2.8IP世界的道路构成

在IP节点之间，用于IP包通行的道路，由管线和电路构成。管线是指物理的直接连接，电路是指传输网构成的逻辑电路。当然，逻辑电路也必须行走在管线上，无论这种管线我们能看到（有线）还是看不到（无线）。

1.管线

常见的道路材质，有以下几种类型。

（1）通信电缆。

对人类而言，发明船只，是很伟大的。在大陆和大陆、大陆和岛屿之间互通有无，船只的作用可谓不可或缺。

而对计算机而言，发明电缆、水晶头和光纤，同样是伟大的。没有这些东西的存在，就没有计算机之间的信息交互。当然，无线能够做很多事情，但无线频率具有稀缺性和互斥性，无线信号的抗干扰性能力弱，这使得有线传送成为必不可少的传送方式。

用金属做传送介质，在没有光纤的年代是绝对的主流。

19世纪中叶，世界上出现了第一条通信电缆，是采用马来胶绝缘的多股扭合成2毫米线径的单芯电报电缆，外护层用铅皮包封，并用钢带或者钢丝缠绕，以适用于陆地或者水底敷设。

100多年来，通信电缆被用于电报、电话、电视的传播，直到IP诞生，电缆又被广泛应用于IP包的传送。

要知道，金属电缆可以承担较大带宽的应用。所有的金属都能够导电，就是因为它们的电磁波通过能力很强。铜金属，因为在地球上蕴含量丰富（和金、银相比），物理特性好（容易弯曲、不易折断、耐蚀性高），电子特性优异（电阻系数小）而被首选为通信电缆（及电力线缆）的原材料。

数据通信网络中的通信电缆，最常用的是双绞线和同轴电缆。

常见的双绞线是电话线和以太网的五类线。

双绞线的设计如其名，是由若干“线对”组成，而每个线对（是指两根包着绝缘材料的细铜线）按一定的比率相互缠绕而成，外形有点像很细的麻绳，而每根线一般都只有1毫米直径。

每个线对都互相绝缘，这就像国与国之间的关系，可以密切合作，但保持距离。

双绞线按照线对数量分，有1对、2对、4对、25对、50对等。1对和2对用于电话，4对用于以太网传输，25对以上则是电信大对数电缆。

按照是否有屏蔽层来划分，分为屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞（UTP）线两大类。STP的性能好，而UTP的价格低。UTP是目前的首选。

按照频率和抗干扰能力，可以分为3类、4类、5类、超5类、6类、7类等，以太网通信需要3类以上的。因为干扰无处不在，电缆做不到“出淤泥而不染”。

双绞线最奇特的地方就是互相绞合的线对。为什么把铜线“绞合”在一起呢？为什么线对不能像一双很长的筷子一样互相平行呢？原来，将线对绞合起来，其作用是为了抗干扰，也就是防止“噪声”对数据造成影响。

物理学里面的“噪声”和平时生活中我们说的“噪声”是不同的。物理学中的很多“噪声”大都不会的发出声响（站在人类的角度，发出声响的意思就是人能听到声响），它们是传送过程中的其他电磁干扰，比如手机放到线缆旁边，手机发出的电磁波就会对线缆的磁场造成影响——因为这种电磁波也在铜金属的通过频率范围内，这就会对铜缆正在传送的数据造成破坏。双绞线就是一种比较廉价的减小这种破坏的传送介质。

注意，铜线绞合，并不能使噪声消失，而是通过数学物理方法将噪声抵消，还原真实的数据信号。

双绞线的抗干扰能力虽强，却无法和同轴电缆比。因此在远距离传送多路语音的时候，一般会选择同轴电缆（或者光缆）而不是双绞线。

双绞线最初的广泛应用就发生在一路语音的传送，这就是连接电话机的那根导线——电话线。电话线一般采用一个或者两个线对，用于电话交换机和电话机之间，两头连接RJ11水晶头。

RJ11接头用于插入电话机、PBX的RJ11插孔中。制作方法与五类线类似，只是RJ11水晶头一般只有4个金属片，体积比RJ45水晶头小一半左右。

以太网也普遍使用双绞线。

局域网之所以称为“局域”，就是指范围不大，不需要传送很长的距离，但传送带宽大，质量要求高，线缆所在环境条件一般都很差（比如可能经常弯曲、扭曲），而需求量庞大（请读者算一算全球有多少局域网和计算机吧），需要低成本、部署灵活方便的解决方案。

这一揽子的需求，似乎都是为双绞线做铺垫的。以太网双绞线一般分为两种类型：STP和UTP。

屏蔽双绞线（Shielded Twisted Pair，STP）的抗干扰性好，性能高，用于远程中继线时，最大距离可以达到十几公里，这个距离已经突破了我们一般意义上的“局域网”。高性能决定了其高成本，而光纤完全可替代它并有更好的性能和更低的成本，所以STP一直没有广泛使用。

非屏蔽双绞线（Unshielded Twisted Pair，UTP），其传输距离一般为100m左右，最常用的超5类线，可支持100/1 000Mbit/s的以太网连接，是连接桌面设备的首选传输介质。

主机与交换机之间、交换机之间、路由器之间的道路，只要距离100m以内，都可以采用5类线以上的非屏蔽双绞线。

传送以太网的双绞线，采用4个线对，线缆两头应插入RJ45水晶头中。5类线的4个线对，一共8根线，每根线的外包绝缘材料的颜色都不完全相同，他们出厂的绞合方式是橙白和橙、绿白和绿、蓝白和蓝、棕白和棕四组绞合，而在工程安装中，一般按照橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕的顺序，将线缆两端排列后插入RJ45水晶头内，并需要专用工具按压。

RJ45水晶头由金属片和塑料外套构成，制作网线需要的RJ45水晶头前端有8个凹槽，被称为“8P”（Position，位置），凹槽内的金属触点共有8个，简称8C（Contact，触点），因此业界对此有“8P8C”的别称。特别需要注意的是RJ45水晶头引脚序号，当金属片面对我们的时候，从左至右引脚序号是1～8，序号对网络连线非常重要，不能搞反。

RJ45水晶头被工具按压后，其金属片在水晶头内部的刃切开每根线的外包皮，与铜线接触，而水晶头外的金属触点则与计算机网卡上或者以太网交换机上的RJ45插孔中8个金属片一一接触，从而将电路打通（8条线对应着8条电路）。

