网络是怎么连接的第四章数据包从局域网到互联网本章内容，网络报如何在互联网中传输，比如光纤 ADSL：局域网接入互联网

本章内容，网络报如何在互联网中传输，比如光纤

ADSL：局域网接入互联网

前三张的内容，网络包是从server打包发送到网卡；这次是发送到运营商，通过运营商的路由器传到互联网

互联网接入路由器：mac报文和IP报文之间还有东西

用户的数据包要经过互联网接入路由器，发送给运营商，才能进入互联网。

之前学习的封装顺序是：

MAC头部 | IP头部 | TCP头部 | HTTP数据

这是典型的以太网帧封装方式，适用于直接在以太网上传输IP数据的情况。在这种情况下，数据包在链路层添加MAC头部，在网络层添加IP头部，在传输层添加TCP头部，最后是应用层的HTTP数据。

然而，用户的数据包要经过互联网接入路由器，使用PPPoE（以太网上的点对点协议）时，封装顺序会有所不同。PPPoE用于在以太网上建立点对点连接，常见于ADSL等宽带接入方式。

在局域网内，当数据链路层的数据包尝试通过PPPoE协议接入互联网时，会在以太网的 MAC头部 和 数据负载（Payload） 之间添加 PPPoE头部 和 PPP头部。具体流程如下：

MAC头部（Destination Address、Source Address 和 EtherType）：提供局域网中的基本数据链路层信息，用于在局域网中传输数据帧。
PPPoE头部：
- 包含版本（Ver）、类型（Type）、代码（Code）、会话ID（Session_ID）和长度（Length）等字段。
- 主要作用是实现以太网上的点对点会话，允许多个用户通过共享的以太网接入网络，并通过会话ID区分不同用户的会话。
PPP头部：
- 包含协议字段（Protocol）和其他PPP相关信息。
- 作用是支持多种协议的封装（例如IP协议），并提供身份验证、压缩等功能。
数据负载（Payload） ：包括更高层的协议头部（例如IP头部、TCP头部）和实际传输的数据（例如HTTP内容）。

因此，封装顺序为：

MAC头部 | PPPoE头部 | PPP头部 | IP头部 | TCP头部 | 数据

局域网内数据链路层的包尝试进入互联网，首先必须是经过运营商的网路，这需要会添加额外的头部信息，具体的头部信息，参考文档 info.support.huawei.com/info-finder…

局域网内的以太网数据包要经过拆包+ 重新添加PPPOE

组装好的PPPOE 数据包会被切分成ATM 包传输给运营商，如下图所示

ADSL Modem 需要将数据包切分成 ATM 信元（ATM Cells）的原因在于 ADSL 和 ATM 协议的结合，主要是为了兼容运营商的网络基础设施和优化数据传输。以下是具体原因：

1. ADSL 与 ATM 的结合

ADSL 使用 ATM 技术： ADSL 技术在下层通常采用异步传输模式（ATM, Asynchronous Transfer Mode）作为数据传输协议。
- ATM 是一种面向连接的传输技术，采用固定长度的 53 字节信元（48 字节数据 + 5 字节头部）来封装数据，便于高效传输和交换。
- 这种方式适合宽带网络，因为它可以很好地支持 QoS（服务质量）和流量管理。
为什么需要 ATM：运营商的核心网络通常基于 ATM 技术，尤其是在早期宽带接入时代。通过将数据转换为 ATM 信元，ADSL Modem 可以与运营商网络无缝连接，实现数据传输。

2. 数据包切分的必要性

以太网和 PPPoE 数据包的大小不固定：
- 以太网帧和 PPPoE 数据包的大小可以在几十字节到上千字节之间变化，而 ATM 信元的长度固定为 53 字节。
- 为了将较大的数据包传输到 ATM 网络中，ADSL Modem 需要将其切分为多个固定长度的 ATM 信元。
传输效率与兼容性：
- 使用固定长度的 ATM 信元可以简化硬件设计，提高网络设备的数据处理效率。
- 切分后的信元能够在 ATM 网络中按照既定的 QoS 规则高效传输。

3. ADSL Modem 的数据处理过程

数据在通过 ADSL Modem 传输到运营商网络时，一般经历以下步骤：

接收以太网帧（包含 MAC 头部、PPPoE 头部、PPP 头部和 IP 数据）；
切分为 ATM 信元：按照 48 字节的数据负载 + 5 字节的头部，将数据包切分为多个 ATM 信元；
转换为电信号并发送：将 ATM 信元编码为 ADSL 调制后的电信号，通过电话线传输到运营商的接入设备（如 DSLAM）。

