ADSL接入网技术应用_LOL学生账号英雄查询系统数据库设计.doc

课程作业报告题 目： ADSL接入网技术应用 学 院： 江西理工软件学院 专 业： 网络通信131 班 级： 13软件网络通信 学 号： 13222128 学 生： 肖观生 授课教师： 李春雨 时 间： 2015 年 10 月 10 日 目 录1 、 A D S L 概 述 2 1 . 1 . 概念 2 1 . 2 A D S L 的 特 点 6 2 A D S L技 术 8 2. 1 ADSL 技术简介 8 2 . 1 . 1 A D S L 结 构 8 2 . 1 . 2 A D S L 模 型 1 0 2 . 2 A D S L 接 入 技 术 原 理 1 3 2. 2. 1 ADSL 中使用的主要关键技术13 2 . 2 . 2 ADSL 的工作原理 17 2. 2. 3 ADSL 的性能分析 17 2 . 2 . 4 A D S L 的 技 术 特 点 1 8 2 . 3 ADSL 接入与两种传统接入技术的比较18 2 . 4 A D S L 的 业 务 应 用 1 9 3 基于 ADSL 技术的校园网组建21 3. 1 ADSL 接入网 21 3 . 1 . 1 ADSL 接入网分类 21 3 . 1 . 2 ATU- R 与用户个人网的连接方式22 3 . 1 . 3 A D S L 接 口 技 术 2 2 3.1.4 ADSL 设备的安装22 3.2 ADSL 的实际应用-ADSL 技术校园网组建24 3 . 2 . 1 校 园 网 使 用 A D S L 技 术 的 必 要 性 2 4 3 . 2 . 2 系 统 现 状 的 可 行 性 分 析 2 4 3 . 2 . 3 系 统 设 计 构 思 2 4 3 . 2 . 4 目 标 实 现 2 6 4 ADSL 故障、 安全问题 27 4. 1 ADSL 基本故障及解决办法 27 4. 2 ADSL 用户注意的安全性问题 28 5 A D S L 的 发 展 前 景 3 0 1、 ADSL 概述 1.1概念 1.接入网基本概念 接入网是电信网的重要组成部分，是电信网的窗口，也是信息高速公路的“最后一英 里”(the last mile )。一般来说，电信网包括核心网（Core Network 也即骨干网），接 入网（Access Network）和用户驻地网三大部分，如图 1-1 所示。连接本地交换机和用户 图 1-1 电信网的基本组成 部分称为接入网。ITU-T（国际电联标准部）在 1995 年 7 月通过的建议 G.902 对接入网做 了如下定义：用户网络接口（UNI）与业务节点接口（SNI）之间传送电信业务运载功能的13各种实体（如线路设施和传输设施）。 接入网分类 宽带接入网技术是随着宽带业务的需求而逐步发展的，目前推出的接入网方案很多，但是技术比较成熟的有以下五种： 基于电话双绞线的以 ADSL 为代表的 xDSL(数字用户线)技术； 基于有线电视网络的 HFC(混合光纤同轴网)接入技术； 基于五类线的高速以太网 LAN 接入技术； 固定无线接入方式 LMDS(本地多点分配系统)； 光纤接入技术等。 目前比较成熟并逐步广泛应用的是 ADSL 接入技术。 2.ADSL 的定义 数字用户线系统(xDSL)指 DSL 的不同派生技术，是以铜质电话线为传输介质的传输技 术组合，它包括 HDSL、SDSL、VDSL、ADSL 等。DSL 是利用普通铜电话线路，将高带宽信息 传送到家庭和小型企业的技术。 ADSL（Asymmetrical Digital Subscriber Line）译：非对称数字用户线 定义：ADSL 是 DSL（Digital Subscriber Line）数字用户线路的一种非对称版本， 它利用数字编码技术从现有铜质电话线上获取最大数据传输容量，同时又不干扰在同一条线上进行的常规语音服务（其原因是利用电话语音传输以外的频率传输数据），它是一种 新的高速、宽带通信接入技术。也就是说高速的视频、音频和数据信号借助普通电话线传 送，使得普通固定电话用户以较小的投资，实现家庭办公、多媒体通信、视频点播、快速 访问 Internet 等诸多业务。ADSL 技术充分利用现有的铜线资源，在 1 对双绞线上提供上 行 640Kbps，下行 8Mbps 的速率，传输速度是普通 MODEM（调制解调器）的 140 倍，它的 话音部分占用的是传统的 PSTN（公用电话交换网）网，而数据部分则接入宽带 ATM 平台。 ADSL 具有的独特优势是：采用的是专线的连接方式（即它提供针对单一电话线路用户的专线服务）。单纯从技术的角度，可以把 ADSL 看成一个高性能的调制解调器，ADSL 调制解调器与网络总是处于连接的状态，免去了拨号上网的麻烦。 