ADSL宽带接入系统

非对称数字用户线（ＡＤＳＬ）是在铜双绞线上发展起来的一种接入技术，它从提出之日起到现在已经经过了十几年的时间。早期ＡＤＳＬ定位于提供视频点播（ＶＯＤ）业务，几乎没有获得发展。随着Ｉｎｔｅｒ-ｎｅｔ的迅速普及，ＡＤＳＬ技术才重新获得人们的重视。ＡＤＳＬ作为一种物理层传输技术，其传输性能取决于线路的长度、线径及噪声特性，下行可以提供１．５～８Ｍｂｉｔ／ｓ的速率，上行可以提供６４～６４０ｋｂｉｔ／ｓ的速率。ＡＤＳＬ固有的上下行速率非对称性，非常迎合Ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入中上下行流量的特点。因此，在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入中，ＡＤＳＬ以其特有的优越性已经成为一种重要的宽带接入手段。如何有效地利用ＡＤＳＬ支持第３层协议，接入不同的网络业务提供者（ＮＳＰ），已经成为人们关注的问题。目前ＮＳＰ普遍采用的方式是基于点到点协议（ＰＰＰ）的拨号体系结构，为了能够保护现有投资，基于ＡＤＳＬ的接入系统应该支持到ＮＳＰ的ＰＰＰ连接。本文将对支持ＰＰＰ的ＡＤＳＬ系统网络结构进行探讨。

１ 网络参考模型

    基于ＡＤＳＬ的网络参考模型如图 １所示。本文中仅考虑核心网络是ＡＴＭ的情况，在接入网中采用ＡＴＭ ｏｖｅｒ ＡＤＳＬ，在此我们并不排除核心网络是ＡＴＭ之外的网络。接入节点（ＡＮ）与Ｂ－ＮＴ之间通过双绞线相连。    

    接入节点负责在宽带网络和接入网部分之间完成ＡＴＭ层复用／集中功能。在上行方向，接入节点实现复用／集中和高层功能；而在相反方向，则完成路由／解复用的功能。接入节点也称为数字用户线接入复用器（ＤＳＬＡＭ），除完成ＡＤＳＬ局端（ＡＴＵ－Ｃ）功能外，还包含宽带网络接口、ＶＰＩ／ＶＣＩ翻译、高层功能、ＶＰ／ＶＣ复用等功能。宽带网络接口在接入网和宽带网络之间实现物理层和ＡＴＭ论坛ＵＮＩ３．１中规定的ＡＴＭ层功能。ＶＰＩ／ＶＣＩ翻译根据ＶＰＩ／ＶＣＩ将ＡＴＭ信元路由到正确的ＡＴＵ－Ｃ，实现ＶＣ解复用；在反方向，将来自多个ＶＣ的ＡＴＭ信元流复用后，送入宽带网络。ＡＤＳＬ局端终结来自接入网的ＡＤＳＬ信号，实现ＡＤＳＬ局端设备功能。 Ｂ－ＮＴ通过双绞线终结进入用户驻地网的ＡＤＳＬ信号，向用户驻地网或终端设备提供Ｔ或Ｓ接口。Ｂ－ＮＴ实现ＡＤＳＬ用户端设备（ＡＴＵ－Ｒ）功能，完成ＡＤＳＬ信号调制／解调，以及传输会聚子层功能。Ｂ－ＮＴ还可以支持ＶＰ／ＶＣ复用／解复用功能。

２ 端到端网络结构

２．１ 透明ＡＴＭ方式

    在这种方式下，终端和ＮＳＰ之间建立ＡＴＭ ＶＣＣ，目前多采用ＰＶＣ方式。一旦ＰＶＣ建立后，ＡＴＭ核心网仅仅完成对上层协议的透明传输功能。所有对话均在ＮＳＰ和终端之间进行。终端发起ＰＰＰ对话，建立ＰＰＰ连接。由ＮＳＰ负责ＰＰＰ链路的建立、拆除和状态转换，这个过程采用ＲＦＣ ２３６４（即ＰＰＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ）完成协议的封装。

     这种方式网络结构简单，协议栈比较简化。假设有Ｍ个ＮＳＰ，Ｎ个用户，每个用户均要与任一ＮＳＰ连接，则所需ＰＶＣ的数量可表示为Ｏ（Ｎ×Ｍ）（Ｏ为同阶无穷大）。因此当网络规模扩大时，所需ＰＶＣ数量较多。针对这种方式的缺陷，在ＮＳＰ与ＡＴＭ交换机之间引入中间设备：宽带接入服务器（ＢＡＳ）或Ｌ２ＴＰ接入集中器（ＬＡＣ），终结ＡＴＭ连接，降低ＰＶＣ的数量。下面将进行具体的描述。

