揭開互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的神秘面紗

簡(jiǎn)介：互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與我們的生活息息相關(guān)，也與我們的工作密切相關(guān)，我們平時(shí)接觸到的互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備有手機(jī)，電腦等，這些屬于互聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備，還要一些更加復(fù)雜而龐大的設(shè)備，是我們平時(shí)接觸比較少的，他們屬于互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和云計(jì)算設(shè)備，將通過(guò)上、下兩篇文章揭開這些互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的神秘面紗。

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互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的總體分類：

互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備總體可以分為云/管/端，云/管/端是互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域非常流行的概念，簡(jiǎn)單而容易理解。

1.1 云：

是指云計(jì)算以及用以支撐云計(jì)算的基礎(chǔ)設(shè)施及資源。通常指數(shù)據(jù)中心，里面存放大量的服務(wù)器、計(jì)算和存儲(chǔ)設(shè)備，以及配套的交換機(jī)和路由器。

云計(jì)算是用來(lái)計(jì)算海量復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的技術(shù)，也可以說(shuō)云計(jì)算是專門處理大數(shù)據(jù)的技術(shù)。

各種各樣的信息在云計(jì)算中心匯聚。比如說(shuō)淘寶、微信中所需的大量的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和計(jì)算，都在數(shù)據(jù)中心中完成。

一般的企業(yè)和機(jī)構(gòu)不具備云計(jì)算的技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施能力，目前只有少數(shù)的大型互聯(lián)網(wǎng)公司才有云，如阿里云、百度云、騰訊云、華為云等。因?yàn)榇笮偷幕ヂ?lián)網(wǎng)公司有數(shù)據(jù)、有技術(shù)、有資源來(lái)搭建云。

而一般公司，要么沒(méi)有足夠的數(shù)據(jù)，搭建云發(fā)揮不了太大的作用，投入太大不劃算；要么沒(méi)有技術(shù)，云計(jì)算及相關(guān)設(shè)施的建設(shè)需要專業(yè)的人才及技術(shù)；要么沒(méi)有足夠的資金，云計(jì)算中心的建設(shè)需要投入很多設(shè)備、人力，需要建設(shè)相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施，包括機(jī)房和空調(diào)設(shè)施等。

中小互聯(lián)網(wǎng)公司都是租用的大型互聯(lián)網(wǎng)公司的云服務(wù)，比如全民K歌，他只要開發(fā)自己的APP，然后租阿里云來(lái)存儲(chǔ)他的K歌伴奏曲和用戶K歌的作品就可以，每個(gè)月根據(jù)訪問(wèn)的數(shù)據(jù)量付一定的租金，其他都不用管，省時(shí)省力，這就促進(jìn)了中小互聯(lián)網(wǎng)公司的蓬勃發(fā)展，再比如我們電巢的APP上的各種教學(xué)視頻，還有課程直播，都是租用大型互聯(lián)網(wǎng)公司的云服務(wù)

1.2 管：

指?jìng)鬏斝畔⒌墓艿溃袊?guó)以三大電信運(yùn)營(yíng)商建設(shè)為主，包括無(wú)線基站及核心網(wǎng)，接入網(wǎng)的光纖到戶FTTx，還有路由器，交換機(jī)，WDM波分復(fù)用設(shè)備。

這些設(shè)備的主要功能是把信息從終端和數(shù)據(jù)中心之間傳遞，信息的數(shù)據(jù)格式以ALL IP主，傳統(tǒng)話音的TDM數(shù)據(jù)格式已經(jīng)漸漸被淘汰。

1.3 端：

就是終端，有硬件終端和軟件終端之分。

硬件終端就是計(jì)算機(jī)、手機(jī)、各種傳感器及交互終端，如智能電表，共享單車，以及未來(lái)的智能汽車等；軟件終端就是各種APP、網(wǎng)頁(yè)登錄界面、軟件終端程序等。

