DSL採用數位編碼技術，能實現在普通電話線（銅雙絞線）上傳輸高速的數位信號，在這條專線上可以同時提供語音和數據服務。另外，DSL提供了最終用戶與電信局端（CO）的點對點連接。DSL數據機（採用內部PCI、外部乙太網路或外部USB方式連接）可以實現用戶PC與局端點到點的連接。在局端（CO），一個DSL擷取多工器（DSLAM）將來自多個用戶的數據匯集，並透過非同步方式向高速廣域網路（WAN）發送。藉由局端的非同步傳輸模式（ATM）擷取交換機完成這個網路的存取控制。許多內容提供商，如網際網路服務供應商（ISP）就是透過寬頻傳輸機制與此寬頻網路連接。

現在人們已開發出多種DSL技術來滿足用戶需求。最常見的DSL技術是非對稱式數位用戶迴路（ADSL），它的下行頻寬比上行頻寬大很多。相比之下，對稱式數位用戶迴路（SDSL）的上行頻寬要大很多，它主要適用於SOHO一族、遠程辦公或小型商業環境用戶，可以提供上載文件或視頻會議功能所需要的高上行頻寬。隨著語音應用的出現，植基於DSL的語音（VoDSL）應用最近開始流行。

為了在電話雙絞線上儘可能傳輸更多資訊，DSL採用了先進的數位信號處理方法和演算法。為了在電話線上實現多通道，DSL數據機採用頻分再使用（FDM）或回波消除技術來分割電話線的可用頻寬。FDM技術將一部份頻寬分配給上行數據，另外一部份頻寬分配給下行數據，下行路徑又藉由時分再使用技術劃分為一個或多個高速通道和一個或多個低速通道，上行路徑同樣也被分成多個低速通道。而採用回波消除技術時，上行數據頻寬與下行數據頻寬重疊，分離它們的方法就是在V.32和V.34數據機中所採用的本地回波消除技術。不管採用何種技術，DSL都會在低頻段留出4kHz用於普通語音電話。

DSL技術

DSL實際上是一種編碼技術，在其上面可以應用多種高層封包格式，如ATM協定和IP。採用分層結構（OSI參考模型）可以很方便地建立目前市場上應用的DSL模型。

在DSL結構中，實體層負責處理基本的DSL編碼，包括應用標準、數據速率以及與其它銅線環路技術的相容性處理。目前DSL的編碼技術主要有離散多音調變（Discrete Multi-Tone；DMT）和無載波幅相位調變（CAP）。二者均是一種頻域（frequency domain）技術，但CAP技術比較依賴時域（time domain），它能在短時間內透過較寬的頻譜發送大量寬頻符號（高達1088K baud），而DMT則工作於很多個窄頻通道，在較長的時間內以較窄的頻率發送符號。

OSI模型中的數據鏈路層（data link layer）可以被看作是ATM封裝層，該層將更高層的協定數據封裝到數據包內，並在編碼實體層發送。由於目前大多數DSLAM和DSL數據機設備採用的都是ATM技術，甚至網際網路骨幹網中的擷取網路也是如此，因此大都選擇ATM作為封裝技術。緊鄰ATM層的是ATM適配層（AAL），數據、語音和視頻資訊在這一層中被適配成ATM傳輸格式。

利用ATM傳輸數據、語音和視頻信號的方法有很多種，如RFC1483乙太網路MAC封裝（MPoA）、RFC2364（PPPoA）PPP（端對端協定）以及RFC1577（Classical IP）、RFC2516（PPPoE）等。RFC1483主要應用於DSL網橋（bridge）的設計，RFC2364則用於IP路由（DSL路由器），它在PPP頭與乙太網路MAC層間增加一個小的封包頭。另外，RFC1577模型目前用得比較少。

對終端用戶來說，對話層（ISO第5層）與表示層（ISO第6層）基本上是不可見的，因為這兩層的功能一般都包含在應用層中。應用層通常提供用戶交互介面，在DSL CPE軟體堆疊中通常會有FTP、DNS、TFTP、SNMP、SMTP、DHCP等應用層服務。

家庭網路閘道器的定義

現在家庭中的電腦越來越多，而多台電腦以及其它電子設備促成了家庭網路的迅速發展。Jupiter通訊預測，到2002年底，全球將建成1530萬個家庭網路。一個家庭同時有多台電腦將產生以下問題：

如果有了家庭網路閘道器，上述問題就能迎刃而解。這種網路閘道設備能夠和諧地將家庭網路與外部寬頻網路聯接起來，並使家庭中所有上網設備能同時享用這一高速連接通道。

從家庭網路閘道器到IAD（Integrated Access Device），家庭和小型商業應用的CPE設備有很多種。家庭網路閘道器支援高速網際網路存取，至少支援一對語音線路。另外，家庭網路閘道器還需要支援多種網路形式，例如：乙太網路、HPNA和無線區域網路（wireless LAN）。由於成本的原因，目前，家庭網路閘道器一般採用ADSL技術擷取網際網路。不過，在北美地區也有採用CableHome技術擷取網際網路的家庭網路閘道器。

