传输,以“信元”为单位),并转换为正弦电信号,同时将多个频率的波合成,在后期再用滤波器分离(以太网中的方波容易失真,且方波覆盖了低频到高频的宽广频段,频率高则辐射电磁噪声强,通过振幅调制ASK和相位调制PSK结合的正交振幅调制QAM)
- ASK:振幅大的为1,振幅小的为0
- PSK:从0°开始的为0,从180°开始的为1
- 下行方向(互联网到用户)的频段比较高,信号容易衰减,所以只能表示比较少的比特数
- 握手:Modern通电后会发送测试信号,根据信号的接受情况来判断使用的频段数量和每个频段的比特数
ps.拆分成为信元其实不是必须的,只是由于时代原因形成的一种规范
4.分离器
产生的信元信号会被混入电话线的信号一起发送到IDF(中间配线盘)和MDF(主配线盘)最终进入高处架设的电话线和地下的电缆隧道,在接收时,高频的ADSL会被拆分出来
没有分离器,则电话接起和挂断则电话线会被连接和断开,会导致需要不断的握手
5.电缆隧道
- 信号到达电话局,经过配线盘和分解器会进入DSLAM(数字用户接入复用设备,ADSL Modern组合体)
- 电信号被还原成数字信号(信元)
- ADSL Modern与接入网络路由器采用以太网接口,而DSLAM与后续的设备连接采用的是ATM接口
- 传递给BAS完成信元到原始信号的转换,PPPoE、MAC头部都被取出(它们用于将包传输到BAS),BAS在包前面加上隧道专用头部(L2TP),并传输到隧道出口专用路由器
- 隧道头部被去掉,包被取出转发到互联网内部
6.光纤接入网
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光纤:双层结构纤维透明材质(玻璃和塑料)
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数字信息->电信号->光信号,1表示高电压发光亮,0表示低电压发光暗
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入射角较小的光被包层全反射,入射角过大会发生折射,在纤芯中前进;光在光纤中传输可能会发生相遇,相位不同的光会被削弱,只有相位一致的光才能在光纤中传导。-----特定角度的光才能传输
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单模和多模:纤芯很细,在相位一致的光中,只有入射角最小的才能传递;可以有多个入射角度的光传递
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多模中不同光纤角度不同,导致到达的时间存在差异,则接收到信号的宽度被拉伸,会产生失真,光纤越长,失真越大,单模不会严重失真
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光纤直接连接:用户的光纤收发器将以太网电信号转变成光信号,直接送达BAS前面的多路光纤收发器,之后光纤收发器将光变成电信号,通过BAS(包转发设备)转发到互联网内部
分光器:用户使用ONU(光网络单元,可将电信号转换为光信号)送往BAS之前的OLT设备(光线路终端),OLT会给ONU下达发送数据的指令来避免光信息发送产生的碰撞。
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波分复用:用户送往服务器和服务器响应回用户的光会在光纤中相遇,为了区分彼此,在一条光纤中会采用不同波长的光
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整体工作
- 接入路由器配置运营商分配的用户名和密码
- 接入路由器根据PPPoE的发现机制来寻找BAS,类似于广播ARP来寻找MAC地址
- 用户认证,用户名和密码使用RADIUS协议发送给BAS,加密密码CHAP(挑战握手认证协议),不加密密码PAP(密码验证协议)
- BAS下发TCP/IP配置信息,发送到互联网接入路由器的BAS端
- 客户端发送访问互联网的网络包,加入目标的MAC头部(PPPoE查询),PPPoE头部,PPP头部到BAS
- BAS将MAC头部和PPPoE投去掉,取出PPP头部及其他内容的PPP包发送到隧道,传送到另一端的网络运营商路由器
7.BAS 宽带接入服务器
- 提供ADSL和FTTH的用户名、密码登录操作窗口
- PPP拨号上网:用户向运营商接入点打电话,输入用户名和密码,通过RADIUS协议(远程认证拨号用户服务)从RAS(远程访问服务器)发送到认证服务器,认证成功则会给该用户一个IP(IP并不是事前就给定的),上网时包的传输通过一个包含报头,FCS,信号格式等元素的容器(HDLC协议,高级数据连接控制协议),将数据转换成线路信号通过电话线路或ISDN线路进行发送,数据Modem接收信号并还原成HDLC帧,取出其中的PPP信息,交给RAS认证模块
- 密码等数据存储在PPP信息中,利用HDLC容器包裹,通过Modem传递给RAS,去除头部,获得PPP并分析信息
- PPPoE将信息传递到BAS PPPoA不加MAC头部和PPPoE头部,而是直接将包装入信元中,缺少MAC头部,没办法用以太网传输所以ADSL Modem和计算机、路由器必须是一体的,可以将计算机和ADSL Modem用USB接口相连,也可以将ADSL Modem和路由器整合一体
- ADSL和FTTH中,用户和BAS通过电缆和光纤连接,没必要验证身份,上网时包的传输用以太网来代替HDLC,得到了一个新的规格PPPoE,密码存储于PPP信息,用MAC PPPoE作为拆分成信元传输
- 如果与电脑相连,则配置的TCP/IP地址会分配给电脑;如果是路由器则会分配给路由器,电脑获得私有地址,需要进行地址转换
8.隧道
- TCP隧道:隧道路由器之间建立TCP连接
- 封装隧道:再加上一个头部,将完整的传递到另一个路由器
9.POP和NOC
- POP路由器:接入点,ADSL、FTTH等接入网与用户签约的运营商设备相连
- NOC路由器:核心设备,完成网络包的转发
10.互联网路由器的连接
- BGP:边界网关协议,通过相连的路由器,可以知道对方路由器连接的所有网络,同时告知自身的路由器信息
- 转接:告知自身连接的所有路由器信息
- 对等:仅告知与各自网络相关的路由信息
- IX:多个运营商交互的一个中点