双绞线也可被用于E1/T1信号的传送，由于线序不同，其两端的接口被称为RJ48接口，虽然其水晶头和RJ45水晶头是没有区别的。

无论是传送语音还是数据信号，从电信机房连接到室外的交接箱，一般不会采用1～4对的双绞线，而是采用“大对数电缆”。大对数电缆最常用的是25对和50对。一般情况下，从交接箱再通过若干双绞线电缆分别连接到千家万户去，用于语音或者数据业务的接入。

大对数电缆是出于在线缆铺设过程中管理方便的考虑而获得应用的。

AT&T的贝尔实验室里两个年轻人，安德鲁·埃菲尔和埃斯佩斯德，希望在长距离线路上同时传送数千个电话呼叫，于是发明了同轴电缆。1941年，AT&T用同轴电缆在美国两个城市之间构建了一个传输系统，可同时传送480个话音信号和1套电视节目。

20世纪80年代开始，同轴电缆逐渐让路给光纤。但不可否认，如果没有同轴电缆，局域网就不可能成为现实。因为最早的局域网也采用了同轴电缆，前文中我们提到的10Base5和10Base2，就是同轴电缆中的粗缆和细缆。

那么我们来看看同轴电缆的构造吧。

同轴电缆由同轴的内外两个导体组成，内导体是金属线，外导体是圆柱形的套管，一般是细金属线编制成的网状结构，内外导体之间有绝缘层。电磁场被封闭在内外导体之间，这样做的好处是辐射损耗小，受外界干扰影响小——这是同轴电缆抗干扰性能优异的原因。

所有需要抗干扰的信号传输，大都可以用同轴电缆。比如E1/T1接口线缆、有线电视网络，以及早期的计算机局域网（后被双绞线取代）都大量使用同轴电缆。

同轴电缆有两种阻抗，如果你把电缆的一头内外导体连起来，在另外一头用万用表可以测量到其电阻，其阻值将根据业务需求进行选择。比如用于视频传送的，一般采用75Ω。这个数字可不是随便定义的。

在科学中，随意被专家们拍脑门定义的数字并不多。物理学证明了视频信号最优化的衰减特性发生在77Ω。因此在低功率应用中，材料及设计决定了电缆的最优阻抗为75Ω。用于视频的同轴电缆，传输带宽可达1GHz，目前常用CATV电缆的传输带宽为750MHz，而同轴电缆的优质传送，是让每个家庭享受流畅、清晰、稳定的电视节目的基础！

同轴电缆的接头被称为“基础网络连接头”——也就是大名鼎鼎的BNC接头。这个世界上孪生兄弟最多的通信接头非BNC莫属，目前在各个领域应用的BNC接头，有上百种之多。

（2）光纤。

育儿专家们常说，会玩的孩子有出息。可惜很多家长都无法深刻领悟这句话。那么我们就给各位讲述一个故事，主角是一个会玩的英国人，他就曾经玩过一个小游戏。

这个英国人叫丁达尔，物理学家，直接把游戏玩到了英国皇家学会！1870年的某一天，他在装满水的木桶上钻了一个孔，然后用灯从桶上边把水照亮，结果使皇家学会的观众们大吃一惊——放光的水从水桶的小孔里流了出来！水流呈抛物线状弯曲下来，光线也跟着水流的曲线弯曲下去，似乎，似乎光被水“俘获”了！

这是为什么呢？难道光线不再沿着直线前进了么？会玩不会玩，其关键判断依据，是看能否能根据玩的结果做出科学分析。丁达尔就属于典型会玩的。

经过研究，他发现这是全反射的作用，即光从水中射向空气，当入射角大于某一角度时，折射光线消失，全部光线都反射回水中。表面上看，光好像在水流中弯曲前进；实际上，在弯曲的水流里，光仍沿着直线传播，只不过在内表面上发生了多次全反射，光线经过多次全反射向前传播！

这看似不经意的小实验，直接导致了当粗细像蜘蛛丝一样的玻璃纤维被发明之后，就立刻用来传导光线。当然，这么细的丝传光线，目的不是为了照明，而是为了传送图像（如制作医学用的内窥镜）或者信息（通信）。

也因此，这种玻璃纤维被称为“光导纤维”，简称“光纤”。利用光导纤维进行的通信叫作光纤通信。

正史是这么记载的。

1960年，光纤诞生。1966年，有“光纤之父”称号的华裔科学家高锟，与其同伴，乔治·胡克海姆根据截止波导理论，共同提出了光纤将用于通信的预言。30多年后，高锟凭借在光纤领域的卓越贡献而获得诺贝尔物理学奖。

1976年，美国西屋电器公司在亚特兰大成功地进行了世界上第一个以44.736Mbit/s速率传输的110公里光纤通信系统的现场试验，使光纤通信向实用化迈出了第一步。

1981年以后，世界各发达国家开始将光纤通信技术大规模地推入商用。

2000年后，FTTH，光纤进入家庭成为现实。

2010年，单波40Gbit/s～100Gbit/s的传输容量规模商用；单芯光纤采用DWDM技术，已经有3.2Tbit/s开始商用。

纪录正在被不断刷新中。当前，光纤通信已经活跃于IP网络，光纤通信的高质量、高带宽、低成本，为IP多媒体业务的实现，提供了重要的传输保障。

主机与交换机之间、交换机之间、路由器之间的道路，都可以是光纤。

我们经常看到这样的描述：在一根头发丝粗细的光纤上，可以提供上万人同时打电话。这只是一个简单的乘法除法，我们要弄清被除数和除数以及因子分别是什么。

对于一条622Mbit/s的光纤传送通道，如果传送64K的语音，那么能传送多少路呢？622M就是4条155M，就是4×63条E1线路，每条E1线路30路语音，这样算下来，就是4×63×30=7560条语音线路。每条语音线路两个人，那么一共可以供7560×2=15120人同时打电话！这个人数接近于一个中等规模小城镇的总人口数了！

