Syshy’s Blog

宽带接入技术-DSL浅析
—- 在介绍DSL技术之前，我们有必要先了解一下电话系统的基本架构。电话系统是一个高度冗余、多层次的分层结构，每一部电话通过两根铜线直接连到电话公司的中心局CO（Central Office，它是最近的电话交换站，可提供交换服务、拨号音服务、专用线路和用户交换功能。电话用户先连接到CO，进而再连接到电信系统的其它部分。），用户到中心局的距离通常为1公里–10公里，客户电话和中心局之间的双线连接被称为本地回路（Local Loop）。每个中心局有大量的外线引至附近的一个或多个交换中心，即长途局和汇接局，长途局之间通过高带宽的长途干线交换信息。电信系统中使用各种类型的传输介质，目前本地回路通常由双绞线构成，而在交换局之间，同轴电缆、微波，特别是光纤已得到广泛应用。 —- 概括起来，电话系统主要由三个部分组成：本地回路（双绞线介质，模拟信号）、干线（光纤或微波，多为数字信号）、交换局。电话系统最初是用来传递话音的，因此其上的信息以模拟信号为主，随着INTERNET的迅猛发展，电话系统也开始应用于数字信号的传输，最典型的应用实例就是本地回路上使用调制解调器来传输数字信息。
—- 网络速度受到了多种条件的限制，而本地回路上的传输问题却是整个传输系统中的速度瓶颈。调制解调器的极限速度为56K，即使稍后出现的ISDN最高也不过128K，为解决这一瓶颈，人们已经开发出各种各样的宽带接入技术以提高本地回路速度。在众多的宽带接入技术中，DSL以其独特的优势脱颖而出。
DSL技术概述
—- DSL是英文Digital Subscriber Line的缩写。从字面上看，DSL是一个很笼统的概念。我们常常可以看到xDSL这个术语，它实际上是许多基于DSL技术服务的统称，比如ADSL、SDSL、RADSL等。我们不必深究DSL技术到底是如何实现的，先看看DSL的真正吸引人之处。
—- DSL利用了全世界最普遍的介质–电话线来得到宽带的速度（7Mbps），这意味着我们无须更换现有的基本介质就能获得曾经梦寐以求的高速度。全世界大约有7亿条电话线，如果把它们拉直并首尾相连的话，其长度是地球到月球来回距离的1000倍。设想一下，如果改换介质，那将消耗掉巨大数量的时间与金钱，因而也没人愿意那样做。除此之外，DSL还可以让网络服务提供者和用户使用现有的技术实现不同的服务，如帧中继、ATM等，而且是在同一个平台上支持这些服务，这一点已吸引了越来越多的投资者。
DSL技术的基础
—- 普通老式电话业务POTS（Plain Old Telephone Service）是利用PSTN（Public Switched Telephone Network）来进行的。POTS设计用于传输语音，为了获得良好的语音质量，被设定为只处理0～3400赫兹范围内的信息。这种窄频带的服务如果用于通过调制解调器传输数据，则速率范围一般是9.6kbps～33.6kbps，采用某些调制技术也可以使速率达到56kbps，但56K对于像这样的窄频带来说，几乎已经到了极限。DSL技术所要解决的问题就是如何能在同样的电话线上将数据传输速率提高。
—- 答案很简单，就是要突破3400赫兹的限制。象T1/E1一样，DSL也使用了一个较大的频带。其实质就是将信息调制到较宽的频带上再从电话线的一端传输到另一端。既然增加频带可以使数据传输速率提高，那为什么我们不赶快把普通老式电话业务（POTS）废除掉而使用更高的频率来传输数据呢？事实上并不是那么简单，下面我们将从两个主要方面来讨论这个问题。
—- 在本地回路这段线路上，我们通常会遇到两类问题。一个是衰减（Attenuation）问题，这是由于传输电介质导体长度（信号必须穿过的距离）造成了电能损耗,因而将导致电信号强度的减弱。另一个则是串音（Crosstalk），即当两个线路在实体上相互邻近时，将会对信号产生干扰。
—- 衰减及由此产生的距离限制
—- 电信号的衰减就好象开汽车一样，车开得越快就越费燃料，也就越需要补充燃料。同样，在线路上传送电信号，使用的频率越高，衰减就越快，所能传送的距离也就越短。
—- 一种减少衰减的方法就是减少线路的阻抗，粗金属线的阻抗要比细的小，衰减也会较小，也就能传输更长的距离。然而，粗线意味着需要较多的电介质，那么每单位长度的线路成本也就会较高。因此，电信公司总是希望使用较细的铜线来完成所要的服务。由于电话线是由铜线双绞而成，因此我们常用铜线的直径来表示电线的规格。在美国，如果线路直径为1/24英寸，那么就表示为24AWG(American Wire Gauge)；在大多数美国以外的地方（包括我国在内），线材规格都以毫米来表示，例如，0.4mm也就是26AWG，0.5mm为24AWG。
—- 减小衰减的先进编码调制技术