ADSL 技术的提出：ADSL 技术是由 Bellcore 的 Joe Lechleder 于 20 世纪 80 年代末首先提出的。该技术大部分带宽用来传输下行信号，而只用一小部分带宽来传输上行信号，这样就出现 了所谓的不对称的传输模式。网络上大多数的多媒体传输都有一种现象，就是有大量数据 流往用户，但却只有极少量的交互控制信息上传。ADSL 就是针对这种现象设计的。目前， 公用电话交换网（PSTN）系统的带宽限制成了信息高速公路的路障。尽管极高速的光缆铺 设成的主干网已经将全球多数国家交叉连接，但直通用户的最后一段接入线路仍存在着瓶 颈问题。为了适应电信网传输高速信息的需要，同时也为了向用户提供多种业务，特别是 宽带业务，必须拓宽用户环路，打破其“瓶颈”限制。就网络拥塞而言，不对称数字用户 线（ADSL）显然是一个有效的解决方案。 ADSL 设计目的有两个功能：高速数据通信和交互视频。数据通信功能可为因特网访 问、公司远程计算或专用的网络应用。交互视频包括需要高速网络视频通信的视频点播（VOD）、电影、游戏等。目前，ADSL 只支持与 T1/E1 的接口，在未来可以到桌面。 ADSL 用其特有的调制解调硬件来连接现有双绞线连接的各端，它创建具有三个信道的管道 ，如图 1-2 所示。 图 1-2 ADSL 的信道示意图 一个速率为 1.5Mbps-8Mbps 的高速下行信道，用于用户下载信息； 一个速率为 16Kbps-1Mbps 的中速双工信道，用于用户上传输出信息； 一个普通的老式电话服务信道，用于普通电话服务； 非对称，指 ADSL 上行速率（最高 640kbps）和下行速率（最高 8Mbps）的不对称 上行，指从用户电脑向网络传送信息 下行，用户从网上下载信息 宽带接入，是指用户需要通过一定的通信基础网络支持实现用户和 Internet 的高速联接。 3. ADSL 的标准 (1) ADSL 的技术标准 ADSL 技术标准规范最早是由 ANSI (American National Standard Institute,ANSI) 美 国国家标准学会提出的速率可达 6.144Mbit/s 的 ADSL 标准 T1.413，欧洲技术标准协会（ETSI）根据 T1.413 标准增加了附件，以适应欧洲的需要，称为 T1E1.4 标准，标准的附 件包含了用户端的复用接口、网络配置和管理协议以及其他的改进。 国际电信联盟 ITU-T 根据以上标准规范，制定了 ADSL 国际通用标准，主要包括： G.992.1 建议，定义 ADSL 收发器（G.dmt）规范； G.992.2 建议，定义无分离器 ADSL 收发器（G.lite）规范； 信息产业部相应制定了我国的相关行业标准： YDN 078-1998 接入网技术要求非对称数字用户线（ADSL）； YD/T 1055-2000 接入网设备测试方法带话音分离器的不对称数字用户线（ADSL）。 G.dmte 和 G.lite： 在 ADSL 国际通用标准中，有两种规范：G.992.1 的 G.dmt 规范和 G.992.2 的 G.lite 规范。G.lite 规范和 G.dmt 规范的主要区别就是 G.lite 规范去掉了用户端的 POTS（普通 电话接口）分离器。应该说，G.dmt 和 G.lite 两种规范各有所长，分别使用于不同的领域。 它们的特点和应用场合如下： G.dmt 是一种全速率（full-rate）的 ADSL 标准，支持 640Kbps/8Mbps 的高速上行/下 行速率。G.dmt 要求用户端安装 POTS 分离器，比较复杂；而 G.lite 标准虽然速率较低， 上行/下行速率为 512Kbit/s/1.5Mbit/s，但由于省去了复杂的 POTS 分离器，因此用户可 以像使用普通 Modem 一样，直接从商店购买用户端设备（CPE），然后自己就可以简单地进 行安装。 就适用领域而言，G.dmt 可能更适用于小型办公室或家庭办公室（SoHo: Sall Office Home Office 的缩写，泛指在家办公）；G.lite 则更适用于普通家庭用户。 正如 E1 标准和互用性测试曾推动了 ISDN（Integrated Services Digital Network 综合业务数字网）市场一样，G.lite 也被另称为消费者 ADSL（Consumer Asymmetrical DSL）， 它正在由一个几乎包括所有主要的 DSL 设备制造商联合进行开发，在这种背景下，G.lite 有着更好的市场前景。注意，这两种技术标准并非截然不同，G.lite 仅是 G.dmt 的简化版 本。 