7. 網路連線的原理
第二課 連線服務
關於本章
由於I n t e r n e t 的急劇發展以及跨國性企業分公司的地理性差異，產生了對於大型全球綱路的需求。前幾章所討論的綱路基礎，主要是集中在較小型的綱路，在本章將探討擴展綱路的設備和技術，使您能夠超越簡單的區域綱路（L A N）範圍。討論將從數據機開始，接著是再生器、橋接器、路由器、橋接路由器以及閘道器，而結論部分則略述遠端存取運算。您將學到的是綱路是如何能夠在街道之間或是在全球之間駕擴展。
在開始之前
本章是 第2章<基本綱路媒體> 的延伸。開始本章之前，您應該回顧一下關于拓樸和綱路電纜線部分的內容。 第2章 討論的許多術語將在本章繼續使用和延伸。同樣，也涉及乙太綱路和權杖環綱路結構。您可以回顧一下 第3章<瞭解綱路體系> 中的這些論題。
第一課 連線設備
本課將集中討論用來擴展網路的硬體。我們從最基礎的通訊設備開始：數據機。數據機已變成如此廣泛使用，且成為今日大多數電腦銷售的標準配備。事實上，每個曾經使用過Internet或傳真機的人都必定使用過數據機。除了數據機，還有些設備可用來將小型LAN連接成較大的廣域網路（WAN）。每種設備都有其功能上的侷限之處。它們可以簡單地用來擴展網路媒體的範圍，或者是透過Internet提供對全球網路的存取。用來擴展LAN的設備包括再生器、橋接器、路由器、橋接路由器和閘道器。
在本課結束後，您將能夠：
課程估計時間：65分鐘
數據機的技術
數據機是一種設備，它使電腦透過電話線來連線成為可能。
當電腦距離太遠，以至於無法使用標準的電腦電纜線連線時，數據機使電腦之間可相互通訊。回憶到
執行隨書光碟中 Demos 資料夾 c07dem01 影片，可以觀看數據機如何透過電話線使電腦通訊成為可能的介紹。
數據機的基本功能
電腦不能只透過電話線相互連線，因為電腦是透過傳送數位電子脈衝（電子信號）來通訊，而電話線只能傳送類比波型（聲音）。圖7.1顯示了數位電腦通訊以及類比電話通訊之間的差別。
| 圖7.1 數位信號和類比波型 |
數位信號是二進位格式。信號可以有0或1兩個值。類比信號可描述為一條平滑的曲線，用來表示數值的無限範圍。
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如圖7.2所示，傳送端的數據機將電腦數位信號轉換成類比波型，並將其傳送到電話線上。接收端的數據機將收到的類比信號轉換回數位信號並傳給接收端的電腦。
換言之，傳送端的數據機將數位信號調變為類比信號，而接收端的數據機將類比信號調解為數位信號。
| 圖7.2 數據機將數位信號轉換為類比波型，並將類比波型轉換為數位信號 |
說明
為了使用數位線路，您必須在電腦中安裝特定的數位介面卡。
數據機的硬體
數據機是一種資料通訊裝置（Data Communication Equipment，DCE），且它具有以下特點：
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數據機可用於內部和外部兩種模型。如圖7.3所示，如同其他的電路板一樣，內部數據機是安裝在電腦的擴充槽中。
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| 圖7.3 安裝在擴充槽中的內部數據機 |
如圖7.4所示，外部數據機是個小盒子，它使用序列（RS-232）電纜線從電腦的序列埠連線到數據機的電腦電纜線連接頭上。此數據機使用RJ-11C連接頭的電纜線來連接到牆上的電話線插座。
| 圖7.4 使用RS-232電纜線連線到電腦序列埠的外部數據機 |
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數據機的標準
標準是必須的，以便於某家製造商的數據機能夠與另一家製造商的數據機相互通訊。本節將介紹數據機的共通工業標準。
Hayes相容性
在80年代的早期，Hayes Microcomputer Products公司開發了一台名為Hayes Smartmodem的數據機。Smartmodem成為測定其他數據機的標準，並產生了「相容性Hayes」（Hayes-compatible）這個名詞，正如IBM個人電腦創造了「相容性IBM」這個名詞一樣。由於大多數的廠商都遵守Hayers標準，因此幾乎所有的LAN數據機都能夠互相通訊。
早期與Hayers相容性的數據機是以300 bps的速率傳送和接收資料。數據機的製造商現今提供了56,600 bps或更高速率的數據機。
國際標準
自從80年代後期以來，國際電信聯盟（International Telecommunications Union，ITU）已經發展出數據機的標準。這個稱為V系列的規範，包括了一個指示其標準的數字，例如，2400 bps的V.22bis數據機， 18秒內可出傳送一封1000個字的信件。9600 bps的V.34數據機傳送同樣的一封信只需4秒，而14,400bps的V.42bis壓縮標準則只需3秒。
表7.1列出了1984年以來的壓縮標準和它們的參數。壓縮標準和bps不一定是相關聯的。任何速率的數據機都可使用此標準。
| 表7.1 1984年以來的數據機壓縮標準 |
| 標準 | bps | 提出的時間 | 備註 |
|---|---|---|---|
| V.22bis | 2400 | 1984 | |
| V.32 | 9600 | 1984 | |
| V.32bis | 14,400 | 1991 | |
| V.32terbo | 19,200 | 1993 | 只能和V. 32 terbo通訊連線 |
| V.FastClass（V.FC）） | 28,800 | 1993 | |
| V.34 | 28,800 | 1994 | 改良進的V. FastClass。可以和早期的V. 調製調解器數據機向下相容 |
| V.42 | 57,600 | 1995 | 與早期的V. 調製調解器數據機錯誤糾正標準向下相容 |
| V.90 | 56,600 | 1998 | 56K調製調解器數據機標準；解決決了U.S. Robotic X2 標準和Rockwell K56 Flex標準間的競爭 |
數據機的效能
起初，數據機的速率是用bps或baud rate來表示，且大部分的人都錯誤地認為兩者是相同的。
Baud是指聲波透過電話線路振盪傳輸一個位元資料的速率。這個名詞源自於一位法國的電報員兼工程師，Jean-Maurice-Emile Baudot。在80年代早期，baud rate和數據機的傳輸速度是相同的。在那時，300 baud等於每秒300個位元。
最後，通訊工程師學會了將資料壓縮和編碼，如此一來每個聲音的調變就可包含不止一個位元的資料。這項發展意味著bps速率可以比baud rate更大。例如，使用28,800baud調變的數據機實際傳送速率可到達115,200bps。所以，數據機當前的速率參數為bps。
幾種較新的數據機對工業標準起了重要作用，例如，V. 42bis/MNP5資料壓縮，傳輸速率達57,600 bps；而有些數據機可達76,800 bps。
數據機的類型
因為不同類型的通訊環境要求不同的傳送資料方式，所以就會有不同類型的數據機。根據通訊的時序來區分，這些環境可概略的分為兩類：
網路所使用的數據機的類型是由非同步環境或同步環境來決定。
非同步通訊
非同步通訊 （Asynchronous Communication），即Async，可能是世界上最廣泛應用的連線方式。這是因為Async是開發用於一般的電話線路。
圖7.5顯示了非同步環境，其中資料是以序列流傳輸
| 圖7.5 非同步序列資料流 |
每個字元－字母、數字或符號－都被轉換為位元字串。每個位元字串是透過一個起始位元和一個結束位元來與其他字串分開。傳送和接收設備都必須同意起始和結束的位元次序。接收端的電腦透過起始和結束位元的記號來安排它的時間順序功能，以便為接收資料的下一個位元作準備。
通訊並非同步。他們沒有協調傳送者和接收者間之傳輸的時序裝置或方法。傳送端的電腦只傳送資料，而接收端的電腦只接收資料。然後接收端的電腦檢查收到的資料與傳送的是否一致。非同步通訊中，20% 至27% 的資料流量是由資料料流量控制和協調所組成。實際流量由傳輸類型決定，例如，是否使用同位元檢查（一種錯誤檢查形式，將於後面章節討論）。
