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網路卡卡急救章 – 您用的網路,您了解嗎 ?

這是我應該在乎的事情嗎 ?

是,同時也不是。取決於你對於網路的要求程度有多高而有變異。對於一個上上網偶爾看看Youtube的人,這些不是他會在乎的問題,便宜,能用就好,對一個線上遊戲玩家來說,穩定才是首要考量的問題,對一個追劇狂來說,方案提供的總流量才是考量。所以正在看文章的您是什麼樣的使用者呢 ? 無論怎麼樣的使用者,對於自己正在使用什麼樣的網路多了解一些,也不是壞事。


台灣的ISP 提供了哪些方式讓您接上網際網路 ?

台灣的ISP為家用網路提供十分多樣的連接選擇,以下對於還能申裝的網路服務做些統整 19/04/26更新:
使用技術 提供ISP 費用區間(月) 速度區間 申裝範圍
撥接 中華電信 通話費與
網路使用費
~ 56Kbps 全台灣
ADSL (含2+) 中華電信
遠傳電信
台灣碩網
亞太電信
216~544 NT$ 2 ~ 8Mbps 市區到鄉間
(RC 4 KM內)
DOCSIS 2 中嘉和網
台灣寬頻
三立系統(南國)
年代系統*4
180~459 NT$ 5 ~ 8Mbps 市區到鄉間
澎湖、金門、台東
部分地區無法申裝*8
VDSL (含2) 中華電信
遠傳電信*3
台灣碩網
亞太電信
470 ~ 999 NT$ 6 ~ 100Mbps 市區到郊區偏鄉間
(RC 1 KM內)
DOCSIS 3 台灣大寬頻
凱擘大寬頻
中嘉和網
台灣寬頻
台數科系統
世新系統
大豐系統
大揚系統
年代系統
三立系統(南國)
天外天數位
新彰數位
299 ~ 1999 NT$ 12 ~ 1 Gbps 市區到鄉間
澎湖、金門、台東
部分地區無法申裝*8
G.Fast 中華電信 1199 ~ 2409 NT$ 300 Mbps ~ 1 Gbps 五都市區
(光化盒100公尺內)
被動式光纖 中華電信
遠傳電信
台灣碩網
台數科系統
大豐系統
聯維集團
運豐集團
全國數位
大台中數位
台北光纖
600 ~ 2409 NT$ 30 Mbps ~ 1 Gbps 市區到部分郊區
市內乙太
(社區網路)
宅急網
今網寬頻
亞訊寬頻
群揚寬頻
聯訊數位
270 ~ 550 NT$ 50 ~ 300 Mbps 只有特定社區
統一與特定廠商
簽約
W-CDMA
(含演進)與LTE
中華電信
遠傳電信
台灣大哥大
台灣之星
亞太電信
統一超商電信
家樂福電信
Line Mobile*7
0 ~ 2699 NT$ 最快 1.2 Gbps
均速: 30 Mbps
全台灣(深山除外)
[1]: 台灣大寬頻於2019年底不再提供撥接服務
[2]: NCC交換局碼核發現況表
[3]: DSL業者中除遠傳電信含有部分自行建置的線路,其他業者均租用中華電信線路,並繳交電路費。
[4]: 即年代投資之東部有線電視系統,包含洄瀾、東亞、東台、東播
[5]: 欲查詢有線電視個屬系統請見: 台灣有線電視業者
[6]: 市內乙太業者屬於網路管理業者,故皆為向一類固網業者承租頻寬後再拆賣。
[7]: 相較於統一超商電信與家樂福電信是以MVNO身分向一類電信承租網路,Line Mobile 屬於遠傳其中之特案,屬遠傳客戶
[8]: 實察澎湖縣澎湖有線電視、金門縣名城事業無提供DOCSIS服務,連江縣馬祖地區祥通有線播送與台東縣東台有線播送收視人數不足,僅只能行使單向有線電視播送,故無法提供DOCSIS服務。

RC (有人稱DJ箱或光化箱): 

