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14-5 寬頻網路簡介
由上述幾節，我們大略可以了解，在廣域網路連結上，最大傳輸瓶頸和網路費用就是遠距離之間的連線，一般可以向電信公司承租數據專線，無論承租 SDH 或 PDH 連線，電信公司都必須另外佈放一條雙絞線或光纖纜線到客戶端，導致傳輸費用居高不下。一般個人之客戶端，只好利用原來電話線路，以撥接方式連結到遠端電腦，但受限於電話系統上 PCM 多工處理的頻寬限制，一條電話線路只容許 2~3 KHz 的頻寬，傳輸速率只能達到 56 Kbps，已難再提昇。如何達成普遍化的廣域網路連線問題，一直是網路市場上最大的利益所在（客戶端的佈線一直是電信公司最大的負擔，約佔整個設備資產一半以上）。我們可以觀察到，如果我們利用目前已連線到每一個家庭和公司行號的線路，將數據訊號附加在該傳輸線上，便能有效的解決此問題，因此，就有兩大系統被發展出來：『混合光纖同軸電纜』（Hybrid Fiber Coaxial, HFC）和『非對稱數位用戶迴路』（Asymmetric Digital Subscriber Line, ADSL）。HFC 是利用每一戶家庭都有的有線電視纜線（CATV），將數據訊號載入 CATV 纜線上；而 ADSL 是利用現有的電話線路，載入寬頻訊號而成，以下分別介紹之。 14-5-1 HFC 寬頻網路 圖 14-16 為『混合光纖同軸電纜』（HFC）網路系統架構，由電信公司佈放光纖電纜到各區域，每一區域也許是一棟建築物、或是一個街角，再分支出若干個同軸電纜區段（CATV 部分），每一區段之內的工作站共享該區段的傳輸媒介。每一區段構成一個獨立的區域網路，可連接 300 ~ 500 部工作站，連線距離可達八十公里。因此，整個網路的架構可區分為兩大部分：光纖區段是屬於點對點的傳輸方式；而同軸電纜是屬於匯流排式共享媒介的傳輸方式。整個網路不但必須傳送廣域網路之數據資料，也必須傳送原來具備之電視頻道的訊號，所以，HFC 寬頻網路的傳輸規格是由 IEEE 802.14 與數位影音委員會（Digital Audio-Visual Council, DAVIC）所共同制定而成。
圖 14-16 HFC 網路架構圖 在光纖傳輸方面是使用單模光纖纜線，並以『波長多工調變』（Wavelength Multiplexing Modulation, WDM）將視訊及數據傳輸訊號傳送到光纖節點上。在 CATV 方面，目前所使用之同軸電纜的頻寬大多是 750 MHz，我們將 54 MHz 到 750 MHz 之間劃歸為下行頻道（由電信公司到客戶端的傳輸訊號），承載電視訊號和下行的數據訊號，每一個頻道為 6 MHz。數據訊號以 QPSK 調變（Quadrature Phase Shift Keying Modulation）技術可達 10 Mbps，如以 64 QAM 調變（Quadrature Amplitude Modulation），則可達 36 Mbps 的傳輸速率。上行通道（由客戶端到電信公司）是介於 5 MHz 到 42 MHz 之間，因為上行通道所接過的纜線環境較為複雜（一般 CATV 只有下行訊號），只適合使用較窄的頻寬來調變，一般都採用 2 MHz 的頻寬，如使用 64 QAM 調變技術，傳輸速率大約在 15 Mbps 左右。 因此，HFC 的傳輸速率在下行方面可達 36 Mbps；而上行速率為 3 ~ 10 Mbps 之間，但是電信公司會隨著傳輸距離的遠近調整傳輸速率。一般來說，下行速率在 10 ~ 30 Mbps；而上行速率為 2 ~10 Mbps 之間。但這個傳輸頻寬是由 CATV 之下所有的區域網路共享，如果網路上工作站愈多（200 ~ 300 部），各工作站所分配到的頻寬就愈少。在圖 14-16 中，個人電腦或區域網路必須透過『纜線數據機』（Cable Modem），將上行基頻訊號（數位訊號）調變成寬頻訊號（類比訊號），又須將下行之寬頻訊號解調變為數位訊號，因此，CATV 網路又稱之為 Cable Modem 網路。（有關 QPSK 及 QAM 技術容後介紹） IEEE 802.14 是 IEEE 於 1994 年所制定的 CATV 區域網路之通訊協定，如圖 14-17 (a)。LLC 層之 PDU 經過 802.14 調解層分割為若干個固定大小的封包格式，再傳送給 802.14 MAC 層，MAC 層取得媒介傳輸權之後，再將封包傳送出去。802.14 實體層為規範訊號調變技術（如 64 QAM 或 256 QAM），及有關之訊號方式的規格。 基本上，IEEE 802.14 是屬於集中控制型態，網路運作原理非常類似『分散式佇列雙匯流排』（Distributed Queue Dual Bus，DQDB）。DQDB 的網路架構為『雙纜線寬頻系統』（如第二章之圖 2-18 所示），其中一條纜線作為傳輸訊號使用；另一條纜線作為接收訊號使用，構成雙匯排網路架構。然而 IEEE 802.14 利用上下頻道來代替雙匯流排。其運作原理簡要說明如下：（如圖 14-17 (b) 所示） ● 網路『源頭』（一般都是接點控制器）將上下頻寬分割為數個頻道，每一頻道可給予若干個工作站所共用。 ● 工作站欲傳送資料時，便將資料附加到所屬的頻道上，再發送到上行頻道上。 ● 上行訊框進入『源頭』後，源頭再依照該訊框的目的位址，轉載入該訊框所屬的下行頻道上，並發送到網路上。 ● 工作站由下行頻道接收訊框後，再判斷是否傳送給自己，否則將其拋棄。 ● 任何工作站啟動時，都必須向網路源頭註冊，網路源頭依照網路負載情況，再將工作站分配到某一頻道上，源頭也必須紀錄每一頻道上之工作站。 ● 網路源頭在所有下行頻道上，連續產生固定大小的時槽（Mini-slot），工作站欲傳送資料便去查閱時槽上的紀錄（優先等級），如允許傳送便在時槽時間內填入固定大小的封包。 ● 工作站欲使用時槽傳送資料必須預先登記，可在上行通道的時槽上登錄欲傳送訊號的優先等級，源頭再依照優先等級發送時槽。 ● 如發生碰撞現象（由下行頻道讀出），再以工作站識別碼比較大小，識別碼較大者取得優先權（如 Token-Bus 的運作方式）。 ● 由於有優先等級的控制，CATV 網路也可以提供『常速率』（Constant Bit Rate, CBR）、『變速率』（Variable Bit Rate, VBR）及『餘速率』（Available Bit Rate, ABR）等不同等級的服務。
圖 14-17 IEEE 802.14 通訊協定堆疊及運作原理 14-5-2 DSL 寬頻網路 『數位用戶迴路』（Digital Subscriber Line, DSL）是利用現有的電話線路來傳輸寬頻訊號，一般電話纜線大都是採用 AWG 24 或 AWG 26（American Wire Gauge, AWG），頻寬都可達 1 MHz 左右（隨傳輸距離而變），我們可以保留原來語音通道的頻寬範圍，而將較高的頻寬範圍拿來傳送數據訊號，這就是數位用戶迴路的基本原理。DSL 之網路架構如圖 14-18 所示，一般傳統之電話系統的設備稱之為『純舊式電話服務』（Plain Old Telephone Service, POTS），所佔用的語音頻道為 0 ~ 4KHz，如圖 14-19 所示。POTS 分歧器將過濾不同的頻道（語音和數據），將數據傳輸之頻寬範圍固定在 25 KHz 到 1.1 MHz 之間。因此，我們就可以利用原來的電話線路，同時傳輸語音訊號和數據訊號。
圖 14-18 DSL 網路架構圖
圖 14-19 DSL 之頻寬分配 在寬頻傳輸方面，我們以每 4.3125 KHz 分個為一個頻道，整個頻寬共可區分成 250 個頻道，每一頻道再以 QAM 或 DMT（Discrete Multitone）等各種調變方式，載入數據資料位元，DSL 的傳輸方式就可以達到 Mbps 以上。但在這 250 個通道裡，我們會依照各種傳輸線路的要求不同，而有各種不同的上行或下行的頻道分配，如果上行或下行的頻道分配一樣（速率也一樣），就稱為『對稱傳輸』，否則稱之為『非對稱數位用戶迴路』（ADSL）。另一方面，DSL 是要達到數據傳輸為主要目的，因為數據交換設備不同（如 Frame Relay、ISDN或 ATM），所需的訊框結構也不同，因此，由各種上/下行的傳輸速率，以及不同的訊框結構（ATM 或 STM），就有所謂 xDSL 家族系列的產生，各種 DSL 的調變技術也不一樣，其特性如表 14-3 所示，簡單說明如下： ● HDSL（High Bit-Rate DSL）：高傳輸速率 DSL，訊框結構必須能符合 Frame Relay 數據交換設備，傳輸速率也以 T1/E1（1.544/2.048 Mbps）為主。 ● VDSL（Very High Bit-Rate DSL）：最高傳輸速率可達 52 Mbps，訊框結構也模擬 SONET 的訊框，但傳輸距離只有 500 公尺。 ● SDSL（Single-Line DSL）：使用一對線的 HDSL。 ● IDSL（ISDN DSL）：符合 ISDN 之 2B/1D 傳輸速率及訊框，傳輸速率也以 128 Kbps 為主。 ● ADSL（Asymmetric DSL）：非對稱傳輸速率，亦是，上行和下行傳輸速率不同，為目前最廣泛使用的 DSL 線路，訊框格式可能依照所連接之 ATM 或 Frame Relay 而不同。 ● RADSL（Rate-Adaptive DSL）：上下行的傳輸速率會依照線路情況而自動調整。 ● CDSL（Consumer DSL）：使用較低傳輸速率的 DSL，用戶端不需要分歧器。 表 14-3 xDSL 家族系列之特性
表 14-3 的內容只能做簡單的參考，因為目前 DSL 的傳輸技術不斷在更新與突破，傳輸速率及線路距離也不斷提高。何況 DSL 線路品質也會直接影響到所使用的調變技術，如使用承載容量較高的調變技術（如 256 QAM），所產生之載波訊號容易受外來訊號干擾。原來電話系統大多是佈放 AWG 26 的纜線，對於干擾訊號的抗拒能力較弱，目前電信公司已開始將其更換為 AWG 24 纜線。 另一方面 DSL 所能夠傳輸的距離過短，一直就為人所詬病，目前電信公司（中華電信公司）為了克服這個困難點，已將光纖佈放到家（Fiber-to-the- Home, FTTH）、光纖到大樓（Fiber-to-the- Building, FTTB）或光纖到辦公室（Fiber-to-the- Office, FTTO），使 DSL 的連線距離減到最低，也將傳輸速率提到最高。另外，在 ADSL Modem 方面，各家廠商所使用的調變技術不盡相同，因此無法混合使用。以下我們就針對 ADSL 作介紹，至於其它系統較為少用，有興趣請參考其他書籍。
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