透過電話線的非同步傳輸速率可達28,800 bps。然而，透過直接相連的系統，最新的資料壓縮方式可將28,800 bps速率提高到115,200 bps。
執行隨書光碟中 Demos 資料夾的 c07dem08 和 c07dem09 影片，可以觀看非同步通訊的概述。
錯誤控制 因為有錯誤發生的潛在性，所以async提供一個特殊位元，稱之為 同位位元 （parity bit），在錯誤檢查和校正架構當中，稱為 同位元檢查 （parity checking）。其中，傳送位元數必須和接收位元數必須完全一致。
執行隨書光碟中 Demos 資料夾的 c07dem10 影片，可以觀看非同步通訊中同位位元的介紹。
最初的V.32數據機標準並不提供錯誤控制。為了避免資料傳輸中所產生的錯誤，Microcom公司開發自己的非同步資料錯誤控制標準，即Microcom Networking Protocol（MNP）。因為這個方法十分不錯，其他的公司不僅採用了這個協定的最初版本，還採用了稱為classses的後續版本。現在，幾家數據機製造商使MNP Classes 2、3和4標準一體化。
西元1989年，CCITT發佈了稱為V.42的非同步錯誤控制方案。此硬體設備標準提供了兩套錯誤控制協定。主要的錯誤控制方案是link access procedure for modems（LAPM），但此方案也使用在MNP Class 4。LAPM協定用於兩台都符合V.42標準的數據機之間的通訊。如果只有一台，而不是兩台數據機均符合MNP 4標準時，則使用的正確協定就應該是MNP 4。
傳輸效能的改進 通訊效能決定於以下兩個要素：
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藉由移除多餘的元素或空的區域，壓縮可以改善傳送資料的時間。Microcom的MNP Class 5資料壓縮協定是目前資料壓縮標準的範例。您可以透過資料壓縮來提高效能，這通常可以使傳輸量加倍。當通訊連結的兩端都使用MNP Class 5協定，資料傳輸時間可以減半。
執行隨書光碟中 Demos 資料夾的 c07dem12 影片，可以觀看資料壓縮的介紹。
由於V.42bis標準描述了如何在硬體上執行令人印象深刻的資料壓縮，因此使用此標準可以獲得更好的效能。例如，使用V.90的56.6 Kbps數據機可以獲得100 Kbps的傳輸量。
說明
儘管壓縮資料可以提高效能，但它並非是一項精確的技術。許多因素都會影響文件或檔案的實際壓縮率。例如，文字檔案可以比複雜的圖像檔案壓縮得更為有效。甚至有可能壓縮後的檔案實際上比原先的檔案還要大。請記住，廠商提供的壓縮率通常是指在最佳情況之下可能得到的效率。
結合不同的標準 非同步或序列的數據機比同步數據機更便宜，因為非同步的數據機不需要線路和元件去處理同步數據機要求的同步傳輸所造成的時間問題。
同步通訊
同步通訊 （Synchronous Communication）依賴於兩個設備間協調的時序規劃來將成群的位元分開，並以區塊的方式傳輸，這個區塊稱為「資料方塊」。它使用特殊的字元來啟動同步並周期性的檢查其正確性。
執行隨書光碟中 Demos 資料夾的 c07dem13 和 c07dem14 影片，可以觀看同步通訊的概述。
因為位元以定時的控制（同步化）程序傳送和接收，所以就不再需要起始和結束位元。傳輸在一個資料方塊的結尾結束，並從新的一個資料方塊開始。這種起始和結束的方法比非同步傳輸更有效率，這尤其是在傳輸大資料封包的時候，當傳送小資料封包時，效率的提昇並不顯著。圖7.6顯示了非同步和同步資料流的比較。
| 圖7.6 非同步資料流和同步資料流 |
當有錯誤時，同步錯誤檢查與修正方案會執行再傳輸。
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同步協定可以執行許多非同步協定無法完成的工作。它主要包括：
同步通訊的主要協定為：
同步通訊幾乎可用於所有的數位和網路通訊。例如，如果您使用數位線路來連接上遠端電腦，您應該使用同步數據機，而不是使用非同步數據機來將電腦連接上數位線路。一般而言，同步數據機的較高價格以及其複雜性使其難以投入家用市場。
ADSL
最新可行的數據機技術是Asymmetric Digital Subscriber Line（ADSL）。此技術將現今的電話雙絞線路轉換成多媒體，以及高速資料通訊的存取路徑。這些新連線的技術能以8 Mbps的速率向使用者傳輸資料，而來自使用者端的傳輸可達1 Mbps。
ADSL並非沒有缺陷。此技術需要特殊的硬體，這包括了每個連線末端要有一個ADSL數據機。它還需要寬頻電纜線，而這只有少數地方才能獲得，且對連線長度也有限制。
ADSL可被認為是無遮蔽雙絞線媒體的物理層傳輸協定。
使用元件來擴展網路
當公司規模擴大時，其網路也隨之擴展。LAN的增長已經超越它們最初的設計規劃。當以下的情況發生時，您便能得知LAN太小了。
擴展網路的時機通常是在管理員需要擴展規模以及提高網路效能時。但是，網路並非只透過加入新的電腦和更多的電纜線就能夠擴大。每種拓樸或架構都有侷限性。然而，您可以安裝一些元件而可以在現有環境之下增加網路的大小。這些元件可以作到：
可協助網路工程師們達到這些目標的元件是：
集線器
第2章〈基本網路媒體〉 中討論了集線器是如何作為星型拓樸的中央硬體元件。 第3章〈Understanding Network Architecture〉 中討論了集線器是如何在權杖環拓樸中工作的。集線器也可用來擴展LAN的大小。儘管集線器不能將LAN轉換成WAN，但在LAN中連線或加入集線器可以有效地增加工作站的數目。這種擴展LAN的方法很流行，但也帶來了許多設計上的限制。圖7.7顯示了幾個10BaseT集線器是如何被連線來擴展網路的。
| 圖7.7 串聯連線的乙太網路集線器 |
圖7.8顯示了幾個權杖環集線器是如何被連線來擴展網路
| 圖7.8 連線成更大的權杖環集線器 |
說明
連線集線器時需要特別小心。跳線（crossover cable）和標準跳接線（standard patch cable）的線路連接方式不同，且被另一個替代之後將不能正常運作。請與製造廠商連繫，以確定您是需要一個標準跳接線還是跳線。
再生器
當信號在電纜線中傳輸時，將會漸漸減弱並且波型變得扭曲，該程序稱之為衰減（衰減在 第2章〈基本網路媒體〉 中討論過）。如果電纜線夠長，衰減最後將使信號無法識別。安裝再生器可以使信號得以繼續傳輸。
再生器的工作原理
再生器在OSI參考模式的實體層中運作，它會再生網路信號，並將它們重新傳送到其他區段中。圖7.9顯示了再生器如何重新產生微弱的信號。
| 圖7.9 再生器將微弱的信號重新產生 |
再生器從一個區段中取得微弱信號，將其再生，並傳送到下一個區段。透過再生器從一個區段到下一個區段傳送資料，封包和邏連結控制（Logical Link Control，LLC）協定在每個區段都必須相同。例如，在802.3 LAN（乙太網路）和802.5 LAN（權杖環）間，再生器將不能通訊。
再生器不能轉換和過濾信號。為了使再生器運作，再生器連接兩端的區段必須使用相同的存取方式。這兩種最常用的存取方式是碰撞偵測的載波感應多重存取（CSMA/CD）和權杖通行（ 第 ３ 章〈理解網路體系〉 中討論過）。再生器無法連接使用CSMA/CD的區段和使用權杖通行存取方式的區段。也就是說，再生器不能將乙太網路的封包轉換成權杖環的封包。
如圖7.10所示，再生器可以將封包從一種實體媒體中移動到另一種媒體中。只要再生器能夠接受這些實體連線，它們便能接受細同軸電纜線區段中的乙太網路封包並將其傳送到光纖電纜線區段中。
| 圖7.10 再生器可以連接不同類型的媒體 |
一些多連結埠再生器可作為多連結埠集線器，並連接線不同類型的媒體。 第3章 所討論的區段限制同樣可應用於使用集線器的網路，但此限制現在是指從集線器延伸的每個區段，而非整個網路。
再生器的考慮事項
再生器提供了擴展網路最便宜的方法。當需要超越距離或節點限制來擴展實體網路時，如果每個區段沒有太多流量或費用有限是主要考量的話，您可以考慮使用再生器來連結區段。
沒有隔離和過濾 再生器會將資料的每個位元從一個電纜線區段傳送到另一段，即使資料由錯誤格式的封包所組成，或者封包並非預定用於網路。這意味著一個區段的問題會影響到其他區段。再生器不能作為過濾器來限制有問題的流量。