4. ATM 的优点

低延迟和高吞吐量： ATM 的固定信元长度有助于减少缓冲延迟，适合实时应用（如语音和视频）。
支持多种服务类型： ATM 可以同时支持数据、语音和视频流，满足不同业务的需求。
可靠的流量管理：通过 QoS 和流量控制机制，ATM 网络可以为不同优先级的数据流提供保障。

运营商路由器把信号传递到tunnel

会将收到的包前面的MAC头部和PPPoE头部丢弃，取出PPP头部以及后面的数据；

BAS会在包的前面加上隧道专用头部，并发送到隧道的出口。

然后，网络包会到达隧道出口的隧道专用路由器，在这里隧道头部会被去掉，IP包会被取出，并被转发到互联网内部。

到此，ADSL接入部分就结束。

FTTH 是一种基于光纤的接入网技术

光纤的纤芯直径直接影响其传输特性，主要分为单模光纤和多模光纤两种类型。

单模光纤（Single Mode Fiber）：

• 纤芯直径： 约为 8 至 10 微米。

• 传输模式： 仅允许一种光传播模式。

• 特性：

• 由于纤芯细小，仅允许入射角非常小的光线进入，确保光在纤芯中以单一模式传播，减少模式色散。

• 适用于长距离、高带宽的通信，如城域网和广域网。

• 单模光纤只能传递一种光。

多模光纤（Multimode Fiber）：

• 纤芯直径： 常见为 50 微米或 62.5 微米。

• 传输模式： 支持多种光传播模式。

• 特性：

• 较大的纤芯直径允许不同入射角的光线进入，导致多种模式同时传播，可能引发模式色散，限制传输距离和带宽。

• 适用于短距离通信，如局域网（LAN）和数据中心。

• 多模光纤可以传递多条光。

通俗例子：

想象在一条狭窄的单车道上（单模光纤），仅允许一辆车（光模式）直线行驶，避免了交通干扰，确保快速到达目的地。而在一条宽阔的多车道公路上（多模光纤），多辆车以不同速度和路线行驶，可能导致交通拥堵（模式色散），延长到达时间。

因此，纤芯直径的选择决定了光纤的传输模式和性能，影响其在不同通信应用中的适用性。

光纤连接方式

光纤的连接方式

用一根光纤直接从用户端连接到最近的电话局这种类型的FTTH 中，用户和电话局之间通过光纤直接连接

用户端的光纤收发器B 将以太网的电信号转换成光信号。这一步只进行电信号到光信号的转换，而不会像ADSL 一样还需要将包拆分成信元，

FTTH 一般使用单模光纤，因此其纤芯中只有特定角度的光信号能够反射并前进

然后，多路光纤收发器将光信号转换成电信号，BAS的端口接收之后，将包转发到互联网内部。

把网络包发送到互联网之后，服务器会收到响应，响应包的光信号也是沿着同一条光纤传输到用户端的; 为了区分发送和接收的信号，办法是上行和下行信号采用不同波长的光

波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）是一种在一条光纤中使用不同波长的光来同时传输多个光信号的技术。

详细解释

为什么需要波分复用？
- 光纤通信的带宽非常高，一条光纤能传输的容量远远超过单一信号所需要的。
- 为了提高光纤的利用效率，可以在同一根光纤中同时传输多个信号，但每个信号使用不同的波长（类似于不同颜色的光）。
- 这样，多路信号就可以互不干扰地在同一根光纤中传播。
工作原理：
- 复用（Multiplexing）：
- - 在发送端，将多个信号加载到不同波长的光上（如红、绿、蓝）。
  - 通过一个波分复用器（WDM设备），将这些不同波长的光信号合并到同一根光纤中。
- 解复用（Demultiplexing）：
- - 在接收端，使用波分解复用器将光纤中的不同波长信号分开，并还原成各自的独立信号。
- 波长独立：
- - 不同波长的光相互独立，互不干扰，可以同时传播。
波长范围：
- 通常使用的光纤波长在 1260 nm 至 1675 nm 之间。
- 常见的波分复用分为两种：
- - CWDM（粗波分复用）：波长间隔较宽（20 nm），用于短距离传输。
  - DWDM（密集波分复用）：波长间隔较窄（0.8 nm 或更小），用于长距离、高容量传输。

通俗的例子

想象一条公路是光纤，而汽车是数据：

普通传输：只有一条车道，所有的汽车（数据）按顺序行驶，速度和效率较低。
波分复用：在公路上新增了多条车道，每条车道都为一种特定类型的汽车服务（如红车、绿车、蓝车）。这些车道互不干扰，可以大幅提升公路（光纤）的运输能力。

波分复用的优点

提高带宽：
- 在一条光纤中同时传输多个信号，相当于扩展了通信容量。
高效利用光纤：
- 一条光纤可以承载更多的信号，减少了铺设多条光纤的成本。
可扩展性：
- 通过增加新的波长，可以方便地扩展网络容量。

