網際網路簡史/第 3 章：網際網路邊緣
作者/編輯：Loh Boon Pin/Lim Weng Kai/Lee Ming Yue/Lim Wai Chun/Lee Lih Horng
什麼是網際網路邊緣？網際網路邊緣被認為是網路的邊緣，指的是我們使用的電子元件，包括計算機、個人數字助理（PDA）、手機、智慧手機、平板電腦以及我們日常生活中使用的其他裝置。連線到網際網路的計算機和其他電子裝置通常被稱為終端系統，因為它們位於網際網路的邊緣。
端到端原則是一個經典的計算機網路設計原則，它指出，應用程式特定的功能應該駐留在網路的終端主機中，而不是在中間節點中，只要它們可以在終端主機中“完全正確地”實現。它最初是在 1981 年由 Saltzer、Reed 和 Clark 在一篇會議論文中明確闡述的，它啟發了並影響了許多隨後關於在網際網路和更一般的通訊網路中正確分配功能的爭論。
網際網路的終端系統包括臺式計算機（例如臺式個人計算機 (PC)、Mac 和 Linux 機器）、伺服器（例如 Web 和電子郵件伺服器）以及移動計算機（例如行動式計算機、PDA 和具有無線網際網路連線的手機）。隨著當今技術以加速的步伐發展，遊戲機（如 PlayStation 2/3 和 XBOX360）以及數碼相機也作為終端系統連線到網際網路。它們允許使用者直接與網際網路互動以傳送和接收資料。其他終端系統不能被使用者直接訪問，但它們確實促進了網際網路通訊。這些包括用於資料（如電子郵件和網頁）的伺服器。使用者透過自己的計算機連線到此類終端系統，這些計算機與伺服器聯絡以訪問和傳輸資訊。終端使用者始終與終端系統互動。網際網路的終端系統包括一些使用者不與之互動的計算機。
終端系統也被稱為主機，因為它們託管應用程式程式，例如 Web 瀏覽器程式。主機或終端系統通常進一步分為兩組：客戶端和伺服器。客戶端往往是桌上型電腦和移動 PC、PDA 等等，而伺服器往往是更強大的機器，用於儲存和分發網頁、流式傳輸影片、重播電子郵件等等。
如今，為了獲得更好的吞吐量效能，網路邊緣的智慧是必不可少的。有幾個優勢表明了網路邊緣智慧的重要性。
隨著吞吐量需求的增長，無線控制器現在正成為吞吐量和安全執行的瓶頸。透過使用 11n 接入點，分散式智慧允許更多現場資料流在網路邊緣內部路由，而無需將這些資料傳送到無線控制器再返回。即使優先考慮更關鍵的資料，也能提高“輻條”之間沿著最佳路徑直接通訊的能力，同時提供完整的安全性和移動性服務。
此外，透過將智慧分佈到整個網路，可以極大地促進遠端故障排除和高階自愈功能。在發生故障期間，接入點還可以充當橋接功能以減少延遲。由於安全對組織與穩健的網路覆蓋和可用性一樣重要，因此重要的是要確保任何分散式架構具有足夠的應用程式感知能力，以便能夠在不丟棄 VoIP 通話的情況下進行自愈。同樣重要的是能夠提供與中心輻射式相同的防火牆功能，以避免影響服務質量 (QoS)。這有助於在整個停機時間內維護網路服務，確保組織及其資產繼續受益於持續的本地 QoS 優先順序、身份驗證、安全策略和直接路由以及回程故障轉移到 3G。
使用分散式流量管理，單個控制器可以管理多達八倍數量的接入點。這釋放了控制器，使其能夠專注於大規模網路和策略管理以及其他服務，從而形成更有效的架構。具有內建安全和故障排除感測器的接入點還可以消除單獨感測器網路帶來的額外安裝和電源成本。
