中華大學
經營管理研究所
碩士論文
中小學校園寬頻網路架構與 推展網路教學障礙 之研究
--以新竹市為例
指導教授 : 蔡明春 博士 研 究 生 : 蔡少斌
中 華 民 國 九 十 三 年五月
摘要
隨著社會環境變遷、資訊科技進步迅速與學習價值觀之改 變，寬頻網路已成為現代最大的資訊傳播網及最具影響力的傳播 媒體。而網路教學與數位學習也快速地融入傳統教學與學習領域 中。有鑑於此，本研究便期望藉由筆者多年來在寬頻網路領域之 工作經驗，再加上相關文獻之彙整，來探討目前寬頻網路及教育 網路之發展現況。另一方面為探討寬頻網路教學於中小學之使用 現況，本研究便以新竹市中小學教師為研究對象，透過問卷調 查，利用統計分析方法來比較不同屬性學校教師在使用網路功 能、網路品質與推動網路教學障礙之差異性。
經由研究探討與資料分析結果，本研究發現在寬頻教育網路 之發展上，Managed IP 寬頻網路將成為下一代網路之趨勢，而 GSR/TSR 高速交換路由器所具有之高速交換的優異性，終將成為 Managed IP 寬頻網路的核心設備。另外，以寬頻教育網路而言，
Ethernet-based FTTB 網路速率可依 10Base-T、100Base-T、
1000Base-T、10G Gigabit Ethernet 作不同需求之選擇，及逐 步升級等之優越性與適用性，足夠滿足校園網路對頻寬的需求。
而就作為長遠性之教育網路而言， Ethernet-based FTTB 為校 園寬頻網路之最佳網路。而寬頻網路與網路教學之在中小學之使 用現況上，發現在使用網路功能方面，以「利用網路上網捜尋」
及「利用網路進修」兩項應用最多也最受重視；在網路品質方面 以「影像清晰，不會跳動」及「網路不會常斷線」最受肯定，「資
料傳送數度快」則是最受重視的項目；同時分析出「學校經費不 足」及「網路教學教材編製不易」兩項，為推動網路教學障礙最 主要的原因，值得相關單位參考與進一步之研究。
關鍵詞：寬頻網路、教育網路、網路教學、網路品質
A study of campus broadband network infrastructure for primary & high schools and the obstruction of e-teaching extension
--- in case of Hsin-Chu city Abstract
Following the digital technical development and its quick growth, broadband network has become the contemporary biggest data disseminating network and the most effective disseminating media. Accompanying with learning factors like political and economic development; the changing environment of society; quick growth of data technologies; and the changing values of learning, e-education and e-learning has harmonized with traditional teaching and learning domain. Therefore a broadband education network has combined with broadband network and education is truly a topic that is worthy to study. In addition, it’s a key item for this dissertation to study for the troubles encountered by the primary & high school teachers when the e-education applied to the pedagogy.
Based on years of job experiences and relative documents study, this dissertation addresses the current situation of broadband network and e-education network. The questionnaire analysis from the primary & high school teachers in Hsin-Chu city area and the studies from other related bibliographies conclude some important view points:
Managed IP Broadband network will be the mainstream for the next generation broadband network. The high speed switching ability of GSR/TSR will bring it to be the core equipments for Managed IP Broadband network. Concerning the long-term requirements for e-education network, Ethernet-based FTTB’s options and upgrades for different transmission bit rates from 10Base-T, 100Base-T, 1000Base-T and even to 10G Gigabit Ethernet makes it to be the best choice for Campus Broadband Network application.
After analyzing the questionnaire, applications on “Internet searching” and
“Internet learning” have been recognized as the most important and frequently used items. For “Network quality of service”: the “Picture clear without jitter” and “Line failure not often occurred” are the most important issues for application. “Fast data transmission rate” is observed to be the most critical concern to the users. “Budget shortage” and “The difficulty of teaching material editing” are the main obstruction items of enhancing e-teaching in the field application. The above conclusion are worthy for relative departments as the reference and their further study.