Remote Concentrator 的簡稱,外觀如下: 想必許多人都看過。

線路與客戶端裝置(CPE)外觀

撥接:

這在這個時間點仍然能夠存在實在讓我意外… 到底還有什麼人會想要使用這種網路 ? 然而當隨便透過網路搜尋 “免費撥接”,得到的撥接號碼還能夠撥通時… What can I say… 

一台典型的撥接數據機外觀:


一個內建撥接數據機的筆記型電腦:


上網媒介:

一般電話線

重要的燈號意義:

  • RD: 接收資料
  • TD: 傳送資料
  • CD: 偵測載波
  • OH: 佔線 (數據機正在使用或傳輸)
  • AA: 撥入自動回應
  • HS: 高速模式(與遠端數據機協商後能使用9.6Kbps 以上的速度進行傳輸)
  • DTR: 資料傳輸就緒 (連接的電腦設備已經準備就緒,可以進行傳輸)
  • MR: 數據機就緒

接上網路的方式:


將電話線接上Modem,再由RS-232或是PRT線接到電腦上,電腦需要先設定RS-232 數據機裝置,再設定撥出的號碼,驗證的帳號密碼方能上線:


DSL系列 (ADSL, VDSL, G.Fast):

一台典型的DSL數據機外觀:



有的時候電信商為了解決距離遠與速度的平衡,會使用以浪費實體線路實現高速的雙線綁定(Bonding)的方式來提升速度:

上網媒介:

一般電話線。

需要Bonding 的原因:

 


以上述7740C的例子說明,此時電話線雙絞單線的情形下,下行只能達到98Mbps,不足以申裝100M/40M,然而透過Bonding 後即可達到接近170Mbps的速度,100M達標,浪費線路在空間充裕的情形下是一個不錯的選擇,然而在多數的情況下是十分昂貴的取捨。

接上網路的方式:

將電話線接上Modem,再由網路線接到路由器或是電腦上,依照電信商要求透過數據機、路由器或電腦進行PPPoE撥號、DHCP或設定固定位置的方式,完成認證並取得IP位置後,接上網路。

多數的DSL設備其實都有內建家用路由器的功能,也有無線網路,不需要電腦額外設定上網方式,直接接上數據機即可上網。
然而也有部分的DSL設備僅作為橋接設備 (沒有任何功能,只是將網路訊號轉換為DSL),對於我接觸過的設備,可以看這個表: (台灣DSL Modem列表: 撰寫中)。
可以大概說明的是,如果設備會很熱的話就不適合開硬體路由了 (增加工作量,更容易熱當)

備註: DSL 是不是一定會採用PPPoE的模式上網 ? 答案是: 這是兩回事。採DSL提供的是Last-Mile,PPPoE只是一種協定

直接接在電腦上:

或先接在路由器上,再接上電腦:

通常會取得的IP位置: 公共IP

Docsis 系列 (Docsis 2/2+/3/3.1):

一台典型的Docsis 數據機(俗稱CM、Cable Modem)外觀:

上網媒介:

同軸電纜

接上網路的方式:

將同軸電纜接上Cable Modem,再由網路線接到路由器或電腦上。大部分使用Cable Modem 提供網際網路的廠商都是使用DHCP的方式做IP發放,對於使用者是最友善的: 接上去,不用設定立即使用,所謂的: Set it, and forget it.
與DSL設備類同,多數的CM也有內建家用路由器的功能,然而也有部分的早期設備僅只能作為橋接設備,對於我接觸過的設備,可以看這個表: (台灣Cable Modem 列表: 撰寫中)。

通常會取得的IP位置: 公共IP



被動式光纖(G-PON, E-PON)

一台典型的PON 數據機(ONT: Optical Network Terminal)




上網媒介:

光纖

接上網路的方式:

將光纖接上ONT ,再由網路線接到路由器或是電腦上,依照電信商要求透過數據機、路由器或電腦進行PPPoE撥號、DHCP或設定固定位置,完成認證並取得IP位置後,接上網路。

