4.1 ADSL 接入網的結構和工作方式
4.1.1 互聯網的基本結構和家庭、公司網絡是相同的
我們可以將互聯網理解為家庭、公司網絡的一個放大版。
互聯網也有一些和家庭、公司網絡不同的地方，其中之一就是與轉發設備間的距離。
二者的不同點
傳輸距離的不同
在家庭、公司網絡中，與轉發設備之間的距離不過幾十米到幾百米。這種情況下只要延長以太網線就可以到達相鄰的轉發設備了。
以太網線是無法實現這種長距離的連接，雙絞線的極限距離是 100 米，但光纖的連接距離可以長達幾公里。
控制包的轉發目標不同
互聯網也是根據路由表中的記錄來判斷轉發目標的，但路由表記錄的維護方式不同，互聯網中的路由器上有超過 10 萬條路由記錄。
而且這些記錄還在不斷變化，當出現線路故障時，或者新的公司加入互聯網時，都會引發路由的變化。
人工維護這些路由信息是不現實的，必須實現自動化。公司的路由器也有自動維護路由表的機制，但出於各種原因，互聯網中采用的機制和公司有所區別。
距離的不同和路由的維護方式，就是互聯網與家庭、公司網絡之間最主要的兩個不同點。
4.1.2 連接用戶與互聯網的接入網
網絡包通過交換機和路由器的轉發，在通過互聯網接入路由器之后，就進入了互聯網。
互聯網接入路由器的包轉發操作也和以太網路由器幾乎是一樣的：即根據包 IP 頭部中的接收方 IP 地址在路由表的目標地址中進行匹配，找到相應的路由記錄后將包轉發到這條路由的目標網關。
但是互聯網接入路由器是按照接入網規則來發送包的。
接入網這個詞表示的是通信線路的用法，而並不表示通信線路的結構。
例如公司里使用的專線，當它用來連接互聯網時就叫作接入網，而用來連接總公司和分公司時就不叫接入網。
此外，接入網這個詞也不僅限於互聯網，當使用運營商提供的通信服務時，一般都會將用戶與運營商之間的線路叫作接入網
所謂接入網，就是指連接互聯網與家庭、公司網絡的通信線路。
一般家用的接入網方式包括 ADSL 、FTTH C 、CATV、電話線、ISDN 等，公司則還可能使用專線。
接入網的線路有很多種類，下面先介紹一個比較有代表性的ADSL。
ADSL
Asymmetric Digital Subscriber Line，不對稱數字用戶線。它是一種利用架設在電線桿上的金屬電話線來進行高速通信的技術，它的上行方向（用戶到互聯網）和下行方向（互聯網到用戶）的通信速率是不對稱的。
FTTH
Fiber To The Home，光纖到戶。指的是將光纖接入家庭的意思。
4.1.3 ADSL Modem 將包拆分成信元
ADSL 技術使用的接入線路，其內部結構如圖 4.2 所示，在這張圖中網絡包是從右往左傳輸的。
用戶端路由器發出的網絡包通過 ADSLModem 和電話線到達電話局，然后到達 ADSL 的網絡運營商（即 ISP，互聯網服務提供商）。
包從客戶端通過集線器和交換機到達互聯網接入路由器
首先，客戶端生成的網絡包（圖 4.3 的①和②）先經過集線器和交換機到達互聯網接入路由器（圖 4.3 ③），並在此從以太網包中取出 IP 包並判斷轉發目標（圖 4.3 ④）。
互聯網路由器將包轉發給ADSL Modem
如果互聯網接入路由器和 ADSL Modem 之間是通過以太網連接的，那么就會按照以太網的規則執行包發送的操作，但以太網的頭部會有一些差異。
網絡包會加上 MAC 頭部、PPPoE 頭部、PPP B 頭部總共 3 種頭部（圖 4.3 ⑤），然后按照以太網規則轉換成電信號后被發送出去。
ADSL Modem 的中文全稱為“調制解調器”。
PPP是點到點協議。它是電話線、ISDN 等通信線路所使用的一種協議，集成了用戶認證、配置下發、數據壓縮、加密等各種功能。
ADSL Modem將包拆分為信元