Key words: Broadband network, Education network, e-teaching, Network QoS
誌 謝
參加中華大學碩士班的畢業典禮那一天，距離我滿六十五歲還不 到五個月，是活到老學到老？還是學到老才能活到老？這個年齡就中 華大學而言，或許不是絕後，但可能是空前，所留給我的回憶是，教 授們認真教學與和藹可親的典範、同學們真誠相處與相互關懷的熱 忱、冬天寒刺骨的新竹風、還有讓我重拾童年舊夢的校園美景。
2001 年底在我任職於中華電信新竹營運處經理時，新進用的新人 中，來自中華大學的幾位新人表現都非常優越，一時使我鼓起勇氣，
奢望也要成為中華大學的學生。是的，也許是時候了，我的孩童時期 是三餐不繼，北上就業後存了一些錢，先結婚再貸款購屋，等考上台 北工專時，大兒子已進幼稚園了，現在孩子們都已留學英國取得碩士 學位回來，且都已結婚生子，現在，也該是輪到我再上學校深造的時 候了。
孩子們除了大力贊同與祝福外，並要求內人不要阻擋我去上學，
於是，2002 年 9 月我開始選修經管所的課程，雖然辛苦，卻能立刻將 所學的經營管理技巧，迅速的應用在工作崗位上，真正是學以致用了。
次年，承蒙裴文、蔡明春等三位教受於口試時給予我入學的機會，
同時也給了我信心，有了學籍使我更加的用功，兩年來從不缺課，現 在要畢業了，已經 86 歲而年邁的母親有另一種的喜悅，從此她不必再
為一個愛讀書，卻又沒錢上學的孩子感到遺憾了。
這篇論文從動筆到完成，總共用了一年的時間，剛開始是抓不到 方向，摸不著頭緒，端賴指導教受蔡明春博士的苦心指導，寫了又變，
變了又改，講究的是要有學理根據與嚴謹的態度，幾乎是天天寫到午 夜十二點鐘，清晨六時起床再寫，現在雖已完成了，但總覺得個人學 術素養還是不夠，也一直覺得寫得不夠好，但經過這一年的磨練，確 實也學了不少，至少現在已能從學術的角度來聽演講和看文章，也知 道如何來做學術研究了。
毅力和恆心來自於內人與家人的關懷與鼓勵，指導教授細心與不 辭辛勞的指導，新竹市網中心主任鄧拔銓老師、頂埔國小李敦仁、范 淑芬兩位老師都給予我很多研擬問卷調查內容的建議和指導，中華電 信新竹營運處同事徐慶銘兄、鄭釧佑兄與吳正雄兄給我的協助、黃文 欽兄幫我分發問卷與回收，以及中華電信北區分公司蕭村罧兄、林茂 興兄給我一些寶貴的參考資料及協助，謹在此表示謝意。同事兼同學 的張陞灴學長夫人幫我鍵入問卷調查資料，也一併在此致謝，同時也 要感謝關心我的同事和朋友們。
少斌 2004,06,19
於中華大學經營管理研究所
目 錄
第一章 緒論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1 1.1 研究背景與動機．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1 1.2 研究目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 2 1.3 研究流程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3 第二章 寬頻網路技術的發展現況．．．．．．．．．．．． 5 2.1 寬頻網路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 5 2.1.1 骨幹網路．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 5 2.1.2 用戶接取迴路．．．．．．．．．．．．．．．．． 12 2.1.3 用戶光纖迴路．．．．．．．．．．．．．．．．． 19 2.1.4 區域網路．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 21 2.2 教育網路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 24 2.2.1 國家級學術研究網路．．．．．．．．．．．．．． 25 2.2.2 大學學術寬頻網路．．．．．．．．．．．．．．． 29 2.2.3 中小學教育網路．．．．．．．．．．．．．．．． 30 2.2.4 新竹市中小學校園寬頻網路．．．．．．．．．．． 32 第三章 網路教學與數位學習 ．．．．．．．．．．．．．． 36 3.1 網路教學．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 36
3.1.1 遠距教學．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 36 3.1.2 網路頻寬與寬頻網路．．．．．．．．．．．．．． 37 3.1.3 網路品質與影像品質．．．．．．．．．．．．．． 37 3.1.4 台灣推動網路教學的基本條件—網路基礎建設剖析． 38 3.2 數位學習．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 41
