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通訊科技：改變人類生活形態的電腦通訊網路技術

91/09/16 4510

車志恒｜清華大學電機工程系

呂忠津｜清華大學電機工程系

婁儒鈞｜臺北科技大學電機工程系

李思賢｜臺北科技大學電機工程系

王永鐘｜臺北科技大學電機工程系

清晨上班途中，在Starbucks Coffee駐足，啜了口香醇溫暖的拿鐵，隨手將無線網路卡接上筆記型電腦，自在地上網收發公司業務員今天寄發的電子郵件簡報，沈思會議的細節，並利用搜尋引擎找尋簽約廠商的資料。這不是電影情節，網路已經悄悄地進駐了我們的生活，與我們的生活密不可分！

我們已生活在一個資訊高速交換的社會中，藉由每日的交流，情感得以抒發，訊息得以互通。近年來，隨著電腦網路的普及與商品化、數據傳輸無線化、無線通訊網路的人性化應用，不但打破了「空間」與「線」的束縛，更多了幾分悠閒自在。

風起雲湧的網路

簡單地說，電腦網路就是將兩臺以上的電腦，利用通訊線路互相連接在一起，使用者可以分享或使用不同電腦上的資源，而在同一個網路上的電腦可以共享硬體設備。

電腦網路大致上可分為區域網路和廣域網路二大類。區域網路通常指某一特定區域內如在辦公室、大樓或校園等，各部電腦連接而成的電腦網路。區域網路上，各部電腦之間可以互相傳送檔案，共用印表機、磁碟機等。但在硬體設備上有傳輸距離和連接電腦數量的限制，範圍大致不超過五公里。目前最常見的區域網路是乙太網路（Ethernet）和光纖分散式數據界面網路（FDDI）。

廣域網路則為連結多個區域網路而成。各個區域網路透過路由器對外與其他的存取網路連線，再經由骨幹網路如臺灣學術網路（TANet）、網際資訊網路（HiNet）、種子網路（SEEDNet）等和其他網路結合成廣域網路。目前最熱門的網際網路，可視為一個以傳輸控制協定／網際網路協定（TCP/IP）將全世界的網路相連接的超大型廣域網路。

乙太網路

七十年代就開始發展的乙太網路（Ethernet），是目前使用最普遍的區域網路，市場占有率高達80％以上。它的傳輸速度過去一般為每秒一千萬個位元（10 Mbps），以同軸電纜線或雙絞線為傳輸媒介。乙太網路的標準是由美國電機電子工程師協會制定的編號為802.3的區域網路標準。有了這個標準，使得不同廠商可以依此而開發相容設備，市場不至於被壟斷。

價格便宜、使用者廣泛，是乙太網路成功的要素。新的高速網路技術如光纖分散式數據界面網路、非同步傳送模式網路（ATM）等，因技術困難度高且價格昂貴，始終未能取代乙太網路的地位。

光纖分散式數據界面網路

光纖分散式數據界面網路於一九九○年上市，經過使用者多年驗證，技術已相當成熟。它以光纖為傳輸媒介，利用光的折射原理，避免外部電氣雜訊對網路傳輸信號的干擾，並具有高傳輸速率及長距離的特性。

光纖分散式數據界面網路採雙環（Dual Ring）設計，網路以中樞器為基礎結構，在高速資料傳送時具有相當的可靠性、效能穩定、傳輸距離長等優點，因此常常作為校園網路或企業網路中的骨幹網路。不過，光纖網路設備及架設成本太高，安裝也較為困難，故市場上的占有率並不高。

高速乙太網路

乙太網路的發展隨著市場的擴大，技術不斷推陳出新。近年來更急速發展出高速乙太網路，它最大的優勢是在維持傳統的乙太網路環境下，提升十倍傳統乙太網路的傳送速率，甚至連通訊協定和系統的驅動程式也無需做轉換。對於已熟悉乙太網路環境的使用者，可以不必再重新學習，其升級成本只要傳統乙太網路的二倍。

高速乙太網路若使用無遮蔽雙絞線（UTP），可以達到每秒一億個位元（100 Mbps）的傳輸速率，滿足一般多媒體的頻寬需求。這種價格便宜、系統簡單、傳輸速率也隨著新技術提升的特質，使得乙太網路成為應用最廣泛的高速網路技術。

另一方面，由於光纖通訊技術的蓬勃發展，將乙太網路和光纖通訊結合在一起，是現今通訊界的一大課題。十億位元乙太網路（Gigabit Ethernet）的概念與建造也因此產生，目前是乙太網路中速度最快的產品。它可搭配現有的乙太網路架構而提供每秒十億個位元的網路傳輸速率。而且採用與乙太網路相同的載波感測多重進接與碰撞偵測協定（CSMA/CD）來處理碰撞問題，封包的格式以及長度與乙太網路一樣。對網路用戶來說，可以減少網路初期建設費用、免除工程支援、使用者再教育等成本。