再生器也可以將廣播風暴從一個區段傳送到下一個區段，並在網路上來回傳送。當網路存在這麼多廣播資訊，以至於數目接近網路頻寬的限制時，廣播風暴就會發生。如果設備正回應在網路上不斷循環的封包，或是封包正不斷試圖連線從未回應的系統，網路效能便會下降。
安裝再生器 本節總結了當您在作出是否要在網路上安裝再生器的決定時，您所需要考慮的事項。
再生器可用來：
說明
再生器可透過將網路劃分成區段來提高網路效能，因此降低了每個區段的電腦數目。當使用再生器擴展網路時，請不要忘記5-4-3規則（ 第3章〈理解網路體系〉 中介紹過）。
在下面情況裡請不要使用再生器：
橋接器
像再生器一樣，橋接器可以連接區段或工作群組的LAN。圖7.11顯示了一個連接兩個網路區段的橋接器。而且，橋接器也可以將網路分割以隔離流量或故障。例如，如果一台或兩台電腦，或者是一個部門傳送大量的資料流量，而造成網路上資料的氾濫，並使整體運作減慢下來時，橋接器可以隔離這些電腦或部門，而將下降的網路效能恢復至正常狀況。
橋接器可用來：
| 圖7.11 連線兩個網路的橋接器 |
橋接器的工作原理
因為橋接器在OSI模型的資料連結層中工作，所以它們無法獲得更上層的OSI模型中的所有資訊。橋接器簡單的在網路上傳送所有通訊協定，而不是區分這些通訊協定。所有的通訊協定都透過橋接器傳送，因此它是由個人電腦確定它們可以識別哪種通訊協定來決定。
如 第5章〈網路標準介紹〉 中所討論的，資料連結層有兩個子層：邏輯連接控制（Logical Link Control，LLC）子層和媒體存取控制（Media Access Control，MAC）子層。橋接器在MAC子層中工作，有時稱之為媒體存取控制層橋接器。
媒體存取控制層橋接器要：
橋接器的工作原理是每個網路節點都有它自己的位址。橋接器根據目的節點的位址來傳送封包。
實際上橋接器有某些程度的智慧來學習資料要往哪裡傳送。當資料流量經過橋接器時，電腦位址的資訊被儲存在橋接器的RAM上。橋接器利用這個RAM來建立以來源位址為基礎的路由表。
最初，橋接器的路由表是空的。當節點傳送封包時，來源位址被複製到路由表上。根據這些位址資訊（如圖7.12所示），橋接器會學習哪些電腦在網路上的哪個區段上。
| 圖7.12 路由表可記錄位址資訊 |
路由表的建立 橋接器是根據已經在網路上傳送過資料之電腦的位址來建立路由表。具體而言，橋接器使用來源位址，即開始傳輸資料的裝置位址，藉此來建立路由表。
當橋接器接收封包時，來源位址會和路由表相比對。如果來源位址不在路由表當中，它就會被加到表裡。然後，橋接器再比對目的位址和路由表的資料庫。
總而言之，若橋接器知道目的節點的位置，它就將封包傳送到那裡。若它不知道目的地，它就將封包傳送到所有區段上。
劃分網路流量 由於橋接器有路由表，所以可以劃分網路流量。如圖7.13所示，區段1的電腦（來源），向同樣位於區段1的另一台電腦（目的）傳送資料。如果目的位址在路由表中，橋接器就能確定目的電腦也在區段1上。因為來源電腦和目的電腦都在區段1上，封包就不需要透過橋接器傳送到區段2上。
| 圖7.13 路由表允許橋接器劃分網路 |
所以，橋接器可以利用路由表，藉由控制哪個封包要轉送到其他區段來降低網路流量。這種網路流量的控制（或限制）稱為「劃分網路流量」。
一個大型網路不限於一個橋接器。多個橋接器可用來將幾個小網路結合成一個大網路。
遠端橋接器
因為橋接器是將網路擴展和分段的強大工具，所以它們常用於大型網路，這些網路有由電話線所連接的廣泛分布之區段。
連線兩個纜線區段只需要一個橋接器。然而，當兩個分離的LAN距離很遠時（如圖7.14所示），它們可以連結為一個單一網路。安裝兩台透過同步數據機連接的遠端橋接器到資料等級的專用電話線路上，便可以做到這一點。
| 圖7.14 用來連線遠端區段的遠端橋接器 |
因為遠端的LAN區段可以透過電話線連線，所以有可能透過不止一個途徑連接多個LAN。在這種情況之下，資料可能會在同一個迴路當中打轉。為了處理這種可能性，IEEE的802.1網路管理委員會制定了Spanning tree演算法（STA）。利用STA ，軟體可以檢測多個路徑的存在，決定哪一條路徑最有效率，然後設定橋接器去使用它。其他的路徑會使用軟體來將其中斷，如果主路徑無法使用的話，這些中斷的路徑會重新被啟動。
區分橋接器和再生器
相較於再生器，橋接器在更高的OSI層級中工作。這意味著橋接器比再生器擁有更多的智慧，並能夠考慮更多的資料特性。
橋接器和再生器在重新產生資料方面是相似的，橋接器在封包的層級上處理。這意味著橋接器可使用各種遠端的媒體來將封包傳送到很遠的地方。
橋接器的考慮事項
橋接器擁有再生器的所有特性，但也容納更多的節點。它們提供了比再生器更好的網路效能。因為已橋接分割網路已經被分割，所以每個區段上競爭可用資源的電腦就更少了。
換個方式來說，如果一個大型乙太網路被分成由橋接器連接的兩個區段，那麼每個新網路將傳輸更少的封包，產生的碰撞機會更少，且運作的更有效率。儘管每個網路會被隔離，但橋接器可在它們之間傳輸適當的流量。
安裝橋接器
橋接器可以是個分離的獨立裝置（外部橋接器），或者被安裝在伺服器中。如果網路作業系統（NOS）支援它，就可以安裝一個或多個網路介面卡（NIC），以形成一個內部橋接器。
由於下列原因，所以網路管理員喜歡使用橋接器：
路由器
在一個使用不同通訊協定與架構的多個網路區段所組成的環境當中，橋接器可能不足以保證所有區段之間的快速通訊。如此複雜的網路需要一個裝置，它不僅知道每個區段的位址，還能決定傳送資料和過濾本地區段中之廣播流量的最佳路徑。這樣的裝置稱為「路由器」。
路由器在OSI模型的網路層中工作。這意味著它們可以在多個網路間交換和發送封包。它們透過交換分離網路間的通訊協定所規範的資訊來做到這一點。路由器可讀取封包中複雜的網路位址資訊，且因為和橋接器比較起來，它們是在OSI模型的更高層級當中運作，所以它們可以存取更多的資訊。
路由器可提供橋接器的以下功能：
路由器可以比橋接器存取封包中更多的資訊，並使用這些資訊來改善封包的傳遞。路由器是用於複雜的網路，因為它們提供更好的流量管理。路由器可彼此分享狀態和路由資訊，並使用這些資訊來忽略那些緩慢或有故障的連線。
路由器的工作原理
路由器維護自己的路由表，通常由網路位址所組成；也可以儲存主機位址，如果網路結構要求這樣的話。為了確定傳到資料的目的位址，路由表包括：
如圖7.15所示，路由器利用自己的資料路由表，根據費用和可行的路徑，選擇最佳的路由。
說明
還記得在橋接器當中也曾討論過路由表。橋接器所維護的路由表包含了每個節點的媒體存取控制子層位址，而路由器所維護的路由表包括網路編號。儘管兩種裝置的製造廠商都選擇了「路由表」這個名詞，但它在橋接器和路由器中卻有不同的意義。
路由器需要指定位址。它們只能理解那些允許它們和其他路由器，以及本機網路介面卡位址通訊的網路編號。路由器不能和遠端電腦對談。
| 圖7.15 路由器可以和其他路由器交談，但不能和遠端電腦交談 |
當路由器接收到傳送到遠端網路的封包時，它將其傳送到管理目的網路的路由器上。在某些方面，這種方式是有優點的，因為它意味著路由器可以：
由於路由器必須在每個封包上執行複雜的功能，所以它比大多數的橋接器更慢。當封包在路由器之間傳送時，資料連結層的來源位址和目的位址會被除去並重新建立。這使得路由器可以將TCP/IP乙太網路中的封包傳送到TCP/IP權杖環網路中的伺服器上。
因為路由器只讀取有位址的網路封包，所以它不允許損壞的封包在網路中傳輸。它們不能傳送損壞的資料或廣播風暴的資料，因此路由器帶給網路的負擔很小。
路由器不會查看目的節點位址，它們只查看網路位址。只有當網路位址是已知時，路由器才會傳送資訊。這種控制路由器之間資料傳輸的能力，降低了網路之間的流量，並且它允許路由器比橋接器能更有效率的使用這些連結。
使用路由定址方案，管理員可將一個大型網路分成許多分離的網路，且因為路由器不會傳送或甚至處理每個封包，所以它們可作為網路區段間的安全關卡。這可以大大地降低網路上的流量，以及每個使用者所經歷的等待時間。
可路由的通訊協定 並非所有協定都是可路由的。可路由的通訊協定包括：
不可路由的通訊協定包括：
在同一個網路當中，路由器可以有效的容納多個協定，例如IP和DECnet。
選擇路徑 與橋接器不同，路由器可以容納LAN區段間的多條可行路徑，並在這些路徑中做選擇。因為路由器可以連結使用完全不同的資料封包和媒體存取方式的區段，所以經常有幾條路由器可以使用的路徑。這意味著，如果路由器不能正常工作，資料還是可透過替換的路由器傳送。