对光纤的研究，是光通信的基础，下面我们来讲讲有关光纤的事儿。

有关光纤的工作原理，本是一件很有趣的事情，但却让某些傲慢的教科书“神秘化”了。今天我们就来揭开它的面纱。

见过潜望镜么？对，两块镜子装在一个两次拐弯的盒子里，盒子两头开口，这样从一个开口就能看到另外一个开口外面的东西。潜望镜被广泛应用于潜水艇和坦克当中。那么你做这样的假设，如果这个潜望镜缩小，再缩小，成为一根很细很短的线，并且把多根这样的线首尾相接，将会如何？对，从一头能看到另外一头的东西！这就是光纤，看似柔若无骨，其实可容宇宙！

下面我们把光纤剥开，看看里面到底是怎么回事吧。

通信中使用的光纤，其核心部分是由圆柱形玻璃纤芯和玻璃包层构成，最外层是一种弹性耐磨的塑料护套，整根光纤呈圆柱形。

纤芯的粗细、材料和包层材料的折射率，对光纤的特性起着决定性作用。

光纤有单模和多模之分。单模光纤纤芯极细，直径一般小于10µm；多模光纤纤芯较粗，通常直径在50µm。

µm就是微米，是1毫米的千分之一。一张普通的纸，其厚度大约0.1毫米，也就是说，一张纸的厚度接近2倍于多模光纤纤芯直径，10倍于单模光纤纤芯直径。

多模光纤常用于短距离传送，比如局域网中的传送。原因是，多模光纤收发机便宜（比同档次相应单模光纤收发器的价格低一半），并且其接续简单方便、费用低廉。

而单模光纤则正好相反，适合于长距离的传送。原因是，单模光纤在维持长距离光脉冲的精确度上更胜一筹。

但是从光纤的外观上看，两种区别不大，包括塑料护套的光纤直径都小于1毫米。为了区分单模光纤和多模光纤，人们把单模光纤外套做成黄色，而多模光纤做成桔红色或者灰色。从光波长来区分，单模光纤一般承载1 310nm或者1 550nm波长光波，而多模光纤则承载850nm或者1 310nm波长的光波。nm是“纳米”的意思，相当于100万分之1毫米。

光纤0成本，因为其成本就是原材料——硅。硅？这个元素好熟悉啊！Intel的CPU也是硅做的！几乎所有的芯片都以硅为主材料！要不美国怎么管计算机业核心区，也就是西海岸加利福尼亚州北部的松他克拉拉县的一块长48公里、宽16公里的狭长地带，叫作“硅谷”呢。

全世界范围内所有地理范畴的“谷”都有硅。硅是泥土的主要组成部分，成本低廉，获取方便。反倒是光纤外表皮的石化制品成本更高一些。因为石油比泥土贵，并且石油会越来越稀缺、越来越贵！

光纤的应用范围很广，不但可以埋入地下，还可以沉入海中。

不知道各位是否想过，美国和中国是通过什么管线通信的？根据常规思维，无非两种途径：地上埋的，天上飞的。

天上飞的好理解，卫星么！可是卫星造价太高啦！

那地上埋的如何理解呢？美国和中国之间，没有直通的陆路，而是相隔着浩瀚的太平洋，还有太平洋底深深地马里亚纳海沟！

这一次横空出世的，是海底光缆！全世界能生产和铺设海底光缆的公司很少，成本也高昂（当然比卫星还是便宜很多）。但在洲际之间的互连，全靠海底光缆大显神威了！

海底光缆对互联网的国际化居功至伟。各位还记得，当年太平洋海底光缆遭到渔船破坏，国人访问美国服务器的道路几乎瘫痪殆尽！如果你使用MSN，我想对那次空前的灾难一定记忆犹新，因为MSN服务器是存放在美国的，海底光缆断掉以后，MSN无法登录了。

1979年，赵梓森教授拉制出我国自主研发的第一根实用光纤（1976年拉出第一根光纤样品），被誉为“中国光纤之父”。1982年元旦，武汉三镇开通了我国第一条实用化的光纤通信工程。今天的赵梓森，已经是中国工程院院士，武汉中国光谷的首席科学家。

经过30多年的发展，我国光纤光缆产业已经雄踞世界前列，长途传输网的光纤化比重已超过90％，国内已建成八纵八横主干光纤网，覆盖全国85％以上的县市。2008年之前，电信、广电、电力、石油等行业，所用光缆总长约为500多万公里，耗用光纤1亿多公里。

我国著名的“八纵八横”通信干线，是原邮电部于1988年开始的全国性通信干线光纤工程，项目包含22条光缆干线、总长达3万多公里的大容量光纤通信干线传输网。

（3）IP无线通信。

Wi-Fi、WiMAX、数字集群都是无线通信范畴的概念，它们以微波形式传送信号。把IP包当作货物，微波当作运输机，这就是IP无线通信了。

移动通信也属于微波通信。第二代移动通信的GSM和CDMA，分别有专门传送数据信息的技术，GSM的数据传送技术叫作GPRS，随后又推出了EDGE，CDMA则是CDMA1.X。第三代移动通信的四大技术体制，WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA、WiMAX，都有专门的数据通信通道用于传送IP包。第四代移动通信的TD-LTE和FDD-LTE专门用于互联网数据通信。

几十年前，中国国内的无线网络覆盖就极其发达。这种无线网络的接收终端，我们称之为“半导体广播”。20世纪六七十年代，它和缝纫机、自行车一起，被新婚家庭奉之为“三大件”。接下来的无线网络应用，是无线电视，直到20世纪末，各种电信意义上的无线固定和移动网络才获得广泛应用。

“无线网”是一个笼统的概念，不用线缆的传输都是无线传输。无线传输和有线传输，从本质上说只是传送媒介的不同，但带给人的便利性却大不相同。无线网最大的优势是不用挖沟埋线，不用架密密麻麻的电线杆，甚至终端也能在一定范围内任意移动！

根据频率、应用场合、传送信号类型的不同，常见的无线网络通信系统有无线PDH、Wi-Fi、移动网、WiMAX、蓝牙、对讲机、LMDS/MMDS、卫星等。当然，广播、无线电视、寻呼、GPS也都采用无线网络传送信号，但并不是本书的讨论重点。

