3.6.2　ADSL接入工作原理

当前几乎每个家庭中都会布有电话线，如果能够利用电话线实现宽带上网，不仅不用重新布线，降低了开销，也使用户使用起来更加便利。ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line，非对称数字用户线路）是一种非对称的DSL技术。DSL（Digital Subscriber Line，数字用户线路）技术是基于普通电话线的宽带接入技术，能够在电话线上分别传送数据和语音信息，不仅能够方便地进行上网，而且还不会影响打电话。ADSL中上行（用户到电信服务提供商方向，如上传动作）和下行（从电信服务提供商到用户的方向，如下载动作）带宽不对称（即上行和下行的速率不相同），因此称为非对称数字用户线路。其中，下行信道的带宽高于上行信道，非常适合于用户下载多于上传的上网习惯，可以更加充分地利用线路资源。ADSL具有下行速率高、频带宽、性能优等特点。

1.ADSL接入原理

当利用电话网PSTN进行接入时，由于用户回路的电话端局侧将带宽限制在了4kHz，而电话线本身的带宽可以达到1MHz以上，因此，只要绕过电话端局与用户相连的程控交换机，就可以获得更高的传输带宽。ISDN技术通过拉专线的方式绕过电话端局的程控交换机，但是还是用电话网来传输数据，因而带宽受到PSTN网的限制，只能提供最高128kbit/s的传输速率。而DSL技术采用一对调制解调器，其中一个调制解调器放置在电话端局，另一个调制解调器放置在用户侧，电话端局侧的调制解调器直接和ISP服务器相连，两个调制解调器之间进行数据传输，绕过了电话端局的程控交换机和电话交换网，只使用用户回路的线路资源，不受电话交程控换机的带宽限制和电话网的速率限制。因此，DSL上网只需要支付接入Internet的服务费用，而不需要交纳电话费，此外这种方式可以减轻电话交换机的负载，并且不需要拨号，一直在线，属于专线上网方式。目前已经比较成熟并且投入使用的数字用户线方案有ADSL、HDSL、SDSL和VDSL等，其中ADSL应用最为广泛。

ADSL充分利用了电话线本身的传输能力，采用频分复用技术把电话线分成了电话、上行和下行三个相对独立的信道。传统的电话语音业务仍然使用电话线的低频部分（0～4kHz频段），不受数据业务的影响；数据业务部分则将电话线160kHz到1.1MHz频段划分成256个频宽为4kHz的子信道，来传送下行数据信号，支持下行速率1Mbit/s～8Mbit/s；将25kHz到160kHz频段划分成32个频宽为4kHz的子信道，来传送上行数据信号，支持上行速率512kbit/s～1Mbit/s。ADSL的有效传输距离在3～5km范围以内。

ADSL接入系统的结构如图3-25所示。在用户侧，PC主机通过ATU-R（ADSL Transceiver Unit，Remote Terminal End，ADSL客户端收发单元，也称作ADSL Modem）和电话机一起连接到Splitter（分离器），分离器其实就是频分器，它将电话线上的语音和数据业务按频段进行分离。在电话线的另一侧，即电话端局侧，同样是通过频分方式将话音业务分离到PSTN的程控交换机，将数据业务分离到DSLAM（数字用户线路接入复用器），通常的DSLAM中会集成频分的功能。DSLAM一般都位于端局，为了连接Internet，需要通过ATM网或IP网将数据业务接入到Internet的入口处BRAS（宽带接入服务器），由BRAS负责用户的认证和计费，从而将用户接入到Internet中。

图3-25　ADSL接入系统结构示意图

ADSL接入系统中使用了ATM、PPPoE等相关技术来实现Internet的接入访问。通常用户侧的ADSL Modem与局端的DSLAM之间就需要建立ATM的PVC虚电路来传送上层的数据包，PPPoE技术则用来在用户与BRAS之间建立起点到点连接。这些相关的技术会在第4章中作详细介绍。

ADSL中需要采用调制解调技术，完成计算机网络中的数字信号与电话线上传输的模拟信号之间的转换，从而使数据业务能够利用电话线上的模拟信道进行传送。ADSL中采用了QAM、CAP、DMT等调制技术。QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制）是通过相互正交的两个载波的幅度变化来进行信号调制，CAP（Carrierless Amplitude Phase，无载波幅相调制）可以看作是QAM的数字调制方式，DMT（Discrete Multi-Tone，离散多音频调制）是一种划分子信道，在每个子信道上利用QAM调制的技术。