此外，接入邊緣交換機負責在網路邊緣提供智慧。這些交換機的模組化設計使網路管理員能夠首先對流量進行分類，然後決定對分類後的流量採取什麼措施。流量可以根據以下標準進行分類：源/目標埠、源/目標 MAC 地址、虛擬區域網 (VLAN) ID、協議、IP 源/目標地址、IP 源/目標網路、服務型別 (ToS)/區分服務程式碼點 (DSCP)、TCP/UDP 源/目標埠或 TCP 標誌。
分類器還可以與 QoS 策略相關聯，以允許每個埠或每個流的流量整形。這使得可以基於單個使用者或應用程式以 64 kbps 的增量對分類流量進行整形。這在大學住房場景中尤其受歡迎，因為基於每個埠的流量整形允許在網路邊緣提供差異化服務和/或更好地控制頻寬需求。
此外，在網路邊緣的更高智慧還可以讓 IT 預算更有效地使用，在資本支出和運營支出方面都提供優勢。在網路中新增 802.11n 接入點可能比新增更多控制器更便宜，並且實際上可以節省大量資金，因為具有更高智慧的接入點可以減少所需的控制器數量。
簡而言之，在網路邊緣擁有智慧的優勢顯而易見，它可以極大地為使用者和客戶端提供更好的吞吐量，而不會影響安全或服務質量，並不會增加成本。
接入網路是指將終端系統連線到第一個路由器（邊緣路由器）的物理鏈路。本地電信是指本地電話提供商（如馬來西亞的馬來西亞電信和 Digi 服務中心）提供的本地有線電話基礎設施。中央局 (CO) 是一棟建築，其中包含電信交換機，每個住宅或客戶都會連線到其最近的電信交換機。
撥號上網
當 PC 連線到撥號調變解調器，而該調變解調器又連線到家庭的模擬電話線時，就會建立撥號上網。使用者撥打 ISP 的電話號碼，並與網際網路服務提供商 (ISP) 調變解調器建立傳統的電話連線。撥號上網有兩個主要缺點。它的速度非常慢，最大速率為 56kbps。使用者只能選擇上網或在同一時間透過電話線接收和撥打普通電話。
DSL
數字使用者線路 (DSL) 上網是透過有線本地電話接入（即本地電信）獲得的。電話呼叫和網際網路連線可以同時共享 DSL 鏈路，因為單個 DSL 鏈路被分成 3 個通道（高速下行鏈路、中速上行鏈路、普通雙向電話）。DSL 比撥號上網有兩個主要優點。它可以以更高的速度傳輸和接收資料。除此之外，使用者可以同時通話和上網。
有線電視
有線電視上網利用有線電視公司的現有有線電視基礎設施。它被稱為混合光纖同軸電纜 (HFC) 接入網路，因為該系統同時使用光纖和同軸電纜。有線電視上網是一種共享廣播介質。因此，當多個使用者同時下載影片檔案時，傳輸速率會降低。
FTTH/FTTP
一些本地電信透過光纖提供高速上網，這些光纖被稱為光纖到戶 (FTTH) 或光纖到場所 (FTTP)。直接光纖是最簡單的光分配網路，它從 CO 到每個家庭提供一條光纖鏈路，以便使用者獲得高頻寬。實際上，從中央局出來的每根光纖都由許多家庭共享，並且當光纖靠近家庭時，光纖會分成單獨的客戶專用光纖。
乙太網
乙太網是一種區域網 (LAN)，用於在企業和大學校園中連線終端系統到邊緣路由器。
廣域無線接入
廣域無線接入網路使使用者能夠在海灘上、公交車上或汽車中漫遊網際網路。對於這種廣域接入，基站用於在幾十公里的範圍內透過蜂窩電話基礎設施。
WiFi
WiFi 是一種基於 IEEE 802.11 技術的無線區域網接入，安裝在大學、商業辦公室、咖啡館、機場、住宅甚至飛機等各種地方。無線使用者必須位於距離接入點幾十米的範圍內，該接入點又連線到有線網際網路。
WiMAX
WiMAX 也被稱為 IEEE 802.16，它獨立於蜂窩網路執行，並在幾十公里的範圍內提供 5 到 10 Mbps 或更高的速度。