路由器可以偵聽網路，並識別哪一部分最忙。它利用這些資訊來決定要以哪條路徑傳送資料。如果一條路徑很忙時，路由器就會判斷出另一條替換路徑，並由那條路徑傳送資料。
透過確定網路區段間的節點數，路由器決定了資料封包所遵循的路徑。像橋接器一樣，路由器建立了路由表，並在路由運算法則中使用它們，如下所列：
路由器的類型
兩種主要的路由器類型是：
靜態路由器要求管理員手動建立和設定路由表，並指定每個路徑。
動態路由器設計用來自動發現路由，所以要求最少量的建立和設定工作。它們比靜態路由器更為複雜，它們檢查來自其他路由器的資訊，並作出關於如何在網路傳送資料當中，一個封包接著一個封包的決定。
表7.2比較了靜態和動態路由器的特點。
| 表7.2 兩種類型的路由器的特點 |
| 靜態路由器 | 動態路由器 |
|---|---|
| 手動建立和設定所有的路由。 | 手動設定第一個路由。自動發現另外的網路和路由。 |
| 總是使用相同的路由，透過登入路由表決定。 | 根據例如成本和連結的流量等因素來選擇路由。 |
| 使用固定編碼路由（設計只處理特定的情況），不一定是最短的路徑。 | 能決定透過另一條路由來傳送封包。 |
| 因為管理員指定了每一條路由，所以更為安全。 | 手動設定路由器，以過濾指定網路位址，並避免通訊傳到那裡，從而提高了安全性。 |
橋接器和路由器的區別
即使是對LAN和WAN有經驗的工程師也會對橋接器和路由器感到困惑，因為它們看上去都做著同樣的事情：兩者都在網路間傳送封包，並透過WAN連結傳送資料。
一個常見的問題是如何決定何時使用橋接器以及何時使用路由器。
在OSI資料連結層的媒體存取控制子層中工作的橋接器，只能查看節點位址。更具體而言，橋接器尋找每個封包中之節點的媒體存取控制子層位址。如果橋接器可識別位址，它就儲存封包的位置，或將其傳送到合適的區段。如果橋接器不能識別位址，則它就將封包傳送到封包的原區段以外的所有區段。
橋接器首先識別媒體存取控制子層位址的封包，或者是不識別，然後將封包做適當地傳送。圖7.16顯示了橋接器和路由器，以及它們如何與OSI模型聯繫。
| 圖7.16 在資料連結層的媒體存取控制子層工作的橋接器，以及在網路層中工作的路由器 |
廣播 封包的傳送是理解橋接器以及使它們和路由器有所區別的關鍵。利用橋接器，傳送的廣播資料從橋接器的所有連接埠（封包的來源處除外）傳到每台電腦上。也就是說，所有網路中的每台電腦（除了廣播起源處的區域網路）接收到一個廣播封包。在小型網路中，這可能沒有太大的影響，但大型網路可以產生足夠的廣播流量而使網路的速度變慢，儘管它過濾了一些網路位址。
在網路層中工作的路由器，可以比橋接器考慮更多的資訊，它不僅決定傳送什麼，還決定要往哪傳送。路由器不僅可以識別位址，正如橋接器一樣，還可識別通訊協定的類型。另外，路由器還可識別其他路由器的位址，並決定哪個封包要傳送到哪個路由器上。
多條路徑 橋接器只能識別網路間的一條路徑。路由器可以搜尋多條可行路徑，並在特定時刻確定哪條是最佳路徑。
如圖7.17所示，如果路由器A要傳送資料到路由器D，它可以將訊息傳送到路由器C或B，並且此訊息將會被傳送到路由器D。路由器有評估路徑的能力，並以此決定傳輸的最佳路由途徑。
| 圖7.17 路由器識別並使用目標間的多條路徑 |
結論 有四個重要資訊可幫助您區分橋接器和路由器，並決定在特定環境下，那一個才是合適的：
橋接路由器
橋接路由器，故名思意，其綜合了橋接器和路由器的特性。橋接路由器可作為一個通訊協定的路由器，並作為所有其他通訊協定的橋接器。
橋接路由器可以：
閘道器
閘道器可使不同架構和環境的網路相互通訊。它們將資料重新包裝，並從一個環境轉換到另一個環境，以便於每個環境都可以理解其他環境的資料。閘道器將資訊重新包裝以滿足目的系統的需求。它可以改變訊息的格式，以符合轉換中接收端的應用程式。例如，電子郵件閘道器，例如X 400閘道器，接收一種格式的訊息，將其轉換，再以接收端使用的X 400格式傳送，反之亦然。
一個閘道器連接兩個系統，它們使用不同的：
閘道器連線不同類型的網路；例如，它們可將Microsoft Windows NT Server連接到IBM's Systems Network Architecture（SNA）。閘道器改變資料的格式來使其能符合接收端的應用程式。
閘道器的工作原理
閘道器有其特定任務，這意味著它們專用於特定類型的傳輸。它們通常以其任務命名（Windows NT Server到SNA閘道器）。
如圖7.18所示，閘道器從一個環境中獲取資料，去除其原來的協定堆疊，再用目的網路的協定堆疊將其重新包裝。
為了處理資料，閘道器將：
| 圖7.18 閘道器將舊的協定堆疊卸除，並加入新的協定堆疊 |
某些閘道器使用OSI模型裡的所有七層，但閘道器一般只在應用層執行協定的轉換。然而，功能性的層級在不同類型的閘道器間差異很大。
大型主機的閘道器
閘道器的共同用處之一是，作為個人電腦和迷你級主機或大型主機環境間的轉換者。主機閘道器將LAN電腦和大型主機以及迷你級主機系統相連，此系統不能識別連線在LAN上的智慧型電腦。
如圖7.19所示，在LAN環境中，通常有一台電腦會被設計為閘道器電腦。在桌上型電腦的特定應用程式透過閘道器電腦連線到大型主機環境中，從而存取大型主機。使用者可以存取主機的資源，就好像這些資源在它們自己的桌上型電腦上。
| 圖7.19 大型主機閘道器將個人電腦連線到大型主機上 |
閘道器的考慮事項
通常，閘道器在網路上是專用伺服器。因為它們執行諸如通訊協定轉換這類資源密集的任務，它們可以使用伺服器大部分的可用頻寬，。如果閘道器伺服器用於多項任務，就需要分配足夠的RAM和CPU頻寬，否則，伺服器的效能就會下降。
閘道器可作為安裝啟用的選擇，因為它們不會為網路通訊線路帶來沈重的負擔，並且可以有效率的執行一些特殊任務。
課程摘要
以下各點摘要說明了本課的主要內容：
第二課 連線服務
在第一課中，我們分析了擴展LAN的設備。隨著網路的發展，它們很快超過了標準網路媒體的容量，並且對於運轉中的網路已經不實用，尤其是當某個節點橫跨一條街或位在另一州時。在本課當中，我們將探討各式各樣的連線服務，使用它們及第一課中所討論的硬體來擴展網路。
本課探討了連線服務的選擇。有許多的網路連線選擇可用，且每種都具有優點和缺點。我們從簡單的電話線路開始，再轉向討論高速的數位服務。
在本課結束後，您將能夠：
課程估計時間：45分鐘
載波
除非數據機能和其他的元件通訊，否則它是毫無用處的。所有數據機都是透過某種通訊線路或電纜線而工作的。使用哪種電纜線，以及提供者和其相關服務，皆會造成不同的網路效能和費用。
問題很簡單：快速的遠距離傳輸資料是困難且昂貴的。當考量如何建置數據機通訊時，系統管理員必須考慮三個因素：
當決定為您的網路安裝何種電話線路時，必須考慮這些因素。
電話線路
數據機能使用兩種類型的電話線路：
撥號線路
撥號線路是普通的電話線路。它們速度慢，需要使用者首動的為每一個通訊會話建立連線，而且傳輸資料不可靠。然而，對某些公司來說，在站台之間暫時的使用撥號通訊連結是可行的，他們每天在特定的時間內傳輸檔案以及更新資料庫。
執行隨書光碟中 Demos 資料夾的 c0716dem 影片，可以觀看撥號通訊連結的介紹。
載波不斷的改善它們的撥號線路服務。一些數位線路使用錯誤檢查、資料壓縮和同步數據機，可支援高達56 Kbps的資料傳輸速率。
固接式（專用）線路
固接式或者專用線路提供全天候的專用連線，而不必使用一系列的交換器來完成連線。線路的品質通常比設計用來只傳送聲音的電話線路高。它們典型的速率範圍是從56
Kbps到45 Mbps，或者更高。
執行隨書光碟中 Demos 資料夾的 c0717dem 影片，可以觀看固接式（專用）線路的介紹。
大部分遠距離載波使用交換式電路，以便在專用線路上傳播。它們被稱為「虛擬私人網路」（VPN）。
遠端存取服務
公司需要的通訊經常超過單一網路的範圍。大部分的伺服器網路作業系統提供了遠端存取服務（RAS），以滿足這種需要。建立遠端連線需要兩種服務：RAS和撥號網路（DUN）的用戶端服務。藉由數據機的撥號連線，伺服器或工作站使用RAS將遠端電腦連線到網路。遠端電腦使用另一個服務DUN來連線RAS伺服器。這兩種服務一起提供擴展網路的能力，且實際上能將LAN轉變成WAN。因為許多ISP使用電話線路存取，RAS伺服器經常為其網路作為Internet的介面。
