接入技术以及互联网架构

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1. 接入技术

1.1 两种物理基础设施：有线和无线基础设施

        有线基础设施包括铜线和光纤电缆。铜线和光纤是用来传输数据的物理介质，其中光纤以其高速度和大容量而闻名，而铜线则是一种更传统的技术。

        无线基础设施则包括高点（如专门建造的塔架或现有的高点，如钟楼、水塔等）上的天线。这些天线可以是单向的（比如用于无线电波传输、Wi-Fi服务的情况）或多向的（比如移动基站、Wi-Fi接入点）。这些设备用于发送和接收无线信号，使得数据可以在不同的地点之间无线传输。

        部署和维护这些物理基础设施是运营商投资和运营成本的重要组成部分。这些基础设施可以专门用于一个运营商，也可以由多个运营商共享。

        输网络，即用于传输信息的所有设备，需要进行管理和维护。

        这些信息表明，无论是有线还是无线基础设施，都是通信网络不可或缺的组成部分，需要大量的投资和维护工作。同时，它们在提供通信服务方面发挥着关键作用，无论是个人使用还是商业用途。

1.2 有线接入技术中的两个关键点：用户端和运营商端

        在用户端，用户通过安装在他们家中的调制解调器（modem）接入网络。调制解调器的类型取决于使用的技术：DSL调制解调器用于铜线连接（如ADSL），而光纤到户（FTTH）则使用光纤调制解调器。在FTTx（光纤到某处）的情况下，存在一个分配网络，可以服务于一个建筑物或整个社区。FTTx是一种宽带网络架构，使用光纤从供应商网络直接或间接地连接到用户的位置。

        在运营商端，存在不同的设备来处理这些连接。DSLAM（数字用户线路接入复用器）是用于管理多个用户DSL连接的设备。对于FTTx类型的接入，使用OLT（光线路终端），它在光纤网络中起到类似于DSLAM的作用。

        在不同的地理区域，为用户提供网络接入的技术可能会有所不同。这取决于多种因素，如现有的基础设施、成本和技术的可用性。例如，一些地区可能主要使用DSL技术，而其他地区可能更多地依赖FTTx技术。

1.3 将用户连接到互联网的过程及其复杂性

        首先，从用户到互联网之间的网络是复杂的，它依赖于多种协议。这意味着为了实现有效的通信，需要各种技术和标准来确保数据正确无误地从一个地方传输到另一个地方。

        接下来，市场是开放竞争的，并且受到监管。在法国，例如，电信市场由电信市场监管机构Arcep（法国电信和邮政监管局）进行监管。这个机构负责监管电信服务的提供和运营商之间的关系，确保市场的公平竞争和用户权益的保护。

        最后，网络中两种主要设备的重要性：交换机和路由器。交换机主要用于以太网（Ethernet）技术，负责在数据链路层中转发信息，而路由器则用于IP（互联网协议）网络，负责在网络层中转发信息。这些设备对于数据在网络中的有效传输至关重要。

1.4 互联网中的流量如何在不同的实体之间传输

        互联网由大约60,000个自治系统（AS）互联而成，形成了一个由多个域构成的网络。这些自治系统可以是大型的互联网服务提供商（ISP）或大型企业拥有的网络。

        这些域主要通过交换节点（也称为互联网交换点，IXP）互相连接。这些节点类似于交通系统中的交换机，用于处理和引导互联网流量。在这些交换节点，流量可以从一个域（例如一个ISP）传输到另一个域（可能是另一个ISP或一个大型企业的网络）。这允许不同网络的用户和服务器互相连接和交换数据。

        互联网中路径的选择是由“域间路由”指导的。域间路由是决定数据如何从一个自治系统传输到另一个

1.5 在互联网上提供服务的两种组织方式：直接提供和间接提供

        直接提供服务是最直接的方法，即直接将用户连接到一个服务器。例如，当用户访问Webmail Zimbra时，他们直接与托管该服务的服务器连接。在这种情况下，用户与提供服务的特定服务器之间有一个直接的网络连接。

        另一方面，服务提供也可以是间接的，特别是当内容或服务分布在多个服务器上时。这是云架构的典型特征，它利用数据中心来托管服务和内容。在云架构中，数据和应用程序不是存储在单个服务器上，而是分布在网络中的多个服务器上，这些服务器通常位于不同的地理位置。

        此外，文中还提到了所谓的“Over The Top”（OTT）服务运营商。这些运营商通过在互联网之上建立自己的私有基础设施来分发他们的服务。例如，视频流媒体服务就是OTT服务的一个例子，用户可以通过互联网访问这些服务，而不需要通过传统的电视或有线电视服务。

        总的来说，无论是直接还是间接的服务提供方式，都反映了互联网在提供和分发各种服务方面的灵活性和扩展性。这些服务通常依赖于复杂的后端基础设施，如数据中心和云计算平台，以确保高效、可靠和安全的服务交付。

2. 运营商的部分网络

2.1 运营商的部分网络

2.1.1 电信运营商网络的架构

        从用户接入点到因特网服务提供商（FAI）的各个网络层次。

        接入层：这是用户连接到网络的起点。它包括了固定接入，比如通过WiFi的固定接入，以及移动接入（无线），覆盖范围大约在10公里以内。

        汇聚/分布层（METRO）：用户的数据在这一层被汇聚，并通过较大的距离（大约100公里）传输到网络的核心部分。这里有一个数据中心的标志，但具体功能未详细说明。

        核心网络（Cœur Fixe）：网络的中心部分，用于处理和转发数据，通常连接到多个数据中心。这一层的IP层开始工作，负责在网络中导航和路由数据包。

        目前的网络架构是基于旧的电话网络。随着技术的进步，网络架构正在发生变化，特别是为了提高用户体验（QoE）和减少传输基础设施的拥塞，内容分发需要尽可能接近客户端进行。