无线网络既可以传送模拟信号，也可以传送数字信号，最重要的是，有线网络能够提供的业务，无线网络也悉数能够提供。

区分无线通信技术体制最主要的参数是无线电频率。

无线电频率不同，所能够传送的带宽也不同，这就造成各种无线通信技术体制的应用场合、终端类型、适应客户群完全不同。这一点和有线网络也非常相似。

无线通信技术中的一些重要分支，已经完全独立并成为专门的通信学科，Wi-Fi技术，WiMAX技术，蓝牙技术，2G、3G甚至4G的移动通信技术，卫星技术等，都支持IP包的传送。

微波通信

微波是我们常用的一种物质，它无色无味却有相当的能耐。

当然，微波在家庭中应用最广泛的是厨具——微波炉。物理学中的微波，是指频率在300MHz到300GHz的微波信号，波长在0.1mm至1m的电磁波，也叫作“超高频电磁波”，说它“高”，是和一般的电磁波相比的；说它“微”，是指波长值很小。

通信中使用的微波频率被分为几个具体的频段，每个频段作用不同，这里不再赘述。

微波站一般都由一大堆设备堆积而成，其中包括天线、收发信机、调制器、多路复用设备以及电源设备、自动控制设备。

天线是所有无线设备必须的发送和接收装置，电视机、广播、手机都有天线，虽然有的终端产品把天线隐藏起来，但具有天线功能的部件是必须的。

微波通信中，为了把电波聚集起来成为波束送至远方，一般都采用抛物面天线，形似一口 “大锅”，其聚焦作用可以大大增加传送距离。

若干年来，PDH微波、SDH微波设备都有比较广泛的应用。

通信专家之所以把微波频段当做无线通信的首选范围，是因为微波的频带宽、容量大、抗灾性强，利用这个特点，微波传送电话、电报、数据、传真以及彩色电视等成为可能，对水灾、风灾以及地震等自然灾害，微波通信受到的影响比较小。

微波最大的缺点，是经空中传送时易受干扰，并且在同一方向上的微波电路上不能使用相同的频率，也就是说，在同一个地域内，两个发送者不能在同一方向上采用相同频率发送微波信号。因此，微波电路必须在无线电管理部门的严格管理之下进行建设，防止频率冲突造成信号的传送出现问题。这可不像有线网络只要把线埋好就能通信。

此外，由于微波直线传播的特性，在电波波束方向上不能有阻挡。在高楼林立的城市里，微波通道的规划非常复杂。

Wi-Fi

Wi-Fi技术目前在家庭、办公室、咖啡馆中的应用已经非常广泛。一些基础电信运营商，如中国移动，将Wi-Fi定位为移动通信网的补充网络。

Wi-Fi是Wireless Fidelity（无线保真度）的缩写。现在，Wi-Fi已经是无线局域网（WLAN）的代名词了。

Wi-Fi的历史，要从一个叫作“无线以太网兼容性联盟”的组织说起。

这个组织的任务是对不同厂商WLAN设备之间的互通性进行认证。这个组织已经改名为“Wi-Fi联盟”，它认证的根据是IEEE通过的802.11b标准。

经过Wi-Fi联盟认证的产品，会贴上“Wi-Fi”标签，颁发“Wi-Fi”证书，从而取得合法地位。这样，“Wi-Fi”这个词就成为符合802.11b标准的同义词。

WLAN的最初目的是在传统的局域网中引入无线的概念，从而使局域网中的用户可以摆脱线缆的束缚而具有一定的移动性。

WLAN使用高频率频段，发射功率比普通手机还要微弱，所以对人体没有危害，因此不要怀疑因辐射而降低人的智力，通常也不会与家用或办公电器相互干扰。况且，它本身留有12个信道可供调整选择。

WLAN不仅使人们享受到无线上网的乐趣，使企业的办公环境更加整齐、利落，在建筑物里无须复杂的布线，只需要在局域网任何一个终端位置部署访问节点Access Point（简称AP）——其实就是我们常用的无线路由器，安装有Wi-Fi终端的计算机就可以接入局域网了。

在802.11b标准中，还使用了可随环境变化的“动态速率漂移”，其速率可在11Mbit/s、5Mbit/s、2Mbit/s和1Mbit/s之间切换。

同时，无线网卡、桥接器的价格也在逐渐下降，这一切，都促进了Wi-Fi走入普通百姓的生活。近年来，Wi-Fi技术发展异常迅速，802.11b出现了很多变形和升级版本，如802.11a、802.11g等，其速率已经从最初的1Mbit/s增加到11Mbit/s和54Mbit/s。

令人期待的是，下一代Wi-Fi标准802.11n已经将其速率提到到了540Mbit/s！是现在最高速率的10倍！虽然很让人吃惊，但也请各位不要惊掉了大牙！下一节，我们还真要讨论似乎和“牙”有关的技术。

蓝牙技术

蓝牙技术，风格如其名字，时尚前卫，深受年轻人的喜爱。

为了实现终端之间短距离数据传输，几个终端厂家联合起来制定了这个标准，用于手机和耳机之间、笔记本和手机之间、笔记本之间的数据传送。这是一种短距离无线电技术，其传输速率不高，传输距离也不能太远，但非常实用。

说起“蓝牙”的名称由来，有一种说法与牙齿有关：狼牙在月夜里会发出蓝光，而狼的牙齿虽然参差不齐却能紧紧地啮合在一起，故该技术得名“蓝牙”。

较权威的解释是：这个称呼来自于公元10世纪丹麦的一位国王Viking的绰号——Bluetooth。这位国王将当时的瑞典、芬兰与丹麦成功地统一起来，今天用他的名字来命名这一新的技术标准，显然含有将计算机行业、通信行业、家电行业等各自为战的局面统一起来的希冀。

利用小巧灵活的蓝牙技术，PDA、笔记本和移动电话等终端之间的通信变得非常简单。同时，还可以利用蓝牙让这些设备与互联网通信。

说得通俗一点，蓝牙技术使一些现代化的能轻易携带的移动通信设备和计算机设备，不必借助电缆就能联网，并且能够实现无线接入互联网。其实际应用范围还可以拓展到各种家电产品、消费电子产品和汽车等信息家电。

WAPI

WAPI是我国自行指定的无线网传输标准，这一点与TD-SCDMA类似。但是，在标准化过程中，却有着与TD-SCDMA完全不同的命运。

WAPI是WLAN Authentication and Privacy Infrastructure的英文缩写，指中国无线局域网安全强制性标准，即无线局域网鉴别与保密基础结构，是WLAN的一种传输协议而已，它与现行的802.11b传输协议比较相近。