說明
在伺服器和用戶端電腦上的RAS服務之主要不同在於允許同時連線的數目。例如，Windows NT伺服器允許256個連入連線，而Windows
NT工作站只允許一個連入連線。
獨立的電腦和LAN可以透過以下網路相互連線：公共交換電話網路、分封交換網路，或整合服務數位網路（這些服務將在本課稍後討論）。
一旦使用者建立起一個連線，電話線路就變成透明的了（不可見，不被使用者察覺），遠端用戶端的使用者能存取所有的網路資源，就像他們坐在網路站台的電腦旁邊。圖7.20顯示了一台與使用RAS的網路伺服器相連的遠端用戶端。
RAS連線
RAS伺服器的實體連線可使用幾種不同的媒體。包括：
RAS協定
RAS支援三種連線通訊協定。最早的是1984年的SLIP（Serial Line Internet
Protocol）。它有許多缺點。SLIP不支援動態IP位址、NetBEUI或者IPX通訊協定，它不能加密登入資訊，只有RAS用戶端支援它。
點對點通訊協定（Point-to-Point
Protocol，PPP）克服了SLIP的許多限制。除了TCP/IP，它還支援IPX、NetBEUI、AppleTalk以及DECnet通訊協定。它也支援對密碼的加密。
點對點通道通訊協定（Point-to-Point Tunneling
Protocol，PPTP）是VPN技術的一個基本部分。如同PPP一樣，它不會差別待遇各種協定。PPTP提供透過TCP/IP網路的安全傳輸，因為它的連線是加密的。這使高度保密的私人網路可透過公用Internet連線而連接起來。
RAS和安全性
RAS為確保安全性而使用的實際方式隨作業系統的不同而改變。RAS的安全功能包括：
安裝RAS
要計劃RAS的安裝，首先要收集關於網路和其使用者的適當檔案。
您將需要的資訊包括：
設定RAS
安裝RAS之後，還要設定它。準備提供通訊埠、網路通訊協定和RAS加密的設定。
設定撥號網路 如果要使用此伺服器與其他網路、Internet或者其他電腦撥號連線，就必須設定這些連線。設定方式依所使用的電腦和網路作業系統而定。
RAS的限制
使用RAS連線並非總是實作擴展網路的最佳選擇。但它確實能提供許多功能和機會，這也許是其他連線無法做到的。重要的是知道何時選擇RAS，以及何時選擇其他選項。
如果您確定頻寬需求不超過128
Kbps，或者是不要求使用專用連線，或者您必須保持低系統費用時，請使用RAS。而如果您需要比非同步數據機提供的頻寬更高，或者您需要專用的連線時，請不要使用RAS。
點對點通道通訊協定
這個通訊協定支援多協定VPN。此支援允許遠端用戶端經Internet安全地連線和存取組織網路。使用PPTP，遠端用戶端可以和Internet上使用PPTP的RAS伺服器建立連線。
PPTP可提供一個方式，經由TCP/IP網路傳遞IP、IPX或NetBEUI
PPP封包。透過壓縮這些不同協定的封包，這些封包之中的任一個都可經TCP/IP網路傳送。透過公用網路（例如Internet）就可支援此虛擬WAN。
WAN概述
雖然LAN執行的很好，但是它們有實體和距離的限制。因為LAN對於所有商業通訊是不夠用的，它們必須能和LAN以及其他的環境連線，以確儲存取所有的通訊服務。
使用諸如橋接器和路由器的元件，以及通訊服務提供者，能將LAN從只服務地方區域擴展到環繞廣域網路，此廣域網路可支援遍及全州、全國甚至全球範圍的資料通訊。對使用者而言，WAN的功能看起來類似區域網路。當適當地建立了WAN，它看起來將和LAN沒有區別。
大部分的WAN是LAN以及其他通訊元件的組合，稱為WAN連結的通訊連線，可以和這些通訊元件連線。WAN連結可包括：
因為WAN連結，例如廣域電話連線，對大多數私人公司來說太貴且太複雜，他們自己無法採購、建立及維護它們，所以通常是從服務提供者租借。
LAN之間的通訊將包含下列傳輸技術之一：
本課將詳細描述每項技術。
類比連線
電話使用的網路，電腦同樣也可以使用。全球網路有一個名稱是公共交換電話網路（PSTN）。在電腦的環境下，PSTN提供語音等級的撥號電話線路，可認為是一個大型WAN連結。
撥號線路
由於PSTN主要設計用於語音等級通訊，這使它的速率較慢；撥號類比線路需要數據機，這使它更為緩慢。圖7.21顯示了一個典型的撥號連線。因為PSTN是電路交換（circuit-switched）的網路，所以連線沒有一致的品質。任何單一的通訊會話和特殊會話連線電路品質一樣。例如，經過國家與國家之間的長距離，從一個會話到下一個會話的電路，其品質就相當不一致。隨著ADSL技術變得更為可行，撥號線路在未來將有可能改善。
專用類比線路
不像撥號線路每使用一次就必須重新開始，專用（固接式）類比線路一直保持開啟。固接式類比線路比撥號連線更快且更可靠。然而，它也相對的昂貴，因為不管線路是否正在使用，載波都被固接式連線所占用。
撥號還是專用？
沒有一種服務對所有的使用者都是最好的。最好的選擇依賴於許多因素，包括：
如果並非需要經常連線，撥號線路就能執行的很好。如果連線需要高層級的可靠性，且整個月都有相當長的使用，那麼撥號線路提供的服務品直可能就不夠了。
數位連線
在某些情況下，類比線路提供了足夠的連通性。然而，當某個機構產生了許多的WAN流量，以至於傳輸時間使類比連線沒有效率且昂貴時，也許您該考慮選擇別的連線了。
若企業組織需要比類比線路所提供之更快、更安全的傳輸環境，可以改用數位資料服務（digital data
service，DDS）線路。DDS提供2.4、4.8、9.6或56
Kbps的點對點同步通訊。點對點數位電路是幾家電話公司所提供的專用電路。電話公司透過設定從每個端點到LAN的永久連線以保證全雙工的頻寬。
數位線路的主要優點是它們能提供幾乎百分之九十九的無錯誤傳輸。數位線路有幾種可用形式，包括：DDS、T1、T3、T4和交換式56。
因為DDS使用數位通訊，所以不需要數據機（見圖7.22）。相反地，DDS從橋接器或路由器經由一種被稱為通道服務單元 /
資料服務單元（CSU/DSU）的裝置來傳送資料。這種裝置將電腦所產生的標準數位信號轉化為同步通訊環境中的數位信號（雙極性）。它還包含保護DDS服務提供者網路的電路。
T1服務
為了達到更高的資料傳輸速率，T1服務也許是使用最廣泛的數位線路類型。它是點對點的傳輸技術，使用兩對線路（一對發送，而另一對接收）以1.544
Mbps速率傳輸全雙工信號。T1可用來傳輸數位語音、資料和影像訊號。
T1線路是所有WAN連結中最昂貴的線路之一。不需要或不能負擔整條T1線路頻寬的客戶，可以訂購64
Kbps增量的一個或多個T1通道，它被稱為Fractional T-1（FT-1）。
除了美國之外，也許其他地方沒有提供T1服務，但通常會有一種稱為E1的類似服務。E1與T1非常類似，但是它的信號傳輸速率為2.048 Mbps。
多工技術 T1使用多工（或稱為muxing）技術，它由貝爾實驗室開發。多工器元件收集不同來源的信號，並送入一條電纜線來傳輸。在接受端，資料經過反多工還原為最初的格式。當每條只能支援一個會話的電話纜線過度擁擠時，發展出了這種方法。解決問題的方法是使用T-Carrier網路，如此，貝爾實驗室便能透過一條電纜線傳送多個電話連線。
劃分通道 T1通道能每秒傳送1.544兆位元的資料，它是T-Carrier服務的基本單元。T1將它劃分成24個通道，每個通道每秒取樣8000次。使用這種方法，T1可透過每兩對電線，容納24組同時的資料傳送。
每個通道一次取樣包括八位元。因為對每個通道每秒8000次取樣，24個通道中的每個通道都能以64 K4bps傳送。此傳輸速率的標準是DS-0。而1.544
Mbps傳輸速率的標準是DS-1。
DS-1可透過多工來提供更高的傳輸速率，稱作DS-1C、DS-2、DS-3和DS-4。它們的傳輸速率列於表7.3中：
銅線可適用於T1和T2。然而T3和T4則需要高頻率的媒體，例如微波或者光纖電纜線。
T3服務
T3和Fractional T-3專線服務提供從6 Mbps到45
Mbps的語音和資料等級服務。通常，它們提供目前最高容量的專線服務。T3和FT-3是設計用來在兩個定點之間高速傳送大量資料。一條T3線路可用來取代數條T1線路。
交換式56服務
不論是區域電話公司或長途電話公司都提供交換式56服務，一種LAN-to-LAN的數位撥接服務，傳輸資料的速率為56 Kbps。交換式56只是56
