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14-3 廣域網路之電信網路
在廣域網路上的『電信網路』（Carrier Network），大略可以區分為電路交換和虛擬電路交換兩大系統。電路交換系統是利用數據交換機或 ISDN 交換機所構成，已漸漸被淘汰。目前電信網路則以虛擬電路交換為主，有下列三種較普遍的網路： (1) 訊框中繼（Frame Relay）網路 (2) 非同步傳輸模式（ATM）網路 (3) 10 Gigabit Ethernet（10 Gb）網路 有關 ATM 與 10 Gigabit Ethernet 網路的連結技術，我們已在前面幾章詳細介紹，至於 Frame Relay 雖然已漸漸少用，但目前還是有很大的使用量。我們在此簡單的介紹各種電信網路，使讀者對整個電信網路較為熟悉。 14-3-1 Frame Relay 電信網路 『訊框中繼』（Frame Relay）是 1990 年由 CISCO 等五家公司所共同制定的標準，目前也是 ASNI 和 CCITT 的標準規範。訊框中繼是延續 X.25 分封交換的技術，但只提供到第二層資料連結層（Data-Link Layer）的服務，並不提供路徑選擇（第三層）的功能，亦可說是由 X.25 簡化而來。訊框中繼在目前傳輸網路上佔大部分，可租用的傳輸速率（中華電信公司）有：14.4 Kbps、19.2 Kbps、64 Kbps、128K ~ 1.544Mbps（T1）、2.048Mbps（E1），承租費用隨傳輸速率不同而異。 訊框中繼是屬於虛擬電路交換，而且也僅負責數據的交換傳輸。它的運作原理非常簡單，將所連接網路（如 Ethernet）的訊框，不經過分割，直接植入訊框中繼的訊框內，再透過所建立的虛擬電路傳送給對方，對方只要將原訊框由訊框中繼的訊框內取出即可。因此，訊框中繼的訊框長度並不固定，且屬於長訊框格式，不似 ATM 網路是以細胞格式（短訊框）交換。訊框中繼的訊框格式如圖 14-6 所示，其中各欄位功能如下： ● 旗號（Flag）：訊框前後以旗號 01111110（7E），代表訊框的起始和結束。 ● 資料連結連接識別碼（Data-Link Connection Identifier, DLCI）：由 DLCI-upper 和 DLCI-lower 所組合而成。表示所承載之資料連結層（如 Ethernet 訊框），所建立之虛擬鏈路（Virtual Connection）的號碼。 ● 順向明確壅塞指示（Forward-Explicit Congestion Notification, FECN）：由網路終端設備 DTE（如，路由器）通知上層已發生壅塞情形。 ● 逆向明確擁塞指示（Backward-Explicit Congestion Notification, BECN）：由網路端 DCE（如交換機）通知已發生壅塞情形。 ● 拋棄資格（Discard Eligibility, DE）： DE = 1 時，如果網路忙碌時，可將此訊框拋棄。 ● User SDU：所承載之使用者服務資料單元（Service Data Unit, SDU），為可變長度，例如，Ethernet 訊框。 ● C/R：未定義使用。 ● FCS：32 位元 CRC 檢查碼。
圖 14-6 訊框中繼之訊框格式 訊框中繼的網路架構，如圖 14-7 所示，連接設備可區分為兩大類：數據終端設備（Data Terminal Equipment, DTE）和電路終端設備（Circuit-Terminating Equipment, CTE）。DTE 為網路上的客戶端的設備，如路由器、橋接器或工作站等；DCE 是承載網路的設備，為提供連線時序同步之連接設備或訊框交換機等等。
圖 14-7 訊框中繼之網路架構 訊框中繼的連線方式，如 ATM 網路一樣，可區分為永久式虛擬電路（PVC）和交換式虛擬電路（SVC）。交換機之間建立連線是利用『本地管理介面』（Local Management Interface, LMI）的通訊協定，訊號工作原理也如同 ATM 交換機的『整體區域性管理介面』（ILMI）（請參考 11-14-2 節）。但在 SVC 連線建立方面有些不同（PVC 不用建立連線），可分為下列四個連線狀態： (1) 呼叫建立（Call Setup）：兩個 DTE 之間建立虛擬連線呼叫。 (2) 數據傳送（Data Transfer）：兩個 DTE 之間數據傳送。 (3) 空閒（Idle）：DTE 建立 SVC 連線後，如果沒有在傳送資料，而連線保持在空閒狀態（一般 SVC 連線都會設定某一段可以忍受空閒的時間），當它溢時後，會自動終止連線。（ATM 沒有空閒狀態） (4) 呼叫終止（Call Termination）：連線雙方 DTE 之任何一端要求終止連線。 建立連線的運作程序，也是由每一個訊框交換機上，建立每一個連線的位址路徑表（如同 ATM 交換機）。但對每一條虛擬路徑只有用單一個識別碼即 DLCI（Data-Link Connection Identifier）（ATM 是用 VPI /VCI），交換機上得紀錄輸入之 DLCI 和轉送出去的 DLCI 之間的對照表。傳送訊框時，便將所承載之訊框（如Ethernet 訊框）依照所建立之對照表傳送到目的地，達到訊框轉送的目的，因此稱之為『訊框中繼』（Frame Relay）。 14-3-2 ATM 電信網路 目前 WAN 的電信網路都是以 ATM 網路為最主要發展方向，不但傳輸率高，又能符合服務品質的需求。有關 ATM 網路的連結技術已在第十二章詳細介紹。圖14-8 為ATM 的 WAN 網路架構，在此僅提出目前 ATM 網路所提供之服務種類（中華電信公司）。