WAPI是针对IEEE802.11中WEP协议安全问题，经反复论证并充分考虑各种应用模式，在中国无线局域网国家标准GB15629.11中提出的WLAN安全解决方案。

同时，本方案已由ISO/IEC授权的机构IEEE Registration Authority（IEEE注册权威机构）审查并获得认可，分配了用于WAPI协议的以太类型字段，这也是我国目前在该领域唯一获得批准的协议。

然而不幸的是，2006年，WAPI却受到了一些国际标准化组织不公平的待遇，在国际标准化方面暂时落后于IEEE 802.11i。

卫星通信

卫星通信，顾名思义，通过卫星进行通信。严格来讲，就是地球上（包括地面和低层大气中）的无线电通信站间利用卫星作为中继而进行的通信，当然，它也属于无线通信技术。卫星通信系统包含哪些东西呢？

首先，要有一颗神奇的、挂在天上的卫星。

然后，需要地球上有一个装置和这颗卫星进行配合。

“会当凌绝顶，一览众山小”，悬挂在地球上面如此之高，卫星的“视野”非常大；只要在卫星发射的电波所覆盖的范围内，任何两点之间都可以进行通信，并且不易受陆地灾害的影响。

我们最感兴趣的问题之一是，通信卫星到底距离地球有多高？

当你坐着波音飞机旅行，空乘经常会广播：“我们目前飞行在1万米高空”，那么卫星呢？一般情况下，通信卫星可以运行在赤道上方36000公里的同步轨道上，也可以运行在中低轨道上（小卫星），如Motorola公司的铱星系统（因准备发射的卫星数量和“铱”原子的电子数量一致而得名），距离地面只有780公里。

卫星在空中起“中继站”的作用，他们仅仅把某个地球站发射上来的电磁波放大后再返送回另一地球站，就像在空中放了一面镜子，卫星只需要“反射”一下电磁波即可。

由于静止卫星在赤道上空，它绕地球一周时间恰好与地球自转一周一致，也就是我们常说的“一天”的时间，23小时56分4秒。

卫星通信有其不可替代的优势。在地球上大量有线、无线网络无法覆盖的地方，卫星通信就成了唯一的通信介质。古有“烽火连三月，家书抵万金”的名句，今天有“深山孤岛处，通信靠卫星”的现实。有了卫星通信，全球几乎任何一个角落都可以被通信介质所覆盖。

卫星通信是人们最容易产生遐想的通信技术之一，很多UFO爱好者同时也是卫星通信爱好者。当今卫星通信发展迅猛，例如，著名的甚小口径天线地球站（VSAT）系统，以及中低轨道的移动卫星通信系统，都受到了人们广泛的关注和应用。

1972年中国发射了第一颗人造地球卫星“东方红一号”以后，卫星通信在我国首次被应用，并迅速发展。美国铱星公司（后被摩托罗拉收购）就发射了数量与金属铱原子数相同的卫星用于运营，但是因市场和经营原因而失败，这算是一个小插曲，并不影响人们对卫星通信的热衷。

其他无线IP通信技术

移动通信技术：包括蜂窝移动通信技术、集群通信技术等，这是个庞大的领域，我们将在移动通信一章中详细讲解。

超宽带技术

超宽带（Ultra Wide Band，UWB）功耗极低（约20mW），在极宽的频率范围内（最高可达7.5GHz），以极高的速率（可达500Mbit/s）传输信息。UWB最早应用于雷达及防窃听等军事通信。它被认为是未来无线个人的首选技术。

ZigBee技术

这也是一种耗电极低的短距离无线网络技术。取名ZigBee，来自于蜜蜂用曲折的舞蹈方式表示采蜜方向的含义。

2001年，国际上成立了一个叫作“ZigBee联盟”的组织，希望研究开发一种拓展性强、便于部署的低成本无线网络，可以广泛应用于家庭、办公室等小范围内，实现家用电器的自动控制以及环境信息的自动采集测量等。家庭联网应用是ZigBee技术最有潜力的市场之一，它将为改善人的居住环境和实现家庭的智能化作出贡献。

Z-Wave技术

Z-Wave是一种低成本、低能耗、高可靠性的短距离双向无线通信技术。

Z-Wave技术主要应用于家庭自动化、小型工业控制等领域。它工作于868/908MHz频段，有效覆盖范围在室内是30米，室外露天大于100米。最大数据传送速率只有9.6kbit/s，是一种窄带应用，不适合用来传送音频、视频等数字信号，而是用来传送各种控制信号。

RFID技术

20世纪90年代初，一种非接触式自动识别技术兴起。它利用射频方式进行非接触双向通信，以达到自动识别目标对象并获取相关数据，具有精度高、适应环境能力强、抗干扰性强、操作快捷等许多优点。这就是RFID，无线射频识别技术（Radio Frequency Identification）。

RFID利用无线电射频与被识别物体进行双向通信，实现数据交换，从而达到识别物体的目的。由于其识别过程无须与物体直接接触，因而被称作“非接触式射频识别”技术。一个典型的RFID系统主要由电子标签、读写器和信息处理等外围设备组成。

电子标签是RFID系统的核心，它内部藏着一颗专用标签芯片。

读写器是将RFID扫描仪和无线整合在一起，通过天线所释放的无线电信号去激发RFID标签，在它们之间进行非接触双向通信，实现数据交换，并进行读写操作，最终达到识别物体的目的。

有了RFID技术，可以简化大量繁重的工作，比如清理库存、超市收银、电子门票、水文观测等。这得益于其应用的便捷性。

带有RFID标签的物品进入电磁场后，接收阅读器发出来的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（无源标签），或者主动发送某一频率的信号（有源标签）。解读器读取信息并解码后，就可以送到中央信息系统进行数据处理了。

试想，如果每个物品都贴了这种标签，你手持阅读器，对这些物品的统计工作岂不变得非常简单？无论你是图书馆的管理人员，还是红酒的制造师，还是家具店老板，无须用各种复杂的统计方法，只需要在屋子里走一圈，这屋子里有啥东西，不就一目了然了么！