“最後一公里”指的是連線使用者並使他們能夠將計算機連線到網際網路的最終連線。1989年，第一家商業撥號上網服務提供商“The World”在美國開業。當時，公眾連線網際網路的唯一方式是透過電話線進行撥號上網。在2000年代初期，ADSL網際網路連線開始普及，這使得使用者能夠以更高的速度瀏覽網際網路。FTTH是目前本地ISP提供的最新網際網路連線服務。撥號連線、ADSL連線、FTTH和其他目前可用的網際網路連線型別之間有什麼區別？
有線連線
撥號上網
從“撥號”一詞可以看出，使用者需要撥打一個號碼才能連線到外部世界的網際網路。現代撥號調變解調器通常以 56Kbps 的速度傳輸資料，除非ISP使用壓縮技術超過 56Kbps 的速度限制。在撥號過程中，我們可以聽到“握手”的聲音。這種聲音是為了建立連線並與本地遠端伺服器交換資訊。撥號連線中會遇到一些問題：撥號過程中語音服務的電話線路會被幹擾；每條電話線只能連線一臺電腦；與新的ADSL連線相比，撥號連線的網速很慢。
ADSL
非對稱數字使用者線路 (ADSL) 是一種數字使用者線路 (DSL) 技術。ADSL 連線中的“非對稱”指的是上行頻寬和下行頻寬不一致。通常情況下，ISP會分配更多頻寬用於下行頻寬，而不是上行頻寬，因為客戶通常瀏覽網頁、下載檔案、閱讀郵件等，這些操作需要伺服器將資料傳送到客戶。ADSL或DSL的連線速度範圍為256Kbps至20Mbps。ADSL還使用與撥號連線相同的基礎設施。雙絞線銅纜電話線中未使用的頻寬可以同時用於資料（網際網路）和語音或傳真服務的傳輸。ADSL連線有一些問題。首先，並非所有電話線都配備了ADSL服務，在一些農村地區可能無法使用。其次，傳送或接收資料需要靜態IP地址。這是造成IPv4地址耗盡的主要問題，並且靜態IP具有較高的網路安全風險。最後，ADSL已被光纖連線所取代，以克服ADSL頻寬的限制。
FTTH
光纖到戶 (FTTH) 在城市地區變得越來越受歡迎，因為它提供高速網際網路接入、IPTV和電話服務。香港、美國和韓國的一些ISP公司為其網路提供1Gbps的網際網路連線。FTTH連線使用光纖來代替傳統的金屬本地環路，用於“最後一公里”的電信。FTTH可以讓使用者體驗相同的上行和下行頻寬。這意味著FTTH網際網路連線對於某些網路應用程式特別有用，尤其是P2P型別的檔案共享。到目前為止，光纖連線仍然是點對點之間最快的網際網路連線。除非科學家發現一種能夠超越光速的新技術。
無線連線
3G & Wimax 4G
第三代行動通訊 (3G) 是一種行動通訊服務，它符合國際行動通訊-2000 (IMT-2000) 標準。3G和4G Wimax是2G GSM網路的演進。以下是2G網路到4G網路的幾個例子。
2G - 全數字2G網路在1980年代取代了1G（模擬）網路。
2.5G - 被稱為通用分組無線業務 (GPRS)，用於資料傳輸。資料傳輸速度高達114Kbps。
2.75G - 被稱為增強型資料速率GSM環境 (EDGE)，用於資料傳輸，例如圖片共享或瀏覽網際網路。資料傳輸速度高達384Kbps。
3G - 靜止或行走使用者速度高達2Mbps，移動車輛速度高達384kbps。提供比2G網路更好的安全性。用於移動電視、視訊會議和點播影片。
3.5G - 被稱為高速下行鏈路分組接入 (HSDPA)，是行動電話資料傳輸的演進。速度高達7.2Mbps。
4G - 被稱為全球互操作性微波接入 (Wimax)。提供高達75Mbps的速度，但實際上，速度需要在使用者之間分配。