应用场景

长距离通信：用于海底光缆、城际光纤通信。
数据中心互联：在数据中心之间的高带宽连接中广泛应用。
电信运营：用于支持宽带、语音、视频等多种业务的传输。

总结：波分复用是一种通过在同一根光纤中传输多个波长的光信号来提高通信容量的技术，就像在同一条公路上开辟多条车道，大大提高了传输效率和带宽利用率。

总结 PPPOE上网方式

上述两种方式的，都是用户的局域网接入运营商的网路方式。ADSL 和FTTH 接入网中，都需要先输入用户名和密码C，登录之后才能访问互联网，而BAS 就是登录操作的窗口。BAS 使用PPPoED 方式来实现这个功能E。PPPoE 是由传统电话拨号

上网上使用的PPP 协议发展而来的

下面是使用PPPOE进行拨号上网的流程

拨号上网过程（PPPoE方式）

用户拨号连接（步骤 ① -1 和 ① -2）：
- 用户通过拨号软件（如 Windows 的 "拨号连接"）向运营商的接入设备发起连接。
- 此时，用户的计算机还没有公网 IP 地址，只能通过拨号建立点对点连接。
认证过程（步骤 ② -2）：
- 用户输入的用户名和密码会通过 PPPoE 协议发送到运营商的接入服务器（RAS）。
- RAS 使用 RADIUS协议（Remote Authentication Dial-In User Service，远程用户拨号认证服务）将认证信息发送到运营商的认证服务器。
- 认证服务器校验用户名和密码的正确性。如果认证通过，用户就被允许接入网络。
分配 IP 地址（步骤 ② -3）：
- 认证成功后，认证服务器会为用户分配一个公网 IP 地址，以及其他网络配置信息（如子网掩码、网关地址和 DNS 服务器地址）。
- 这些信息会通过 PPP 协议下发到用户的计算机。
完成配置，开始上网：
- 用户的计算机根据接收到的配置信息设置网络参数（如 IP 地址）。
- 此时，用户已经有了一个有效的公网 IP 地址，可以使用 TCP/IP 协议进行互联网通信（如浏览网页、发送电子邮件）。

为什么需要认证和分配 IP 地址？

认证的作用：
- 确保只有经过授权的用户（付费用户）才能使用运营商的网络资源。
- 防止未经授权的设备或用户接入。
分配公网 IP 地址的作用：
- 公网 IP 地址是用户与互联网通信的身份标识，没有公网 IP 地址就无法访问互联网。
- 通过动态分配 IP 地址，运营商可以高效利用有限的 IP 地址资源（多个用户轮流使用一组 IP 地址）。

PPPoE 与公网 IP 的关系

PPPoE：
- 是一种点对点协议，用于用户和运营商之间的身份认证和会话管理。
- 通过 PPPoE 建立连接后，用户才能被分配公网 IP。
公网 IP：
- 是用户访问互联网的身份标识。
- 用户只有在完成认证后，才能被分配公网 IP，从而能够正常访问互联网。

但是不可能给每个分配pubilc IP ,

NAT 和 CGNAT：目前的主流方法，大量家庭和企业设备共享一个公网 IP。
推广 IPv6：从根本上解决公网 IP 地址不足问题，是未来发展的方向。

客户通过上述方式接入公网，在浏览器里输入了一个网址，这时网络包就开始发送了;

包的目的地是互联网中的某个地方，这个地方或许在互联网接入路由器的路由表里是找不到的

此时，按照第三章的路由器转发规则，他将会发给默认路由，也就是子网掩码为0，也就是BAS 下发的默认路由;

但是，和局域网传递给默认路由不同，

在默认路由中：路由器会使用ARP协议找到默认路由的MAC address, 然后修改 MAC 头部信息的source and destination MAC address;

在连接到BAS 默认路由，除了修改 MAC 头部信息的source and destination MAC address; ，还需要修改以太类型，以太类型填写代表PPPoE 的8864；然后，需要在MAC address 和payload 中添加PPPOE和PPP 头部信息，下面是头部信息要写的内容

网络包会到达BAS，而BAS 会将MAC 头部和PPPoE 头部去掉，取出PPP 头部以及后面的部分

通过隧道机制将包发送出去。最后，PPP 包会沿隧道到达另一端的出口，也就是网络运营商的路由器

现在网络包已经通过接入网，到达了网络运营商的路由器。这里是互联网的入口，网络包会从这里进入互联网内部

互联网的实体并不是由一个组织运营管理的单一网络，而是由多个运营商网络相互连接组成

如下图所示, 连接到运营商的POP

至此，完结，关于跨运营商的路由交换协议，看BGP

网络是怎么连接的 第四章 数据包从局域网到互联网