1.4 云管端里面裝的是內(nèi)容和數(shù)據(jù)：

菊廠幾乎提供了云管端的所有設(shè)備，但當(dāng)前并沒(méi)有大力投入做內(nèi)容，只是做了一些手機(jī)宣傳片。

比如在父親節(jié)為P40做了一個(gè)宣傳片，名字叫做“世界上最不小氣的人，也小氣，”講的是一個(gè)父親和女兒的故事：一個(gè)父親對(duì)女兒從小呵護(hù)有加，在女兒長(zhǎng)大后，有了男朋友，父親感覺(jué)難免有些失落。在女兒畢業(yè)照的合影中，用P40的AI功能，把很不識(shí)相的、意外加入到合影中女兒男友的人像一下就給P掉了。

索尼公司做設(shè)備，也投資做電影的，索尼影業(yè)曾經(jīng)拍過(guò)一個(gè)電影叫”刺殺金正恩”，未來(lái)也不排除菊廠也會(huì)成立一個(gè)“菊廠影業(yè)”，投資拍電影，我們非常期待啊。

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云-數(shù)據(jù)中心的硬件設(shè)施：

我們?cè)谶@兩種照片中看到是數(shù)據(jù)中心機(jī)房，數(shù)據(jù)中心里面有設(shè)備、光纖連接、和配套資源。

2.1 數(shù)據(jù)中心設(shè)備：

包括服務(wù)器、交換機(jī)、路由器。交換機(jī)一般放在每個(gè)機(jī)柜的最頂端，交換機(jī)的多個(gè)端口與機(jī)柜下面的服務(wù)器以10G/25G接口相連接。

交換機(jī)再通過(guò)機(jī)房?jī)?nèi)的光纖布線與其他機(jī)柜的交換機(jī)相連接，這樣就構(gòu)成了一個(gè)機(jī)房?jī)?nèi)服務(wù)器之間的全連接的交換網(wǎng)絡(luò)；機(jī)房?jī)?nèi)的大量的光纖布線通常放置在天花板上方或地板下面。

2.2 機(jī)房?jī)?nèi)的服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交互：

通常采用二層交換的方式，也就是MAC層交換，就是圖中的橫向箭頭，而機(jī)房對(duì)外上互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)，要采用三層路由的方式，這些數(shù)據(jù)可能是與終端之間的數(shù)據(jù)交互，也可能是跟其他數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)交互，就是圖中的縱向箭頭

2.3 配套資源有：

空調(diào)、供電，我國(guó)把貴州作為數(shù)據(jù)中心的一個(gè)重要建設(shè)基地，也主要考慮那里土地成本、電力成本低，對(duì)空調(diào)的需求量小等優(yōu)勢(shì)。

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移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)

3.1 與蜂窩技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)：

大家都知道現(xiàn)在主流的移動(dòng)通信技術(shù)是蜂窩技術(shù)，也就是說(shuō)無(wú)線基站以蜂窩的方式來(lái)建站。

實(shí)在1998年，還有一個(gè)跟蜂窩競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)，就是摩托羅拉用衛(wèi)星通信技術(shù)做的“依星計(jì)劃”，依星的依就是金字旁加一個(gè)衣服的衣，計(jì)劃發(fā)射66顆人造衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)全球移動(dòng)通信覆蓋。

雖然當(dāng)時(shí)技術(shù)非常先進(jìn)，但由于其由于其高昂的建設(shè)和維護(hù)成本，終端體積龐大，建筑物內(nèi)無(wú)法通信等問(wèn)題，最后在商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中敗給了蜂窩通信，這也是技術(shù)要服從商業(yè)成功的一個(gè)佐證。

不過(guò)近些年馬斯克啟動(dòng)了“starlink”星鏈計(jì)劃，計(jì)劃在2019年至2024年間在太空搭建1.2萬(wàn)顆衛(wèi)星，組成的“星鏈”網(wǎng)絡(luò)提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，馬斯克通過(guò)火箭回收，以及一個(gè)火箭帶60顆衛(wèi)星來(lái)降低了衛(wèi)星發(fā)射成本，這種低成本的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)是否能實(shí)現(xiàn)商業(yè)成功呢，讓我們拭目以待！