3.2.1 數位學習族．．．．．．．．．．．．．．．．．． 41 3.2.2 互動式學習．．．．．．．．．．．．．．．．．． 44 3.2.3 互動式媒體．．．．．．．．．．．．．．．．．． 44 3.2.4 數位城鄉落差．．．．．．．．．．．．．．．．． 47 第四章 研究設計．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 50 4.1 研究對象．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 50 4.2 研究架構．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 50 4.3 研究假設．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 51 4.4 分析工具與方法．．．．．．．．．．．．．．．．．． 52 4.5 抽樣設計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 52 4.6 問卷設計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 53 第五章 資料分析與實證結果．．．．．．．．．．．．．． 57 5.1 研究問卷回收及樣本結構分析．．．．．．．．．．．． 57 5.2 信度分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 61 5.3 問卷內容之統計分析．．．．．．．．．．．．．．．． 62
5.3.1 網路功能之分析．．．．．．．．．．．．．．．． 62 5.3.2 網路品質之分析．．．．．．．．．．．．．．．． 64 5.3.3 推動網路教學的障礙分析．．．．．．．．．．．． 65 5.3.4 不同屬性教師對網路功能評量分析．．．．．．．． 66 (1)不同層級學校分析 ．．．．．．．．．．．．．．． 68 (2)不同地區分析 ．．．．．．．．．．．．．．．．． 72 (3)不同規模學校分析 ．．．．．．．．．．．．．．． 77 (4)不同職務教師之分析 ．．．．．．．．．．．．．． 78 (5)不同服務年資分析 ．．．．．．．．．．．．．．． 81
(6)不同網路教學經驗分析 ．．．．．．．．．．．．． 83 (7)是否為資訊教師之分析 ．．．．．．．．．．．．． 84 第六章 結論與建議．．．．．．．．．．．．．．．．．． 85 6.1 結論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 85 6.2 建議．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 88 6.3 後續研究．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 89 參考文獻．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 91 附錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 98
表目錄
表 2.1 ADSL,VDSL 與 Cable Modem 之比較表．．．．．．．．．18 表 2.2 POP 至主節點間之線路頻寬需求．．．．．．．．．．．27 表 3.1 多媒體速率表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．46 表 5.1 新竹市立高中問卷調查統計表．．．．．．．．．．．．57 表 5.2 新竹市立國中問卷調查統計表．．．．．．．．．．．．58 表 5.3 新竹市立國小問卷調查統計表．．．．．．．．．．．．59 表 5.4 樣本結構．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．60 表 5.5 研究問卷構面信度分析表．．．．．．．．．．．．．．61 表 5.6 教師對網路功能評量項目之使用現況與認知的重要性．．62 表 5.7 教師對網路品質評量項目之感覺與認知的重要性．．．．64 表 5.8 教師對推動網路教學的障礙評量項目之感覺．．．．．．66 表 5.9 不同層級學校教師對網路功能評量項目之使用現況比較．67 表 5.10 不同層級學校教師對網路功能評量項目之重要性的認知
度比較．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 68 表 5.11 不同層級學校教師對網路品質評量項目之感覺度比較． 69 表 5.12 不同層級學校教師對網路品質評量項目之重要性的認知
度比較 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．70 表 5.13 教師對推動網路教學的障礙評量項目之比較 ．．．．．71 表 5.14 不同地區教師對網路功能評量項目之使用現況比較 ．．72 表 5.15 不同地區教師對網路功能評量項目之重要性的認知度
比較 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．73 表 5.16 不同地區教師對網路品質評量項目之感覺度比較．．． 74 表 5.17 不同地區教師對網路品質評量項目之重要性的認知度