與DSL設備類同,多數的ONT也有內建家用路由器的功能,然而也有部分的早期設備僅只能作為橋接設備,對於我接觸過的設備,可以看這個表: (台灣ONT 列表)。

由於光纖脆弱,部分數據機的設計會如上圖,將PON接口設計再ONT之內:

而有些會設計在外面:

通常會取得的IP位置: 公共IP


市內乙太(社區網路)

通常會看到的形式:

Ethernet 乙太網路、小範圍的光纖或是DSL


接上網路的方式:

將電腦或路由器接到指定的網路孔或設備上,爾後社區網路提供商會要求提供電腦或路由器設備的MAC位置進行綁定,或是核發固定IP,由用戶自行設定。

通常會取得的IP位置: 私有IP


W-CDMA(含高速演進)與LTE:

一個典型的W-CDMA/LTE 數據機:


上網媒介:

無線通訊

接上網路的方式:

將SIM卡安裝至數據機內,再由網路線接到路由器或是電腦上即可上網。與DSL/CM/ONT不同之處為,採用這些形式上網的電信商通常會提供設備(或甚至只能使用電信商提供的設備),而WCDMA/LTE形式上網者數據機通常是不被管制或是電信商不主動提供的(使用者可以自行決定要買什麼設備),這也比較容易造成設備無法滿足電信商能提供的網路速度。

通常會取得的IP位置: 私有IP



公有IP與私有IP的問題:

對於一般上網而言,是否取得公有IP其實並不重要,只要能路由到目的地即可,但如果您有使用P2P 或個人架站時,私有IP會影響使用效能或甚至無法使用。


最後一哩(Last Mile) 特性知多少:

撥接:

就如一個人撥電話給另一個人一樣,只不過線上不是講話的聲音,而是數據機變調的訊號,數據機先撥通到ISP的終端伺服器,才開始進行通訊。這也代表的是: 數據機是真的 ”占用了一條線路(Circuit)”。這也是為什麼一旦進行了撥接上網,電話就無法撥入也無法使用的緣故。然而用戶端到ISP這段因為占用大量的Circuit Switch 也使得撥接容量要提升是十分困難的事情,故約千禧年前後容易發生無法播上線的原因,上網人數太多,ISP業者興盛,但是電話交換網路與終端設備無法負荷。想想70/80年,大家樂開獎的時候,電話會因此無法使用,便是這個原因。

然而電話線路會容易因線路路徑上的環境狀況 (設備、串音、環境干擾等等),這讓透過變調的類比訊號溝通的撥接速度也無法保證,當線路品質不良,雜音大時容易產生斷線,或甚至降速。

DSL系列 (ADSL, VDSL, G.Fast):

DSL的作法相較於Modem類似,但是非常聰明的利用了人耳聽不見高頻的聲音,與在各個RC就拆散電話與ADSL流量的的方法來達到高速與避免佔線,同時又能讓電話與網路能夠存在同一條電話線上,以下以台灣採用的ADSL第一代(G.dmt)為例子:

一般語音電話只會使用到4kHz 以下的頻段,相較於ADSL的上行使用25.875~138kHz 與下行使用138 ~ 1104kHz便達成了人無法聽到的自然過濾,然而硬性規定頻率仍會有溢散現象,Splitter 能讓通話更為舒適,ADSL訊號也不容易被電話干擾。

為了提高DSL的速率,便陸續的出現了許多的新標準,而每個新標準中也有許多的候選版本,競爭激烈。就我所能蒐集到的資料表示,台灣DSL採行的標準如下:
  • ITU G 992.1 (ADSL 8Mbps/1.3Mbps)
  • ITU G 992.3 (ADSL2 12.0Mbps/1.3Mbps)
  • ITU G 992.5 (ADSL2+ 24.0Mbps/1.4Mbps)

VDSL
  • ITU G 993.1 (VDSL 55Mbps/3Mbps)
  • ITU G 993.2 (VDSL2 200Mbps/100Mbps)