２．２ ＰＰＰ终结在接入服务器

    在这种结构中，引入宽带接入服务器（ＢＡＳ）。一个ＢＡＳ与多个ＮＳＰ相连接，在ＮＳＰ和ＢＡＳ之间可以采用帧中继、ＡＴＭ和租用线等方式。ＢＡＳ终结用户终端（ＣＰＥ）发起的ＰＰＰ对话，将用户网络层包从ＰＰＰ帧中提取出来，采用不同的网络技术送到ＮＳＰ。

    接入网部分仍然采用ＰＰＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ ｏｖｅｒ ＡＤＳＬ。每个用户需要与ＢＡＳ建立ＡＴＭ ＰＶＣ连接，用户发起ＰＰＰ对话，在ＣＰＥ和ＢＡＳ之间建立连接。ＢＡＳ是一个网络层设备，提供网络层功能。ＢＡＳ在用户和ＮＳＰ的ＡＡＡ模块之间交换信息，提供ＩＰ地址配置、用户身份验证、授权、计费等功能。ＢＡＳ每个ＮＳＰ的端口均需要一定的ＩＰ地址空间，ＢＡＳ向ＮＳＰ提供ＩＰ路由接口。当ＢＡＳ与用户之间的ＰＰＰ对话建立后，ＢＡＳ将用户标识映射到ＮＳＰ端口，并根据此映射将接收到的包传送给相应的ＮＳＰ。当用户要终结到ＮＳＰ的连接时，首先终结到ＢＡＳ的ＰＰＰ对话。ＢＡＳ在路由表中删除用户－ＮＳＰ映射，向ＮＳＰ返回ＩＰ地址。

     仍然假设有Ｍ个ＮＳＰ，Ｎ个用户，当所有用户均与任一ＮＳＰ建立连接时，则所需ＰＶＣ的数量表示为Ｏ（Ｎ＋Ｍ）。也就是说，这种方式大大降低了网络ＰＶＣ的数量，使组网更加灵活，但是同时也对ＢＡＳ提出了较高的要求。

２．３ Ｌ２ＴＰ隧道方式

    为了扩展ＰＰＰ连接，以及在一个ＰＶＣ上对多个ＰＰＰ连接进行复用，引入Ｌ２ＴＰ协议（Ｌａｙｅｒ ２ Ｔｕｎｎｅｌ-ｉｎｇ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）。此时，网络中需要支持该协议的两个模块：Ｌ２ＴＰ接入集中器（ＬＡＣ）和Ｌ２ＴＰ网络服务器（ＬＮＳ）。ＬＡＣ位于接入节点侧，ＬＮＳ位于ＮＳＰ侧。ＬＡＣ和ＬＮＳ之间通过支持Ｌ２ＴＰ协议的任何网络相连。ＰＰＰ链路从ＬＡＣ经过隧道到达ＬＮＳ。

    当连接建立时，首先在ＣＰＥ和ＬＡＣ之间建立ＰＰＰ对话，进行身份验证。之后，ＬＡＣ根据目的ＮＳＰ地址将ＰＰＰ对话扩展到选定的ＬＮＳ。根据身份验证过程提供的信息，ＬＡＣ决定目的ＮＳＰ，并与之建立隧道。ＬＡＣ将用户的ＰＰＰ链路与隧道和呼叫ＩＤ相关联。当上行数据包通过ＡＴＭ ＶＣ到达ＬＡＣ后，ＬＡＣ将ＰＰＰ数据封装到Ｌ２ＴＰ协议中，根据ＰＰＰ连接与隧道的映射关系，将其送入相应的隧道。在下行方向，ＬＮＳ将数据封装到ＰＰＰ包中，然后封装到Ｌ２ＴＰ帧中，将其送入相应的ＬＡＣ。ＬＡＣ根据隧道和呼叫ＩＤ来判断数据的去向，终结Ｌ２ＴＰ，并且将ＰＰＰ包通过ＡＴＭ ＶＣ发送到ＣＰＥ。

    与上一种方式相比，这种方式要求ＬＡＣ必须支持Ｌ２ＴＰ协议。通过与ＮＳＰ建立Ｌ２ＴＰ隧道，可以同时承载多个ＰＰＰ连接。但是，目前Ｌ２ＴＰ协议必须建立在ＩＰ层之上，直接在ＡＴＭ层上的Ｌ２ＴＰ协议尚未成形。这就限制了这种方式的应用。

３ 支持ＳＯＨＯ方式的网络结构

     以上的几种组网方式主要是针对一个终端用户对应一个ＡＴＵ－Ｒ情况而言的。在实际的ＡＤＳＬ配置中，另外一种典型的应用方式是ＳＯＨＯ（Ｓｍａｌｌ Ｏｆｆｉｃｅ ，Ｈｏｍｅ Ｏｆｆｉｃｅ）方式。在这种方式下，办公室内的多个用户或家庭的多个终端通过集线器（ＨＵＢ）连接到ＡＴＵ－Ｒ，实现链路资源的共享。ＡＴＵ－Ｒ与ＨＵＢ在物理上可以是两个独立的设备，也可以将ＨＵＢ功能集成到ＡＴＵ－Ｒ内部。

