网络工程实用技术：高效的Internet接入设计

随着Internet应用的迅猛发展，使得Internet接入成为网络建设中一个必不可少的方面。

Internet接入技术有很多种，按照技术特点可分为拨号方式与专线方式；按传输线路可分为有线和无线；按带宽的大小可分为窄带和宽带；按用户端使用形式可分为单机独占线路接入和局域网共享线路接入等。其中有线接入多采用电话线、同轴电缆、双绞线和光纤作为传输介质，无线则采用微波和卫星进行传输。具体来讲，目前的Internet接入方式主要有：PSTN、ISDN、DDN、ADSL、VDSL、Cable接入、光纤接入、FTTx+LAN、PWLAN和WMAN等，它们各有各的优缺点。Internet接入时应综合考虑网络规模、带宽、费用等因素来选择合适的接入方式。

1.PSTN接入

PSTN接入是指利用PSTN（Published Switched Telephone Network，公用电话交换网）通过调制解调器（Modem）拨号实现接入Internet的方式，如图8-11所示。

图8-11 通过PSTN接入Internet

PSTN接入的缺点是数据传输速率低，理论上最高只有56 kbit/s，上网和电话不能同时使用。56 kbit/s的速率对于浏览网页、收发电子邮件还是可以胜任的，但远远不能够满足宽带多媒体信息的传输需求。因此PSTN接入仅适用于用户对上网速度要求不高的场合。

在电话网普及的今天，对于不具备宽带和专线上网条件的用户来说，PSTN接入投资小、安装简单、费用低的优势还是很明显的。用户只需要添加一个Modem，而目前Modem价格相当便宜，事先不需要申请开户，当用户要上网时，只要利用内置或外置的Modem与电话线通过PSTN拨号到提供上网服务的ISP即可。

随着宽带的发展和普及，这种接入方式逐渐将被淘汰。

2.ISDN接入

ISDN（Integrated Service Digital Network，综合业务数字网）接入技术又称“一线通”或“窄带综合业务数字网”。它是在现有电话网的基础上，采用数字传输和数字交换技术，将电话、传真、数据、图像等多种业务，综合在一个统一的数字网络中进行传输和处理的技术。利用一根电话线最多可以连接八个相同或不相同的终端，并允许两个终端同时通信，可以在上网的同时拨打电话或收发传真，二者互不影响。

ISDN接入Internet适合小型网络。ISDN分为基本速率（BRI）和主速率（PRI）两种。基本速率接口服务提供两个B信道和一个D信道（2B+D）。其中B信道速率为64 kbit/s，用于传输用户数据，D信道的速率为16 kbit/s，主要传输控制信号。在北美和日本，主速率接口服务提供23个B信道和一个D信道，总速率可达1.544 Mbit/s，其中D信道速率为64 kbit/s。而在欧洲、澳大利亚等国家，主速率接口提供30个B信道和一个64 kbit/s D信道，总速率可达2.048 Mbit/s。

使用ISDN接入需要专用的终端设备，主要由网络终端NT和ISDN适配器组成。网络终端NT好像有线电视上的用户接入盒一样必不可少，它为ISDN适配器提供接口和接入方式，网络终端分为NT1和NT2两种。NT1面向家庭用户，而NT2适合于中小企业用户。ISDN适配器分为内置和外置两类，内置的一般称为ISDN适配卡；外置的则称之为TA。如图8-12所示，NT1一般提供一个“U接口”和两个“S/T接口”，U接口与电信电话线相连，S/T接口为用户接口，可以同时连接两台终端设备，U接口采用RJ11的插头，S/T采用RJ45的插头。有些网络终端将NT1的功能与ISDN适配器的功能集成在一起，称为NT1+。

图8-12 通过ISDN接入Internet

ISDN的优点主要表现在：采用数字传输，失真小、质量高。使用灵活，可连接多个终端，一线多能、经济实用，速度较快。但是由于其相对速度提高不大，不能满足高质量的VOD等宽带应用，费用却比较高，因此一直未能真正普及。