  • ITU-T G.9701 (G.fast 1G/1G)
然而因DSL為了高速在雙絞線上以及高頻來執行便容易發生訊號衰弱的問題,所以有了距離限制,由於後期光纖到家的實現可說是越來越近,DSL的腳色也逐漸的轉變,變成以電話線隨處皆有的優勢來輔助光纖到達目前不能申裝的地方,DSL越僅僅只是入戶方便而已。

以下是各DSL若要以最高速的情形下執行,所能接受的最遠距離:
  • ADSL: 3.0公里
  • ADSL2: 2.1公里
  • ADSL2+: 1公里
  • VDSL: 600公尺
  • VDSL2: 250公尺
  • G.Fast: 100公尺
DSL高頻傳輸使得對雙絞線環境品質的要求更為嚴格,當線路品質不良,雜音大時可能不只是降速,而容易產生斷線。


Docsis 系列 (Docsis 2/2+/3/3.1):

就對電信產業的研究來說,Cable 會十分合理的成為早期高頻寬之首選我並不覺得意外,就光看線材的設計就能理解Cable 具有比電話線更優越的抗雜訊能力,也代表著就算高頻率也能傳得比較遠。而從AT&T 的子公司 Western Electric 基礎知識 (大約60~70年左右吧 ?)的紀錄裡可以找到,Cable 十分早就用在長途電話線路主幹線上了 (L1/L3/L4 Carrier),不用Repeater的情形下便達到了可載3600通通話載到280kHz ~ 20.448Mhz的載波上,送到1~10公里遠外的地方,而從1941年的AT&T紀錄片裡面已經有寫到Cable 使用於長途電話線路的事情: 

Cable 擁有十分容易載高頻信號,且相較於電話線路也較不容易信號衰弱的特性,讓Docsis 十分迅速的成為早期寬頻的首選。早期台灣第一個推出寬頻服務的東森寬頻,就是利用Cable 來達成的。從1997年推出Docsis 1.0的標準中就可以看出足夠打死DSL的能力: 40Mbps 的下行與10Mbps 的上行,對於當時滿天飛的撥接網路來說,那是無法想像的速度。

Cable 的高頻載波能力與處理器能力的增強,讓速度的增長都十分驚人(只要QAM增加一級或是綁定更多Channel同時做傳輸)。
  • Docsis 1.0/1.1: 40Mbps / 10Mbps
  • Docsis 2.0: 40Mbps / 30Mbps
  • Docsis 3.0: 1.2Gbps / 200Mbps
  • Docsis 3.1: 10Gbps / 2Gbps
  • Docsis 3.1 Full-Duplex: 10Gbps/10Gbps

因電視Cable 網路都是以廣播的方式在進行,這也為了給有線電視附加價值的Docsis 有了不利影響: 
  • 同一時間只能有一個人進行傳輸,若發生多台CM同時傳資料時就會發生衝撞,必須收回,各自擬一隨機時間間格再傳送。一旦一個區的結點擁有過多的用戶時,也容易導致反應時間變長,縱使頻寬仍可達標,使用經驗仍不佳。
  • 任何人都能監聽同結點中的另一個人傳輸的資料,這個問題直到Docsis 3才有明定Security Spec 作為改善。
照理而言,良好的Cable的線路環境確實會讓DSL有難以生存的條件,但如果去看看台灣的Cable線路都怎麼走的… 也許會更了解為什麼總有人覺得Cable 不是很穩定。而我想有部份也跟採用Cable的ISP有關。目前先暫不討論。

被動式光纖:

光纖為一種由玻璃與塑膠製成的纖維,而光在纖維內進行全反射,在光纖兩端使用二極體或雷射進行光脈衝,來達成資料傳輸。由於使用光線作為訊號與玻璃或塑膠作為的傳輸介質,相較於電話線與同軸電纜而言,擁有不需要載電的優點。然而光纖線也更為脆弱易損,故需要十分良好的保護,但因不易干擾,傳輸品質相較於電話線與同軸電纜穩定許多。


主動與被動:

主動式光纖 (AON: Active Optical Network):
採用AON代表的正是,在電信商到用戶端之間需要有交換機或路由器進行資料分送到各個ONT。通常在電信內部、企業或校園網路採用這種方式的會較多。