表 1-1 G.lite 和 G.dmt 比 较 传输速率 上行：最高可至 1Mbps 上行：最高可至 512Kbps 用户端 POTS 用户端需语音分离器，安装复杂，用户端无需语音分离器，安装简单，一 下行速率达 8Mbps，需进行网络编下行速率达 1.5Mbps,无需进行网络编技术方案 码，可作于两种模式（快速和交码，只工作于单一模式（交织），打电织），打电话时无需快速重训练，因话时需进行快速重训练，因而 ADSL 传 技术复杂因而设备价格高，运营商技术相对简单因而设备价格相对便宜，价格和成本 的初期投资高，需对用户线进行大有着较好的价格宽带比，运营商的初期量调查，同时安装成本也高 投资同样较高，也需对用户线进行调 业界正致力于兼容性问题，因此兼容性兼容性 兼容性不高 的前景 较好 ， 商 业运 作更 有利 于将市场前景 发展受一定条件的限制 定位于 Internet 接入市场，前景被普(2) ADSL 的协议标准 ADSL 根据接入互联网方式的不同，所使用的协议略有不同。不过所有协议，都是基于TCP/IP 的协议，并且支持所有 TCP/IP 程序应用。 TCP/IP：（Transmission Control Protocol/Internet Protocol)叫做传输控制/网际 协议，又叫网络通讯协议，这个协议是 Internet 国际互联网络的基础。TCP/IP 是网络中 使用的基本的通信协议。虽然从名字上看 TCP/IP 包括两个协议，传输控制协议(TCP)和网 际协议(IP)，但 TCP/IP 实际上是一组协议，它包括上百个各种功能的协议，如：远程登 录、文件传输和电子邮件等，而 TCP 协议和 IP 协议是保证数据完整传输的两个基本的重 要协议。通常说 TCP/IP 是 Internet 协议族，而不单单是 TCP 和 IP。TCP/IP 协议覆盖了 OSI 网络结构七层模型中的六层，并支持从交换（第二层）诸如多协议标记交换，到应用程序 诸如邮件服务方面的功能。TCP/IP 的核心功能是寻址和路由选择（网络层的 IP/IPV6 ） 以及传输控制（传输层的 TCP、UDP 用户数据报协议）。 专线接入方式就是 ISP（Internet Service Provider 互联网服务提供商）提供静态 IP 地址、主机名称等。由于 ADSL 技术直接输出局域网信号，所以其软件的设置和局域网 一样，直接使用 TCP/IP 协议。虚拟拨号方式的上网操作和普通拨号一样，需要帐号验证、 IP 地址分配等过程。但 ADSL 连接的并不是具体的 ISP 接入号码，如 163 或 169 等，而是 ADSL 虚拟专网接入服务器。根据网卡类型的不同又分为 ATM 和 Ethernet 局域网虚拟拨号 方式。由于局域网虚拟拨号方式具有安装维护简单等特点，目前成为 ADSL 虚拟拨号的主 流并有自己的一套网络协议来实现帐号验证、IP 分配等工作，即 PPPoE 协议。 PPPoE（point to point protocol over ethernet）是基于局域网的点对点通信协议， 是为了满足越来越多的宽带上网设备（ADSL，无线，有线电视等）和越来越快的网络之间 的通信而最新制定的开发标准，它建立于 Ethernet 局域网和 PPP 点对点拨号协议基础之 上的。PPPoE 的优点是，对于最终用户来说，不需要了解较深的局域网技术，只需要当作 普通拨号上网就可以了；对于服务商来说，在现有局域网基础上不需要进行大面积的改造， 设置 IP 地址绑定用户即可支持专线方式。因此，PPPoE 在宽带接入服务中比其他协议更具 有优势。PPPoE 的实质是以太网和拨号网络之间的一个中继协议，并继承了以太网的快速 和 PPP 拨号的简单、用户验证和 IP 分配等优势。 采用 ADSL 方式接入，用户需要申请一条 PVC（永久虚电路）线路，用 Ethernet 网卡 连接 xDSL 调制解调器，安装 PPPoE 驱动程序后，就可使用标准的 Windows95 拨号网络， 建立连接呼叫。一个 PPP 会话，是建立在 PC 机和 ISP 的 POP（POP 的全称是 Post Office Protocol，即邮局协议，用于电子邮件的接收，它使用 TCP 的 110 端口。）之间的，在这 个会话的下面是 Ethernet 及 ATM（PVC）。但对于用户来说，应用没有什么改变。更重要的 是，PPP 本身并没有做任何的变更，也就是说 ISP 并不需要对其现存的网络架构做任何更 动，从 ISP 的角度来看，无论是普通调制解调器拨入还是 xDSL 拨入，在认证方式上并没 有什么两样。另一个重要的好处是，如果有多个 PC 需要共享一个 xDSL 调制解调器的话， 并不需要申请另外的 PVC 线路，只需要一条 PVC 线路就可以同时建立多个 PPP 的会话。这 样对于中心机房来说，可以节省大量的 PVC 通道，从而大大地简化了网络的设置和管理。 