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internet各种接入技术

发布时间:2022-09-01 01:03:08浏览次数:

随着互联网的蓬勃发展,Internet已成为世界上覆盖面最广、规模最大、信息资源最丰富的计算机网络。作为承载互联网应用的通信网,宏观上可划分为接入网和核心网两大部分。

在ITU-T建议G.963中接入网被定义为:本地交换机(即端局)与用户端设备之间的连接部分,通常包括用户线传输系统、复用设备、数字交叉连接设备和用户/网络接口设备。

接入网(AN,Access Network)或用户环路,主要用来完成用户接入核心网的任务。在当今核心网已逐步形成以光纤线路为基础的高速信道情况下,国际权威专家把宽带综合信息接入网比做信息高速公路的“最后一英里”,并认为它是信息高速公路中难度最高、耗资最大的一部分,是信息基础建设的“瓶颈”。

目前Internet接入技术主要有:基于传统电信网的有线接入;基于有线电视网(Cable Modem)接入;以太网接入;无线接入技术;光纤接入技术。上述这些技术既有窄带也有宽带,几乎涵盖了目前及将来的所有接入网技术。其中,宽带无线接入和光纤接入是未来接入网技术的两个发展方向。

1.PPPoE技术

1998年Redback网络公司联合UUNET公司和RouterWare软件公司开发了以太网上点对点协议(PPPoE,PPP over Ethernet)技术,并得到了IETF的认可,于1999年2月被IETF接收,以RFC 2516发布。PPPoE提供通过接入设备把以太网的多个主机连接到远程访问设备的功能,为提供商和电信运营商提供用可靠和熟悉的技术来加速部署高速互联网业务。它使服务提供商在通过数字用户线、电缆调制解调器或无线连接等方式,提供支持多用户的宽带接入服务时更加简便易行。同时该技术亦简化了最终用户在动态地选择这些服务时的操作。ADSL、Ethernet宽带接入都可以利用PPPoE技术实现带用户认证的连接。

(a)Ethernet上的PPPoE协议栈 (b) AAL5上的PPPoE协议栈

图 PPPoE协议栈

2.基于传统电信网的有线接入

· ADSL接入技术

DSL(数字用户线路,Digital Subscriber Line)是以铜电话线为传输介质的点对点传输技术,它包括HDSL、SDSL、VDSL、ADSL和RADSL等,一般称之为xDSL。它们主要的区别体现在信号传输速度和距离的不同以及上行速率和下行速率对称性的不同这两个方面。其中ADSL(非对称数字用户环路)是最具前景及竞争力的一种传输技术。

电话铜线理论上有接近2 MHz的带宽,ADSL使用了其高频带作为数据通道在电话线上产生了3个信息通道:一个为标准电话服务的通道,一个速率为32 Kbps~1.0 Mbps的上行通道,一个速率为512 bps~8 Mbps的下行通道。这3个通道可以同时工作。为了在电话线上分隔有效带宽,产生多路信道,并实现高速数据传输,ADSL采用了多种复用技术和调制技术。

ADSL的复用技术是在铜质电话线路上进行频带划分以建立多个频率信。一般采用频分多路复用FDM(Frequency Division Multiplexing)或回波消除EC(Echo Cancellation)技术来实现。

ADSL是目前国际上用来对现有电话网络进行宽带改造的一种通信方式,是接入技术中最常用的一种,由美国Bellcore在1989年首先提出。它是一种通过现有普通电话线为家庭、办公室提供宽带数据传输服务的技术,其所支持的主要业务包括:Internet高速接入服务;多种宽带多媒体服务,如视频点播VOD、网上音乐厅、网上剧场、网上游戏、网络电视等;提供点对点的远地可视会议、远程医疗、远程教学等服务。下图所示为ADSL接入Internet示意图。

图 ADSL接入Internet 示意图

ADSL技术的特点如下:

具有很高的传输速率。下行速率可达8 Mb/s,上行速率1 Mb/s,为普通拨号Modem的百倍以上,与普通拨号Modem的最高56 K速率,以及N-ISDN 128 K的速率相比,ADSL的速率优势是不言而喻的。

不需要更改和添加线路,直接使用原有的电话线。在线路两端加装ADSL设备即可为用户提供高速接入服务。安装ADSL也极其方便快捷,在现有的电话线上安装ADSL,除了在用户端安装ADSL通信终端外,不用对现有线路做任何改动。ADSL虽然使用电话线同时传送电话语音和数据,但数据并不通过电话交换机,并且使用ADSL上网不需要缴纳拨号上网的电话费用。

语音信号和数字信号可以并行,可同时“上网”和“通话”。与普通电话Modem或ISDN相比,ADSL更为吸引人的地方是:它在同一铜线上分别传送ADSL数据信号和电话音频信号,ADSL数据信号和电话音频信号以频分复用原理调制,各自频段互不干扰,数据信号并不通过电话交换机设备,减轻了电话交换机的负载,并且不需要拨号,具体工作流程是:经ADSL Modem编码后的信号通过电话线传到电信局,再通过一个信号识别器/分离器,如果是语音信号就传到交换机,如果是数字信号就接入Internet。上网的同时可以使用电话,避免了拨号上网的烦恼。

ADSL技术以其优异的传输性能,利用普通电话线作为传输介质,提高了现有电信线路的利用率,同时由于采用Split分离器,不会影响现有电话业务,而且由于ADSL投资小、易实现,所以它必将成为铜双绞线上的赢家。为信息的传输提供了一定的带宽,极大地拓展了现有网络的带宽,是一种新的信息高速接入技术。在一定范围内解决部分用户对宽带的要求。并在高速数据传输方面发挥更大的作用。ADSL宽带接入技术近年来在我国的发展非常迅速。ADSL是传递交互多媒体业务最经济和最有效的方法之一。在实现光纤宽带接入之前,ADSL接入技术以及其他xDSL接入技术将是宽带接入的重要手段。

· ISDN专线接入技术

综合业务数字网(Integrated Service Digital Network),简称ISDN,是通过对电话网进行数字化改造而发展起来的、提供端到端的数字连接。其支持一系列广泛的业务,包括语音、数据、传真、可视图文等。ISDN能够提供标准的用户—网络接口,通过标准接口将各种不同的终端接入到ISDN网络中,使一对普通的用户线最多可连接8个终端,并为多个终端提供多种通信的综合服务。通过ISDN接入Internet既可用于局域网,也可用于独立的计算机。

· 基于有线电视网(Cable Modem)接入技术

(1)CATV和HFC

CATV和HFC是一种电视电缆技术。CATV(Cable Television)即有线电视网,是由广电部门规划设计的用来传输电视信号的网络,其覆盖面广、用户多。但有线电视网是单向的,只有下行信道,因为它的用户只要求接收电视信号,而并不需要上传信息。如果要将有线电视网应用到Internet业务,则必须对其改造,使之具有双向功能。

HFC(Hybrid Fiber Coax,混合光纤同轴电缆网)和CATV(Cable Television,有线电视网)联系与区别如下。

表 HFC和CATV联系与区别

联系

HFC是在CATV网的基础上发展起来的,除可以提供原CATV网提供的业务外,还能提供数据和其他交互型业务。HFC是对CATV的一种改造,在干线部分用光纤代替同轴电缆作为传输介质。

根本区别

CATV只传送单向电视信号,而HFC提供双向的宽带传输。

(2)利用Cable Modem接入Internet

Cable Modem(电缆调制解调器)是一种通过有线电视网络进行高速数据接入的装置。它一般有两个接口,一个用来接室内墙上的有线电视端口,另一个与计算机或交换机相连。