3.DDN接入

DDN（Digital Data Network）数字数据网，是随着数据通信业务发展而迅速发展起来的，它是利用数字信道提供永久性连接电路，用来传输数据信号的数字传输网络。

DDN专线接入一般需要用户添加两个设备：一个基带Modem和一台路由器。如图8-13所示，连接ISP的电话外线与基带Modem相连，再将基带Modem与路由器的同步串口连接，最后将路由器的以太网RJ45连接代理服务器或局域网中心交换机。

图8-13 通过DDN接入Internet

DDN接入Internet适合带宽要求比较高的大中型网络。DDN可提供速率为N×64 kbit/s（N=1～32）和N×2Mbit/s的国际或国内数据专线业务。DDN的主干网传输媒介有光纤、数字微波、卫星信道等，用户端多使用普通电缆和双绞线。DDN将数字通信技术、计算机技术、光纤通信技术以及数字交叉连接技术有机地结合在一起，提供了高速度、高质量的通信环境，可以向用户提供点对点、点对多点透明传输的数据专线出租电路，为用户传输数据、图像、声音等信息。

DDN专线接入向用户提供的是永久性的数字连接，数据在传输过程中不进行复杂的软件处理，延时短，避免了传统的分组网中传输协议复杂、延时长且不固定的缺点。采用交叉连接装置，可根据用户需要，在约定的时间内接通所需带宽的线路，信道容量分配等均在计算机控制下进行，具有极大的灵活性、稳定性和可靠性，使用户可以开通各种信息业务，传输任何合适的信息，并可无须拨号一直在线。DDN用户可根据需要接入Internet主机的数量，申请相当的IP地址。20世纪90年代中后期，DDN专线接方式在多种接入方式中受到用户的青睐。

DDN提供64 kbit/s～2 Mbit/s的数据传输速率，速度越快，收费越高。DDN的收费一般采用包月制和计流量制，这与一般用户拨号上网的按时计费方式不同。DDN的租用费较贵，普通个人用户负担不起，DDN主要面向集团公司等需要综合运用的单位。DDN按照不同的速率带宽收费也不同，性价比较低。2000年以来，由于各种宽带接入业务的普及，DDN用户数量已越来越少。

4.ADSL接入

ADSL（Asymmetrical Digital Subscriber Line，非对称数字用户线路）是一种能够通过普通电话线提供宽带数据业务的技术，也是目前极具发展前景的一种接入技术。ADSL素有“网络快车”之美誉，因其下行速率高、频带宽、性能优、安装方便、不需交纳电话费等特点而深受广大用户喜爱。

ADSL方案的最大好处是不需要重新布线，可以利用现有电话网中电话线作为传输介质，配上专用的Modem即可实现数据高速传输。ADSL支持上行速率640kbit/s～1 Mbit/s，下行速率1～8 Mbit/s。可实现对上网速率要求很高的多媒体应用，如视频会议、视频点播等，其有效的传输距离为3～5 km。ADSL接入网可以看作是星形结构，每个用户都有单独的一条线路与ADSL局端相连，数据传输带宽是由每一个用户独享的。

ADSL有虚拟拨号和专线两种上网方式，由本地ISP采用的技术和局端设备确定。拨号ADSL用户可同时上网和打电话。专线ADSL用户拥有一个静态IP地址，在访问Internet的同时还可以在自己的主机上建立网站，提供WWW、FTP、E-mail等服务。

ADSL在各种使用电话线上网的方式中性价比最高，近几年来用户规模不断扩大。ADSL用户端的上网设备主要有ADSL Modem、分离器和以太网卡。目前ADSL Modem、分离器大多是由ISP提供和安装，以太网卡则由用户自备安装。

