【计算机网络】边缘路由器 三种家庭接入网(光纤到户) DSL、HFC与PON

1、网络边缘

我们通常把与因特网相连的计算机和其他设备称为 端系统 。而之所以称为 端系统，则是因为处于因特网的边缘。这么来说，我们用的笔记本电脑、手机、入网手表…所有与因特网相连的设备，都称为 端系统，并处于网络边缘。

2、三种接入网与边缘路由器

边缘路由器：指 端系统 到任何其他远程端系统的路径上的第一台 路由器。常见的比如家里的、公司的路由器以及广域移动无线。
接入网：将 端系统 物理连接到其 边缘路由器 上。
家庭接入网：现今宽带住宅接入主要有三种类型：数字用户线(Digital Subscriber Line, DSL) ，电缆 以及 光纤到户。

3、DSL 家庭接入网（家庭入网方案一）

住户通常从提供本地电话接入的本地电话公司处获得 DSL 互联网接入。所以当使用 DSL 时，用户的本地电话公司也是它的 ISP。
每个用户的 DSL调制解调器 使用现有的电话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。家庭的 DSL调制解调器 得到 数字数据 后将其转换为高频音，以通过电话线传输给 本地中心局(CO) ；来自许多家庭的 模拟信号 在 DSLAM 处被转换回 数字 形式。

3.1 家庭电话线

既然能承担打电话和上网的操作，说明电话呼叫和互联网连接能同时共享 DSL链路。事实上，家庭电话线使用不同的频率进行编码：
[1] 高速上行信道，位于50kHz到1MHz频段；
[2] 中速下行信道，位于4kHz到50hHz频段；
[3] 普通的双向电话信道，位于0到4kHz频段。
这种方法使得单根 DSL 线路看起来就像有3跟单独的线路一样。
在用户一侧： 一个分配器把到达家庭的 数据信号 和 电话信号 分隔开，并将 数据信号 转发给DSL调制解调器；
在电话公司一侧： 在本地 中心局(CO) 中，DSLAM 把 数据和电话信号 分隔开，并将 数据 送往因特网。

3.2 DSL上行下行速率不等

DSL 标准定义了多个传输速率：
[ITU 1999] 12Mbps下行和1.8Mbps上行传输速率；
[ITU 2006] 55Mbps下行和15Mbps上行传输速率。
事实上这种上行下行传输速率的不等不对称，原因大可能出现在DSL提供商提供分等级（价格）的服务，也有因为家庭和中心局距离、双绞线规格和电气干扰程度使得最大速率受限。

4、电缆因特网接入（家庭入网方案二）

光缆将 电缆 头端连接到地区枢纽，从这里使用 同轴电缆 到达各家各户。因为在这个系统中应用了 光纤 和 同轴电缆，所以它经常被称为 混合光纤同轴(Hybrid Fiber Coax, HFC)系统。

4.1 电缆调制解调器

DSL利用电话公司现有的本地电话基础设施，而电缆因特网接入则是利用了有线电视公司的现有有线电视基础设施。

如同 DSL调制解调器，电缆因特网接入也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 modern)。电缆调制解调器 也是一个外部设备。
在 电缆头端，电缆调制解调器端接系统(Cable Modern Termination System, CMTS) 与DSL网络的 DSLAM 具有类似的功能，即将来自许多下行家庭中的 电缆调制解调器 发送的模拟信号转换回数字形式。
电缆调制解调器 也将 HFC网络 划分为下行和上行两个信道，且也是不对称的，下行信道分配的传输速率通常比上行信道高。

4.2 HFC网络的上行和下行

电缆因特网接入的一个重要特征是共享传播媒体：
[1] 由头端发送的每个分组向 下行 经每段链路到每个家庭;
[2] 每个家庭发送的每个分组经 上行信道 向头端传输。
因此，如果几个用户同时经 下行信道 下载文件，那么每个用户接收文件的实际速率将会大大低于电缆总计的下行速率。
而另一方面，如果仅有很少的活跃用户在进行WEB冲浪，那么每个用户都可以以全部的下行速率接收web网页，因为用户们很少在完全相同的时刻请求网页。
而因为 上行信道 也是共享的，所以需要一个分布式多路访问协议来协调传输和避免碰撞。

5、光纤到户（家庭入网方案三）

三种方式中最高速率的技术，光纤到户(Fiber To The Home, FTTH)，从 本地中心局(CO) 直接到家庭提供一条光纤路径。

5.1 光纤到户方案

最简单的光纤分布网络称为 直接光纤：从 本地中心局 到每户设置一个光纤。
一般的光纤分布网络是：从中心局出来的每根光纤实际上有很多家庭共享，直到相对接近这些家庭的位置，该光纤才分成每户一根光纤。
进行这种分配的 (一般的光纤分布网格) 有两种竞争性的光纤分布体系结构：主动光纤网络(Active Optical Network, AON) 以及 被动光纤网络(Passive Optical Network, PON)

5.2 PON 被动光纤网络

每个家庭具有一个 光纤网络端接器(Optical Network Terminator, ONT)，由光纤连接到临近的光纤分配器，该分配器将一些家庭集结到一根共享的光纤上，该光纤再连接到中心局的 光纤线路端接器(Optical Line Terminator, OLT)。OLT提供光信号和电信号之间的转换。最后经过路由器与互联网相连。