        总体来说，电信运营商网络的一个高层次视图，强调了用户数据在网络中如何流动以及网络架构如何逐步发展以适应新的需求和技术。

2.1.2 电信运营商网络的三个主要部分

        接入层（Accès），汇聚层（Métro），以及核心层（Cœur），也称为骨干网络（Backbone）。

2.1.2.1 接入层

        接入层是网络的最外围，直接与用户设备连接。它通常包括大量的链接，每个用户可能有一个独立的链接，使用的技术多样，比如DSL、光纤、卫星、固定无线和移动无线，这些技术可以是点对点或点对多点的拓扑结构。接入层的特点是使用了许多非动力（不用电）的被动组件。

2.1.2.2 汇聚层

        汇聚层对应于区域级别的网络，如法国电信公司在布雷斯特的区域网络，它覆盖整个布列塔尼区域。汇聚层负责收集各个城市的流量，并将其传输到网络核心，通常在雷恩（Rennes）这样的地方。为了保证网络的可用性，汇聚网络往往以互连环路的形式组织。

2.1.2.3 核心层

        核心网络包含大容量的网络设备，并采用网状（mesh）结构，连接高速数据链路。它是网络的中心枢纽，负责处理大量流量，并实现与其他运营商的互连。

        无论是移动用户还是Wi-Fi接入用户，都会使用到汇聚层和核心层的服务。所有这些网络层都依赖于不同的物理层，运营商将这些物理层管理为传输网络，这些网络将被多个客户网络共享，比如同时服务于住宅和商业客户，以及固定服务和移动服务的客户。

        总体来说，这种分层架构确保了网络能够灵活地服务于各种不同的用户和服务类型。

2.1.3 电信网络不同组件和设施

下图六张照片，每张照片展示了电信网络不同组件和设施：

        这些描述揭示了电信网络的物理基础设施的多样性，以及维持这种网络运行所需的不同类型的设备和设施。从用户家中的连接到服务提供者的核心网络，每个环节都是确保通信服务质量和可靠性的关键。

2.1.4 流量聚合策略

        电信运营商无法管理单一的“平面”网络，因为他们需要处理大量的客户。在网络核心，我们不可能单独处理每个客户的每个数据流！因此，必须实施流量聚合策略。这些策略取决于网络不同部分使用的技术。我们可以列举一些例子：

        这种中心化还允许共享成本较高的功能：云数据中心、智能网络的交换机、移动用户数据库（HLR）。

        一个简单的聚合类似于河流系统，小溪流入大河，最后汇入江河。但情况并非如此简单，因为我们需要保护网络不受不可避免的故障影响。传统的结构是环形的：环上的一个链路断开或一个节点故障不会破坏环上的连通性，环自然转换为总线结构。这种保护通常在接入层被忽略，因为成本可能过高。在地铁级别上这种保护是显而易见的，在核心层则被隐藏，那里呈现的是基于互联环形结构的传输基础设施上构建的点对点虚拟连接。

2.2 以太网作为城域网技术

2.2.1 不同的网络协议

简单来说，这张图说明了网络如何通过不同的技术和协议层来处理和传输数据，以及这些技术如何在电信网络中相互作用。

2.2.2 IP数据包在以太网中的封装过程

        IP封装是网络通信中的一个基本概念，它涉及到如何将数据包（如IP包）封装在其他协议（如Ethernet）的帧结构中以进行传输。图中的关键元素如下：

数据封装的过程如下：

        ARP协议，它的作用是将IP地址映射到MAC地址，以便数据包可以在局域网中正确地传送到目的地。

2.3 支持应用流量的 IP

2.3.1 IPv4头部的不同字段以及每个字段的作用的信息

        这些字段共同工作，确保IP数据包能够在互联网中有效地路由和传输。

2.3.2 IP层（互联网协议层）的主要角色和功能

2.3.2.1 地址(Addressage)

2.3.2.2 地址解析(Résolution d’adresse)

        如何根据主机的名称找到其地址？

2.3.2.3 鲁棒性(Robustesse)

2.3.2.4 IP协议的主要复杂性(Complexité majeure du protocole IP): 路由(le routage)

        P层的复杂性，包括运行网络、识别每个元素、选择路径以及有效地进行转发（forwarding）。IP是一个数据报网络，这意味着每个数据包都独立于其他数据包发送，这些数据包一起组成数据流。

        总的来说，IP层的责任是定义网络中每个设备的地址，确保数据包能够在这些设备之间正确路由，并且能够在网络的任何变化或故障发生时保持通信的持续性。地址解析通常涉及到将设备的名称（如域名）转换为IP地址，这通常是通过DNS（域名系统）完成的。路由是指决定数据包从源地址到目的地址的路径，这是网络层的一个核心功能，也是最复杂的功能之一。

2.3.3 以太网帧的结构

        展示了构成以太网帧的各个部分及其大小。以太网帧是局域网内部设备之间进行数据传输的基本单位。这个结构包括：

        以太网帧结构不包括TTL（生存时间）字段，这意味着如果网络中出现循环，帧可能会无限期地循环下去，因为没有内置机制来终止这种循环。

        一些关键点包括：