PPPoE 这种解决方案，简化了用户的配置程序，使用价格低廉的 Ethernet 网卡，利用 了目前广泛使用的标准拨号方式。另外，PPPoE 严格地按照标准的 PPP 协议进行工作，从 而能够兼容目前大多数的 xDSL 调制解调器，只需要在用户的 PC 机里面加装一个 PPPoE 拨 号客户端的软件。 1.1ADSL的特点 优点 ADSL 具有众多的优点，以致全球许多电信公司广泛采用。相对于某些地方试点的混合光纤 同轴网（HFC）而言，ADSL 有着如下的优势： （1）技术标准比较统一。 前面已经提到，ADSL 有两种技术标准G.dmt 和 G.lite，并且后者仅仅是对前者的 简化，而目前电缆调制解调器（Cable Modem）存在四种不同标准：北美的 MCNS 以及 IEEE 802.14 工作组，欧洲的 DVB/DAVIC 以及 ITU-T。标准的不统一，一定程度上限制了 HFC 的发展。 （2）ADSL 不需对现有线路改造。 而目前我国小区的 CATV（共用天线系统）属于单向有线电视网络，采用 HFC 宽带接入 技术时，必须对现有线路进行改造，更换原有的同轴电缆，把线路原有的单向放大器换为 双向放大器，这样线路上的投资较大。 （3）ADSL 用户独占带宽。 从网络拓扑结构的角度讲，由于 ADSL 为每位用户提供单独的一条线路，相当于星型 的拓扑结构，其带宽为每个用户所独享。而具有带宽优势的 HFC 接入方案，采用的是分层。树型结构，本质上是一个粗糙的总线型拓扑结构，那意味着用户将和邻近用户共享带宽， 当同一时间同一线路上上网人数增多时，网络速度将明显变慢，其带宽优势将大打折扣， 并且总线型网络的安全性差是其固有的缺陷。 星型的拓扑结构 ，这种结构是目前在局域网中应用得最为普遍的一种，在企业网络中几乎都是采用这一方式。星型网络几乎是 Ethernet（以太网）网络专用，它是因网络中的各工作站节点设备通过一个网络集中设备（如集线器或者交换机）连接在一起，各节点呈 星状分布而得名。这类网络目前用的最多的传输介质是双绞线，如常见的五类线、超五类 双绞线等。它的基本连接图示如图 1-3 所示。 图 1-3 星型的拓扑结构 这种拓扑结构网络的基本特点主要有如下几点： （1）容易实现：它所采用的传输介质一般都是采用通用的双绞线，这种传输介质相对来说比较便宜，如目前正品五类双绞线每米也仅 1.5 元左右，而同轴电缆最便宜的也要 2.00 元左右一米，光缆那更不用说了。这种拓扑结构主要应用于 IEEE 802.2、IEEE 802.3 标 准的以太局域网中； （2）节点扩展、移动方便：节点扩展时只需要从集线器或交换机等集中设备中拉一条线 即可，而要移动一个节点只需要把相应节点设备移到新节点即可，而不会像环型网络那样 “牵其一而动全局”； （3）维护容易：一个节点出现故障不会影响其它节点的连接，可任意拆走故障节点； （4）采用广播信息传送方式：任何一个节点发送信息在整个网中的节点都可以收到，这 在网络方面存在一定的隐患，但这在局域网中使用影响不大； （5）网络传输数据快：这一点可以从目前最新的 1000Mbps 到 10G 以太网接入速度可以看 出。 缺点 （1）ADSL 对线路要求较高。 前面已经提到，ADSL 是基于铜芯对绞线的传输技术，双绞线能有效的抵抗外界电磁场干扰。 但在实践中笔者发现，为了降低工程造价，电气设计人员（或者甲方要求）较多的使用了 平行电话线（如 HPV-2X0.5），如果还有强弱电的箱体设置和线路敷设不合理、管材选用 不当和接地问题等因素引发的电磁干扰，将对 ADSL 传输非常不利。 （2）ADSL Modem 目前价格还比较昂贵。 并且 ADSL Modem 限定用户与电话局间的距离；同时，由于上网不产生电话费，电信合理 的收费制度的建立也是 ADSL 所面临的重大问题。 双绞线能有效的抵抗外界电磁场干扰，双绞线采用了一对互相绝缘的金属导线互相绞合 的方式来抵御一部分外界电磁波干扰。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可 以降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵 消。 生活小常识：手机一定不要放在 ADSL Modem 旁边，因为每隔几分钟手机会自动查找网 络，这时强大的电磁波干扰足以造成 ADSL Modem 断流。 2、 ADSL 的技术及应用2.1ADSL技术简介 2.1.1ADSL结构 帧结构 现代的协议功能都是分层的，ADSL 也不例外。在协议的最底层，是以 DMT 或者 CAP 的 线路码的形式出现的比特。比特组成帧再集合成 ADSL 所称的超帧。帧是第一个有组织的 比特结构，也是比特发送前形成的最终的结构，接收到的比特也是最先转换成帧。