单机用户通过ADSL接入Internet所需设备及网络拓扑如图8-14所示。

局域网通过ADSL接入Internet有多种方式可以实现，下面介绍常用的两种：一种是在上面的基础上增加双宿主机代理服务器和交换机，另一种是在上面的基础上增加宽带路由器和交换机。

局域网通过代理服务器+ADSL接入Internet所需设备及网络拓扑如图8-15所示。

图8-14 单机用户通过ADSL接入Internet

图8-15 局域网通过代理服务器+ADSL接入Internet

局域网通过宽带路由器+ADSL接入Internet所需设备及网络拓扑如图8-16所示。

图8-16 局域网通过宽带路由器+ADSL接入Internet

以上两种方式的差别在于使用宽带路由器时，传输速率高、稳定性好，是目前最常用的方式。

5.VDSL接入

VDSL（Very high bit-rate DSL，甚高速数字用户线路）属于ADSL的技术范畴。但它的传输速率比ADSL要快很多。使用VDSL，短距离内的最大下行速率可达55 Mbit/s，上行速率可达2.3 Mbit/s（将来可达19.2 Mbit/s，甚至更高）。VDSL使用的介质是一对铜线，有效传输距离可超过1000M。但VDSL技术仍处于发展初期，长距离应用仍需测试，端点设备的普及也需要时间。

目前有一种基于以太网方式的VDSL，接入技术使用QAM调制方式，它的传输介质也是一对铜线，在1.5 km的范围之内能够达到双向对称的10Mbit/s传输，即达到以太网的速率。如果这种技术用于宽带运营商社区的接入，可以大大降低成本。基于以太网的VDSL接入方式如图8-17所示。方案是在机房端增加VDSL Switch，在用户端放置VDSL CPE，二者之间通过室外五类线连接，每栋楼只放置一个CPE，节省接入设备和提高端口利用率。虽然表面上看VDSL方案增加了VDSL用户端和局端设备，但它比LAN方案省去了光电模块，并用室外双绞线替代光缆，从而减少了建设成本。

图8-17 基于以太网方式的VDSL接入Internet

6.Cable接入

利用现成的有线电视（CATV）网进行数据传输，已是比较成熟的一种技术。随着有线电视网的发展壮大和人们生活质量的不断提高，通过Cable Modem利用有线电视网访问In-ternet已成为越来越受业界关注的一种高速接入方式。Cable接入是指利用线缆调制解调器（Cable Modem，CM），通过有线电视现有的光纤同轴混合网（Hybrid Fiber-Coax，HFC）将计算机宽带接入Internet。(www.xing528.com)

传统的CATV网是树形拓扑结构的同轴电缆网络，它采用模拟技术的频分复用对电视节目进行单向传输。要在CATV网的基础上开发的一种居民宽带接入网，使其除可传送CATV外，还提供电话、数据和其他宽带交互型业务，必须对其进行改造，使其具有数据通信和双向传输等功能。基于此，如图8-18所示，HFC对CATV网络进行了改造。

1）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。模拟光纤从头端连接到光纤结点，在光纤结点以下就是同轴电缆，在光纤结点光信号被转换为电信号。

2）HFC从头端到各个光纤结点连接使用模拟光纤构成了星形结构，光纤结点以下是同轴电缆组成的树形网。连接到一个光纤结点的典型用户数是500左右，但不超过2000，一个光纤结点下的所有用户组成一个用户群或邻区。光纤结点与头端的典型距离为25 km，而从光纤结点到用户群中用户一般不超过2～3 km。这种“星形-树形”的结点体系结构提高了网络可靠性，简化了上行信道的设计。

3）HFC具有双向传输能力。上行传输（从用户到头端）使用原来CATV并不使用的低端频段，带宽有35MHz。上行信道进一步划分为几个子频段，分别用于电话通信、数据通信以及对整个HFC网的监视。下行传输（从头端到用户）使用50～750MHz，其中50～550MHz用于原有模拟电视信号传输，而550～750MHz用于传输各种数字信号。