比較．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 75 表 5.18 不同地區教師對推動網路教學的障礙評量項目之比較． 76 表 5.19 學校規模對推動網路教學的障礙評量項目之比較．．． 77 表 5.20 老師的資訊素養不足分析．．．．．．．．．．．．． 78 表 5.21 不同職務對推動網路教學的障礙評量項目之比較．．． 79 表 5.22 學校經費不足之分析．．．．．．．．．．．．．．． 79 表 5.23 硬體設備不足之分析．．．．．．．．．．．．．．． 80 表 5.24 缺少課程設計技術之分析．．．．．．．．．．．．． 80 表 5.25 網路頻寬不足之分析．．．．．．．．．．．．．．． 80 表 5.26 服務年資對推動網路教學的障礙評量項目之比較．．． 81 表 5.27 網路教材編製不易之分析．．．．．．．．．．．．． 82 表 5.28 缺少課程設計技術之分析．．．．．．．．．．．．． 82 表 5.29 網路頻寬不足之分析．．．．．．．．．．．．．．． 83 表 5.30 網路教學經驗對推動網路教學的障礙評量項目之比較． 83 表 5.31 是否為學校資訊教師對推動網路教學的障礙評量項目
之比較．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 84 表 6.1 推動網路教學之障礙項目排序 ．．．．．．．．．．． 88
圖目錄
圖 1.1 研究流程圖 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4 圖 2.1 骨幹網路與用戶接取網路示意圖 ．．．．．．．．．． 5 圖 2.2 高速交換路由器之系統架構圖 ．．．．．．．．．．． 12 圖 2.3 ADSL 通道頻譜分佈圖 ．．．．．．．．．．．．．． 14 圖 2.4 ADSL 接取網路圖．．．．．．．．．．．．．．．．． 15 圖 2.5 HDSL 迴路示意圖．．．．．．．．．．．．．．．．． 17 圖 2.6 Ethernet-based FTTB 網路架構 ．．．．．．．．．． 21 圖 2.7 乙太區域網路擴展圖 ．．．．．．．．．．．．．．． 22 圖 2.8 乙太網路標準發展年代圖 ．．．．．．．．．．．．． 24 圖 2.9 ATM based ADSL 網路．．．．．．．．．．．．．．． 30 圖 2.10 校園寬頻網路架構．．．．．．．．．．．．．．．． 31 圖 2.11 中小學校園寬頻網路與校園網路．．．．．．．．．． 32 圖 2.12 新竹市中小學光纖網路架構圖．．．．．．．．．．． 33 圖 4.1 研究架構圖 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 51
第一章 緒論
本章針對本研究的背景與動機、研究目的以及研究流程，共分 三節分別敘述說明。
1.1 研究背景與動機
由於數位技術的蓬勃發展與快速成長，網路藉由光纖技術與數 位技術迅速走向寬頻化，使得寬頻網路成為現代最大的資訊傳播網 與最具影響力的傳播媒體，另外隨著政經發展、社會環境變遷、學 習價值觀之改變，以及資訊科技進步迅速等因素，網路教學與數位 學習已經快速地融入傳統教學領域中，而「數位學習」(e-Learning) 及遠距教學(Distance learning)在各個學校及學術單位大力推廣 之同時，亦正快速地融入整個社會各階層的生活中，對未來之影響 可說是既深且遠。
資訊科技與寬頻網路之進步，擴大了學習內容並豐富了學習資 源以及個人化的學習環境與需求，它創造了開放式的學習環境，更 超越了學習的時空限制，成為數位學習的典型特色，因為它兼具有 同步、非同步、與互動式學習之特性，使得以網路為主之教學與學 習環境變得日益普遍且重要。
網路教學必須建構在足夠的網路頻寬與高速率的網路平台 上，而網路教學亦需要有豐富的教學內容(Content) ，才能相輔相 成 ， 政 府 在 推 動 國 家 資 訊 基 礎 建 設 （ National Information Infrastructure，NII）時已將教育部所主導之遠距教學先導系統
視為一項工作重點，期望發展並建立各項遠距教學之軟、硬體環 境，以利推動各項教學課程【42】，顯示未來學習環境將不再侷限 於校園課堂，甚至將擴大至全國，乃至於全世界。藉由寬頻網路之 連接，校際互動及與國外之連線都將成為輕而易舉，學習領域與視 野亦將因此而擴大，無論教材之取得或進行網路學習活動都將無遠 弗屆，網路教學及數位學習已成為未來學習中必然之重要潮流。
有鑑於網路教學與數位學習之重要性，本研究希望透過相關文 獻探討，彙整出新竹市各公立中小學老師對新竹市於 91 年 12 月 10 日建設完成之 100Mbps(100 Mega bit per second)全光纖化校 園寬頻網路使用經驗與心得，以及推動網路教學所遭之障礙，期望 以此提供各縣市政府與教育單位作為推動網路教學改進之參考。
1.2 研究目的
本研究根據研究背景與動機，藉由各型寬頻網路的特性、頻寬 需求、網路品質、學校層級、學校規模、環境差異與應用區別，以 及合理的支付費用，透過理論做為研究目前建構最適校園寬頻網路 之架構，並結合使用者經驗之彙集分析與推論，使其具有最適校園 寬頻網路架構之參考意義，並探討推動網路教學的障礙有那些，以 供各縣市政府與教育界爾後之參考改進。
具體而言，本研究之目的說明如下：
(1) 探討目前寬頻教育網路發展現況。
(2) 探討中小學教師應用校園寬頻網路進行各種網路教學之現
況。
(3) 探討中小學教師對現階段校園寬頻網路之品質、使用頻寬、
維修與租費之滿意度。
(4) 探討中小學教師推動網路教學之障礙所在?