要了解 ADSL 在环路传输中不同的逻辑子信道之间是如何合并或分割的，就必须先了解 ADSL 的帧结构。ADSL 帧结构 图 2-1 ADSL 超帧和帧结构 上图中上半部分为一个 ADSL 超帧，下半部分为一个 ADSL 帧。每个超帧有 68 个数据帧以及一个同步帧（Sync）所组成。ADSL 约每 246 s 送出一个帧，69 个帧为 17 秒，也 就是每 17ms 送出一个超帧。有的帧有特殊的功能，例如帧 0 和帧 1 携带错误控制信息即 循环冗余校验（CRC）和管理链路的指示比特（ib），其他指示比特在 34 和 35 帧中传送。 因为 ADSL 链路是点到点的，因此，在 ADSL 的这一层帧中没有地址和连接的标识符。不论 是上行方向或下行方向，ADSL 超帧的结构都是相同的。 ADSL 帧主要由下述两部分组成：第一部分是快速数据缓冲区内容（fast data buffer contents），快速数据被认为是对时延敏感而容错性较好的（例如音频和视频）数据，ADSL 将尽可能地减小其时延，ADSL 的快速数据缓冲区内容就放在此处。在快速数据缓冲区内容 前面有一个特殊的八位码组是快速字节，也称之为快速数据比特，需要时它可以携带循环。校验码（CRC）和指示比特，快速数据利用利用 FEC（Forward ErrorCorrection 前向纠错） 进行纠错；第二部分是交错数据缓冲区内容（interleaved data buffer contents）,交 错数据被封装成尽量没有噪声的数据，但这样做付出的是处理速度和时延增加的代价。交 错数据比特使得数据不容易受噪声的影响，其主要用于纯数据应用，如高速的 Internet 接入。 ADSL 的发送端及接收端都各有两条相关联的路径，其中一条称为快速路径，另一条称 为交错路径。这两条路径拥有各自的 CRC、加扰及 FEC 等流程，它们的主要差别在于交错 路径在发送端另有交错的功能，同时在接收端也有解交错的功能，而快速路径则没有。因 而又延伸出如图 2-2 所示的 ADSL 数据帧的结构图。 图 2-2 ADSL 数据帧结构图 图中显示，ADSL 数据帧是有两部分所组成的：一是流经快速路径的快速附加信息位（fast overhead）及快速数据（fast data）；二是流经交错信道的交错附加信息位（interleaved overhead）及交错数据（interleaved data）。不论是哪一种数据，所有 帧内容都会先被加扰以后再传输，以避免过长的数据造成超帧同步作用的错误，而影响系 统的运行。 ADSL 超帧中的帧并没有绝对长度，这是因为 ADSL 线路的速率以及其非对称特性，使 得帧本身的长度会随着变化。正如前面曾提过，ADSL 是以每 246 s 的周期送出一个帧（其 中快速数据及交错数据各占 123 s），也就是说，ADSL 最大的帧长度是由最高的信道速率 所决定的。 上行方向和下行方向 ADSL 快速数据的结构如图 2-3 和图 2-4 所示。下行方向有 7 个 字节是供 AS0S3 以及 LS0S2 这 7 个载体次信道用的；上行方向只提供给 LS0LS2 这 3 个双向次信道使用的 3 个字节的空间，这是因为下行方向可使用所有的 AS 及 LS 信次道的 缘故。任何一个次信道，如果没有用到快速路径，则相对应的字节为 0，并且不会在帧中 占有任何空间。 图 2-3 上行方向 ADSL 快速数据的结构图 图 2-4 下行方向 ADSL 快速数据的结构图 ADSL 的系统结构 图 2-5 ADSL 的系统结构 ADSL 系统构 成如图 2-5 所示，它是在一对普通铜线两端各加装一台 ADSL 局端设备和远端设备。前面讲过，它除了向用户提供一路普通电话信道外，还能向用户提供一个中速双工信道和一个高速下传信道。这里具体讲一下 ADSL 用其特有的调制解调硬件（ADSL 调制解调器）连接现有双绞线连接的各端，它是如何在电话线中创建多个信道的： ADSL 调制解调器用频分复用（FDM）和回波消除（Echo Cancellation）技术在电话线 中创建多个信道。FDM 在现有带宽中分配一段频带作为数据下行通道，同时分配另一段频 带作为数据上行通道。下行通道通过时分多路复用 (TDM)技术再分为多个高速信道和低速 信道。同 样，上行通道也由多路低速信道组成。而回波消除技术则使上行频带与下行频 带叠加， 通过本地回波抵消来区分两频带。此技术来源于 V.32 和 V.34 调制解调器中， 它非常有效的使用了有 限的带宽，但从复杂性和价格来说，其代价较大。当然，无论使 用两种技术中的哪一种，ADSL 都会分离出 4KHz 的频带用于老式电话服务(POTS)。 2.1.2ADSL模型接入模型 接入网包括 ATU-R、ATU-C 和接入复用器。