DMT技术可以根据线路的情况调整在每个信道上所调制的比特数，以便充分利用线路带宽。一般来说，子信道的信噪比越大，在该信道上调制的比特数越多，而当某个子信道信噪比很差时，则弃之不用，从而根据子信道的特征实现调制策略的动态调整。

2.ADSL Modem的分类

按照实际的使用方式，可以将ADSL Modem分成两类：桥接式（RFC1483Bridged）和路由式（添加小型路由器功能的ADSL Modem），前者只工作在第二层，即只针对二层包头信息进行处理，不需要分析三层包头信息；而后者则需要进行三层包头信息的分析，并由此作出转发决定或处理，比如NAT、默认路由等。下面对这两类使用方式进行介绍。

（1）桥接式（RFC1483Bridged）

桥接式ADSL Modem工作在第二层，它所起到的作用与网桥类似。ADSL Modem不负责第三层的工作，IP地址的配置协商是由PC主机与BRAS两者来完成，在这种方式下，ADSL Modem只能将一台PC主机连接到Internet中。

桥接式的ADSL Modem也是当前使用最多的一种。这种方式中，通过电话局端的ATM DSLAM设备在ADSL Modem和BRAS之间建立一条ATM PVC虚连接，而ADSL Modem和用户主机之间通过以太网相连，ADSL Modem能够将以太网帧封装到ATM信元中，从而在BRAS与用户主机之间建立起一条以太网链路。

在网络层，用户可以选择固定的IP地址分配方式，在主机上配置固定的公网IP地址，其默认网关直接指向BRAS的端口IP地址，这样从用户主机发出的IP数据包可以通过以太网连接直接发给BRAS，并由其转发到Internet网络上。这种方式配置简单，但是由于每个用户独占一个IP地址，不论其是否使用，这个IP地址都不能给别人使用，会产生较大的IP地址浪费。

用户主机也可以自动获取IP地址，这就必须采用PPP协议来实现身份认证和IP地址的动态分配。由于以太网的普及，为了便于用户主机使用，当前ADSL Modem与用户主机间都采用以太网进行互联，为了能够在以太网上使用PPP协议，就需要将PPP数据帧封装在以太网帧中进行传输，也就是PPPoE协议（PPP over Ethernet）。在这种方式中，用户主机上必须安装专有的PPPoE客户端软件，通常Windows操作系统都内置了类似的软件，用户主机发出PPPoE以太网帧，在ADSL Modem中采用RFC1483Bridge桥接封装方式将其进行封装，并通过ATM的PVC虚连接，发送到BRAS，BRAS将其中的PPP帧取出来，就相当于在用户主机和BRAS之间建立起了一个PPP的连接。通过PPP协议，用户主机与BRAS进行协商，动态地获取公网IP地址。

这种方式使用方便，组网方式简单，对ADSL Modem的要求也不复杂，PPPoE通过PAP或CHAP来保证接入的安全，是目前应用最为普遍的家庭用户接入模式。详细的PPPoE工作过程见第4章。

（2）路由式Modem

这种类型的ADSL Modem要实现第二层的功能，还要负责第三层的工作，它具备小型路由器的功能，用户可以把ADSL Modem当作一台小型路由器来使用。无须外加其他设备，即可实现多机上网，适合一些小规模用户。

这种ADSL Modem上都有WAN接口（广域网接口）和LAN接口（局域网接口），WAN接口用于和BRAS相连，LAN接口用于和用户主机相连。

ADSL Modem可以通过PPPoE的方式使WAN接口获得BRAS动态分配的公网IP地址和其他配置；也可以静态地为WAN接口配置公网IP地址，这时要在ADSL Modem上设置默认路由指向BRAS的端口IP地址，ADSL Modem采用RFC 1483Bridged，通过广播发现机制做地址解析，实现ADSL Modem与BRAS之间在二层连通；在静态配置WAN接口IP地址时，ADSL Modem与BRAS之间也可以不采用Bridged RFC 1483，而是采用基于RFC 1577的ATM ARP机制来完成地址解析，然后ADSL Modem上设置默认路由指向BRAS的端口IP地址。

ADSL Modem的LAN接口需要配置私有IP地址，可以通过连接交换机来接入多台用户主机，每台主机都配置与LAN接口同网段的私有IP地址，并将网关指向ADSL Modem的LAN接口，就可以通过ADSL Modem的NAT（网络地址翻译）功能，使得多台主机同时连入Internet。