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你说你懂互联网,那这些你知道么?(二)

简介: 今天的因特网无疑是有史以来由人类创造的、精心设计的最大系统、该系统由数以千计的计算机设备(计算机、平板电脑、智能手机)彼此相互连接构成,并且还有一批与因特网相互连接的物品比如游戏机、监控系统、汽车、医疗设备、智能眼镜、手表、运动手环等,随着5G时代的到来,万物互联也越来越称为可能,这里推荐一下 尤瓦尔·赫拉利 的《未来简史》,这个人的格局很高,他书中描述的未来也越来越成为现实,他写的文字能让你感觉到你更想变为计算机世界里的一片硅片。
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接入网

回想上一节中计算机网络的术语,通常把与因特网相连的计算机和其他设备称为端系统。

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如上图所示,因为它们位于因特网的边缘,故而被称为端系统。因特网的端系统包括了桌面计算机(桌面PC、Mac 和 Linux 设备)、服务器(Web 和电子邮件服务器)和移动计算机(便携机、智能手机和平板电脑)。

端系统也称为主机,即端系统 = 主机。后面一说主机也就指的就是端系统。主机进一步也可以划为两类:客户(client) 和 服务器(server)。客户通常是桌面 PC,移动 PC 和 智能手机等,而服务器通常是更为强大的机器,用于存储和发布 Web 页面、流视频、中继电子邮件等。

考虑了位于网络边缘的应用程序和端系统后,我们接下来考虑一下接入网,接入网指的是将端系统物理链接到边缘路由器(edge router)的网络。边缘路由器指的是端系统到任何其他远程端系统的路径上的第一台路由器。

家庭接入: DSL、电缆、光纤

DSL

我们一般家庭最常用的接入方式就是数字用户线(Digital Subscriber Line)电缆。住户通常从提供本地电话接入的本地电话公司处获得 DSL 因特网接入。

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先来看一下这幅图片吧,DSL 调制解调器是允许你的计算机通过 DSL 连接与 ISP 进行通信的硬件设备。每个用于的 DSL 调制解调器使用现有的电话线(双绞铜线)与位于电话公司的本地中心局(CO) 中的数字用户线接入复用器(DSLAM) 交换数据。

在计算机网络中,上游是指可以将数据从客户端传递到服务器(上载)的方向,上游的速度非常宝贵。下游是指从网络提供商发送给客户的数据。

上图中有三条电话线,它们使用不同的频率进行编码

  • 高速下载通道,用于处理 50KHz - 1MHz的频段
  • 中速上传通道,用于处理 4KHz - 50KHz的频段
  • 普通的双向电话信道,位于 0 到 4KHz的频段

这种方法使得单根 DSL 线路看起来像拥有三根一样,因此一个电话通道和一个因特网连接能够共享 DSL 链路,在用户的一侧,一个分配器把到达家庭的数据信号和电话信号分开,并将数据信号转发给 DSL 调制解调器。在服务提供商一侧,在中心局中,DSLAM 把数据信号和电话信号分隔开,并将数字信号发送给因特网。数百上千的家庭与一个 DSLAM 相连。

DSL 中定义了多个传输速率,DSL 的传输速率由服务提供商来决定的,根据价位的的不同,会有不同的传输速率,并且实际的上传下载速率要比理论上的速率要慢很多,比如我家是 50M 光纤,实际也就是 30M 这样。

电缆

DSL 利用电话公司现有的本地电话基础设施,而 电缆因特网接入(cable Internet access) 利用了有线电视公司现有的有线电视基础设施。用户从有线电视公司获得了电缆因特网接入。如下图所示

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这种接入方式使用了同轴电缆光纤两种接入方式,因此被称为混合光纤同轴接入系统。

电缆因特网接入需要特殊的调制解调器,这种调制解调器称为电缆调制解调器(cable modem)。和 DSL 相似,电缆调制解调器通常也是一个外部设备,通过一个以太网端口连接到家庭 PC,在电缆的头部具有和 DSLAM 相似的功能,即将来自许多下游用户中的电缆调制解调器发送的模拟信号转换为数字形式。

电缆因特网接入的一个重要特征是共享广播媒体,由头发送的每个分组向下行经每条链路到每个家庭;每个家庭发送的每个分组经上行信道向头部传输。因此,如果几个用户同时经下行信道下载一个视频文件,每个用户接受视频文件的实际速率将大大低于电缆总计的下行速率。

光纤

DSL 和 电缆网络在3年前还是提供网络接入的主流,但是现在却有一种更高速的新兴技术是光纤到户(FTTH)。最简单的光线分布网络称为直接光纤,从本地中心局到每户都设置一根光纤。还有一种是从本地中心局拉出来的光纤被每个家庭网络共享,光纤部署靠近用户的位置才会分为光纤网络为每个家庭接入。

光纤分布体系结构就值得是光纤遍布的光纤网络,分为两种:主动光纤网络(AON)被动光纤网络(PON),AON 的本质是交换因特网,这个比较复杂,后面的文章会进行介绍,这里我们先介绍一下被动光纤网络 PON,下面是 PON 的因特网接入图

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上图显示了使用 PON 分布体系结构的光纤网络。每个家庭具有一个光纤网络端连接器(Optical Network Terminator, ONT),它由临近的光纤分配器进行分配。中心局有一个光纤线路端连接器(Optical Line Terminator, OLT)。OLT 提供了光信号到电信号的转换,经本地电话公司路由器与因特网相连。在每个家庭中,通常使用路由器与 ONT 相连,并经过这台家庭路由器接入因特网。

光纤有潜力提供每秒千兆比特范围的因特网接入速率,然而,服务提供商根据不同的网络传输速率来收费,较高的速率当然花费更多。

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