Kbps的DDS線路的電路交換版。它的優點是需要時才使用，因而消除了專線的費用。使用這種服務的每一台電腦都必須裝有CSU/DSU來撥接到另一個交換式56的站台。
分封交換網路
因為分封技術快速、方便，以及可靠，所以它常用來進行廣大區域的資料傳輸，例如跨城市、州或者國家。從許多不同使用者那裡沿著不同的可能路徑傳送封包的網路，根據它們分封和路由資料的方式，而稱之為「分封交換網路」。
分封交換的工作原理
最初的資料封包被切分成許多封包，每個封包都會標上目的位址以及其他資訊。這可使在網路個別地傳送每一個封包成為可能。
如圖7.23所示，在分封交換中，封包透過電腦網路中的站台，沿著目前來源位址和目的位址間可行的最佳路徑傳送。
每個封包都被個別地交換。來自同一個初始資料封包的兩個封包，可能會沿著完全不同的路徑到達相同的目的位址。個別封包的資料傳送的路徑選擇是視給定立即開放的最佳路由而定。
甚至當每個封包沿著不同的路徑傳送，並且組成訊息的封包在不同的時間或者不按順序到達時，接收端電腦仍舊能重新組合成原始的資訊。
交換機（switch）指引封包經過可能的連線和路徑。這些網路有時被稱為any-to-any連線。網路的交換動作是讀取每個封包並沿著當時的最佳路徑來轉送封包。
封包應保持著較小的單位。如果在傳輸過程中發生錯誤，重新傳輸一個小封包比重新傳輸一個大包更容易。並且，小封包佔用交換機很短的時間。
使用分封交換網路傳送資料類似於透過卡車運送大量的貨物，而不是把它們全放在一輛火車上。如果卡車上的貨物出現問題，比起火車出站後清理所造成的混亂，它比較容易處理或重新裝載。單一卡車也不會像火車那樣佔用交叉路口和十字路口（交換機）。
分封交換網路快速且有效率。為了管理路由流量的工作、組裝和分解封包，此種網路要求來自電腦和軟體的智慧來控制傳輸。分封交換網路是經濟的，因為它們是以每一次連線的交易收費來提供高速線路，而非採用固定的費率。
虛擬電路
許多分封交換網路使用虛擬電路。這些電路是由發送電腦和接收電腦之間的一連串邏輯連線所構成。電路是根據要求來分配頻寬，而不是實際的電纜線或兩個站台之間永久性的實體連線。只有雙方電腦交換資訊並對建立和維持連線的通訊參數達成一致後，連線才能建立。這些參數包括最大的訊息大小以及資料傳輸的路徑。
虛擬電路結合了下列通訊參數以確保可靠性：
虛擬電路可以和通話持續的時間（暫時的）一樣長，或者可以和兩台通訊電腦執行的時間（永久的）一樣長。
交換式虛擬電路（Switched Virtual Circuits，SVC） 在SVC中，終端電腦之間的連線使用特定的路徑來穿越網路。網路資源被指定給電路，並維持這條路徑直到連線中斷為止。這也被稱為點對多點連線。
永久性虛擬電路（Parmanent Virtual Circuits，PVC） 除了使用者只需支付使用線路的時間費用之外，PVC和租借線路相似，它們都是永久且虛擬的。
經過WAN傳送資料
如果前面課程中所討論的技術無法提供組織對速度以及頻寬的需求，網路系統管理員應該考慮幾種先進的WAN環境，隨著其技術的成熟，它們正變得越來越受歡迎。這些WAN環境包括：
X.25
X.25是結合在分封交換網路中的一種通訊協定。分封交換網路由交換服務所構成，最初是用來建立遠端終端機到大型主機系統的連線。
如圖7.24所示，X.25分封交換網路使用可行的交換機、線路和路由器，以便在特殊時刻提供最佳的路徑。因為這些元件（交換機、線路和路由器）根據需求與可供使用的元件不同而迅速變化，它們有時被描述成像雲一樣。這個雲試圖傳達這是個不斷變動的狀態，或是沒有標準設定之線路的觀念。
早期的X.25網路使用電話線路傳送資料。這個不可靠的媒體經常導致錯誤，所以X.25結合了多種錯誤檢查方式。由於所有錯誤檢查和重新傳送，而使X.25很慢。
現今的X.25通訊協定組定義了同步封包模式主機或其他裝置以及公共資料網路（PDN）之間的專線介面。此介面就是資料終端機設備 / 資料通訊設備（data
terminal equipment/date communications equipment，DTE/DCE）的介面。
DTE的範例包括：
對這三個DTE的範例來說，DTE/DCE的DCE這個部分是PDN。DTE的範例如圖7.25所示。
Frame Relay
當網路通訊進入數位和光纖化環境中時，新的技術也進而產生，比起早期的類比分封交換方式，它們需要更少的錯誤檢查。 Frame
Relay是一種先進的快速封包可變長度、數位、分封交換技術。這個技術的設計者移除了許多在可靠安全的光纖電路環境中不需要的X.25辨識與檢查功能。
如圖7.26所示，Frame
Relay是一種點對點系統，它使用PVC在資料連結層傳輸可變長度的資料方塊。資料從網路經由數位專線傳送到資料交換機並再進入frame-relay網路。它在frame-relay網路中傳送，然後到達目的網路。
由於在執行基本的分封交換動作方面，frame-relay網路比其他的交換系統更快速，所以它很受歡迎。這是因為Frame
Relay使用PVC，所以所有的端點對端點（end-to-end）路徑是已知的。Frame-relay裝置不需要執行封包組合和分解，或提供最佳路徑的工作。
Frame-relay網路也可以提供客戶所需要的頻寬，這讓消費者幾乎可進行任何類型的傳輸。
Frame-relay技術需要有frame-relay功能的路由器或橋接器來成功地經由網路傳送資料。Frame-relay路由器需要至少一個WAN連接埠來連接到frame-relay網路以及另一個連接埠來連接LAN。
非同步傳輸模式
非同步傳輸模式（asynchronous transfer
mode，ATM）是一種分封交換的先進技術，它提供高速的資料傳輸速率，以便經過寬頻和基頻LAN或WAN傳送固定大小的封包。ATM可容納：
CCITT在1988年把ATM定義為寬頻整合服務數位網路（broadband Integrated Service Digital
Network，BISDN）的一部分，將在本課稍後討論。因為ATM的強大功能與多用途，它正影響著網路通訊的發展。它同樣適應LAN和WAN的環境，並且能以非常高的速率（155
Mbps到622 Mbps或更高）傳送資料。
ATM技術
ATM是一種寬頻cell relay方式，以53個位元組cell的速率傳輸資料，而不是以可變長度的資料方塊傳輸。圖7.27顯示了一個ATM
cell。這些cell由48個位元組的應用程式資訊再加上5個位元組的ATM表頭資料所組成。例如，ATM將1000個位元組的封包分成21個資料方塊，每個資料方塊形成一個cell。這就是一種傳輸一致且單一格式封包的技術。
網路裝置能交換、路由和移動相同大小的資料方塊，這比起移動可變大小的資料方塊更快速。一致且標準大小的資料方塊能有效地使用緩衝區並減少處理資料所需的工作。相同的cell大小也有助於規劃應用程式頻寬。
理論上，ATM可提供高達每秒1.2 Gbps的傳輸量。然而目前ATM在光纖傳輸上的速度測量值，可高達622 Mbps。大部分商用ATM能以大約155
Mbps的速度進行傳輸。
作為參照，622 Mbps的ATM可以在少於一秒的時間內，傳輸包括圖像在內的最新版《大英百科全書》的全部內容。如果使用2400
bbps的數據機進行同樣的傳輸，這將需要兩天以上的時間才能完成。
在LAN與WAN中，能以大致相同的速率使用ATM。ATM需依賴諸如AT&T以及Sprint等通訊公司來做大規模的安裝。這建立了一致的環境，擺脫了慢速WAN以及在LAN和WAN環境中要使用不同技術的觀念。
ATM元件
ATM元件目前只能從少數幾家廠商獲得。在ATM網路中，所有的硬體必須是與ATM相容的。要在現有的設施中安裝ATM需要大量的更新設備。這就是ATM為何沒有被迅速採用的一個原因。
然而，隨著ATM市場的成熟，各廠商將可提供下列設備：
ATM媒體 ATM並不限制使用任何特定的媒體類型。它可使用為其他通訊系統所設計的現有媒體，包括：
但是，這些傳統網路媒體的現有形式並不支援所有ATM功能。有一個ATM Forum組織建議下列ATM實體介面：
其他介面包括Frame Relay和X.25，在本課已討論過。
ATM交換機 ATM交換機是多連接埠裝置，它可做為下列兩種裝置的其中一中：