3.2 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：

在一個(gè)城市里，基站的覆蓋半徑只有幾百米，中國(guó)超大城市會(huì)布放幾千個(gè)基站，比如深圳有3000個(gè)基站，中國(guó)這一個(gè)城市的基站數(shù)量比阿拉伯一個(gè)國(guó)家的基站數(shù)量都多。

跟基站端到端對(duì)接的是核心網(wǎng)設(shè)備，就是圖中灰色的云狀設(shè)備，核心網(wǎng)從基站送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)包中解出用戶數(shù)據(jù)，再通過(guò)國(guó)家長(zhǎng)途干線，送到圖中深黃色的云狀的數(shù)據(jù)中心，我們每一次的微信付款，數(shù)據(jù)可能要跑數(shù)千公里呢！

一個(gè)城市一般只有寥寥數(shù)個(gè)核心網(wǎng)機(jī)房，那么這數(shù)千個(gè)基站的信息是怎么傳輸?shù)竭@幾個(gè)機(jī)房里的呢？是從一個(gè)核心網(wǎng)機(jī)房拉1000根光纖直接到基站嗎？

顯然不是，實(shí)際上是通過(guò)樹形的多層的匯聚網(wǎng)絡(luò)，就如右上圖中拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，比如十個(gè)下層節(jié)點(diǎn)匯聚到一個(gè)上層節(jié)點(diǎn)，那么一共三層網(wǎng)絡(luò)就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)節(jié)點(diǎn)連接1000個(gè)節(jié)點(diǎn)。

做數(shù)據(jù)包的匯聚和轉(zhuǎn)發(fā)的是路由器設(shè)備，就是圖中的藍(lán)色圓筒狀圖標(biāo)，不同網(wǎng)絡(luò)層次的路由器的容量和接口速率不同，下層的路由器容量小，上層的路由器容量大。

舉個(gè)例子，一個(gè)路由器下游接10個(gè)10G/25G端口，向上游匯聚成一個(gè)100G端口，路由器會(huì)做一定的流量收斂。那么多層路由器之間采用樹形的1對(duì)10的光纖連接嗎？如果這樣的化，那光纖鋪設(shè)量巨大，為了降低光纖鋪設(shè)成本，基本采用環(huán)形的方式鋪設(shè)光纖，也就是大環(huán)帶小環(huán)，那就需要一根光纖里有多個(gè)物理連接。

WDM波分設(shè)備就實(shí)現(xiàn)了這個(gè)需求，就是圖中的黃色方形圖標(biāo)所代表的設(shè)備，WDM波分設(shè)備的作用就是幫助路由器實(shí)現(xiàn)了”星型的邏輯拓?fù)?，環(huán)形的物理拓?fù)洹薄?/p>

這就是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，他包括了無(wú)線基站與核心網(wǎng)設(shè)備，傳輸設(shè)備，以及相應(yīng)的光纖網(wǎng)絡(luò)。

3.3 光纖資源：

另外還需要說(shuō)的是，全球只有中日韓三國(guó)的光纖資源豐富，能做到絕大多數(shù)基站有光纖傳輸資源。

而全球其他國(guó)家，包括美國(guó)和歐洲，由于土地私有和高昂的人力成本，光纖到基站的比例只有30%左右，大部分基站的數(shù)據(jù)傳輸還是靠微波，就是兩個(gè)大鍋型的天線相互對(duì)打，采用高頻率無(wú)線通信的方式來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。

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無(wú)線基站主要功能

無(wú)線基站有多個(gè)種類，根據(jù)覆蓋范圍的大小分為宏站，小站，微站等，宏站是最主要的基站形態(tài)，我們這里主要介紹宏站的功能；

4.1 基站的基本功能：

基站的基本功能就是把手機(jī)、共享單車等終端設(shè)備以無(wú)線的方式接入到網(wǎng)絡(luò)中，現(xiàn)在的宏站的主流設(shè)備形態(tài)是分布式基站的架構(gòu)，射頻單元RRU與天線單元放在室外，數(shù)字單元BBU放在室內(nèi)，之間采用數(shù)字光接口相連。