接入复用器和 ATU-C 通常集成在一起，称 为 DSLAM 或接入节点。 ADSL 的接入模型主要由中央交换局端模块和远端模块组成。中央交换局端模块包括在 中心位置的 ADSL Modem 和接入多路复合系统。处于中心位置的 ADSL Modem 称为 ATU-C（ADSL Transmission Unit-Central）。接入多路复合系统中心的 Modem 通常被称为接入接点，也 被称为“DSLAM”（DSL Access Multiplexer）。远端模块由用户 ADSL Modem 和滤波器组成， 用户端 ADSL Modem 通常被称为 ATU-R（ADSL Transmission Unit-Remote）。 图 2-6 ADSL 接入模型 ADSL 的传输模型 ADSL 的传输模型有 4 种：比特同步模式、分组适应模式、端到端分组模式和 ATM 模式。 这四种分布模型的主要特征如图 2-7 所示。在这 4 种模式中有许多相同之处，也有不同之 处。只有掌握了它们的特点才能更好地在 ADSL 中应用，同时也能了解 ADSL 能够做什么， ADSL 需要哪些网络元件为用户提供服务。 图 2-7 ADSL 4 种不同传输模式 （1）比特同步模式 ADSL 最简单的传输模型称为比特同步模式，如图 2-7（a）所示。它的基本含义是指链 路的远端（ATU-R）缓冲区内的任何比特（快速数据或交错数据）会在端局（ATU-C）的缓 冲区内弹出。根据用户需求，在比特同步模式中，最多有 4 个“比特同步”的用户设备可 以连在一个 ATU-R 上，这是因为 ADSL 有 4 个下行比特流（AS0AS3）。如果 ADSL 链路仅 提供 AS0，那么 ATU-R 上也就只有一个比特流可用，也就只能连接一个设备。用户设备可 能是一个电视机机顶盒（ADSL 技术与模拟视频不兼容，现有模拟电视机需要有机顶盒进行 数/模转换。）或一台 PC，但所有用户数据必须递交到所连接的设备上进行处理。上行和双 向链路必须至少构成 C 信道，也可以包括 LS 结构。在比特同步模式中，ADSL 接入节点的 ATU-C 可以将由 LS 或 C 信道传输来的用户数据交付给业务节点的电路交换服务。在这种方 式下，ADSL 链路只是固定终端的数据管道（就像租用线一样）。ADSL 总是以线速度（常速 度）运行，可以直接用时分复用（TDM）的方法在 ADSL 帧内为比特建立时隙。ATU-C 也可 以连接到 Internet 的 IP 路由器，给用户提供 Internet 服务。这样做可以消除用户通过 PSTN 拨号到 Internet 服务提供者中心而形成的瓶颈，使用户获得只有大企业或公司才能 得到 Internet 速率。 （2）分组适应模式 第二种传输模式是分组适应模式，如图 2-7（b）所示。这种模式只是改变了用户的预 设，与比特同步模式主要的不同是：虽然在信道上数据仍然以比特流的模式在 TDM 信道中 传送，但用户预设的设备（分组适配器）要收发分组而不是比特流。分组适配器通过分组 适配功能，将分组放到 ADSL 帧中去。分组适配器可以是一个独立设备，也可以内嵌在 ATU-R 中。注意，此模式要求接口有分组才能预设网络，而不仅仅是简单的产生和消耗比特的终 端用户设备。用户预设的所有源和终端的分组可以共享 ADSL 链路的一个 LS1 信道，ATU-R 会将这些分组映射到 ADSL 链路的固定信道上。如果链路另一端的 ATU-C 和接入节点后面 连接的是 Internet 路由器的话，接收和传送的分组就可以被高效地处理。 （3）端到端分组模式 第三种传输模式是端到端分组模式，如图 2-7（c）所示。它与分组适应模式相似。端 到端分组模式与分组适应模式主要不同是：端到端分组是被复用到 ADSL 链路上的。换句 话说，在许多用户设备之间传输的的分组不是被映射到 AS 或 LS 的一系列 ADSL 帧上，而 是将分组全部送到一个指定速率运行上行和下行信道的尚未划分频道的 ADSL 链路上。用 户的分组必须与服务提供者的链路部分一样，用户设备从分组适应设备传送和接收分组。 在端到端分组模式中，在链路的服务终点 ATU-C，分组不是全部传送到 LS 信道所代表的终 点，而是根据分组地址，分组被传送到适当的服务器上，这种分组交换服务网络可以基于X.25 或 TCP/IP。 在端到端分组模式下，IP 分组可以在服务方的 ADSL 链路上复用和交换（路由）Internet， 也可以同时使用比特同步和分组适应模式来收发数据。不同之处在于在比特同步和分组适 应这两种模式中，ADSL 系统内的分组对于 ADSL 系统而言是透明的，分组交换是 ADSL 网络 的一部分，分组内的比特必须组织成与比特同步和分组适应模式不同的分组模式。