(5) 依據上述分析結果加上整理各種文獻以及個人多年之工作 經驗提出建構合適之中小學校園寬頻網路架構建議，並分析 整理出各校推動網路教學之障礙，以作為各縣市政府爾後推 動網路教育之參考。
1.3 研究流程
本研究為達上述之研究目的，擬定圖 1.1 之研究流程。首先 本研究將探討目前各種寬頻教育網路之發展現況與使用情形。接 著調查各中小學教師使用校園寬頻網路之網路功能與網路品 質，然後探討各中小學教師推動網路教學障礙之所在。本研究擬 定研究設計，並利用問卷調查方法收集資料，於回收資料後，利 用敘述統計、獨立樣本 T 檢定及單因子變異數方法進行資料分 析，最後將實證結果彙整成結論與建議。
根據以上討論與分析，就目前寬頻網路技術之發展程度，
配合環境需求，提出縣市建構中小學校園寬頻網路之建議;並分 析推動網路教學之障礙所在，供縣市政府與教育單位爾後發展網 路教學之參考。
圖 1.1 研究流程圖 寬頻網路教育發展現況
研究設計
資料分析與實證結果 數位學習與網路教學探討
結論與建議
第二章 寬頻網路技術的發展現況
寬頻網路技術的發展現況包括寬頻網路與教育網路二大部 分，本章將就此二大部分分別加以說明。
2.1 寬頻網路
寬頻網路依其應用可分為骨幹網路、用戶接取迴路、用戶光纖 迴路及區域網路四大部分，以下就此四大部分分別加以說明。
2.1.1 骨幹網路
骨幹網路(Backbone)為網路中的主幹部分，是扮演資料流入與 流出之主要路徑，在現階段骨幹核心網路所採用之寬頻交換技術，
約可分為三大類，即 ATM 技術，IP(Internet Protocol)技術及 MPLS 技術三大類，目前 Managed IP 寬頻網路大多由 IP 結合 ATM 技術所 構成，也就是 IP over ATM，由於 IP over ATM 技術並未對 IP 及 ATM 兩種不同屬性之技術作完全整合，在網路的維運管理功能尚未解決
圖 2.1 骨幹網路與用戶接取網路示意圖 資料來源:本研究繪製
的情形下，MPLS 寬頻網路乃應運而生，而更快速的 GSR/TSR 高速交 換路由器技術亦逐漸成熟，惟為有效解決網路服務品質、資訊安全 與維運管理等問題，最佳的應用是能與 MPLS 結合。以下就常用之 Managed IP 寬頻網路，MPLS 寬頻網路以及 GSR/TSR 高速交換路由器 分別加以探討。
(1).Managed IP 寬頻網路
Managed IP 寬頻網路是一種結合寬頻網路與 IP 路由器之技術 所 建 構 而 成 ， 採 用 TCP/IP(Transmission Control Protocol/
Internet Protocol)通信協定，它能有效控制管理訊務傳送，以作 為提供各種多樣化及多媒體服務之骨幹網路。以下茲以非同步傳輸 模態(ATM)為例，再介紹 IP over ATM 網路架構。
A.非同步傳輸模態(ATM)
所謂非同步傳輸模態(Asynchronous Transfer Mode：ATM)是 以一種稱為細胞(Cell) ，大小為 53 位元組(Byte)的容量，用以裝 載資訊信號的一種傳輸模式。當資訊信號被裝入細胞時稱之為細胞 化，各種資訊細胞之信號在 ATM 網路上傳送時，因無須遵照一定的 固定週期排序，因此它是一種非同步的傳輸模態。ATM 網路是一個 能夠提供兼具電路交換（Circuit Switching）高品質及分封交換
（Packet Switching）頻寬資源分享特性的寬頻網路服務，由於電 路交換雖具有即時性（Real Time）的優點，但亦有網路頻寬資源 無法分享之缺點；而分封交換雖具有網路頻寬資源可共分享的優 點，但卻又有延遲(Delay)、抖動(Jitter)及損失(Loss)等服務品
質不穩定等缺點，而 ATM 就是結合了電路交換與分封交換雙重優點 的寬頻網路，它具有以下之特性：
a.高頻寬功能：可提供彈性化的電路調度及頻寬指配，所以可提 高訊務疏通能力，以增進網路之中繼效益。
b.隨選頻寬（Bandwidth On Demand）功能：它可依據不同之頻寬 需求提供選擇不同頻寬等級之功能。
c.服務品質功能：它可提供使用者選擇不同服務等級之服務功能。
d.多媒體資訊載送功能：它具有載送各種類型多媒體服務資訊之功 能。
此外，ATM 依其應用共可分為 CBR、 VBR、 ABR、 UBR 四種服 務等級：