在实际应用中，你可以进一步通过以太网、Wi-Fi、移动数据通道，把通过阅读器获得的数据信息发送到服务器上，服务器内的应用系统可以帮你分析、处理这些信息，这样做不仅大量节省人力物力，更是让管理人员人轻松愉快地展开工作。

应用可以进一步扩展。在铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、汽油管道以及你的衣服、公文包、汽车，或者所有家用电器上都贴上这样一个小标签，这不就相当于把所有物体都连上网了么？有了RFID的技术基础，我们能够让物品都开口说话：公文包忘带什么东西，会立刻提醒主人；管道漏气，会及时发出报警；桥梁发生裂痕，会第一时间给维护部门提出警示……

换句话说，RFID为所有物品实现智能化提供了可能。贴上了RFID标签的物品，具有了被阅读器读出数据的能力，而物品上的应答器可以将物体所在位置以及其他相关信息发送回阅读器，即使在恶劣环境下，RFID也会正常工作。

当然，RFID本身并不能传送IP；但以RFID为基础，物联网的诞生也就顺理成章了。在第10章，我们将带各位进入比互联网更博大的物联网世界去参观。

2.与IP有关的传输技术

PDH

当今电信的传输网，都是以光纤为传送介质的，只是在光纤介质的基础上采用不同的设备，就会变成不同的传输网。而提到电信的传输网，不能不提“先驱”PDH。

PDH意思是“准同步数字序列”，说它是“准”同步，是因为PDH采用的不是真正“同步”的方式。

PDH只能用作点对点的情况，而不能像其继任者SDH那样呈环状布局。

随着技术的进步，基础的传输网络几乎被SDH、DWDM等所统治。但是，在与信息高速公路相连接的支路和叉路上，PDH设备仍将有用武之地，尤其是企业语音接入、分支机构互联这种点到点的网络，以及采用“以太网转换器+PDH”进行以太网延伸，毕竟，其价格是非常低廉的。

SDH

不了解SDH就不了解通信网。

美国bellcore公司首先于20世纪80年代提出了SONET（Synchronous Optical NETwork），美国国家标准协会通过一系列有关SONET标准，尔后ITU的前身CCITT接受了SONET概念，并重新定名为“同步数字系列”，使之成为不仅适于光纤也适于微波和卫星传输的通用技术体制。

同步数字系列就是我们常说的SDH（Synchronous Digital Hierarchy），这里面的Hierarchy比较难理解，一般是指序列，表明SDH不是单一速率，而是有一个系列的速率，相互之间有某种内在联系。

通常SDH/SONET，称为“光同步数字传输网”，在通信网中，它几乎是“传输网”的代名词。从PDH到SDH，是一次重大革命。

PDH无法组成环网、没有倒换保护机制，而SDH在这一方面堪称完美！

SDH拥有全世界统一的网络节点接口（NNI），是真正的数字传输体制上的国际性标准。既然是“标准”，只要你支持它，你就能和所有支持它的其他设备对接、兼容、配合。

很长一段时间，世界各国数字通信设备基本上都采用PDH，PCM基群复用设备所采用的编码律及复用路数不同，形成了两种不同的地区性数字体制标准：一种是俄罗斯、欧洲和中国采用的系列，以2.048Mbit/s为基础；另一种是北美和日本系列，以1.544Mbit/s为基础，这是PCM两种制式带来的问题。

由于这两种系列具有不同的比特率，各个国家的设备只有通过光/电转换变成标准电接口才能互通，在光路上则无法实现互相调配。

可以想象，这给国际间互通连网带来了多么巨大的障碍！SDH横空出世，带着一套开放的标准化光接口，使PDH的两大数字系列得以兼容，可以方便地在光路上实现不同厂家新产品的互通，使信号传输、复用和交换过程得到极大简化，成本降低，效率提高。

SDH当然还有诸多好处，我们简单向读者们做介绍。

它拥有一套标准化的信息结构等级，称为同步传送模块（STM），并采用同步复用方式，使得利用软件就可以从高速复用信号中一次分出（插入）低速支路信号，不仅简化了上下话路的业务，也使交叉连接得以方便实现。

SDH拥有丰富的开销比特（约占信号的5%），以用于网络的运行、维护和管理。

SDH具有自愈保护功能，可大大提高网络的通信质量和应付紧急状况的能力。

SDH网结构有很强的适应性，它就像航空母舰，可以装载多种类型的信号，PDH、ATM、IP甚至Ethernet都能够装在这艘航空母舰上（多业务传送平台MSTP就可以承载以太网和IP通道）。因此，把SDH当作基础的承载网络，实属必然！

光通信系统可以按照不同的方式进行分类。如果按照信号的复用方式来进行分类，可分为频分复用系统（FDM）、时分复用系统（TDM）、波分复用系统（Wavelength Division Multiplexing，WDM）和空分复用系统（Space Division Multiplexing，SDM）。他们分别按频率、时间、波长和空间来进行分割的光通信系统。

应当说，频率和波长是紧密相关的，“频分”本应和“波分”没有根本区别，但在光通信系统中，由于波分复用系统分离波长是采用专门的光学分光元件，不同于一般通信中采用的滤波器（限制不需要的频率通过的装置），所以两者仍属于不同的系统。

有SDH的承载，IP的传输质量将让人感觉很踏实。

在IP世界中，SDH传输网的电路，常见于骨干路由器之间的道路。

最传统的传输网可以分配2Mbit/s、34Mbit/s、155Mbit/s、622Mbit/s、2.5Gbit/s的电路，并且这些电路如果是SDH网络分配的，其可靠性非常高，如果是DWDM网络分配的，则会因为无法形成环状，可靠性大打折扣。

SDH承载骨干路由器之间的线路，最常用的接口是POS接口，一般的速率是155Mbit/s、622Mbit/s或者2.5Gbit/s，未来甚至有可能出现10Gbit/s的POS接口。

另外一种常用的路由器接口是信道化的2Mbit/s、155Mbit/s或者622Mbit/s。

PTN和IPRAN

作为具有直接的以太网承载能力的MSTP，其对网络层的支持能力非常有限，无法进行复杂的路由和交换，只能作为最基本的传送通道。在取而代之的将是PTN和IPRAN技术。