３．１ ＰＰＰ ｏｖｅｒ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ

    在协议栈中引入新的一层：ＰＰＰＯＥ。ＰＰＰ包被封装到Ｅｔｈｅｒｎｅｔ帧中，发送到ＡＴＵ－Ｒ。ＡＴＵ－Ｒ通过ＡＴＭ ＶＣ将Ｅｔｈｅｒｎｅｔ帧发送到ＬＡＣ。ＬＡＣ终结ＰＰＰＯＥ，将ＰＰＰ通过Ｌ２ＴＰ送到目标ＮＳＰ。在ＰＣ的协议栈中，ＩＰ层具有两个接口，它们分别为与ＰＰＰ和Ｅｔｈｅｒｎｅｔ的接口。

    当ＩＰ包目的地址为本地终端时，采用ＩＰ ｏｖｅｒ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ。当ＩＰ包要到达局域网之外时，采用ＩＰ ｏｖｅｒ ＰＰＰ封装。这种方式要求ＰＣ机支持ＰＰＰＯＥ，同时还要求网络设备ＬＡＣ终结ＰＰＰＯＥ。而目前的ＰＣ机采用标准的ＴＣＰ／ＩＰ／Ｅｔｈｅｒｎｅｔ协议栈，因此，如果对现有协议栈结构进行修改，是一种很不经济的方式，也是很不现实的。

３．２ ＰＰＰ代理（Ｐｒｏｘｙ）

     在这种方式中，ＰＣ的协议栈保持不变。ＰＰＰ对话起始于ＡＴＵ－Ｒ。ＡＴＵ－Ｒ接收到用户封装到Ｅｔｈ-ｅｒｎｅｔ中的ＩＰ包后，将ＩＰ包提取出来，并通过ＰＰＰ连接发送到ＮＳＰ。当用户要访问ＮＳＰ时，首先连接到ＡＴＵ－Ｒ Ｗｅｂ服务器，选择要连接的ＮＳＰ。ＡＴＵ－Ｒ依据此信息与相应ＮＳＰ之间建立ＰＰＰ连接。当用户的ＩＰ包到达ＡＴＵ－Ｒ时，它将源ＩＰ地址改为ＮＳＰ分配的地址，通过ＡＴＭ ＶＣ发送出去。

    在这种方式下，ＡＴＵ－Ｒ要为终端用户建立和维护ＰＰＰ连接，同时还要支持小型的网络服务器，因此对ＡＴＵ－Ｒ的复杂度提出了很高的要求。但是它的显著优点是ＰＣ的协议栈保持不变，同时并没有引入任何新的协议，简化了ＰＣ和ＬＡＣ的复杂度，能够很好地支持ＳＯＨＯ网络，因此ＰＰＰ Ｐｒｏｘｙ方式不失为一种较好的组网方式。

４ 结束语

    通过基于ＡＤＳＬ的接入网接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ可以有多种不同的实现方式。接入网依托于核心网而存在，因此当核心网络不同时，如为ＡＴＭ网络或ＩＰ网时，必然对应不同的网络结构。

参考文献

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２ ＩＥＴＦ ＲＦＣ２３６４． ＰＰＰ ｏｖｅｒ ＡＡＬ５，Ｊｕｌｙ １９９８

３ ＩＥＴＦ ＲＦＣ１６６１．Ｔｈｅ Ｐｏｉｎｔ－ｔｏ－Ｐｏｉｎｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ （ＰＰＰ），Ｊｕｌｙ １９９４

４ ＩＴＵ－Ｔ Ｇ．９９２．１． Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ （ＡＤＳＬ） Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ，Ｍａｒｃｈ １９９９

５ Ｒｅｕｖｅｎ Ｃｏｈｅｎ． Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｐｒｏｖｉｓｉｏｎｉｎｇ ｉｎ ａｎ ＡＴＭ－ｏｖｅｒ－ＡＤＳＬ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ． ＩＥＥＥ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｍａｇａｚｉｎｅ，Ｏｃｔｏｂｅｒ １９９９

（收稿日期：２０００－０３－１８）

[摘要] ADSL技术是基于铜双绞线的一种重要的宽带接入方式，在实现宽带到家庭、因特网接入中有着广泛的应用前景。文章首先给出了基于ATM over ADSL接入网的网络参考模型，然后分析了几种不同组网方式的特征及协议栈模型。考虑到SOHO方式的普遍性，文章还提出了支持SOHO的两种网络结构，并比较了不同结构的差异。

[关键词] 非对称数字用户线 ADSL用户端设备 接入节点 点对点协议

[Abstract] Asymmetric Digital Subscriber Line is an important broadband access technology,based on copper twisted line. It has broad application foreground in realizing broadband access to home and the Internet. The paper first gives the network architecture of an ATM－based ADSL access network and analyzes the features and protocol stacks of different network models. In view of the popularity of SOHO networking, the paper also presents two network architectures that support SOHO, and the comparison of their differences.

[Keywords] ADSL ATU－R Access node PPP