在一些網路架構中，如乙太網路和權杖環網路，在同一時間只有一台電腦能傳送資料。圖7.28中，三台路由器正將資料同時傳入ATM交換機和ATM網路中。
ATM的考量
ATM技術要求特別的硬體和頻寬，以發揮它的潛能。支援視頻或者聲音的應用軟體將會使大多數的老式網路環境不堪重負，並使試圖利用網路進行一般業務的使用者感到灰心。而且，實作和支援ATM要求並非普遍可得的專門技術。
整合服務數位網路
整合服務數位網路（Integrated Services Digital
Network，ISDN）是交互式LAN數位連線規格，可容納語音、資料和影像。ISDN開發者最初的目標之一是透過銅電話線路來連結家庭和公司。早期的ISDN建置規劃要求將現有電話電路從類比電路轉為數位電路。這個規劃已經在全世界實行了。
基本速率ISDN將它的可用頻寬分成三個資料通道。其中兩個通道以64 Kbps的數率傳輸資料，而第三個通道則以16 Kbps的速率傳輸。 64
Kbps通道稱為B通道，可傳輸聲音、資料或影像。較慢的16 Kbps稱為D通道，可傳輸信號和連結管理資料。ISDN基本速率服務稱為2B+D。
連線到ISDN服務的電腦可以使用兩個B通道以結合成一個128 Kbps的資料流。如果兩端的電腦都支援壓縮技術，就能夠達到更高的傳輸量。
主速率ISDN（Primary Rate ISDN）使用T1線的所有頻寬以提供23個64 Kbps的B通道和一個64
Kbps的D通道。D通道只用於信號控制與連結管理。
計劃使用ISDN服務的網路應該根據其對資料傳輸量的需要，考慮選擇使用基本速率或是主速率。ISDN是PSTN的數位替代網路，並且也只有提供撥號服務。它不是設計成24小時的連線服務（如T1）或頻寬請求服務（如Frame
Relay）。
FDDI
FDDI（Fiber Distributed Data Interface）是描述使用光纖媒體的高速（100 Mbps）權杖環網路的規格。它由ANSI
X3T9.5委員會所制定，並於1986年發佈。FDDI針對高等級的電腦所設計，它需要有比10 Mbps的乙太網路或4 Mbps現有的權杖環網路更大的頻寬。
FDDI為各種類型的網路提供高速連線。FDDI可用於都會區網路（metropolitan area
network，MAN），它使用高速光纖電纜線來連接同一個城市裡的網路。它最大的環長度為100公里（62哩），因此FDDI不是設計用來作為WAN技術。
高等級環境的網路使用FDDI來連接元件，例如傳統電腦室裡大型和小型的電腦，這有時稱為後端網路（back-end
network）。這些網路通常處理檔案傳輸遠超過用於處理交互式通訊。當與大型電腦主機通訊時，小型電腦或個人電腦通常需要經常且即時的使用媒體。它們可能甚至需要使用專有的媒體一段很長的時間。
FDDI可作為主幹網路來連接其他低容量的LAN。將公司裡所有的資料處理裝置連接到單一LAN上是不明智的作法，因為流量會使網路超載，並且一個故障便會造成公司的整個資料處理操作停擺。
需要高傳輸率與相當大頻寬的LAN可以使用FDDI連線。這些網路由工程電腦或者其他必須支援高頻寬應用程式（例如視訊、電腦輔助設計（CAD）以及電腦輔助製造（CAM）等等）的電腦所組成，。
任何需要高速網路作業的辦公室也許應該考慮使用FDDI。甚至是在企業辦公室，製作展示用的圖片與其他文件也會造成網路的飽和以及速度變慢。
權杖通行
雖然FDDI使用通用的標準權杖通行（token-passing）系統，但FDDI和802.5是不同的。FDDI網路上的電腦能傳輸的資料方塊，和它將權杖傳遞出去之前的預定時間內處理的一樣多。一旦電腦完成傳輸，它便會釋放權杖。
因為電腦在完成傳輸後就釋放權杖，所以同時會有數個資料方塊在環上繞行。這解釋了為什麼FDDI所提供的傳輸量比權杖環網路高（它在同一時間只允許一個資料方塊繞行）。
拓樸
FDDI以100 Mbps的速率在雙環拓樸（dual-ring topology）上運轉，它可支援長達100公里（62哩）距離內的500台電腦。
FDDI使用分享網路拓樸技術。這意味著同時有多台電腦可以傳輸。儘管FDDI能提供100
Mbps的服務，但分享網路的作法仍會造成飽和。例如，如果10台電腦全部以10 Mbps傳輸，總傳輸量就等於100
Mbps。在傳輸視訊或多媒體時，即使是使用100 Mbps的傳輸速率也會形成瓶頸。
如圖7.29所示，FDDI在雙環設定中使用權杖通行系統。FDDI網路的通訊是由兩個類似的資料流以相反方向繞行兩個環而組成，。一個環被稱為主要環，另一個稱為次要環。
通常流量只在主要環流動。如果主要環出現故障，FDDI便自動重新設定網路，以便資料以反方向流動到次要環。
雙環拓樸的一個優點就是備援（redundancy）。其中一個環用於傳輸，而另一個則用於備用。如果有問題發生，例如環故障或者電纜線斷了，環本身就會重新設定並繼續傳輸。
結合兩個環的電纜線總長不能超過200公里（124哩），並且容納的電腦不能超過1000台。然而，因為次要的備用環在環故障時會起保護作用，所以總容量應該減半。因此，每個FDDI網路應限制為500台電腦以及100公里（62哩）長的電纜線。並且每隔兩公里或者更短距離就必須要有一個再生器。
在環中，電腦可以和一條或兩條FDDI纜線連接。如圖7.30所示，連接兩條電纜線的電腦稱為Class A站台，只連接一個環的稱為Class B站台。
如果發生網路故障，Class A站台能協助重新設定網路；Class B站台則不能。
星型FDDI FDDI電腦可以使用點對點連結到一個集線器。這意味著FDDI能使用星型環狀拓樸。這是它的優點，因為它能：
Beaconing
在FDDI網路中的所有電腦都要負責監視權杖通行的程序。為了隔離環中的嚴重故障，FDDI使用一種稱為beaconing的系統。使用beaconing，監視到故障的電腦會向網路傳送一個稱為「beacon」的信號。電腦將一直傳送beacon，直到它發現從上游鄰居傳來的beacon時才會停止傳送。這個程序將持續進行，直到只有一台電腦在傳送beacon，且它就是發生故障的下游電腦。
如圖7.31所示，電腦1發生故障。電腦3發現故障，開始傳送beacon，並且持續到它接收到電腦2的beacon。電腦2持續傳送beacon，直到它接收到電腦1的beacon。因為電腦1有錯誤，所以電腦2將持續傳送beacon並精確的找到故障是發生在電腦1上。
當這台傳送beacon的電腦最後接收到它自己的beacon時，它會假設問題已被解決並重新產生一個權杖；接著網路就回到了正常的運作。
媒體
FDDI主要的媒體是光纖電纜線。這意味著FDDI是：
FDDI也可以使用在銅線上，稱之為銅線分散式資料介面（copper-distributed data
interface，CDDI），但是這會嚴重的限制它的距離能力。
SONET
SONET（synchronous optical network）是使用光纖技術的新興系統之一。它能以超過1
Gbps的速率傳輸資料。使用這種技術的網路可以傳送語音、資料和視訊。
SONET是由ANSI的電信交換標準協會（Exchange Carriers Standards
Association，ECSA）所制訂的光纖傳輸標準。SONET也結合到CCITT所建議的同步數位階層建議書（Synchronous Digital
Hierarchy recommendations）中。CCITT又稱為國際電信聯合會（International Telecommunications
Union，ITU），它負責制訂國際電信的標準。
SONET定義了光纖載送（optical-carrier，OC）等級以及電子等化同步傳輸信號（synchronous transport
signal，STS）來做為光學傳輸的階層。
SONET使用STS-1的基本傳輸速率（51.84
Mbps）。然而，更高等級的信號也能做到並且是基本速率的整數倍。例如，STS-3的傳輸速率是STS-1的三倍（3 × 51.84 = 155.52
Mbps），而STS-12的速率是12 × 51.84 = 622.08 Mbps。
SONET提供足夠的載送彈性，可作為BISDN ATM
cell的傳輸層。BISDN是單一的ISDN網路，它能處理語音、資料和視訊服務。ATM是CCITT的標準，它在BISDN下的公用網路中支援cell形式的語音、資料、視訊和多媒體通訊。ATM
