数据包进入互联网在网络中的传输
本章是‘网络是怎么连接的--读后感’第四章
前言
本章是系列博客的第四章；第一章讲数据发送的场景；第二章主要讲叙消息是如何发送出去的；第三章主要阐述数据包在客户端局域网中的传输；本章详细阐述数据在互联网中是如何传输的。
实现需求
本章主要阐述数据在互联网中的传输；主要讲两种网络接入方式；在接入网的过程中运营商通过使用ppp协议和隧道技术实现对用户的身份验证和公有地址分配；同时会对网络运营商内部网络进行介绍；同时还会对互联网中跨运营商通信进行介绍。
- ADSL接入网的结构和工作方式
- 光纤接入网
- 接入网时通过使用ppp和隧道来进行用户身份验证
- 网络运营商的内部
- 跨运营商通信时网络包传输
正文
一、ADSL接入网的结构和工作方式(不对称数字用户线，利用电话线将用户接入互联网的一种技术)
结构如上图所示：
- 用户端的互联网接入路由器首先会将收到的包转发给adsl模块，在转发前会在包前面加入mac头部，pppoe头部，ppp头部；
- adsl modem接收数据包的操作和网卡是一样的；接收到包后会将数据包拆分成很小段的数据块，称之为信元，并转化为电信号发给分离器；（通信运营商传输数据是通过atm技术实现的，这种技术传的就是信元因此需要拆分）
- adsl model中会将信元调制成电信号，并将电信号发给分离器，这一步可以统称为调制；
- 分离器是将电话信号和网络信号分离的设备，防止相互干扰导致信号失真；（电话信号和adsl信号频率不一样，通过频率高低来分离）
- 信号通过电话线到电话局后，会经过配线盘，分离器到达dslam;
- 在dslam model中会通过atm接口接收信号；会将电信号还原成数字信号信元（这一步可统称为解调）
- 然后通过dslam的atm接口，将atm信元传给后面的BAS路由器（BAS具有atm接口可以接收信元）
- 最后BAS路由器将接收到的信元还原成数据包；并将包头部的mac头和pppoe丢弃（这两个头部是为了将包传输到bas，到了自然会被丢弃）；同时在包头部加上隧道专用头部，一般是l2tp头，并发送到隧道出口；
- 在隧道的出口，隧道专用路由器会接收网络包；并丢弃包的隧道专用头部；然后将IP包取出发送到互联网内部；
二、光纤接入网
结构如上所示
- 首先通过调制设备将数字信号转换为电信号，通过光敏元件作为光源将电信号装换成光信号，通过光纤来进行光信号传输；
- 传输光信号的光纤常用的有两种；单模光纤和多模光纤，两者区别是光纤厚度不同，导致光的入射反射角度不同，所能传输的光线数目不同（单模光纤只传输一条光线，信号失真较小，适合远距离传输，多模光纤传输多条光线，光线之间会互相干扰，数据失真大，距离较短时使用）
- 实际传输中通过光纤将用户端路由器连接运营商BAS有两种方式：‘直连和分路’；
- 直连是指通过一条单模光纤直连用户端路由器后面的光纤收发器（将路由器传过来的以太网数据包转换为光信号）和BAS路由器前的多路光纤收发器（将收到的光信号转换为电信号传给BAS）；然后BAS将包转发到互联网内部（省略BAS包转发过程，和网卡是一样的）；
- 注意这种直连的方式在服务器响应的数据过来时也是用的同一条光纤传输的；为了防止请求光信号和响应光信号互相干扰，两种光使用不同波长；
- 第二种分路如上图所示；是通过在用户附近安装分光器来让光纤分路，从而同时连接多个用户；（也就是分光器连接多条光纤，家庭网络就是这样）
- 分路在发起请求时；通过ONU模块（光猫就是ONU设备）将电信号转为光信号；并发送给BAS前面的OLT模块；OLT会根据当前多个用户的数据请求情况来控制光信号传输防止碰撞，接着OLT会将光信号转换成电信号传给BAS;
- BAS响应的数据则分通过分光器发给所有用户；由于把所有用户的数据都响应过来了；会了防止数据泄露，在包前面加上识别ONU的信息；ONU收到信息后就将发给自己的包装换成以太网数据包；
三、接入网时通过使用ppp和隧道来进行用户身份验证
上图是ppp在ADSL中的认证流程
上图是ftth中的ppp认证
通过ppp认证；用户端路由器就能通过BAS和运营商互联网的路由器进行通信了。
认证下发机制如上图；结合上诉两部认证操作；就能获取到运营商分配的IP等信息，通过认证获取配置信息后就能进行通信了。
注意：BAS下发的TCP/ip参数会被配置给互联网接入路由器的BAS端的端口上，这样用户端的路由器就完成了接入互联网的准备了。
BAS在收到用户路由器发送的网络包后，会去掉MAC头部和PPPoe头部，然后用隧道机制将包发给网络运营商的路由器。从而进行互联网通信。
补充：在两台路由设备的端口通过一条线路直连时，端口可不分配ip地址，这种方式称为无编号连接（以前每个端口都需要有IP地址，这是针对公有IP越来越少做的优化）。
四、网络运营商的内部
前面讲到了数据通过BAS路由器转发到网络运营商的路由器；‘这就是互联网的入口’，用户端的数据包会通过这里进入互联网，现在简单介绍下网络运营商的内部，看下他是如何接入互联网的；互联网模型图如下;
由图可知互联网是由众多运营商网络相互连接组成的，电话线路adsl/光纤等接入网(用户端局域网)是与用户签约的运营商设备相连的，这些设备被称为POP（接入点，比如运营商给我们提供的光猫/路由器就是网络接入点）
而这些接入点POP大部分通过光纤直连或者租用通信线路服务商的光纤线路的方式来和网络中心NOC连接起来（NOC是运营商的核心，用户从pop传过来的数据包，都要经过NOC处理；不是单台设备是指大量服务器和路由器的集群）
补充常见POP网络接入点类型：
五、跨运营商通信时网络包传输
由上方的互联网模型图可以看出，数据包传输到pop后，可以在该运营商内部互联网POP和NOC直接传输；同时数据包也能传输到其他运营商网络中，实现机制如下：
- 互联网实质是由众多路由器连接而成的超大型网络；根据前面路由器之间包转发的知识，了解到只要两个设备有连接且彼此知道对方的路由信息就能进行通信；
- 因此在跨运营商通信是只要和其他运营商路由设备有连接，且知道对方的路由信息就能进行通信；获取相连运营商路由信息的方式有两种，一种是对等方式（只交换两个运营商相连路由设备的信息）；另一种是转接（相连运营商直接彼此交换网络中的所有的路由信息）；交换路由信息的机制是BGP；
- 补充：互联网运营商之间的路由交互机制，还能起到授权作用，没有交换路由的运营商直接不能进行通信，具有商业意义；
路由信息交换类型如下图：
从上图可以看出运营商除了直接连接的方式；还存在多个运营商通过连接IX来进行中转通信的方式；通过IX能减少运营商直接的连接线路；降低成本，提升数据传输的速率；IX的本质是高性能交换机；一般和运营商NOC部署在同一环境（一般是较高安全性的数据大楼，数据安全性，容灾性很重要，曾经去过浙商银行的数据大楼，安全等级特别高）在相同地方的运营商和IX端口直接相连就行；至于在不同地方的运营商一般是通过路由器转发的方式的连接（NOC其实也是由众多路由器构成的）；如下图所示：