图8-18 HFC网络结构图

在HFC的头端，各种业务信号如模拟电视信号、数字视频信号、计算机数据信号、电话信号和各种控制信号等通过载波复用（SCM）方式调制到下行频段的不同频道，经过电光转换用光纤传送到光纤结点，在光纤结点进行光电转换后由同轴电缆广播式地传送至用户。用户的上行信号采用多址技术（如时分多址、频分多址、码分多址或它们的组合）复用到上行信道，由同轴电缆传送到光纤结点，在光纤结点进行电光转换后由光纤传至头端。

为了实现通过HFC将用户的计算机接入Internet，还需要在HFC的头端和用户端添加一些设备：混合/分离器、分配器、CMTS（电缆调制解调器终端系统）及Cable Modem，如图8-19所示。

图8-19 通过Cable接入Internet

混合/分离器配置在头端，分配器配置在用户端，以实现模拟电视信号与数字信号的分离与混合。

CMTS在头端实现Internet接入，它一边通过混合/分离器在HFC网上发送和接收数据，另一边采用10BASE-T、100BASE-TX或ATM OC-3等接口通过交换机和路由器与Internet相连，或直接与本地服务器相连，享受本地业务。CMTS同时要对各个用户端的电缆调制解调器（Cable Modem，CM）分配带宽，解决信道争用。

Cable Modem是用户端设备，具有很好的抗干扰性。它的作用是将用户的计算机接入HFC，将上行数字信号调制成射频信号，将下行射频信号调制成数字信号，其传输速率很高，上行速率一般为3～10Mbit/s，最高可达30Mbit/s，而上行速率一般为0.2～2 Mbit/s，最高可达10Mbit/s。Cable Modem比普通电话线上使用的Modem要复杂的多，并不是成对使用，只安装在用户端。从整个网络来看，HFC网是频分复用的，但某一频率的信道则是被数以百计的用户所共享，因此向同轴电缆上用户分配带宽和对信道争用进行仲裁成为Cable Modem系统的关键技术之一。

Cable接入的优点是可以充分利用现有的CATV网，不需要再单独架设网络，并且速度比较快。但缺点是HFC网络的光纤结点以下是树形结构，本质是总线共享型，信道带宽由多个用户共享，所以当使用CM的用户数量增多时，在单位时间内分配给用户的带宽会变窄，上网速度会明显下降。

7.光纤接入

光纤通信具有通带宽高、速度快、传输距离远、质量高、性能稳定、防电磁干扰、保密性强等优点，适于多种综合数据业务的传输，是未来宽带网络的发展方向，目前它在干线通信方面已有广泛体现，在接入网中，光纤接入也必将成为发展重点。

光纤接入网使用光纤作为主要的传输介质，其主要组成部分是光线路终端（OLT）和光网络单元（ONU）等接入设备，如图8-20所示。

图8-20 双星形结构光纤接入网

OLT的作用是为本地网络提供与公共网络（如Internet）连接的本地交换机接口，并与用户端的ONU进行通信，它将交换机的交换功能与用户接入完全隔开。OLT提供对自身和用户端的维护与监控，通过光传输形成一个透明的维护管理网，并通过相应的网络管理协议由网络管理中心统一管理。

ONU的作用是为用户接入提供接口。它可以接入多种用户终端，同时具有光电转换功能及相应的维护与监控功能。ONU可以直接与本地交换机一起放置在交换局端，也可以设置在用户端，通常将其放在离用户较近的地方，其位置具有很大的灵活性。ONU终结了来自OLT的光纤，具有光/电转换功能：ONU与OLT相连的是光接口，而用户端是电接口。另外，ONU要面向用户端的模拟设备提供数/模转换功能。

