TCP/IP 協定與 Internet 網路:第四章 廣域網路連結  上一頁         下一頁

 

翻轉工作室:粘添壽

 

4-5 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,通常的作法是向電信公司承租數據專線,無論承租 SDH 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。而一般個人用戶端,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『非對稱數位用戶迴路』(Asymmetric Digital Subscriber Line, ADSLHFC 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。

4-5-1 HFC 寬頻網路

        4-17 『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,每個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,連線距離也可達八十公里。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,關於傳輸規格是由 IEEE 802.14 與數位影音委員會(Digital Audio-Visual Council, DAVIC)所共同制定而成。

4-17 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 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 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,但隨著傳輸距離的遠近,電信公司都會有所調整,一般下行速率在 10 ~ 30 Mbps;而上行速率為 2 ~10 Mbps 之間。但這個傳輸頻寬是 CATV 之下的區域網路共享,如網路上工作站愈多(200 ~ 300 部),各工作站所分配到的頻寬就愈少。在圖 4-17 中,個人電腦或區域網路必須透過『纜線數據機』(Cable Modem,將上行數位訊號(基頻訊號)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。

IEEE 802.14 IEEE 1994 年所制定的 CATV 區域網路之通訊協定,如圖 4-18 (a)。又 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,取得媒介傳輸權後將封包傳送出去。802.14 實體層為規範訊號調變技術(如 64 QAM 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,網路運作原理也非常類似於『分散式佇列雙匯流排』(Distributed Queue Dual BusDQDB,並以上下頻道來代替雙匯流排。IEEE 802.14 的運作原理,簡要說明如下:(如圖 4-18 (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。

工作站由下行頻道接收資料後,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『餘速率』(Available Bit Rate, ABR等不同等級的服務。

4-18 IEEE 802.14 通訊協定堆疊及運作原理

4-5-2 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 AWG 26American Wire Gauge, AWG),頻寬也都可達 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 4-19 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 4-20 所示。POTS 分歧器將過濾不同的頻道(語音和數據),數據傳輸之頻寬範圍為 25 KHz 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。

4-19 DSL 網路架構圖

4-20 DSL 之頻寬分配

        在寬頻傳輸方面,我們將以每 4.3125 KHz 分個為一個頻道,整個頻寬可區分為 250 個頻道,每一頻道再以 QAM DMTDiscrete 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數 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,該數據交換設備不同(如 Frame RelayISDN 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 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 4-4 所示,簡單說明如下:

HDSLHigh 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/E11.544/2.048 Mbps)為主。

VDSLVery 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。

SDSLSingle-Line DSL):使用一對線的 HDSL

IDSLISDN DSL):符合 ISDN 2B/1D 傳輸速率及訊框,傳輸速率也以 128 Kbps 為主。

ADSLAsymmetric 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 Frame Relay 而不同。

RADSLRate-Adaptive DSL):上下行的傳輸速率會依照線路情況而自動調整。

CDSLConsumer DSL):使用較低傳輸速率的 DSL,用戶端不需要分歧器。

4-4 xDSL 家族系列之特性

名稱

傳輸速率

傳輸模式

備註

HDSL

1.544 Mbps

2.048 Mbps

對稱式

使用兩對線。

SDSL

1.544 Mbps

2.048 Mbps

對稱式

使用一對線。

ADSL

上行 16 至 640 Kbps

下行 1.5 至 8 Mbps

非對稱式

使用一對線,最大距離為 5 公里,下行速率一般都使用 6 Mbps。

RADSL

上行 16 至 640 Kbps

下行 1.5 至 8 Mbps

非對稱式

使用一對線,速率可依環境因素改變。

CDSL

上行可達 128 Kbps

下行可達 1 Mbps

非對稱式

使用一對線,用戶端不用分歧器。

ISDL

128 Kbps

對稱式

使用一對線,ISDN 的基本速率介面(BRI),語音和數據可同時使用。

VDSL

上行 1.5 至 6 Mbps

下行 13 至 52 Mbps

非對稱式

電話線路為 500 公尺,如配合光纖構成迴路可達 10 公里以上。

        4-4 只能做參考,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。又 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,目前電信公司也都將其更換為 AWG 24 纜線。另一方面 DSL 所能夠傳輸的距離,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。又在 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。

 

 

<GOTOP>