在端到 端分组模式 ADSL 中，ADSL 链路在 Internet 接入上变得更像中介系统路由器和一个小办公 室路由器。当然，在这种模式中也可以使用别的分组模式，如视频分组也可以和 IP 分组一样进行传送，只要客户与服务方都理解所传送的分组的类型就可以了。 （4） 异步转移模式（重点） 第四种传输模式是异步转移模式（ATM），或者也可以说，是端到端 ATM 模式，如图 2-7（d）所示。ATM 从 ATM 适配器（在 ATU-R）复用并传送的是 ATM 信元，而不是 IP 分组（或 其他分组）。在 ADSL 服务提供侧，ATU-C 将信元传送给 ATM 网络。这些 ATM 信元的内容仍 然可能是 IP 分组，ADSL 网络处理 ATM 信元时必须将它组成 ADSL 帧。 在上述的这些传输模式中，ATM 模式将是较有发展前途的一种：ATU-C 设备可能是数字 用户环路接入复用器（Digital Subscriber Loop Access Multiliexer,DSLAM）设备的一 部分。 ADSL 接入网协议模型 基于分组的 ADSL 接入网协议模型 基于分组的 ADSL 接入网协议模型如图 2-8 所示。目前 TCP/IP 协议主宰了 LAN 和 Internet，但由于 IP 目前还不能很好地支持实时多媒体信息传输，因而在 ADSL 接入网中 用得不如 ATM 方式多。 图 2-8 基于 IP 分组的 ADSL 接入网协议栈 基于 ATM 信元的 ADSL 接入网协议模型（重点） ATM 作为新一代的交换技术具有许多优点，尤其是能很好地支持视频等多媒体信息的实时传输，因而在 ADSL 接入网中用得较多。ATM over ADSL 技术将 ATM 和 ADSL 的特点结 合了起来，充分发挥了二者的优越性，因而成为研究的热点。ATM 论坛的 RBC（Residential Broadband Committee）正在与一些设备提供商和服务提供商共同考虑使用 ADSL 技术为居 民用户提供基于 ATM 的多媒体服务。1998 年的 ANSI T1.413 issue2 的 ADSL 标准增添了有 关传输 ATM 信元的规范。总的说来，ATM over ADSL 的好处是：支持多媒体服务；提供 QoS 保证；高速交换能力；网络管理简单；网络延迟降低。ATM over A DSL 接入网中的 DSLAM 类似于 ATM 边缘交换机，它与 ATM 主干网的接口速率是 OC3（155Mbps）或 DS3(45Mbps)。 2.2ADSL宽带技术介入原理 2.2.1主要技术（1）复用技术 前面已经讲过，ADSL 调制解调器用频分复用（FDM）和回波消除（EC）技术创建多个信道。 （2）调制技术（重点） ADSL 技术之所以能够在普通的电话双绞线上传输高达 8Mbps 的数据流，其核心技术就在于其独特的编码调制（ADSL 技术与以往调制解调技术的主要区别在于其上下行速率是非对称 的，即上下行速率不相等， ADSL 技术的高下行速率和相对而言较慢的上行速率非常适于 做 Internet 浏览使用）。 目前广泛采用的 ADSL 编码调制技术有 3 种：QAM（quadature ampli-tude modulation 正交幅度调制）、CAP（carriderless amplitude-phase modulation 抑制载波幅度与相位 调制）和 DMT（discrete multitone 离散多音频复用），其中 DMT 调制技术被 ANSI 标准 小组 T1E1.4 制订的国家标准采用。但由于此项标准推出时间不长，目前仍有相当数量的 ADSL 产品采用 QAM 或 CAP 调制技术，另外 CAP 调制方式由于处理简单，发展较快，其势头 也不容忽视。DMT 和 CAP 都使用 QAM，在 CAP 中，数据被调制到单一载波之上；在 DMT 中， 数据被调制到多个载波之上，每个载波上的数据使用 QAM 进行调制。 QAM 调制技术 QAM 调制器的原理如图 2-9（a）所示，发送数据在比特/符号编码器内被分成两路(速率各 为原来的 1/2)，分别与一对正交调制分量相乘，求和后输出。收端完成相反的过程，正交 解调出两个码流，均衡器补偿由信道引起的色散，判决器识别出 2 维复数符号并映射回二 进制。与其它调制技术相比，QAM 编码具有能充分利用带宽、抗噪声能力强等优点。QAM 用于 ADSL 的主要问题是如何适应不同电话线路之间性能较大的差异。要取得较为理想的 工作特性，QAM 接收器需要一个和发送端具有相同的频谱和相位特性的输入信号用于解码， QAM 接收器利用自适应均衡器来补偿传输过程中信号产生的失真，因此采用 QAM 的系统的 复杂性主要来自于它的自适应均衡器。 