—- 我们以T1（我国使用的是E1，原理与T1相似）为例来说明什么是编码调制技术。T1是一种数字业务（Digital Service），它使用数字信号（0或1）处理技术。数字业务依靠脉冲编码调制技术用数字形式编制模拟信号，把模拟信息采样成数字形式并以固定的比特数编码传输。T1使用的是AMI编码调制技术，数字信号中的每一位都用一个模拟波形来表示，换句话说，AMI调制编码技术只支持每波特（Baud）传输一个比特（Bit）。人们有时常把波特与比特混淆，其实它们并不一样。波特是用来表示信号频率（每秒钟信号电压值改变的次数）的，一个M波特的线路传输信号其速率不一定是每秒M比特，因为每个信号可以运载好几个比特。如果数字化的电压0～7都被使用，那么每个信号值可以代表3个比特，因而比特率是波特率的3倍。在我们的例子当中，T1的速度是1.544Mbps，即每秒钟传输1,544,000比特，而T1所采用的AMI编码技术在一次信号值（如电压）的改变中只传送一个比特，因此就需要频率1,554,000Hz（每秒钟电压改变的次数）来实现这样的速度。对于象这样高频率的信号，它的距离将被限制在小于1.8公里（不加任何中继器，线路规格是美规22AWG）。
—- 我们都知道ISDN BRI（Integrated Services Digital Network Basic Rate Interface），它可以提供2个B信道（每个B信道为64K）和一个D信道（16K），有效载荷信息再加上其他的附加信息可达到160kbps的速率。ISDN的关键卖点在于它利用了现有的电话线，但ISDN BRI使用的是AMI编码调制技术，频率低于160kHz，这使得本地回路距离只能达到5.4公里（0.4mm线径）。随着线路编码调制技术的快速发展，出现了在一个波特中发送两个比特的技术，这种编码调制技术被称之为2B1Q。ISDN BRI使用的就是2B1Q技术，同样在本地回路距离5.4公里的情况下，频率只需要到80kHz就够了。
—- HDSL的出现
—- 90年代初期，一些厂商将2B1Q调制技术应用于T1/E1服务中，线路中不使用中继器，数据在4线（4根铜线）的线路中传输，其中铜线两两成对。每一对铜线的线路速率是784,000bps，整个线路速度为1,544,000bps。这样一来，在使用频率较小的情况下，也能获得所要求的本地回路距离，这项技术被称为HDSL(High Bit Rate Digital Subscriber Line)。基于该技术，可以使本地回路在不需要中继器的情况下，回路距离达到3.6公里（0.5mm线径）。
—- 在众多的编码调制技术中，还有一个叫做CAP(Carrierless Amplitude and Phase)编码技术。它与2B1Q相似，也是在一个波特中传输多个比特，不同的是，CAP能在每一波特中传输2～9个不等的比特。这使得在相同本地回路距离的条件下，CAP比2B1Q所需的频率要小得多，从另一角度看，在同样的频带下，CAP比2B1Q能传输更远。目前，CAP调制技术已经应用于HDSL中。
—- 串音对传输的影响
—- 当电信号被调制传输在铜导线中时，它会向与它相邻的其他铜导线辐射能量，这种现象就叫做串音（Crosstalk）。在电信网络中，许多铜导线都用绝缘材料隔开并集中放在电缆内，电缆中的铜导线各自传送接收信息，当相邻近的铜导线传输信号频率相近时，就会产生严重的串音，使波形变形。串音可分成两类，一种叫做近端串音，这是不同线路发送的信号在线路发送端的干扰；另一种叫做远端串音，它是不同线路发送的信号在线路接收端的干扰。近端串音要比远端串音明显一些，这是因为信号在刚产生时能量很高，干扰就会强烈一些，而经过线路传输后，会由于衰减而变得较弱。另外，在同一回路中传送和接受信息时，相同频率的信号间也会产生干扰，但这种干扰不同于串音，它检测原信号的延迟复制，然后在接受信息的信道上加上一反向信号的传输，这可以使已变形的波形得到有效的复原。这种方法被称作回波消除（echo cancellation）。
—- 在一些DSL系统中，传送和接受信号使用的是不同的频率范围，我们把它称作FDM（Frequency Division Multiplexing）。这种基于FDM系统的好处在于它能消除近端串音，因为在这个系统中，一条线路中不会接收到与邻近线路发送频率相同的信号。因此可以说，基于FDM系统的工作性能比前面所提到的回波消除系统更好。FDM系统在应用上把上传（Upstream）与下传（Downstream）分为两个不同的频带，这就会比回波消除系统使用的频率更多一些。在某些情况下，衰减可能是影响性能最关键的因素，而在另一些情况下，最关键的因素又是串音。因此，什么是最佳的选择要依实际情况而定。有时衰减现象比串音现象严重的多，因此频率不能很高，则选择回波消除系统；而在另一些情况下，串音的影响会很重要，FDM将是最好的选择。