Cable Modem与普通的Modem的异同点如下。

表 Cable Modem与普通Modem的异同点

不同点

Cable Modem:通过有线电视HFC的某个传输频带进行调制解调。属于共享介质系统,其他空闲频段仍然可用于有线电视信号的传输。Cable Modem通过有线电视网络进行数据传输,速度范围为500 K~10 Mb/s,甚至更高。
普通Modem:传输介质在用户与交换机之间是独立的,即用户独享通信介质。

相同点

在原理上都是将数据进行调制后,在Cable(电缆)的一个频率范围内传输,接收时进行解调,传输机理相同。

迅速增长的Cable Modem接入技术是一项稳妥而实用的技术。首先,基础设施已经到位。有线电视线缆无论是在欧洲、北美还是在亚洲都非常普及且运行稳定。其次,需求也是稳定的。据估计,仅在美国就有9500万个家庭拥有有线电视线缆布线系统,消费者正期盼着借助于有线电视线缆支持多媒体的数字技术所带来的优势,来享受Internet上丰富的资源。

· 光纤接入技术

光纤由于其大容量、保密性好、不怕干扰和雷击、重量轻等诸多优点,正在迅速发展和应用。主干网线路迅速光纤化,光纤在接入网中的广泛应用也是一种必然趋势。

表 光纤接入网和光纤接入技术基本概念

光纤接入网(OAN,Optical Access Network)

采用光纤传输技术的接入网,泛指本地交换机或远端模块与用户之间采用光纤通信或部分采用光纤通信的系统。

光纤接入技术

在接入网中全部或部分采用光纤传输介质,构成光纤用户环路(或称光纤接入网,OAN),实现用户高性能宽带接入的一种方案。

其中,OAN有如下两种分类方式:

表 OAN的分类

分类1

根据光网络单元(ONU,Optical Network Unit)所设置的位置,光纤接入网分为光纤到户(FTTH,Fiber To The Home)、光纤到路边(FTTC,Fiber To The Curb)、光纤到大楼(FTTB,Fiber To The Building)、光纤到办公室(FHHO,Fiber To The Office)、光纤到楼层(FTTF, Fiber To The Floor)、光纤到小区(FTTZ,Fiber To The Zone)等几种类型,其中FTTH将是未来宽带接入网的发展趋势。

分类2

根据接入网室外传输设施中是否含有源设备,OAN可分为无源光网络和有源光网络(AON,Active Optical Network)。

无源光网络(PON)一般指光传输段采用无源器件,实现点对多点拓扑的光纤接入网。目前光纤接入网几乎都采用PON结构,PON成为光纤接入网的发展趋势,它采用无源光节点将信号传送给终端用户,初期投资少,维护简单,易于扩展,结构灵活,只是要求采用性能好、带宽宽的光器件。

有源光网络(AON)是指从局端设备到用户分配单元之间采用有源光纤传输设备,即光电转换设备、有源光器件以及光纤等。

图 光纤接入网特点

带宽宽:由于光纤接入网本身的特点,可以提供高速接入因特网、ATM以及电信宽带IP网的各种应用系统,从而享用宽带网提供的各种宽带业务。

网络的可升级性能好:光纤网易于通过技术升级成倍扩大带宽,因此,光纤接入网可以满足近期各种信息的传送需求。以这一网络为基础,可以构建面向各种业务和应用的信息传送系统。

双向传输:电信网本身的特点决定了这种接入技术的交互性能好,特别是在向用户提供双向实时业务方面具有明显优势。

接入简单、费用少:用户端只需要一块网卡,投资百元左右,就可高速接入Internet,实现10 Mb/s到桌面的接入。

· 以太网接入技术

基于以太网技术的宽带接入网由局侧设备和用户侧设备组成。局侧设备一般位于小区内,用户侧设备一般位于居民楼内。局侧设备提供与IP骨干网的接口,用户侧设备提供与用户终端计算机相接的10/100 BASE-T接口。局侧设备具有汇聚用户侧设备网管信息的功能。