a. 固定速率（Constant Bit Rate, CBR）：資源或頻寬之配置及 優先等級最高。
b. 可變速率（Variable Bit Rate, VBR）：資源或頻寬之配置及 優先等級次高。
c. 可利用速率（Available Bit Rate, ABR）：資源或頻寬之配置 及優先等級再次之。
d. 未指定速率服務（Unspecified Bit Rate, UBR）：資源或頻寬 之配置及優先等級殿後。
由以上得知在資源及頻寬的應用配置上，以 CBR 為最優先，而 UBR 則僅能使用剩餘的頻寬，因此 UBR 之服務等級就被稱為「量力 而為」（Best Effort)，當然也就沒有所謂的品質保證了。一般在
應用上 CBR 或 VBR 都被使用在即時性的服務需求，而非即時性的 服務需求則大都採用 ABR 或 UBR。在實務上，ATM 使用者都需要制 定訊務合約（Traffic Contract），才能獲得建立不同服務需求的 接 續 ， 訊 務 合 約 共 有 兩 項 ， 其 一 為 訊 務 參 數 （ Traffic Parameters），其二為服務品質。為滿足語音、數據與多媒體等不 同寬頻服務需求，只要依訊務等級在 ATM 網路作參數設定，即可得 到所設定等級的服務品質保證，因此，ATM 網路目前被認為是較成 熟的技術之一。
B.IP over ATM 網路架構
IP over ATM 方式顧名思意是將 IP 層通信協定疊放於 ATM 層 通信協定之上，IP 路由器被建置在網路的遠端，並與 ATM 交換網 路所提供之 PVC(Permanent Virtual Circuits)相互連接，由於 ATM 交換機大多用來作為寬頻骨幹網路，當寬頻骨幹網路以 ATM 細胞傳 送 IP 封包時，就是所謂的 IP over ATM 方式。也就是將 IP 路由功 能結合 ATM 信號層功能，利用 ATM 網路做快速之細胞(Cell)交換，
亦即執行 ATM 位址(Address)共 20 個位元組(Byte)及 IP 位址共 32 位元(Bit)之轉換，當 ATM 網路要傳送 IP 訊號時，首先以 ATM 信號 方式建立端對端之接續後，再將 IP 封包在傳送端切割成一串串的 ATM 細胞，然後在接收端再把 IP 封包重組回來。基本上，這種技 術就是在使 ATM 層能直接載送 IP 通信協定，因此 IP over ATM 方 式就是採用 IP based 技術，以建構一個能同時支援 ATM 與 IP 服務 的寬頻網路，也就是提供能兼具服務品質之寬頻服務。但傳統的
IP over ATM 技術並未對 IP 及 ATM 兩種不同屬性之技術做完全整 合，因此在網路的維運管理功能上尚待解決。
Managed IP 寬頻網路是由 ATM 寬頻交換系統及 IP 路由器所構 成，因此 IP over ATM 可以被稱為是第一代 Managed IP 寬頻網路，
它可以提供不同服務等級，並具有確保服務品質機制，也就是對各 種不同類型之服務，有提供不同服務品質保証之能力，且能針對特 定使用者提供量身訂作之網路管理功能，它可提供之服務功能如 下：
a.IP 虛擬專用網路 (IP-VPN)：Managed IP 網路可作為企業內之 Intranet 及企業間之 Extranet 虛擬專用網路 (Virtual Private Network: VPN)使用。因為並非實際擁有專屬的實體網路，故稱 為「虛擬專用網路」。
b.網際網路客服中心(Web-based Customer Service: WCS)：它是 整合電話與數據網路，利用網站伺服器(web server)及電腦語音整 合(Computer Telephony Integration :CTI)等相關技術提供全方 位之客服中心功能。
c.多媒體通訊服務(Multimedia Communication Service: MCS)：
它可以提供動態、即時之影音服務，如數位教學、視訊會議、付費 影片等。
e. 通用訊息服務(Unified Message Service: UMS)：它只需接取 一次即可提供諸如電子郵件、影像、語音、傳真等整合信息服務。
(2).MPLS 寬頻網路