無線通道中出現的最主要問題是頻寬需要在使用者之間共享，這導致頻寬作為稀缺資源的競爭。同時使用者越多，每個使用者分配的頻寬越少，從而導致服務質量下降。本地ISP通常會嘗試透過公平使用策略來解決這個問題；這些策略會設定（並因此限制）每個使用者的資料使用配額。這種措施不受歡迎，一些ISP正在嘗試提供（並宣傳）沒有這種限制的解決方案。
結論/網際網路邊緣總結
[edit | edit source]網際網路邊緣被認為是網路的邊緣。臺式電腦、伺服器和移動電腦被視為網際網路的終端系統，因為它們位於網路的邊緣。終端系統執行（託管）應用程式，例如網頁瀏覽器程式，因此它們也被稱為主機。主機分為兩類：客戶端和伺服器。網際網路應用程式的客戶端-伺服器模型是一種分散式應用程式，因為客戶端程式執行在一個終端系統（一臺電腦）上，而伺服器程式執行在另一個終端系統（另一臺電腦）上。客戶端元件啟動服務請求，這些服務由伺服器元件提供給一個或多個客戶端。
在網路邊緣進行智慧化有很多優勢。透過使用 11n 接入點，現場資料流的能力得到增強，並優先處理更重要的資料，同時提供完整的安全性和移動性服務。此外，接入點也極大地促進了遠端故障排除和高階自愈功能。在停機期間，它還可以充當橋接功能，以減少延遲。此外，邊緣交換機旨在讓網路管理員先對流量進行分類，然後決定對分類後的流量採取何種行動。分類後的流量以 64kbps 的增量進行整形，以基於單個使用者或應用程式進行整形。這種基於埠的流量整形允許在網路邊緣實現差異化服務和/或更好地控制頻寬需求。此外，透過在網路中新增 802.11n 接入點，比新增更多具有更高智慧的控制器和接入點更經濟，可以減少所需的控制器數量。簡而言之，網路邊緣的智慧化極大地提高了使用者和客戶端的吞吐量，而不會影響安全性或服務質量，也不會增加成本。
接入網路指的是將終端系統連線到第一個路由器（邊緣路由器）的物理鏈路。本地電信指的是本地電話提供商提供的有線本地電話基礎設施。中央局 (CO) 是一棟建築，裡面有電信交換機，每個住宅或客戶都會連線到其最近的電信交換機。有一些方法可以共享接入網路，例如撥號上網，它使用電話線連線網路；DSL，它從有線本地電話接入獲得；電纜，它同時使用光纖和同軸電纜；FTTH，它透過光纖分配和乙太網提供高速網際網路接入；乙太網，它是用於將終端系統連線到邊緣路由器的區域網。除此之外，還有其他方法可以訪問網路，例如WiFi，它是一種基於IEEE 802.11技術的無線區域網接入；廣域無線接入網路，它使使用者能夠在戶外漫遊網際網路；WiMAX，它以更高的速度或距離獨立於蜂窩網路執行。
在撥號連線中，語音服務的電話線路會受到干擾；每條電話線只能連線一臺電腦；與ADSL連線相比，網際網路連線速度很慢。對於ADSL連線，並非所有電話線都配備了ADSL服務，在一些農村地區可能無法使用，並且需要靜態IP地址才能傳送或接收資料。而使用者在使用FTTH時可以體驗到相同的上行和下行頻寬。它使用光纖，是點對點之間最快的網際網路連線。無線通道的缺點是頻寬需要在使用者之間共享。當更多使用者同時使用網路時，速度會降低。參考文獻：1)“將智慧推向邊緣”，2005年12月1日，James Gompers撰寫；“生活在邊緣”，M. Thiyagarajan撰寫；“邊緣智慧”，Allied Telesyn撰寫。2)James F. Kurose和Keith W. Ross，“計算機網路：自頂向下方法”，《1.2網際網路邊緣》，第5版，2009年，第9-12頁。