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        网络故障中，由于网络广播风暴引起的网络故障，占网络故障的九成以上。网络广播风暴到底是如何形成的呢？
　　
　　要想正确理解广播风暴的具体含义，我们必须了解一下工作在网络中的网络设备的工作原理。目前，工作在网吧网络中的网络设备，基本上都是交换机了。对于交换机，大家并没有真正的了解其工作原理。
　　
　　一、交换机基础知识
　　
　　1、交换机的定义：交换机是一种基于MAC（网卡的硬件地址）识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。交换机可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。
　　
　　现在，交换机已经替代了我们原来比较熟悉的网络设备集线器，又称Hub。但是这并不意味着，我们不需要了解Hub的基本知识。
　　
　　2、集线器的定义：集线器（HUB）属于数据通信系统中的基础设备，它和双绞线等传输介质一样，是一种不需任何软件支持或只需很少管理软件管理的硬件设备。它被广泛应用到各种场合。集线器工作在局域网(LAN)环境，像网卡一样，应用于OSI参考模型第一层，因此又被称为物理层设备。集线器内部采用了电器互联，当维护LAN的环境是逻辑总线或环型结构时，完全可以用集线器建立一个物理上的星型或树型网络结构。在这方面，集线器所起的作用相当于多端口的中继器。其实，集线器实际上就是中继器的一种，其区别仅在于集线器能够提供更多的端口服务，所以集线器又叫多口中继器。
　　
　　二、交换机与集线器的区别
　　
　　现在，我们经常会存在这样一个技术误区，我们用的是交换机，数据全部是点对点转发的，为什么还会产生广播风暴呢？我们在充分了解了交换机与集线器的功能区别后，就会明白，使用交换机作为网络设备的网络，为什么会出现广播风暴。
　　
　　1、交换机与集线器的本质区别：用集线器组成的网络称为共享式网络，而用交换机组成的网络称为交换式网络。 共享式以太网存在的主要问题是所有用户共享带宽，每个用户的实际可用带宽随网络用户数的增加而递减。这是因为当信息繁忙时，多个用户可能同时“争用”一个信道，而一个信道在某一时刻只允许一个用户占用，所以大量的用户经常处于监测等待状态，致使信号传输时产生抖动、停滞或失真，严重影响了网络的性能。
　　
　　2、在交换式以太网中，交换机提供给每个用户专用的信息通道，除非两个源端口企图同时将信息发往同一个目的端口，否则多个源端口与目的端口之间可同时进行通信而不会发生冲突。通过实验测得，在多服务器组成的LAN　中，处于半双工模式下的交换式以太网的实际最大传输速度是共享式网络的1.7倍，而工作在全双工状态下的交换式以太网的实际最大传输速度可达到共享式网络的3.8倍。 交换机只是在工作方式上与集线器不同，其他的如连接方式、速度选择等与集线器基本相同，目前的交换机同样从速度上分为10M、100M和1000M几种，所提供的端口数多为8口、16口和24口几种。交换机在局域网中主要用于连接工作站、Hub、服务器或用于分散式主干网。
　　
　　三、产生广播风暴的原因
　　
　　通过对以上网络设备的了解，我们就可以简单分析出来，网络产生广播风暴的原因了。一般情况下，产生网络广播风暴的原因，主要有以下几种：
　　
　　1、网络设备原因：我们经常会有这样一个误区，交换机是点对点转发，不会产生广播风暴。在我们购买网络设置时，购买的交换机，通常是智能型的Hub，却被奸商当做交换机来卖。这样，在网络稍微繁忙的时候，肯定会产生广播风暴了。
　　
　　2、网卡损坏：如果网络机器的网卡损坏，也同样会产生广播风暴。损坏的网卡，不停向交换机发送大量的数据包，产生了大量无用的数据包，产生了广播风暴。由于网卡物理损坏引起的广播风暴，故障比较难排除，由于损坏的网卡一般还能上网，我们一般借用Sniffer局域网管理软件，查看网络数据流量，来判断故障点的位置。
　　
　　3、网络环路：曾经在一次的网络故障排除中，发现一个很可笑的错误，一条双绞线，两端插在同一个交换机的不同端口上，导致了网络性能急骤下降，打开网页都非常困难。这种故障，就是典型的网络环路。网络环路的产生，一般是由于一条物理网络线路的两端，同时接在了一台网络设备中。
　　
　　4、网络病毒：目前，一些比较流行的网络病毒，Funlove、震荡波、RPC等病毒，一旦有机器中毒后，会立即通过网络进行传播。网络病毒的传播，就会损耗大量的网络带宽，引起网络堵塞，引起广播风暴。
　　
　　5、黑客软件的使用：目前，一些上网者，经常利用网络执法官、网络剪刀手等黑客软件，对网吧的内部网络进行攻击，由于这些软件的使用，网络也可能会引起广播风暴。
　　
　　要想做到对故障的快速判断，良好扎实的基础知识，是不可缺少的。因此大家在日后的学习中，不要忽略了对基础知识的学习！