ONU和OLT本身就可以组成多种形式的网络拓扑结构，如总线型、环形和星形等。总线型结构是将光纤作为公共总线，各用户终端通过耦合器与其直接连接，主干光纤共享，节省了线路投资，但用户终端对主干光纤的依赖性太强。环形结构是将所有结点共用一条光纤链路，光纤链路首尾相接形成封闭回路，可实现网络自愈。星形结构是通过一个位于中心结点具有控制和交换功能的星形耦合器将各用户终端连接起来的网络结构，这种结构易于实现升级与扩容，但光纤线路投资较高，对中心结点的要求也很高。

星形结构又分为单星形结构和双星形结构。单星形结构是指用光纤将OLT与用户直接相连，基本上都是点对点连接，成本很高。如图8-20所示。双星形结构是指在局端OLT与用户之间增加一个有源或无源接点（分光器），局端OLT与分光器共享光纤，有源或无源接点下面使用星形连接各用户终端，这种结构维护方便、可靠性高、成本低。

根据光网络单元ONU的位置，光纤接入可分为多种方式，通常用FTTx（光纤到……）来表示，如光纤到路边FTTC（Fiber To The Curb）、光纤到大楼FTTB（Fiber To The Build-ing）、光纤到小区FTTZ（Fiber To The Zone）、光纤到邻区FTTN（Fiber To The Neighbor）、光纤到户FTTH（Fiber To The Home）、光纤到门户FTTD（Fiber To The Door）、光纤到办公室FTTO（Fiber To The Office）、光纤到楼层FTTF（Fiber To The Floor）等等。FTTH是将ONU放置到用户家中，光纤进入了家庭，这可能是居民接入网的最后解决方案。但由于成本昂贵，多数用户难于接受，因而目前还不是广大网民最迫切需要的一种宽带接入方式。

从运营角度，当前业务量最大、用户需求最迫切的是FTTB。当一幢楼内有较多用户需要使用宽带业务时，可采用FTTB方案。光纤进入大楼后就转换为电信号，然后使用电缆或双绞线分配到各用户。这种方案可支持大中型企业、商业、或大公司的宽带业务需求，比FTTH要经济。目前比较流行的是FTTC，从路边到用户可使用星形结构的双绞线作为传输媒体，也可以根据具体条件分批分阶段地实现光纤到家的最后目标，FTTC的传输速率为155Mbit/s。

8.FTTx+LAN接入

FTTx+LAN接入是利用以太网技术，采用光缆+双绞线的方式对社区进行综合布线。具体实施方案如图8-21所示。从社区机房敷设光缆至住户单元楼，楼内布线采用五类双绞线敷设至用户家里，双绞线总长度一般不超过100M，用户家里的计算机通过五类跳线接入墙上的五类模块就可以实现上网。社区机房的出口是通过光缆或其他介质接入城域网。

这种通过交换机或集线器首先将同一幢楼内的用户计算机连成一个局域网，然后再与外界光纤主干网相连的接入方式，承袭了Internet连接方式，构架在天然的数字系统的基础上，与将来的三网合上的必然趋势紧密结合，具有很大的发展空间。

FTTx+LAN接入方式是目前大中型城市较普及的一种宽带接入方式，其在速度方面具有较大的优势，即使有很多用户同时上网，平均下载速度仍能达到几百kbit/s，远高于电信的ADSL。以太网技术成熟、成本低、结构简单、稳定性、可扩充性好，便于网络升级，同时可实现实时监控、智能化物业管理、小区/大楼/家庭保安、家庭自动化（如远程遥控家电、可视门铃等）、远程抄表等，可提供智能化、信息化的办公与家居环境，满足不同层次的人们对信息化的需求。

图8-21 FTTx+LAN接入方式

9.PWLAN接入

Internet日益普及，上网用户数目飞速增长，而使用笔记本电脑、PDA的移动用户数量也增长迅速。原来局限于在家庭、办公室的有线接入Internet的方式显然已经不能满足这种增长需求。在礼堂、候机楼、候车室、咖啡厅、会议室、图书馆等热点区域，甚至在广场、校园等室外场所随时随地接入互联网已成为一种迫切需求。公共无线局域网（PWLAN）服务就是为满足这种需求而出现的。