IAD設備可以在小型辦公室中使用，它最多可支援4對或8對語音線路，並提供高速網際網路連接。當採用寬頻DSL擷取時，可選的語音壓縮功能並不能帶來很高的通訊品質。不過，IAD可以整合VoIP，以VoIP專屬通道提高通訊品質。DSL可以採用非對稱方式（如ADSL）設計，也可以採用對稱方式（如HDSL2或G.shdsl）設計。

本文將家庭網路閘道器分成兩大類：僅提供數據功能的DSL寬頻家庭網路閘道器；與能同時提供數據和語音功能的多功能智慧家庭網路閘道器。

DSL寬頻家庭網路閘道器僅提供寬頻數據傳輸。它採用某種特定的家庭網路技術設計（支援HPNA、乙太網路、USB或無線區域網路），能透過DSL擷取寬頻廣域網路。家庭中的多台電腦能同時共享同一個寬頻網路連接。僅需要最低的安全和管理功能，如SNMP、OAM和IPSec，這種類型的典型產品有DSL路由器和網橋。

多功能家庭網路閘道器支援多種家庭網路技術，除了具有高速網際網路擷取外，這種網路閘道器還能提供普通電話（語音）和視頻會議功能，並支援視頻流、音頻流和交互娛樂服務。多功能智慧網路閘道器的安全性很高，支援防火牆、MPLS、IPSec等。

DSL網路處理器

以往的網路通訊設備常採用通用型中央處理單元的通訊處理器，由於具有高整合度的RISC處理器和協定增強通訊介面，這種方法曾一度被業界廣泛採用。然而，由於近來發展迅速的寬頻功能要求更短的設備設計周期，這種周期較長的方法已經不能滿足設計需要。隨著WAN頻寬的不斷增加以及高層協定處理的要求，原來的方法已有很大的局限性，不能滿足不斷增強的產品性能要求。

許多網路設備設計也常採用專用積體電路（ASIC），這種方法的缺點是產品要達到相當大的量才能滿足成本要求，而且ASIC需要很長的設計周期（一般為18個月），不能被CPE產品所採用。因此，這為網路處理器帶來了很好的發展機會。這種低成本的網路處理器高度整合了網路處理功能，具有連接MAC/PHY層的工業標準介面，而且具有很高的靈活性，因此成為設計者用以替代通用RISC處理器或ASIC的首選方案。

特定功能概念

特定功能概念加快了網路處理器在CPE設計中的應用。網路處理器透過特殊WAN功能最佳化後，就能成為數據機、網橋、網路閘道和IAD等的整合晶片和軟體基礎。與硬體整合在一起的還有作業系統、完整的特定功能網路協定堆疊和開放的應用編程介面（API）。這些需求促成了專門提供特殊WAN功能的專用網路處理器，這些特殊WAN功能包括ADSL和SDSL上的寬頻網際網路擷取、DSL上的語音功能（VoDSL）。

DSL網路處理器平台主要零組件，包括DSL網路處理器：為高度整合的通訊處理器，具有內建於晶片上的RISC引擎、乙太網路MAC、語音功能和DSL功能專用的網路處理器引擎。DSL網路處理器作業系統：工業標準的RTOS內核，具有優先權機制及多任務功能，並提供通用的TCP/IP堆疊和硬體驅動程式。DSL網路處理器堆疊：工業標準的ATM封裝和信號堆疊。另外還有一個PPP堆疊，該PPP堆疊包括了IP控制協定（IPCP）和主動鑑別協定（CHAP）。

設計人員可以利用應用編程介面最佳化設計代碼，並在這一基礎上增加高層IP的功能，如DHCP、NAT、SNMP、DNS等。

如(圖一)整合DSL和VoIP的網路處理器為例，在乙太網路LAN側，它具有連接乙太網路實體層晶片的標準介面（MII）；在DSL側，可以利用另外一種DSL晶片組透過UTOPIA介面或高速串列介面提供DSL寬頻擷取；而在語音側，它提供了網路閘道電路介面（GCI）用於SLIC/CODEC連接。

《圖一　整合DSL和VoIP的網路處理器》

橋接

橋接是將多個網際網路設備中的兩個設備連接在一起的方法之一，它根據鏈路層位址進行通訊。數據在轉換到ATM域後，RFC1483協定提供了在主機與LAN交換機之間的ATM本地環路(即ADSL)上橋接多協定功能的方法。