圖 14-8 ATM 電信網路架構圖 ● 承租速率：T1/E1（1.544/2.048 Mbps）、（44.736 Mbps）、STM-1（155.52 Mbps）或 STM-4（622 Mbps）。 ● 承租連線方式：以 PVC 連線為主。 承租服務類別：有下列五種。 (1) 固定位元速率（Constant Bit Rate, CBR）：提供固定速率，可應用於高解析的視訊、語音、電路模擬等及時性服務。 (2) 即時變動位元速率（Real-Time Variable Bit Rate, rt-VBR）：可變動頻寬，可應用於突發性且即時性的資料服務，如視訊會議。 (3) 非即時變動位元速率（Non-Real-Time Variable Bit Rate, nrt-VBR）：可變動頻寬，可應用於具突發性，但無須即時反應的資料服務，如航空定位，或銀行交易等。 (4) 可用位元速率（Available Bit Rate, ABR）：可應用於廣域與區域網路互連，分散式資料傳送，如一般 ISP 所提供服務。 (5) 未指定位元速率（Unspecified Bit Rate, UBR）：適用於非即時性、突發性的資料應用，且對傳輸速率較不要求之應用。 14-3-3 10 Gigabit Ethernet 電信網路 雖然 ATM 網路可提供高的傳輸速率及精確的品質保證（QoS），但價格一直是居高不下。另一方面，全球大部分的區域網路都是利用 Ethernet（Fast Ethernet 或 Gigabit Ethernet）網路來架設，如果直接提升 Ethernet 網路的傳輸速率，來承擔電信網路的工作，將更容易把所有網路銜接起來，如此的想法便造就了 10 Gigabit Ethernet（10 Gb）網路，可由以下幾個重點來探討它：（有關 10 Gigabit Ethernet 網路技術請參照第九章說明） (1) 訊框一致：除了使用 Frame Relay 網路外，區域網路（Ethernet）訊框進入電信網路後，都必須分割成較小的訊框（如 ATM 的 48 Bytes）。如果採用 10 Gigabit Ethernet 網路便不需分割，可直接將訊框交由電信網路交換。另一方面，目前 IP 網路上大多依照 Ethernet 訊框大小來制定封包大小（如 MTU），如此一來，電信網路可依照 IP 封包來交換傳輸。 (2) 協定一致：區域網路、大都會網路與廣域網路所採用的通訊協定都相同（CSMA/CD），這可以提高網路之間的連結性。而且網路環境可由區域網路直接擴充到廣域網路，之間的界線可以完全消除。 (3) 高層通訊協定：目前高層通訊協定（如 IP 協定）在 Ethernet 網路（IP over Ethernet）上已使用一段時間，相關技術也非常成熟，因此電信網路採用 Ethernet 網路較為穩定。當我們在第十二章介紹 IP over ATM 或 Multiprotocol over ATM網路時，可以發現相關連結技術並不容易，也會產生許多不必要的負荷。 (4) 服務品質保證問題：ATM 網路最引人為傲的是服務品質保證（QoS），但我們發現 QoS 保證是發生在頻寬不足時，給某些優先權較高的通訊連線有優先使用頻寬的權限，但如果頻寬非常充裕（或完全不足）時，QoS 功能就如同廢物一般。如果 10 Gigabit 提供足夠的頻寬，便可以解決此問題。另一方面，目前許多新的技術，將 QoS 服務提升到 IP 層次，也就是說，是否給予優先服務是由 IP 封包來決定，而不再由訊框類別來區分。 (5) 路徑選擇問題：ATM 網路除了不容易拿來架設 IP 協定（IP over ATM）外，在動態路徑選擇能力上也顯得不足，目前 ISP 公司都必須另外架設高效能的路由器來解決此問題。如果採用 10 Gigabit Ethernet 網路便可將路徑選擇功能加入電信網路內。 (6) 架設容易：不管是原有的 Fast Ethernet 或 Gigabit Ethernet，還是後來擴充到 10 Gigabit Ethernet 網路，都是使用集線器或交換器來架設，在網路佈線方面會較為容易。 其實 10 Gigabit 的傳輸速率也不會比 ATM 網路差，並且 Ethernet 網路的擴充能力也較為容易，這也是 10 Gigabit Ethernet 網路最大的發展潛力。圖 14-9 為 10 Gigabit Ethernet 在廣域網路的應用架構，目前 10Gb 工作小組確認傳輸線路可採用 SONET OC-192 或 SDH STM-64的傳輸速率。
圖 14-9 10Gb WAN 網路架構圖 |
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