PWLAN通常是使用无线局域网WLAN（IEEE 802.11）技术将一定地理范围内的用户组成一个局域网，然后使用WLAN路由器或交换机，借助于ADSL、Cable Modem、MAN技术将局域网接入Internet。如图8-22所示，便是一个办公室的PWLAN接入方案。

图8-22 办公室的PWLAN接入

无线局域网（WLAN）技术的成长始于20世纪80年代中期，它是由美国联邦通信委员会（FCC）为工业、科研和医学（ISM）频段的公共应用提供授权而产生的。这项政策使各大公司和终端用户不需要获得FCC许可证，就可以应用无线产品，从而促进了WLAN技术的发展和应用。WLAN是指以无线信道作传输媒介的计算机局域网络，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。它以无线多址信道作为传输媒介，提供传统有线局域网的功能，能够使用户真正实现随时、随地、随意的宽带网络接入。一个无线局域网可当作有线局域网的扩展来使用，也可以独立作为有线局域网的替代设施，因此无线局域网提供了很强的组网灵活性。

WLAN技术使网上的计算机具有可移动性，能快速、方便地解决有线方式不易实现的网络信道的连通问题。WLAN利用电磁波在空气中发送和接收数据，而无需线缆介质。与有线网络相比，WLAN具有安装便捷、覆盖范围广、经济节约、易于扩展、传输速率高等优点。另外，无线局域网的抗干扰性强，网络保密性较好。对于有线局域网中的诸多安全问题，在无线局域网中基本上可以避免。而且相对于有线网络，无线局域网的组建、配置和维护较为容易，一般计算机工作人员都可以胜任网络的管理工作。

由于WLAN具有多方面的优点，其发展十分迅速。在最近几年里，WLAN已经在医院、商店、工厂和学校等不适合网络布线的场合得到了广泛的应用。

10.无线城域网WMAN接入

早期出现的本地多点分配系统（Local Multipoint Distribution System，LMDS）就是一种WMAN接入技术。许多国家把27.5 GHz～29.5 GHz定为LMDS频段，但由于缺乏统一的技术标准，LMDS一直未能普及起来。

近几年来WMAN又成为无线网络中的一个研究热点。WMAN提供“最后一km”的宽带无线接入（固定的、移动的和便携的）。在许多情况下，WMAN比有线宽带接入更有优势（如安装快捷和更加经济等），可用来代替有线宽带接入。目前，有关WMAN的技术标准主要有IEEE 802.16委员会制定的一系列802.16无线城域网标准和欧洲ETSI制定的Hiper-MAN标准。

WIMAX（Worldwide Interoperability For Microwave Access）论坛是802.16技术的推动者。802.16目前共有两个正式标准：2004年6月通过的802.12d固定宽带无线接入空中接口标准（2～66 GHz频段）和2005年通过的802.16e支持移动性的宽带无线接入空中接口标准（2～6GHz频段）。802.16可覆盖一个城市的部分区域，距离最远可达50km，这样不同的基站接收到的信号功率和信噪比等就会有很大的差别，因此工作在毫米波段的802.16必须有不同的物理层，需要使用多种调制方法。802.16的基站可能需要多个定向天线，各指向对应的接收点。另外，由于受天气影响较大，与室内无线局域网相比，802.16需要更复杂的差错处理。

以IEEE 802.16系列标准为代表的宽带WMAN主要用于本地多点连接，既可连接企业与家庭等环境至有线骨干线路，也可将802.11系列无线接入热点等连接到互联网（如图8-23所示），较好地实现与现有公共802.11WLAN及商用无线热点的互连互通，担当从核心网到家庭无线LAN的桥接重任，进一步提高现行无线热点的利用效率。

图8-23 WLAN通过WMAN接入Internet