揭开互联网设备的神秘面纱

简介：互联网设备与我们的生活息息相关，也与我们的工作密切相关，我们平时接触到的互联网设备有手机，电脑等，这些属于互联网终端设备，还要一些更加复杂而庞大的设备，是我们平时接触比较少的，他们属于互联网网络设备和云计算设备，将通过上、下两篇文章揭开这些互联网设备的神秘面纱。

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互联网设备的总体分类：

互联网设备总体可以分为云/管/端，云/管/端是互联网领域非常流行的概念，简单而容易理解。

1.1 云：

是指云计算以及用以支撑云计算的基础设施及资源。通常指数据中心，里面存放大量的服务器、计算和存储设备，以及配套的交换机和路由器。

云计算是用来计算海量复杂的网络数据的技术，也可以说云计算是专门处理大数据的技术。

各种各样的信息在云计算中心汇聚。比如说淘宝、微信中所需的大量的数据的存储和计算，都在数据中心中完成。

一般的企业和机构不具备云计算的技术和基础设施能力，目前只有少数的大型互联网公司才有云，如阿里云、百度云、腾讯云、华为云等。因为大型的互联网公司有数据、有技术、有资源来搭建云。

而一般公司，要么没有足够的数据，搭建云发挥不了太大的作用，投入太大不划算；要么没有技术，云计算及相关设施的建设需要专业的人才及技术；要么没有足够的资金，云计算中心的建设需要投入很多设备、人力，需要建设相关基础设施，包括机房和空调设施等。

中小互联网公司都是租用的大型互联网公司的云服务，比如全民K歌，他只要开发自己的APP，然后租阿里云来存储他的K歌伴奏曲和用户K歌的作品就可以，每个月根据访问的数据量付一定的租金，其他都不用管，省时省力，这就促进了中小互联网公司的蓬勃发展，再比如我们电巢的APP上的各种教学视频，还有课程直播，都是租用大型互联网公司的云服务

1.2 管：

指传输信息的管道，中国以三大电信运营商建设为主，包括无线基站及核心网，接入网的光纤到户FTTx，还有路由器，交换机，WDM波分复用设备。

这些设备的主要功能是把信息从终端和数据中心之间传递，信息的数据格式以ALL IP主，传统话音的TDM数据格式已经渐渐被淘汰。

1.3 端：

就是终端，有硬件终端和软件终端之分。

硬件终端就是计算机、手机、各种传感器及交互终端，如智能电表，共享单车，以及未来的智能汽车等；软件终端就是各种APP、网页登录界面、软件终端程序等。

1.4 云管端里面装的是内容和数据：

菊厂几乎提供了云管端的所有设备，但当前并没有大力投入做内容，只是做了一些手机宣传片。

比如在父亲节为P40做了一个宣传片，名字叫做“世界上最不小气的人，也小气，”讲的是一个父亲和女儿的故事：一个父亲对女儿从小呵护有加，在女儿长大后，有了男朋友，父亲感觉难免有些失落。在女儿毕业照的合影中，用P40的AI功能，把很不识相的、意外加入到合影中女儿男友的人像一下就给P掉了。

索尼公司做设备，也投资做电影的，索尼影业曾经拍过一个电影叫”刺杀金正恩”，未来也不排除菊厂也会成立一个“菊厂影业”，投资拍电影，我们非常期待啊。

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云-数据中心的硬件设施：

我们在这两种照片中看到是数据中心机房，数据中心里面有设备、光纤连接、和配套资源。

2.1 数据中心设备：

包括服务器、交换机、路由器。交换机一般放在每个机柜的最顶端，交换机的多个端口与机柜下面的服务器以10G/25G接口相连接。

交换机再通过机房内的光纤布线与其他机柜的交换机相连接，这样就构成了一个机房内服务器之间的全连接的交换网络；机房内的大量的光纤布线通常放置在天花板上方或地板下面。

2.2 机房内的服务器之间的数据交互：

通常采用二层交换的方式，也就是MAC层交换，就是图中的横向箭头，而机房对外上互联网的数据，要采用三层路由的方式，这些数据可能是与终端之间的数据交互，也可能是跟其他数据中心的数据交互，就是图中的纵向箭头

2.3 配套资源有：

空调、供电，我国把贵州作为数据中心的一个重要建设基地，也主要考虑那里土地成本、电力成本低，对空调的需求量小等优势。

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移动通信网络

3.1 与蜂窝技术竞争的技术：

大家都知道现在主流的移动通信技术是蜂窝技术，也就是说无线基站以蜂窝的方式来建站。

实在1998年，还有一个跟蜂窝竞争的技术，就是摩托罗拉用卫星通信技术做的“依星计划”，依星的依就是金字旁加一个衣服的衣，计划发射66颗人造卫星实现全球移动通信覆盖。

虽然当时技术非常先进，但由于其由于其高昂的建设和维护成本，终端体积庞大，建筑物内无法通信等问题，最后在商业竞争中败给了蜂窝通信，这也是技术要服从商业成功的一个佐证。

不过近些年马斯克启动了“starlink”星链计划，计划在2019年至2024年间在太空搭建1.2万颗卫星，组成的“星链”网络提供互联网服务，马斯克通过火箭回收，以及一个火箭带60颗卫星来降低了卫星发射成本，这种低成本的卫星通信网络是否能实现商业成功呢，让我们拭目以待！