MPLS( Multi Protocol Label Switching)是整合接續導向 (Connection Oriented)轉送(Forwarding)與網際網路的路由協定 (Routing Protocol)技術而發展出來的一種網路傳輸技術，它是以 虛擬路徑識別碼(Virtual Path Identifier: VPI) /虛擬通道識別 碼(Virtual Channel Identifier: VCI)作為標籤(Label)之交換技 術，來執行 IP 封包之傳送，在傳送 IP 封包時，MPLS 網路中的標 籤邊緣路由器(Label Edge Router: LER)會先檢查 IP 封包的包頭 (Header)，以便找到此一 IP 封包相對應的等級標籤，這個標籤於 是被貼上 IP 封包，當 IP 封包被送入 MPLS 網路內時，網路中的標 籤交換路由器(Label Switch Router: LSR)會識別封包的標籤值，
再經由網路將封包送到目的地，基本上，整個 MPLS 網路就是由 LSR、LER 運用標簽分配協定 (Label Distribution Protocol: LDP) 信號所構成之標籤交換路徑(Label Switch Path: LSP)所建構而 成。
MPLS 的兩大基本功能:
A.路由及轉送分別處理功能 B.標籤交換轉送功能
MPLS 技術所採用之標籤交換的轉換控制方式，比傳統 IP 使 用網路層之路由方式更快速且有效率，並能針對不同性質之 IP 訊 務配予不同之網路資源，以保證其網路傳輸品質。MPLS 因具有路 由及處理分別轉送功能，以及標籤交換轉送功能之優異技術，必然 的會成為 Managed IP 寬頻網路中的主角。
(3).GSR/TSR 高速交換路由器
高速交換路由器依系統容量可分為十億位元(Gigabit)等 級之交換路由器(Gigabit Switch Router:GSR)，其交換能力可 以達到 10 的 9 次方之高速交換速率，另外一個是兆位元(Terabit) 等級之交換路由器(Terabit Switch Router:TSR)，其交換能力 可以達到 10 的 12 次方之高速交換速率，GSR 及 TSR 都是採用硬 體技術來處理 IP 封包之交換轉送，而路由之控制則仍然使用傳 統之軟體方式。GSR/TSR 與傳統路由器的差別是，在處理轉送定 位(Forwarding Decision)、背板(Backplane)、出線排序(Out Link Scheduling)等，均以硬體方式達成，如圖 2.2，因為是採 用硬體技術作為 IP 封包之交換轉送處理，所以可提升 IP 封包之 傳送速度。另外它對於較複雜或反應時間較長之任務，例如反應 時間大於 100ms 者，則以軟體方式處理，因此 GSR/TSR 高速交換 路由器擁有極高速之資料交換傳送能力。
隨著技術之逐漸成熟，GSR/TSR 將會逐漸主導寬頻網路，值 得我們密切注意。而以 GSR/TSR 高速交換路由器為基礎的 IP 網 路，就有效解決服務品質、資訊安全與維運管理等問題來看，未 來必須輔以 MPLS 技術及功能，才足以構成具有高品質之 Managed IP 寬頻網路。以現階段之技術發展而言，Managed IP 寬頻網路 勢必成為下一代網路之主角，由於 GSR/TSR 所具有之高速交換的 優異性與技術之逐漸成熟，未來 GSR/TSR 終將成為 Managed IP
圖 2.2 高速交換路由器之系統架構圖
資料來源: 王培元，GSR/TSR 高速交換路由器【3】
寬頻網路的核心設備。目前 GSR 已引進國內作為 IP 骨幹網路，而 TSR 尚無應用案例。
2.1.2 用戶接取迴路
目前在用戶寬頻迴路接取技術上，使用最為普遍的有纜線數據 機(Cable Modem)及數位用戶迴路族群(xDSL)。纜線數據機因技術 開發較早，也較早應用於市場，目前以北美地區採用最多。xDSL 數位用戶迴路技術開發雖然較晚，但因係直接連結在現有電話線 (Last mile)遠端，由於施工簡便，使用者可以獨享一定的頻寬，
且品質及效果甚佳，廣受全世界各國使用者所愛用，短短幾年間用 戶數就呈大幅度上升，且已遠遠超過纜線數據機用戶數，以下就纜 線數據機與數位用戶迴路族群(xDSL)加以說明。
(1).纜線數據機