ATM是一種植基於訊包（cell）的傳輸模式，它將可變長度的用戶資訊分段成固定長度的訊包，或將固定長度的訊包重組成用戶資訊。運行於ATM網路上的RFC1483協定堆疊對不直接連接的網路互連數據流、透過路由和橋接的協定數據單元（PDU）進行封裝。這些PDU是在第5類ATM適配層（AAL5）的共同部份匯聚子層（CPCS）的PDU淨負載字段中承載。對於橋接模式，PDU的封包頭和封包尾（Trailer）資訊能用來在發送到網橋處能更佳地連接子網。

來自於電腦的數據首先需要封裝成乙太網路訊框格式的IP包，再透過乙太網路發送給DSL網橋。數據在網橋設備中透過拆分和重組（SAR）處理後，再經由DSL環路傳輸。

AAL5 CPCS-PDU

PDU數據字段內包含有用戶資訊。為了適合ATM訊包傳輸格式，其中的PAD字段將CPCS-PDU封裝到ATM訊包中，這樣SAR子層建立的訊包最後48位元組淨負載使CPCS-PDU封包尾適配到訊包中。封包尾由CPCS-UU、CPI、長度字段和CRC字段組成。CPCS-UU（用戶到用戶指示）字段用來透明地傳輸CPCS用戶資訊，當採用多協定封裝時該字段沒有任何含義，可以設為任意值；CPI（共同部份指示器）字段將CPCS-PDU包尾調整為64位元。而長度字段表示以位元組為單位的數據(淨負載)長度，其最大值為65535個位元組；CRC字段用來保護除其本身以外的整個CPCS-PDU數據。

當同一虛擬電路（VC）上運行多種協定時，需要進行邏輯鏈路控制（LLC）封裝。為了使接收器正確處理收到的AAL5 CPCS-PDU數據包，淨負載字段必須包含能夠用來正確識別橋接PDU協定的資訊，該資訊在LLC封裝時，被編碼進相應PDU前面的LLC包頭中。

IP路由

在用戶設備與服務供應商網路之間的ATM層連接建立好後，利用PPP協定可以在鏈路層和網路層進行會話（session）的建立和拆除。此時採用植基於LLC複接的AAL5，在ATM上傳送PPP包，即每個VC只傳輸一路PPP會話資訊（PPP與其它協定之間無再使用關係）。當採用AAL5時，用LLC封裝進行AAL5上的PPP映射，一般產生於PPP內類似於HDLC訊框結構的描述子（delineation）與校驗和（checksum）組件不再需要。採用植基於LLC的AAL5建立ATM訊包的細節請參閱前述AAL5 CPCS-PDU部份。

多功能智慧家庭網路閘道器

近來語音與數據結合的發展趨勢開始顯現。多功能智慧家庭網路閘道器除了具有路由和橋接等數據功能外，還具有兩種語音功能，一是利用DSL線路實現植基於ATM的語音，此時數位化語音資訊可以利用AAL1或AAL2封裝到訊包中。另外，利用VoIP，這時的數位化語音數據被封裝成IP數據包，並經由植基於IP路由器的網路傳輸。

多功能智慧家庭網路閘道器支援類比與數位語音介面，並應該提供連接PCM高速通路的介面，如H.100匯流排。另外，還需要像HPI之類的介面，利用這些介面並藉由外部DSP晶片，如H.323、MGCP和SIP可以實現對高層語音專用堆疊的支援。

類比語音功能需要用到用戶線路IC（SLIC）和編解碼電路，實現將類比語音轉換為64kbps PCM數據流，採用8kHz採樣頻率和8位元取樣值，編程過程符合ITU G.711數位編碼標準。這樣的一路數位語音需要佔用零次群（DS0）中的一個時隙。

為了將語音信號壓縮到低於64kbps，新的數位編碼方案有賴於DSP技術。例如，ITU G.729A標準的壓縮語音通道數據率僅為8kbps。由於VoIP技術中IP封包使用8位元組的IP封包頭以及其後的20位元組UDP封包頭，這種壓縮後的語音數據封裝成IP數據封包後，產生的位元數據流其最大速率可達30kbps。在IP數據封包後面，還跟有12位元組的即時協定（RTP）封包頭。

結語

網路泡沫化後，網際網路的應用似乎停滯不前；但是事實證明，寬頻市場的需求確實是與日俱增的。由於PC、IA、手機、多媒體、短距無線通訊設備的普及，方便、廉價的家庭網路閘道器或整合型擷取器（IAD）將會成為這些設備的樞紐，且成為下一波高度成長的產品之一。它的成功將取決於網路處理器晶片的價格、整合度、相容性，此外，還需要輔以IPSec、防火牆和VPN等安全措施以確保網路的安全性。