图 2-9（a）QAM 调制原理图 图 2-9（b）CAP 调制原理图 图 2-9（c）DMT 调制原理图 CAP 调制技术 CAP 调制技术是以 QAM 调制技术为基础发展而来的，可以说它是 QAM 技术的一个变种，其调制原理如图 2-9（b）所示。输入数据被送入编码器，在编码器内，m 位输入比特被映射 为 k=2m 个不同的复数符号 An= n+j n，由这 k 个不同的复数符号构成 k-CAP 线路编码。 编码后 n 和 n 被分别送入同相和正交数字整形滤波器，求和后送入 D/A 转换器，最后 经低通滤波器将信号发送出去。收端必须有一个均衡器，一般采用自适应滤波器。CAP 技 术用于 ADSL 的主要技术难点是要克服近端串音对信号的干扰。一般可通过使用近端串音 抵消器或近端串音均衡器来解决这一问题。 DMT 调制技术 DMT 调制技术的主要原理是将频带（0-1.104MHz）分割为 256 个由频率指标的正交子信道（每个子信道占用 4KHz 带宽），输入信号经过比特分配和缓存，将输入数据划分为比特 块，经 TCM 编码后再进行 512 点利用傅立叶反变换（IDFT）将信号变换到时域，这时比特 块将转换成 256 个 QAM 子字符，随后对每个比特块加上循环前缀（用于消除码间干扰）， 经数模变换（D/A）和发送滤波器将信号送上信道。DMT 发送器的原理图如图 2-9（c）所 示。在接收端则按相反的次序进行接收解码。由于美国的 ADSL 国家标准（T1.413）推荐使用 DMT 技术，所以在今后几十年中，将会有越来越多 ADSL 调制解调器采用 DMT 技术。 几种调制方式的比较，主要针对 CAP 和 DMT 在自适应、功耗、速度、设备复杂度等方面进行比较 ： 自适应均衡 自适应均衡器是通过对频率响应进行整形以补偿衰减和相位错误的放大器。自适应均 衡器要求调制解调器通过发射探测波并观察返回信号，以了解线路的特性。之后，自适应 均衡器知道怎样放大信号，以取得完整平滑的频率反馈。动态范围越大，自适应均衡过程 越复杂。ADSL 需要 30db 的动态范围，这使得自适应均衡过程复杂化。最近数字信号处理 技术取得的进展，使得进行这样的自适应均衡成为可能。CAP 需要自适应均衡过程，因为 在其通带内噪声特性变化非常明显；DMT 不需要自适应均衡过程，因为任何给定的 4KHz 子 波段上噪声特性没有变化。将 DMT 与 CAP 进行比较的一个主要方面，是判定自适应均衡过 程的复杂性是否超过 DMT 的多路傅立叶变换计算的复杂性。 功耗 尽管 DMT 有接近香弄极限的性能并且没有自适应均衡过程，但考虑以 256 个通道与 CAP 比较时，DMT 在功耗（随之而来的是费用）上处于不利地位。因为多路载波的相互作用可 能产生一个很强的信号，DMT 存在峰值功率与平均功率比；DMT 更高的计算要求也必须采 用比收发器芯片更多的变换器。所以，在 DMT 调制的端局要集成许多的高速发送器，供电 消耗显得非常重要，这将比 CAP 要求有更多的散热条件。 速率 DMT 看起来比 CAP 更具有速度优势。因为窄带载波相对很少有自适应均衡的问题，可将更 具有竞争力的调制技术用于每一个通道。如果 CAP 想要达到可相比的比特率，它就必须使 用更高的带宽，远高于 1MHz。这就将在线上产生与高频相关的新问题，并将减小当前 CAP 在供电消耗上的优势。 设备复杂度 显然，DMT 调制的发送器和接收器是较复杂的，而且复杂程度是基本相同的。相比之下， CAP/QAM 的调制解调器一个突出的优点就是简单，同时发送器和接收器复杂程度不同，发 送器简单而接收器复杂，这将使得主要用于高速发送的端局设备可以做得线路密度高而能 耗低。 （3） 纠错编码技术 这一技术是保证信息传输质量的重要手段之一。一般分组码或卷积码无力应付成串成片或 突法性的误码情况，因此需要使用交织前向自动纠错编码技术，以便使有一致监督关系的 各码元间有一定的交织间隔。当交织长度足够长时，即使有成千上万个连续的误码群，只 要其长度小于交织周期，都可以进行自动纠错，且可使信号有很强的抗干扰、抗衰落性能， 甚至可允许信息暂时中断而不会丢失。在 ADSL 系统中，是通过调制解调器将上、下行信 道信息与管理维护信息等复接成一个信息流，并插入校验比特及经过交织器组成交织前向 纠错编码的。例如，一种典型的实用化的调制解调器，其所采用的交织周期为 500us，因 而可以自动纠正长达 500us 的成串成片的误码，或者说允许信号中断的时间达 500us。这 种性能为 ADSL 金属线缆用户接入网适应 MPEG-2 标准和其他数字视频压缩信息的传输，提 供了充分的差错容限。 图 2-10 话音和数据分别送入电话交换机和 INTERNET 的示意图 2.2.3 ADSL的性能分析现存的用户环路主要由 UTP（非屏蔽双绞线）组成