这两者是IP路由与交换技术、传统传输技术的深层次融合产物。这两种方案的提出，都不同程度地改变了原来传输与路由各司其职的格局。它们的出现，首先要迎合IP传送的需要：

支持多种基于分组交换业务的双向点对点连接通道，具有适合各种粗细颗粒业务、端到端的组网能力，提供了更加适合于IP业务特性的“柔性”传输管道；

完成了与IP/MPLS多种方式的互连互通，无缝承载核心IP业务；

在移动回传的承载方式争论中，PTN和IPRAN成为强有力的竞争者，主要区别在演进思路上。

PTN是从传统传输思路出发构建的，与现网中的MSTP等设备有较好的兼容性，基于现网部署条件向PTN演进对于已有网络的冲击较小。然而在这种演进模式下，对于原有网络体系的继承也将为未来埋下隐患。中国移动将PTN建设推向了高潮。

IPRAN则脱胎于IP技术，技术方面更为前沿，更适合于纯IP信息的传送，受到国内外各大运营商的关注。如需打造一套全新的城域以太网体系，采用IPRAN技术更佳。然而IPRAN正处于技术成熟期，使其适用场景有限。基于自身网络状况考虑，中国联通和中国电信成为IPRAN的拥趸。

当然，也有人说，PTN只是IPRAN的一种实现方式，不能将两者完全割裂和对立起来。

WDM

WDM是一位庖丁。不过不是解牛，而是分光。它利用一根光纤可以同时传输多个不同波长且互相不受影响的特点，把光纤可用波长范围划分成若干个波段，每个波段做为一个独立的通道，来传输预定波长的光信号。

光波分复用的实质是在光纤上进行光频分复用（OFDM），只是因为光波通常采用波长参数而不用频率参数来描述、监测与控制。随着电-光技术的向前发展，在同一光纤中波长的密度会变得很高，因而有了“密集波分复用”（Dense WDM，DWDM）；与此对应，波长密度较低的WDM 系统被称为稀疏波分复用（Coarse WDM，CWDM）。

这里可以将一根光纤看作是一个“多车道”的公用道路，传统的TDM 系统只不过利用了其中一条车道，提高传送速率的方法就是在这条车道上提高车辆行驶速度，增加单位时间内的运输量。而使用DWDM 技术，就是利用公用道路上尚未使用的车道，以获取光纤中未开发的巨大传输能力。

在WDM系统中，光纤里传送的信号，应该是什么样子呢？

光波分复用一般应用波长分割复用器（这是比吉列剃须刀刀片都厉害的一种特殊的“刀片”）和解复用器分别置于光纤两端，实现不同光波的“耦合”（复用）与 “分离”（解复用）。

但是，WDM技术无法实现像SDH这样的倒换功能，如果发生线路中断，都是由架构在WDM上层的SDH来实现倒换的，这时候WDM就像一根根的独立的光纤一样。

如果WDM上层未架构SDH，线路中断对WDM而言是灭顶之灾——泰坦尼克海难当然比一艘小游艇发生的灾难影响更大！

ASON

ASON（Automatically Switched Optical Network，自动交换光网络）是指在自动交换光网络的信令网控制下，完成光传送网内光网络自动交换功能的新型网络，并支持电子或光交换设备动态地向光网络申请带宽资源，可以根据网络中业务分布模式动态变化的需求，通过信令系统或者管理平面自主地去建立或拆除光通道，而不需要人工干预。

SDH是静态的，一般是环形网络，而ASON是动态的，一般是网状网络（即MESH网）。ASON相当于智能化的SDH，在传统SDH上加载了智能软件，应用G-MPLS协议（OSPF、LMP、RSVP），可以实现自动更新业务路由。

OTN

OTN（Optical Transport Network，光传送网），可以看作DWDM和ASON的综合体，最突出的特点是具备电交叉能力，最低速率是2.5G。OTN电交叉的需求源于单波10G速率的出现，当一个波道达到10G时，其OTU便可承载4×2.5G或者8～9个GE，典型的DWDM开通业务方式都是点到点对开，如果目标站点根本不需要这么大的容量，那么OTU的带宽就浪费了。为解决这一问题，就必须在DWDM上引入类似于SDH的交叉功能，从而演进出OTN的电交叉功能。

PON

PON（Passive Optical Network，无源光网络），它的最大特点不是“胖”，而是它不需要电源。

说具体点，在这个设备向终端分发信号的时候，有一个被称为“光分支点”的装置，这个光分支点不需要节点设备，只需安装一个简单的光分支器即可（小时候玩过三棱镜的读者对此一定不会太陌生），因此具有节省光缆资源的优点。

最初的PON包括基于ATM的PON（APON）和基于以太网的PON（EPON）。

APON在传输质量和维护成本上有很大优势，其发展也比较成熟。APON和EPON之争本质上是核心网中的ATM和IP之争在接入网中的继续，其结果可想而知，IP自然占据上风！

EPON是IEEE802.3ah工作组制定的标准，在它刚刚获得胜利的同时，我们的老朋友ITU-T又提出了GPON（千兆以太网无源光网络）的标准，可以灵活地提供多种对称和非对称上下行速率，传输距离至少达60公里，在速率、速率灵活性、传输距离和分路比方面都优于EPON！

EPON和GPON有很多共同的特点如下。

高接入带宽：GPON下行速率高达2.5Gbit/s，上行速率也可达1.25Gbit/s，EPON采用上下行各1.25Gbit/s的速率。

节省光纤资源：都采用点到多点的树状广播形网络拓扑结构，从局端的一芯光纤，最后可以分支到32/64个终端ONU设备，极大节省了馈线段的光纤资源，特别是对于地域广阔的地区，或者原有光纤资源有限的运营商，采用PON技术组网可以大大提高光纤资源的使用效率。

设备运维和管理成本低：PON光纤接入技术，只有局端（OLT）和用户侧设备（ONU）为有源设备，其中间的光分布网络采用稳定性高、体积小巧、成本低的无源分光器，无需提供电源、空调等机房设备，也不占用机房空间，只需安装在光交接箱或光缆配线架的适当位置即可，易于维护。