Forum使用SONET作為cell形式流量的傳輸層。
SMDS
SMDS（Switched Multimegabit Data Service）是由一些地區性的電話公司所提供的交換服務。傳輸速度的範圍介於1
Mbps到34
Mbps，並使用多點對多點連線。不像專用網狀網路（使用多條可行路徑的網路），這種無連線（connectionless）服務能以降低的網路費用提供高頻寬的傳輸。
SMDS使用和ATM同樣的固定長度的cell中繼技術。一條SMDS線路使用適當的頻寬連線到地區性的電話公司，並且提供不需要連線設定或結束程序之所有站台間的連線。SMDS不會執行錯誤檢查以及流量控制，這些功能留給連線的站台自己處理。
SMDS和IEEE 802.6 MAN、BISDN標準相容，但是它提供IEEE 802.6所沒有規定的管理與帳務服務。
SMDS使用分散式佇列雙匯流排（distributed queue dual
bus，DQDB）作為網路的介面和存取方式。SMDS是雙匯流排拓樸，它形成了一個不封閉的環。
課程摘要
以下各點摘要說明了本課的主要內容：
練習7.1：疑難排解問題
使用下列資訊可幫助您疑難排解下面的問題。
背景資訊
疑難排解通訊問題的主要資源之一是製造產品的廠商。大部分系統管理員對於遠端通訊技術並沒有廣泛的瞭解，而遠端通訊廠商通常都會有這種專門技術的職員。然而，實際的問題並非經常要他們出現才能解決。請思考下面的例子：
一家中型規模的電腦公司幾乎六個月以來每個星期一早晨都會失去電話服務。每週一，職員們來上班時會發現電話系統無法運作。因為公司沒有人具有解決這個問題的專門技術，所以他們聯絡電話廠商派人來修理這個系統。電話公司每次都派不同的技術人員，並且每次只需15分鐘就修理好系統。
某個星期一，電腦公司自己的技術人員去觀察電話廠商的技術人員如何恢復系統。技術人員只是找到電話系統的突波抑制器（surge
suppressor），然後按下重設開關。這就是整個的修理程序，任何一個知道如何重設突波抑制器（簡單地按下重設鈕）的人現在都會修理電話系統。
這個故事的要點是即使在複雜的環境中，問題和解決方法並不一定很複雜。
雖然答案根本很簡單，但電話公司的技術人員是具有最初找出並排除問題之技術的唯一人選。如果您有WAN通訊的問題，並且您已排除了LAN區域元件是問題的來源，不要猶豫打電話給您的服務提供者以尋求幫助。雖然這會導致最初的開支，但是從長遠來看，將可節省時間以及金錢。
請記住這個故事，穩步前進並完成下面問題的疑難排解。
問題
您是這家電腦公司裡一位多才多藝的網路系統管理員和技術人員。您的LAN和另一個相隔806公里（500哩）城市的LAN相連。通訊連結是具有多工器的數位T1，它允許您在相同的連結上同時傳送電話通話和資料。
當您星期一早晨上班時，您馬上聽到了職員們的抱怨，他們無法使用WAN來存取其他站台的資源。檢查之後，您發現您能使用T1進行電話通話，但是您不能透過連結發送或接收資料。您立即檢查了所有的設備和連線器，但卻沒找到任何明顯鬆動或磨損的連線，並且所有的設備都有插上電源以及開啟。
您能做什麼以開始疑難排解程序呢？
練習7.2：個案分析
位於西雅圖的雜誌出版社有兩個分部辦公室：一個在佛羅里達的Fort
Lauderdale，一個在紐約市。每個辦公室都是內部且獨立的網路。網路是在五年前所架設，而且每個都是支援乙太網路10M
bps流量的同軸線性匯流排拓樸。兩個分部辦公室還停留在彼此使用電話和聯邦快遞來聯繫的階段。
最近，公司已經開始發展專案，其包含的小組成員不只來自一個辦公室。每個辦公室都有其他兩個辦公室所沒有的資源，而目前的專案需要使用所有的資源。內部網路時常發生電纜線問題，並且每次發生問題時，整個辦公室的網路就會癱瘓，直到問題被解決為止。
管理部門希望網路計劃能提供更簡單的疑難排解、更少的停機時間，以及提供站台之間的WAN通訊。他們希望WAN連線能支援大約256
Kbps的資料傳輸和站台之間的數條類比電話通話（長途電話帳單已經高得無法接受）。WAN應該一併解決長途電話以及聯邦快遞費用。管理部門希望即使WAN連結中的一條出現了故障，WAN也能繼續操作。
練習7.3：網路規劃問題
回答下面的問題將有助於確定您應該考慮哪種WAN或先進的傳輸元件，以滿足您的網路需要。
數據機 是 否 是 否 是 否 如果前三個問題中任何一個答案為「是」，您就需要數據機。您的下一步是調查哪個廠商的數據機最適合您的需要。 是 否 如果答案為「是」，您應該考慮數據機集區（modem pool）。 是 否 如果答案為「是」，您也許需要遠端存取服務。為了建立它，您還需要遠端存取伺服器。
建立更大的網路
如果您的網路變大而難以管理，您應該考慮增加WAN連線設備到您的網路上。困難可能來自於額外的無法預期的使用者，或是由於現有的使用者要獲得新的應用程式而產生比原來網路設計容量更多的網路流量。您也可能需要連線多個站台或多個網路。
選擇WAN連線服務的決定因素包括：
下列的問題將幫助您確定哪種連線設備適合您的系統。
再生器 是 否 是 否 是 否 如果以上任何一個問題的答案為「是」，您應該考慮使用再生器來擴展您的網路。
橋接器
說明
許多有經驗的網路專業人員的經驗法則就是當處理不可路由的通訊協定時使用橋接器。否則，使用路由器。 是 否 是 否 是 否 如果答案為「是」，當您回答下一個問題時請記住這一點。 是 否 如果任何一個問題的答案為「是」，請考慮使用橋接器來分割單一網路或是連接兩個不同的網路。
路由器
說明
當使用橋接器或路由器都能解決問題時，許多網路專業人員比較喜歡使用路由器。他們的一般規則是只有在不可路由的通訊協定時，才使用橋接器，其他情況則使用路由器。當衡量到路由器的一些附加能力時，橋接器和路由器的價格差異不大。 是 否 是 否 是 否 是 否 是 否
如果以上任何一個問題的答案為「是」，您應該考慮在不同的區段之間建置路由器。
閘道器 是 否 如果您的答案為「是」，您應該考慮使用閘道器。
選擇先進的WAN傳輸技術
基於可行的服務以及您的網路需要，對WAN連線服務的選擇從一個地方到另一個地方而不同的。您需要做一些市場調查以確定哪個服務提供著最能滿足您的系統需求。下面的問題能幫助您確定您將需要的服務。 是 否 如果答案為「是」，您可能需要點對點服務。 是 否 如果答案為「是」，您可能需要一點對多點的服務。 是 否 如果答案為「是」，您可能需要多點對多點的服務。 是 否 如果答案為「是」，您也許需要多個連結。
說明 Frame
Relay與其他的交換技術都提供備援，但是在傳輸或接收站台不提供。並且，因為服務提供者對於分封交換是以封包計費，所以交換技術會比T1貴或者便宜，這是依資料類型和傳輸頻率而定。服務提供者是關於成本資訊的最好來源。
說明
要回答這個問題，您將需要做些功課並調查服務提供者。
練習摘要
在您需要的元件旁邊做個選取記號，以表示您將需要多少元件，並注解這些參數。這樣做可幫助您繪製網路的地圖並可在圖上放置元件。
說明
在填寫這個表格前，您需要調查不同的廠商和產品，以確定哪些最適合您的系統需求。
本章總結
連線設備
連線服務
遠端存取計算
本章複習
圖7.20 RAS允許遠端使用者存取網路
圖7.21 類比電話線路能連線兩台使用數據機的電腦
圖7.22 連線兩個遠端網路的數位資料服務線路
表7.3 數位傳輸速率
信號等級
載送系統
T-1通道
語音通道
資料速率（Mbps）
DS-0
N/A
N/A
1
0.064
DS-1
T1
1
24
1.544
DS-1C
T-1C
2
48
3.152
DS-2
T2
4
96
6.312
DS-3
T3
28
672
44.736
DS-4
T4
168
4032
274.760
圖7.23 簡單的分封交換網路
圖7.24 X.25分封交換對每次傳輸都使用最佳路徑
圖7.25 DTE的範例
圖7.26 Frame Relay使用點對點系統
圖7.27 ATM cell有48個位元組的資料和5個位元組的表頭
圖7.28 充當多工器的ATM交換機允許多資料輸入
圖7.29 FDDI使用雙環拓樸
圖7.30 Class A電腦連接兩個環；Class B電腦只連接一個環
圖7.31 FDDI使用beaconing來隔離問題
元件
元件
數目
注解和參數
數據機
再生器
橋接器
路由器
閘道器
服務提供者
服務
提供者
費用/說明
1. 點對點
2. 一點對多點
3. 多點對多點
4. T1
5. 多個T1