被動式光纖 (PON: Passive Optical Network):
相較於AON之不同,PON是在電信商到用戶端之間不需要任何的交換機或路由器進行資料分送,而是利用折射鏡將光線直接展成若干光束,故部屬起來成本低廉,也不用電,但這會導致同屬一個Splitter 之下的ONT如廣播網路般地都能收到要給其他ONT的資料,造成資安問題,為了解決此類問題,每個ONT與電信商的通訊都會加密,而為了效能上的顧慮,每個PON光纖Splitter 只能分拆給128個客戶。因為不需要電力,只需要光與精細的折射鏡就能達成將近20公里遠的傳輸,成為部屬的首選。

市內乙太(社區網路):

由於社區網路部屬之形式十分多樣,以多數社區採用乙太網路線(UTP或STP)的方式部屬網路討論: 乙太網路線有所謂CAT等級,最常使用的是CAT 5e 或 6。乙太網路早期設計就有100公尺的限制,然而這在社區網路中是不太會發生的事情。


W-CDMA(含高速演進)與LTE:

相較於前面幾位都需要各式線路的上網方式,這都會碰到幾個十分不方便的問題:
  • 沒有線路到達的地方
  • 沒辦法拉線路的地方
  • 頻繁更換地點使用的使用者
如果您正遭遇到這幾項問題,則使用廣域無線網路進行上網是您不錯的選擇。

使用廣域無線上網雖然解決了時與地的問題,但仍會碰到幾項限制而影響了網路使用品質:
  • 因基地台的遠近與周遭的地理環境影響收訊
  • 使用的電信商在當地許可使用的頻帶寬度 (請見台灣電信商頻段使用表: 撰寫中)
  • 基地台目前的使用人數與線路總頻寬
  • 因為使用者能自由的決定使用設備,而使用的設備所支援的高速或載波聚合的能力
由於無線網路又是另一個更大的議題,我們未來有機會可以再談到。


採用架構的問題:

集縮比:

就是該電信該區的集中設備所能提供的最高頻寬與電信商向用戶數宣稱的總頻寬。這可能會讓很多人感到好奇: 這樣電信商說話不就不算話嗎 ? 然而如果按照”合理”的方式來向用戶端提供頻寬時,會發生更不合理的現象:

國立東華大學教職員加師生總計約10,000人,而假設網路中心向每個人提供
  • 1Mbps: 總共要10 Gbps 的對外頻寬。10G的網路核心路由設備價格還算合理。
  • 10Mbps: 總共要100 Gbps的對外頻寬。目前教育部TANET已升級骨幹100G,也還可以
  • 100Mbps: 總共要1 Tbps的對外頻寬,以Nokia 7950 的價格…approx. 3,600萬台幣
  • 那300Mbps… 1Gbps … ?
有沒有覺得什麼怪怪的地方 ?
到TWIX買Peering 頻寬: 10GE 每線每月 20,000 + 10,000 維護費:
要提供每個人100Mbps 的話,要買 1 Tbps 的頻寬 (3,000萬每月),假設7950用10年,每年360萬台幣,這代表: 就單純連線與硬體(電力人力不計算)東華每個人要使用的話要月繳3,030NT$。

有點怪怪的了 ? 還是沒有 ?

那我們拿東華大學每日的流量來看看:

跟想像的差非常的多對吧 ?

按照”合理”的方式來向用戶端提供頻寬時會有一項失誤: 難道所有人都會在同一區同一時間同一時段一起用到全速嗎 ? 答案是不會的。

可以開啟工作管理員觀察一下自己普通時後上網所使用的流量表現,這時你正會注意到,其實多數的時候,是不會用到如此多的流量。這也正是一個以推測的方式證明,大家同一時段一起用到全速的事情機率是微乎其微。
然而集縮比的高低仍然會需要有一個限度,集縮比太高就會產生網路緩慢,使用不到速度的問題產生,集縮比過低,則會發生資源使用不效率的問題。

撥接架構:


DSL架構:


Docsis 架構:


PON 架構


W-CDMA/LTE 架構



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