3.2 移动互联网整体网络架构：

在一个城市里，基站的覆盖半径只有几百米，中国超大城市会布放几千个基站，比如深圳有3000个基站，中国这一个城市的基站数量比阿拉伯一个国家的基站数量都多。

跟基站端到端对接的是核心网设备，就是图中灰色的云状设备，核心网从基站送过来的数据包中解出用户数据，再通过国家长途干线，送到图中深黄色的云状的数据中心，我们每一次的微信付款，数据可能要跑数千公里呢！

一个城市一般只有寥寥数个核心网机房，那么这数千个基站的信息是怎么传输到这几个机房里的呢？是从一个核心网机房拉1000根光纤直接到基站吗？

显然不是，实际上是通过树形的多层的汇聚网络，就如右上图中拓扑结构，比如十个下层节点汇聚到一个上层节点，那么一共三层网络就可以实现一个节点连接1000个节点。

做数据包的汇聚和转发的是路由器设备，就是图中的蓝色圆筒状图标，不同网络层次的路由器的容量和接口速率不同，下层的路由器容量小，上层的路由器容量大。

举个例子，一个路由器下游接10个10G/25G端口，向上游汇聚成一个100G端口，路由器会做一定的流量收敛。那么多层路由器之间采用树形的1对10的光纤连接吗？如果这样的化，那光纤铺设量巨大，为了降低光纤铺设成本，基本采用环形的方式铺设光纤，也就是大环带小环，那就需要一根光纤里有多个物理连接。

WDM波分设备就实现了这个需求，就是图中的黄色方形图标所代表的设备，WDM波分设备的作用就是帮助路由器实现了”星型的逻辑拓扑，环形的物理拓扑”。

这就是移动互联网的整体网络架构，他包括了无线基站与核心网设备，传输设备，以及相应的光纤网络。

3.3 光纤资源：

另外还需要说的是，全球只有中日韩三国的光纤资源丰富，能做到绝大多数基站有光纤传输资源。

而全球其他国家，包括美国和欧洲，由于土地私有和高昂的人力成本，光纤到基站的比例只有30%左右，大部分基站的数据传输还是靠微波，就是两个大锅型的天线相互对打，采用高频率无线通信的方式来传输数据。

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无线基站主要功能

无线基站有多个种类，根据覆盖范围的大小分为宏站，小站，微站等，宏站是最主要的基站形态，我们这里主要介绍宏站的功能；

4.1 基站的基本功能：

基站的基本功能就是把手机、共享单车等终端设备以无线的方式接入到网络中，现在的宏站的主流设备形态是分布式基站的架构，射频单元RRU与天线单元放在室外，数字单元BBU放在室内，之间采用数字光接口相连。

这种形态的设计是源于客户部署需求，最早的基站形态是把射频单元也是放在室内，采用馈线的方式把射频信号拉到室外，这样对机房占用的空间就很大，基站通常布放在城市的楼顶或信号塔下，符合要求的可用机房储备都非常有限。

为了尽量节省机房空间，灵活地适应各种不同的安装场景，分布式基站的架构就应运而生，把射频单元装到室外，与天线装在一起，这样即节约了机房空间，也减少了射频馈线损耗，提升了天线出口的发射功率，从而提升了基站的覆盖能力。

4.2 基站室外部分的主要功能：

在2G/3G/4G时代，射频单元RRU与天线是分开的，天线是个无源的部件，左图中长条形就是基站天线，射频单元RRU单独拿出来看一下，就是中间的小方盒子，它有四个主要的功能：

1）数字信号与模拟信号的转换；

2）把信号从基带到上下变频到专用频谱，移动通信与WIFI的最关键区别是他所用的是专用频谱，这个专用频谱是每个国家的无线电管理委员会唯一性的分给运营商的，见右边的黄色小图。

比如LTE中的1800M的频段中的某个20MHz频谱，在国内三大运营商的分配的频谱似乎是免费的，而国外大多数运营商每年要向政府交纳数亿美金的频谱租用费；

3）射频功率放大，大功率信号才能传的远，这个功能的目的就是提升基站的覆盖范围，以前主要采用砷化镓工艺做功放器件，近几年随着氮化镓工艺的成熟，逐步使用氮化镓工艺做功放器件，来提供更大的发射功率；

4）模拟器件的数字校正，因为模拟器件存在非线性效应，尤其是功放器件，这就需要做数字校正，其中的一个关键技术数字预失真DPD，这个关键技术是各设备厂家的核心竞争力与差异化所在，最终大家对比比拼的是功放效率，就是用发射功率除以功耗，业界能做到25%的效率已经很不错了；

2G3G4G的室外部分是射频与天线分离，而到了5G时代，就是射频与天线单元合一了，叫做有源天线AAU，就是左上图中间的红圈部分，他是一个略厚一些，稍短一些的盒子，为什么要射频和天线合一呢，因为技术的原因而必须合一，后面的内容会详细介绍原因。

4.3 基站室内部分功能：

不管是何种移动通信制式，室内单元BBU是统一的。

他第一个功能是数字调制解调，就是把信号做QAM调制映射，如我们图中间位置的16QAM星座图；

第二个主要功能是多用户的调度，包括为多用户之间分配时域与频域资源，保证尽可能多的用户高质量接入到网络中；

第三个功能是控制与协议处理，包括与核心网之间的协议数据对接。（预知后事如何且听下回分解，明天继续聊）

原文标题：听硬件老司机聊：什么是“云”、“管”、“端”？（上篇）

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责任编辑：haq