将来的接入网应该是一个以FTTH(光纤到户)形式实现的宽带接入网。但是要建设这样一个宽带接入网目前还有许多困难,首先光纤直接到户投资大,其次对于普通用户的业务需求,使用巨大的宽带光纤接入还为时过早。因此,可根据社会的发展、用户的需求,分阶段逐渐建设我国的光纤宽带接入网。FTTx+LAN就是一个过渡性的产品。

“FTTx+LAN”方案是以以太网技术为基础,来建设智能化的园区网络。在用户的家中添加以太网RJ45信息插座作为接入网络的接口,可提供10 M或100 M的网络速度。通过“FTTx+LAN”接入技术能够实现“千兆到小区、百兆到居民大楼、十兆到桌面”,为用户提供信息网络的高速接入。

光节点汇接点通过单模或多模光纤连接居民楼、学校、公司等,其距离在几百米以内。在居民楼内设置以太网交换机和交换集线器,通过双绞线(五类,超五类)连接终端用户,目前从光节点汇接点到居民楼的传输速率是10/100 Mb/s,将来可以发展到1 G/10 Gb/s甚至更高。在光节点处,以太网接入系统设置一台路由交换机通过居民楼的交换机连接终端用户,每一个用户独享10/100 Mb/s信道。

· 无线接入技术

多年来,无论是核心骨干网,还是接入网,网络线路基本是有线网络一统天下。然而,近几年,随着蜂窝移动通信系统和固定无线接入系统的出现和飞速发展,以及无线通信方式的任何时间、任何地点的接入特性,使得无线网络具有强大的应用前景。

无线接入技术是指在终端用户和交换端局间的接入网,全部或部分采用无线传输方式,为用户提供固定或移动接入服务的技术。作为有线接入网的有效补充,它有系统容量大,话音质量与有线一样,覆盖范围广,系统规划简单,扩容方便,可加密或用CDMA增强保密性等技术特点,可解决边远地区、难于架线地区的信息传输问题,是当前发展最快的接入网之一。

无线接入的实现主要基于蜂窝技术、数字无绳技术、点对点微波技术、卫星技术和蓝牙技术,以下是这几种类型技术的特点及应用范围。

表 无线接入实现所基于的技术

特点

应用范围

蜂窝技术

成熟,比较易于实现且覆盖范围比较大。

比较适合于农村等地理位置偏远的地区使用。比较典型的有450 MHZ系统、基于GSM和CDMA的系统等。

数字无绳技术

采用了32 Kb/s的ADPCM话音编码技术,话音质量已基本接近有线的话音质量。而且由于采用微蜂窝组网(基站覆盖半径一般为几百米),频率规划简单,频率复用率高,系统容量大。

比较适合城市人口稠密、管线紧张的地区,如宾馆、饭店、写字楼等。

点对点微波技术

技术较传统

距离超过40公里以上的分散用户可以采用基于该技术的系统。

卫星技术

适用于特别偏远的地区及偏远的山区。如对于山区分散的用户,只需在地面建立与固定网连接的关口站,即可在卫星辽阔的覆盖区通过架设卫星小站提供话音业务。

蓝牙技术

是由瑞典爱立信等5家公司联合起来开发的传输范围约为10米左右的短距离无线通信标准,用来设计在便携式计算机、移动电话以及其他的移动设备之间建立起一种小型、经济、短距离的无线链路。蓝牙协议能使包括蜂窝电话、掌上电脑、笔记本电脑和相关外设等众多设备之间进行信息交换。

应用于手机与计算机的相连,可节省手机费用,实现数据共享、Internet接入、无线免提、同步资料、影像传递等。

蓝牙技术是一种短距离无线通信技术,利用“蓝牙”技术,能够有效地简化掌上电脑、笔记本电脑和移动电话手机等移动通信终端之间的通信,也能够成功地简化以上设备与Internet之间的通信,从而使这些现代设备与Internet之间的数据传输变得更加迅速高效,为无线通信拓宽道路。

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