互聯網接入路由器將包發送出去之后，包就到達了 ADSL Modem（圖 4.3 ⑥），然后，ADSL Modem 會把包拆分成很多小格子（圖 4.3 ⑦），每一個小格子稱為一個信元。
信元是一個非常小的數據塊，開頭是有 5 個字節的頭部，后面是 48 個字節的數據，用於一種叫作 ATM 的通信技術。
可以將信元理解為一種更小一號的包，原理上跟 TCP/IP 將應用程序的數據拆分成塊裝進一個個包的過程是一樣的。
ATM
Asynchronous Transfer Mode，異步傳輸。它是在以電話線為載體的傳統電話技術基礎上擴展出來的一種通信方式。它的數據傳輸是以“信元”為單位來進行的，這和以包為單位傳輸數據的 TCP/IP 很像，但這種方式並不適用於計算機通信。
實際上也有一些 ADSL運營商使用的 ADSL Modem 是不進行數據拆分的。
4.1.4 ADSL 將信元“調制”成信號
將信元轉換成信號
方波信號無法滿足需求
以太網采用的是用方波信號表示 0 和 1 的方式，這種方式很簡單，ADSL 采用的方法要復雜一些。
因為方波信號的波形容易失真，隨着距離的延長錯誤率也會提高，且方波信號覆蓋了從低頻到高頻的寬廣頻段，信號頻率越高，輻射出來的電磁噪聲就越強，因此信號頻譜太寬就難以控制噪聲。
ADSL采用正交振幅調制
ADSL Modem 采用了一種用圓滑波形（正弦波）對信號進行合成來表示 0 和 1 的技術，這種技術稱為調制。
調制有很多方式，ADSL 采用的調制方式是振幅調制（ASK）和相位調制（PSK）相結合的正交振幅調制（QAM），也被稱為正交調幅的方式。
正交振幅調制的組成要素
信號的強弱
信號振幅小的信號為 0，振幅大的信號為 1，這是一種最簡單的對應關系。振幅大小只有兩個級別，如果增加振幅變化的級別，就可以對應更多的比特。
如果將振幅增加到 4 個級別，則振幅從小到大可分別對應 00、01、10 和 11，這樣就可以表示兩個比特了。這樣做可以將單位時間內傳輸的數據量加倍，也就能夠提高速率。
以此類推，如果振幅有 8 個級別，就可以表示 3 個比特，16 個級別就可以表示 4 個比特，速率也就越來越高。
不過，信號會在傳輸過程中發生衰減，也會受到噪聲影響而失真，如果振幅級別太多，接收方對信號的識別就容易出錯，因此振幅級別也不能太多。
信號的相位
這是一種根據信號的相位來對應 0 和 1的方式。Modem 產生的信號是以一定周期振動的波，如圖 4.5 所示，振動的起始位置不同，波的形狀也就不同。
如果將波的一個振動周期理解為一個圓，則起始位置就可以用 0 度到 360 度的角度來表示，這個角度就是相位，用角度來對應 0 和 1 的方式就叫作相位調制。
從 0 度開始的波為 0，從 180 度開始的波為 1，這是一種最簡單的對應關系，如圖 4.4（c）所示。
和振幅調制一樣，相位調制也可以通過將角度划分為更細的級別來增加對應的比特數量，從而提高速率。但是，角度太接近的時候也容易產生誤判，因此這樣提升速率還是有限度的。
將兩種要素組合實現正交振幅調制
ADSL 使用的正交振幅調制就是將前面這兩種方式組合起來實現的。
如果信號的振幅可以表示 1 個比特，相位可以表示 1 個比特，那么加起來就可以表示 2 個比特。因此，將兩種方式組合起來，正交振幅調制就可以用一個波表示更多的比特，從而提高傳輸速率。
正交振幅調制中，通過增加振幅和相位的級別，就可以增加能表示的比特數。例如，如果振幅和相位各自都有 4 個級別，那么組合起來就有 16個級別，也就可以表示 4 個比特的值。
和單獨使用振幅調制或相位調制的情況一樣，級別過多就容易發生誤判，因此這種方法提升的速率是有限度的。