十億位元乙太網路可以半雙工方式作傳輸，同時也提供了同步收發的全雙工運用，也就是可以同時接收從網路上來的訊號，並且發送訊號到網路上。十億位元乙太網路符合IEEE802.3ae標準，對連接所有的乙太網路有一致性，利用現在已安裝超過三億個乙太網路交換埠的優勢，可以快速、經濟及簡單地完成升級。現在臺灣各大專校院和大公司行號已逐漸更新舊有的網路配置，採用最新又符合經濟成本的十億位元乙太網路。

無線區域網路

為了增加使用者的便利性，區域網路的另一主軸是朝無線通訊發展，目前已成為通訊界的熱門商品。無線區域網路分成無基礎架構與有基礎架構的無線區域網路兩類。

無基礎架構的無線網路不需要架設任何基礎的網路設備，只是為特定目的臨時架設的網路。網路內各臺電腦可直接通訊，不管是否能跟外界或其他無線網路溝通。表面上似乎功能受到限制，但提供了極大的彈性，例如在公司內部的會議，或是小工作團隊的溝通上，此法方便又節省成本。

有基礎架構的無線區域網路包含有線與無線的骨幹網路，類似於我們現在的大哥大網路架構。此類網路存在一個無線橋接器（Access Point）通往骨幹網路，就如大哥大網路中的基地臺，無線橋接器的功能就是要將一個或多個無線區域網路和現存的有線網路系統相連結，並管理一個區域內的機器，無線橋接器間也可以互相傳遞資料。

廣域網路

廣域網路一般由電信網路所組成，將校園或企業的區域網路與家庭用戶連接成一大型網路。依其功能可分為骨幹網路和存取網路兩部分。為了因應網際網路的頻寬需求，骨幹網路主要以光纖網路為主。現今以十億位元乙太網路和同步光纖網路（SONET）為主要的光纖傳輸網路。網路上的路由器則結合硬體的交換技術和軟體的路由技術，處理萬億位元（terabit）的頻寬容量。網路上的通訊協定則以同步數位階層網際網路協定和超高速乙太網際網路協定為主，未來則將直接把網際網路協定（IP）應用於光纖上，也就是所謂的分波多工光纖網際網路協定，屆時骨幹網路將提供一個無壅塞的傳輸環境，有助於網際網路的發展。

纜線數據機

家庭用戶透過纜線數據機（Cable Modem）或非對稱數位用戶迴路（ADSL）上網是近年來的趨勢。纜線數據機頻寬為一般數據機的一百至一千倍，它利用第四臺業者之有線電視線路作為連上網際網路的媒介。一條第四臺的電纜線有大約一百多個電視頻道的容量，一個電視頻道可提供每秒三千六百萬至四千八百萬個位元（36～48Mbps）不等的上網頻寬。除此之外，有線電視頻寬上網的利基在於家庭娛樂與上網可以兼顧，例如互動電視與隨選視訊。尤其是互動電視，這是有線電視業者容易切入的服務。

但是，纜線數據機除了有頻寬共享的缺點外，在資料傳送方面，由於是採用像廣播一樣的方式傳送，因此，別人若有心竊取您上網的資料，就較沒有保障。且有線電視纜線鋪設限於人口密集的大都會區，使纜線數據機的推廣具有區域性。

非對稱數位用戶迴路

非對稱數位用戶迴路，是一種利用傳統電話線，提供高速上網的調變與解調的技術。也可以把它當成是一種新的數據機，其上行與下行的頻寬是不對稱的。它下行方向（往用戶的方向）的速率可達每秒八百萬個位元（8 Mbps），上行方向（往機房方向）的速率可達每秒一百萬個位元（1 Mbps）。不過，傳輸速度會隨著用戶端到達機房的長度而變化。所以，用戶端之非對稱數位用戶迴路數據機必須在電信業者方圓5公里之內，才能具有最佳的傳輸品質。

非對稱數位用戶迴路的主要特點是在於可將語音及數據資料經由電話訊號分隔器分離後，把語音信號傳送至公眾電話交換網路，而數據資料則傳送至公眾數據網路上。由於此種分項處理方式，使得非對稱數位用戶迴路用戶就算每天持續連線，也不會發生電話不通的情形。不同於纜線數據機，非對稱數位用戶迴路的使用者可擁有專屬頻寬，連線的安全性與穩定性較高，再加上傳輸媒介使用現有電話網路系統，因此申裝較不受地域限制。

未來的生活形態

通訊網路技術的發明，大大改變了人類溝通的形態，打破了時空的限制，創造了更多的便利。那麼未來會是一個什麼樣的世界，電腦通訊網路的技術及標準會怎樣改變我們的生活呢？未來的家庭生活很可能是，家中的家電、通訊、保全、電腦設備完全透過無線網路技術，互相協調運作，並利用家用閘道器與有線網路技術溝通，而且也和外部網際網路連接上網。

資料來源

《科學發展》2002年9月，357期，36 ~ 41頁

纖(2) 科發月刊(5210)

通訊科技：改變人類生活形態的電腦通訊網路技術

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