這種形態(tài)的設(shè)計(jì)是源于客戶部署需求，最早的基站形態(tài)是把射頻單元也是放在室內(nèi)，采用饋線的方式把射頻信號(hào)拉到室外，這樣對(duì)機(jī)房占用的空間就很大，基站通常布放在城市的樓頂或信號(hào)塔下，符合要求的可用機(jī)房?jī)?chǔ)備都非常有限。

為了盡量節(jié)省機(jī)房空間，靈活地適應(yīng)各種不同的安裝場(chǎng)景，分布式基站的架構(gòu)就應(yīng)運(yùn)而生，把射頻單元裝到室外，與天線裝在一起，這樣即節(jié)約了機(jī)房空間，也減少了射頻饋線損耗，提升了天線出口的發(fā)射功率，從而提升了基站的覆蓋能力。

4.2 基站室外部分的主要功能：

在2G/3G/4G時(shí)代，射頻單元RRU與天線是分開的，天線是個(gè)無(wú)源的部件，左圖中長(zhǎng)條形就是基站天線，射頻單元RRU單獨(dú)拿出來(lái)看一下，就是中間的小方盒子，它有四個(gè)主要的功能：

1）數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換；

2）把信號(hào)從基帶到上下變頻到專用頻譜，移動(dòng)通信與WIFI的最關(guān)鍵區(qū)別是他所用的是專用頻譜，這個(gè)專用頻譜是每個(gè)國(guó)家的無(wú)線電管理委員會(huì)唯一性的分給運(yùn)營(yíng)商的，見右邊的黃色小圖。

比如LTE中的1800M的頻段中的某個(gè)20MHz頻譜，在國(guó)內(nèi)三大運(yùn)營(yíng)商的分配的頻譜似乎是免費(fèi)的，而國(guó)外大多數(shù)運(yùn)營(yíng)商每年要向政府交納數(shù)億美金的頻譜租用費(fèi)；

3）射頻功率放大，大功率信號(hào)才能傳的遠(yuǎn)，這個(gè)功能的目的就是提升基站的覆蓋范圍，以前主要采用砷化鎵工藝做功放器件，近幾年隨著氮化鎵工藝的成熟，逐步使用氮化鎵工藝做功放器件，來(lái)提供更大的發(fā)射功率；

4）模擬器件的數(shù)字校正，因?yàn)槟M器件存在非線性效應(yīng)，尤其是功放器件，這就需要做數(shù)字校正，其中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)數(shù)字預(yù)失真DPD，這個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是各設(shè)備廠家的核心競(jìng)爭(zhēng)力與差異化所在，最終大家對(duì)比比拼的是功放效率，就是用發(fā)射功率除以功耗，業(yè)界能做到25%的效率已經(jīng)很不錯(cuò)了；

2G3G4G的室外部分是射頻與天線分離，而到了5G時(shí)代，就是射頻與天線單元合一了，叫做有源天線AAU，就是左上圖中間的紅圈部分，他是一個(gè)略厚一些，稍短一些的盒子，為什么要射頻和天線合一呢，因?yàn)榧夹g(shù)的原因而必須合一，后面的內(nèi)容會(huì)詳細(xì)介紹原因。

4.3 基站室內(nèi)部分功能：

不管是何種移動(dòng)通信制式，室內(nèi)單元BBU是統(tǒng)一的。

他第一個(gè)功能是數(shù)字調(diào)制解調(diào)，就是把信號(hào)做QAM調(diào)制映射，如我們圖中間位置的16QAM星座圖；

第二個(gè)主要功能是多用戶的調(diào)度，包括為多用戶之間分配時(shí)域與頻域資源，保證盡可能多的用戶高質(zhì)量接入到網(wǎng)絡(luò)中；

第三個(gè)功能是控制與協(xié)議處理，包括與核心網(wǎng)之間的協(xié)議數(shù)據(jù)對(duì)接。（預(yù)知后事如何且聽下回分解，明天繼續(xù)聊）

原文標(biāo)題：聽硬件老司機(jī)聊：什么是“云”、“管”、“端”？（上篇）

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