“性格决定命运，特性决定应用”，PON的特点决定了其应用场景的宽泛性和组网方式的灵活性。

比如“PON+DSL”方案，它将DSLAM尽量靠近用户，克服xDSL接入距离和带宽的限制——要知道，DSL技术的传送距离对带宽影响很大，如果大部分铜线被光纤代替，这种影响就能尽可能减小！这种方案保护已有铜线投资，实现从铜线到FTTH的过渡，是当前PON应用和发展的主要定位。

相对EPON技术，GPON更注重对多业务的支持能力（电路、IP、有线电视），上联业务接口及下联用户接口更为丰富，比如它支持10GE（万兆以太网接口）、GE（千兆以太网接口）、FE（快速以太网接口）、STM-1、E1/T1、模拟电话接口等，可提供FTTH、FTTB、FTTO、FTTC+LAN（DSLAM）的多种接入方式，同时，GPON能够支持传统TDM E1/T1业务，可提供移动基站互联、语音交换机接入以及大客户E1专线接入，同时能够提供时钟同步以及电信级QoS保证，使得电信运营商在采用新的宽带接入技术的同时不放弃原有的租线业务。而EPON对传统租线业务的支持能力非常有限。

受制于历史的发展和个别人为因素，当前EPON技术相对完善，芯片设计难度也较低，产业链比GPON成熟。

EPON更适合部署中小规模FTTx，如个人用户和小型写字楼；GPON则更适合于部署大规模FTTx，如对技术要求高的企业用户、大的园区等。

中国基础电信运营商都普遍重视PON的的发展，大规模商用已经展开。

光纤是个好东西，但并不是只有传统的电信网才有光纤，有线电视网也有光纤！那么怎么利用这些有线电视网的光纤传输资源，为数据网提供服务呢？后面会有专门一节为各位读者做介绍。

xDSL

如果说电话线是一棵白菜，通信人能把这棵白菜做成好几道佳肴。说它是白菜，因为它的确太普通、太寻常，但如果充分利用、巧妙烹饪，则营养丰富、味道鲜美。

之所以叫作“电话线”，是铜线的一部分资源被用来传送电话信号了。大部分没有被使用的资源，都白白浪费掉了。

DSL技术，可以将铜线中未使用的高频部分的资源有效利用起来，使电话线焕发自己的第二春！

xDSL，x可以有多种取值。每种取值代表一种技术，目前应用最广的是ADSL、HDSL、VDSL、SDSL以及带有G字头的若干DSL技术。他们共同的特点是，想办法利用那些电话信号未占用的高频资源，为数据传输服务。

ADSL是DSL界的大牌明星，其使用规模是最大的。

A是Asymmetric的缩写，表示“双向不对称”，对于DSL而言，用户端向核心网的方向被称为“上行”，反之被称为“下行”。

上行带宽窄，下行带宽宽，这不正是当前互联网接入的实际情况么？

大部分的ADSL接入都是为了接入互联网，而目前互联网大部分的应用，都是用户发送请求信号到互联网的信息服务器，就是我们说的“上行”；反之，则是“下行”。

信息流的数据量较大，需要的带宽较宽；而请求信号数据量很小，需要的带宽也较窄。这有点类似于答记者问。记者的提问总是寥寥数语，而回答则往往长篇大论。

因此ADSL技术本身为“非对称”速率，但在国内的实际应用中，大部分却采用“对称”速率。

ADSL技术需要在局端和用户端的设备都具备“分离功能”，这种分离功能，将语音和数据通过在电话线上的不同频段截然分开。

ADSL实际市场开通速率差异很大，高的可高达双向8Mbit/s，低的仅为双向512kbit/s。

512K的速率有多宽？几十兆的下载文件、浏览文字、接收图像已经足够，点对点的视频聊天和基本的电话会议也满足需求了。

ADSL接入互联网，每个客户独享从用户端到运营商IP骨干网或者城域网的带宽，对于当前的大部分需求而言，已经很好很强大了。

一般情况下，目前的ADSL能传送3～5公里远，对于绝大部分用户而言，这个距离已经足够。

随着互联网的进一步发展，越来越多的信息将被上传和下载，对带宽的需求是无止境的。ADSL也要与时俱进！

2002年5月，ITU-T通过了新一代ADSL标准——ADSL2，在此基础上的进一步升级版本ADSL2+也于2003年1月获得通过。人们把这一系列的变革称之为第二代ADSL。ADSL2+把传统的最高全双工2M速率提升为最小下行16Mbit/s，上行800kbit/s，下行最大传输速率可达25Mbit/s！

ADSL接入电信运营商的IP网络，需要进行身份认证。基于IP技术的认证方案中，最流行的当属PPPoE，这里面的“E”就是Ethernet（以太网）。

ADSL技术的强大生命力，就在于让电话线这棵“老树”发了宽带这根“新芽”！由此我们认为，任何新的技术，都一定要与现实情况相结合，有效继承，充分利用，节约投资，增加收益，相信这是永远不会过时的投资理念。

PLC

别以为电力线就是传送电力的，它还能用来传送数据信息。如果你插插销不小心被电到了，有可能是你的电子邮件把你电到了，也有可能是某个女同学给你发送的QQ消息把你电到了。

电力线通信，学名PLC（Power Line Communication），听起来应该挺新鲜啊。每个刚接触PLC的人都会有感慨：原来，我们根本不用铺设那么多的电话线、光纤，只要将电力线有效利用起来就可以通信了啊！

然而，事实并非如此！

从表面上看，采用电力线承载数据网，就是利用电力线来进行网络数据的传输。只需通过连接在电脑上的“电力猫”，再插入家中任何一个电源插座，就可以实现最高14Mbit/s的速度上网冲浪，这一速度可以和目前电信运营商提供的ADSL相媲美，至少，看上去很美！

从原理上讲，PLC是把载有信息的高频加载于电流，把电流当船，信息当货物，用于接收信息的调制解调器再把高频信号从电流中分离出来，并传送到计算机或电话，以实现信息传递。

这种技术，并非用电力线全程全网承载数据业务，而仅仅应用于最终用户的接入部分。一般情况下，光纤到达楼宇配线机房，通过配线机房采用专门的调制设备（类似于DSLAM）将数据调制到电力线上，并通过电力线传送到各个家庭中去。

目前PLC在全球发展都很低调，包括中国在内的多个国家都在进行小范围试验和标准统一。