ADSL接入网的结构和工作方式
在家庭、公司网络中，与转发设备之间的距离不过几十米到几百米，在这种情况下，只要延长以太网线就可以到达相邻的转发设备了。然而，互联网可不能这么搞，因为你家到最近的电话局至少也有几公里的距离，而从日本连接到美国甚至要跨越太平洋，用以太网线是无法实现这种连接的。
互联网中的路由器上有超过10万条路由记录，而且这些记录还在不断变化，当出现线路故障时，或者新的公司加入互联网时，都会引发路由的变化。
连接用户与互联网的接入网
图4.1 互联网的整体架构.png
互联网接入路由器是按照接入网规则来发送包的。
所谓接入网，就是指连接互联网与家庭、公司网络的通信线路。一般家用的接入网方式包括ADSL、FTTH、CATV、电话线、ISDN等，公司则还可能使用专线。
ADSL Modem将包拆分成信元
图4.2 ADSL接入网的结构(PPPoE方式).png
图4.3 不断改变形态的网络包.png
首先，客户端生成的网络包（图4.3的①和②）先经过集线器和交换机到达互联网接入路由器（图4.3③），并在此从以太网包中取出IP包并判断转发目标（图4.3④）。
网络包会加上MAC头部、PPPoE头部、PPP[插图]头部总共3种头部（图4.3⑤），然后按照以太网规则转换成电信号后被发送出去。
ADSL Modem会把包拆分成很多小格子（图4.3⑦），每一个小格子称为一个信元。信元是一个非常小的数据块，开头是有5个字节的头部，后面是48个字节的数据，用于一种叫作ATM[插图]的通信技术。大家可以将信元理解为一种更小一号的包，原理上跟TCP/IP将应用程序的数据拆分成块装进一个个包的过程是一样的。
ADSL Modem将包拆分成信元，并转换成电信号发送给分离器。
ADSL将信元“调制”成信号
ADSL Modem采用了一种用圆滑波形（正弦波）对信号进行合成来表示0和1的技术，这种技术称为调制。调制有很多方式，ADSL采用的调制方式是振幅调制（ASK）和相位调制（PSK）相结合的正交振幅调制（QAM）方式。下面先来看一下它的两个组成要素。
ADSL使用的正交振幅调制就是将前面这两种方式组合起来实现的。图4.4（d）就是将图4.4（b）和图4.4（c）组合起来的一个例子，大家应该一看就明白了。如果信号的振幅可以表示1个比特，相位可以表示1个比特，那么加起来就可以表示2个比特。因此，将两种方式组合起来，正交振幅调制就可以用一个波表示更多的比特，从而提高传输速率。
图4.4 信号的调制.png
图4.5 波的相位.png
ADSL通过使用多个波来提高速率
噪声小的频段可以给波分配更多的比特，噪声大的频段则给波分配较少的比特[插图]，每个频段表示的比特数加起来，就决定了整体的传输速率。
ADSL技术中，上行方向（用户到互联网）和下行方向（互联网到用户）的传输速率是不同的，原因也在这里。如果上行使用26个频段，下行则可以使用95个或者223个频段，波的数量不同，导致了上下行速率不同。
噪声和衰减等影响线路质量的因素在每条线路上都不同，而且会随着时间发生变化。因此，ADSL会持续检查线路质量，动态判断使用的频段数量，以及每个频段分配到的比特数。具体来说，当Modem通电后，会发送测试信号，并根据信号的接收情况判断使用的频段数量和每个频段的比特数，这个过程称为训练（握手），需要几秒到几十秒的时间。
图4.6 ADSL使用的波的频率.png
分离器的作用
ADSL Modem将信元转换为电信号之后，信号会进入一个叫作分离器的设备，然后ADSL信号会和电话的语音信号混合起来一起从电话线传输出去。在信号从用户端发送出去时，电话和ADSL信号只是同时流到一条线路上而已，分离器实际上并没有做什么事。
分离器的作用其实在相反的方向，也就是信号从电话线传入的时候。这时，分离器需要负责将电话和ADSL的信号进行分离。电话线传入的信号是电话的语音信号和ADSL信号混合在一起的，如果这个混合信号直接进入电话机，ADSL信号就会变成噪音，导致电话难以听清。
ADSL Modem内部已经具备将ADSL频率外的信号过滤掉的功能，因此不需要在分离器进行过滤。
图4.7 分离器的作用.png
从用户到电话局
从分离器出来，就是插电话线的接口，信号从这里出来之后，会通过室内电话线，然后到达大楼的IDF和MDF，外面的电话线在这里和大楼内部的室内电话线相连接。
IDF:Intermediate Distribution Frame，中间配线盘。
MDF:Main Distribution Frame，主配线盘（总配线架）。
接下来，信号会进入电线杆上架设的电话电缆。电话线是一种直径0.32～0.9 mm[插图]的金属信号线。
电话电缆在用户住宅附近一般是架设在电线杆上，但中途会沿电线杆侧面的金属管进入地下。
在电话局附近，电话线都是埋在地下的。由于电话局附近的地下电缆很多，集中埋设电缆的地方就形成了一条地道，这部分称为电缆隧道。通过电缆隧道进入电话局后，电缆会逐根连接到电话局的MDF上。
噪声的干扰
电话线原本的设计并没有考虑到传输ADSL这样的高频信号，从这个角度上可以说它比以太网双绞线更容易受到噪声的干扰。
ADSL信号分布在多个频段上，只有和噪声频率相同的信号会受到影响而无法读取，即可用的信号数量减少，结果导致速率下降。
通过DSLAM到达BAS
信号通过电话线到达电话局之后，会经过配线盘、分离器到达DSLAM。在这里，电信号会被还原成数字信息——信元。
DSLAM通过读取信号波形，根据振幅和相位判断对应的比特值，将信号还原成数字信息，这一过程和用户端的ADSL Modem在接收数据时的过程是一样的。因此，如果在电话局里安装一大堆和用户端一样的ADSL Modem，也可以完成这些工作，只不过安装这么多Modem需要占用大量的空间，而且监控起来也非常困难。因此，电话局使用了DSLAM设备，它是一种将相当于很多个ADSL Modem的功能集中在一个外壳里的设备。
DSLAM一般不用以太网接口，而是用ATM接口，和后方路由器收发数据时使用的是原始网络包拆分后的ATM信元形式。
信元从DSLAM出来之后，会到达一个叫作BAS的包转发设备（图4.3 ⑪）。BAS和DSLAM一样，都具有ATM接口，可以接收ATM信元，还可以将接收到的ATM信元还原成原始的包（图4.3 ⑫）。到这里，BAS的接收工作就完成了，接下来，它会将收到的包前面的MAC头部和PPPoE头部丢弃，取出PPP头部以及后面的数据（图4.3 ⑬）。MAC头部和PPPoE头部的作用是将包送达BAS的接口，当接口完成接收工作后，它们就完成了使命，可以被丢弃了。具有以太网接口的路由器在接收到包之后也会丢弃其中的MAC头部，道理是一样的。接下来，BAS会在包的前面加上隧道专用头部[插图]，并发送到隧道的出口（图4.3 ⑭）[插图]。
然后，网络包会到达隧道出口的隧道专用路由器（图4.3 ⑮），在这里隧道头部会被去掉，IP包会被取出（图4.3 ⑯），并被转发到互联网内部（图4.3 ⑰）。
BAS负责将ATM信元还原成网络包并转发到互联网内部。
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