纜線數據機使用在一般所謂的有線電視網路(CATV)，它的一端 接電腦，另一端接同軸電纜(Coaxial Cable)再接入有線電視網 路，因大部分的有線電視系統的資訊都是單向傳送的，因此必需將
單向有線電視網路 CATV 改造成雙向「光纖同軸混合網路」（Hybrid Fiber Coaxial: HFC）後才能上網。
纜線數據機係藉由有線電視網路進行高速資料傳送，下行頻寬 可達 38MHz，上行頻寬達 10MHz，速率從 500kbps 到 10Mbps，它的 特性是多用戶共同使用同一條同軸電纜，也就是多用戶共同分享 38MHz 的頻寬，傳送距離約可以達到 100 公里左右，但因係共享頻 寬，因此在訊務量擁塞的尖峰時刻，速度會顯著的下降。
纜 線 數 據 機 使 用 正 交 調 幅 (Quadrature Amplitude Modulation: QAM)的傳輸方式，資料傳送方式有 16-QAM、64-QAM 和 256-QAM 等，假設下行資料的速度是 64-QAM 時，則它的最大速 率就是 30Mbps,若是 256-QAM 則為 40Mbps。纜線數據機具有兩個介 面，一個接有線電視埠(Port)，另一個與電腦相連接。主要組成元 件為電視接收調諧器、調變與解調變部分，以及加、解密等部分所 組成，除能在有線電視網路進行高速資訊傳送外，還可以作為橋接 器(Bridge)、路由器(Router)、網路控制器(Controller)或集線器 (Concentrator)等使用。纜線數據機將上、下行數位信號以不同的 調變方式調製在一個 6MHz（或 8MHz）頻寬的電視頻道上，接收時，
下行類比信號被轉換為數位信號，以便電腦處理，發送上行信號 時，數位信號被轉換成類比信號，用以能在有線電視網路上傳送。
(2).數位用戶迴路族群(xDSL) 數位用戶迴路族群共包括:
-ISDN 數位用戶迴路（ISDN DSL:IDSL）
-非對稱數位用戶迴路(Asymmetric Digital Subscriber Line:
ADSL)
-高速數位用戶迴路（High bit rate DSL: HDSL）
-單線雙向對稱數位用戶迴路（Symmetric DSL SDSL:）
-甚高速數位用戶迴路（Very High Bit Rate DSL: VDSL）
-可變速率數位用戶迴路(Rate Adaptive DSL: RADSL) 以下就其中常用之技術 ADSL、 HDSL、VDSL 加以探討。
A.非對稱數位用戶迴路(ADSL) ：
ADSL 是利用現有的電話線將類比信號轉換為數位信號的一種 傳輸技術，下行速率從 1.5Mbps 至 8Mbps，上行速率從 16kbps 至 640kbps，在現用的電話線用戶端装設 ADSL Modem(ATU-R)，數位 信號被傳送到局端的 DSLAM(ATU-C)，傳輸距離在 4.5 公里以內。
因係裝設在現用的一般電話線路兩端就能提供寬頻服務，又不影響 電話的同時使用，因此，是一種既經濟又能快速提供寬頻服務的方
圖 2.3 ADSL通道頻譜分佈圖
資料來源：張啟添、王建棠，中華電信有線接取網路現況【23】
Amnlitude
4k 26k 138k 276k 1.104HMz
上行 下行
法。由於在一般使用上都有快速下載的速率需求，因此才有下行速 率較快而上行速率較慢的不對等速率設計，所以稱之為非對稱數位 用戶迴路。ADSL 在頻寬的設計上語音信號部分只佔用 4KHz 的頻 寬，而數據信號則佔用上行 26KHz-138KHz、下行 276KHz-1.104MHz 的頻寬，在語音與數據兩者之間保留有 22kHz 的頻寬保護帶，以隔 絕彼此間之干擾，請參照圖 2.3 ADSL 通道頻譜分佈圖。
在裝設 ADSL 技術上，分頻器(Filter) (亦可使用分歧器 splitter)用以分離語音信號與數據信號。下行之語音信號被分離 至電話機，而數據信號則被送到電腦或區域網路，因此在傳送影音 數據訊號或上網時亦可同時講電話而不受影響。而分歧器或分頻器 的另一功能是，在碰到停電時，雖數據信號無法傳送，但電話仍然 可以暢通。另外在接收隨選視訊之視訊節目時，須加裝機上盒(Set Top Box)，以作為傳送節目選擇信號之用。上行信號在機房的另一 端，電話語音信號被分離到電話交換機，數據信號則被送到接取
圖 2.4 ADSL接取網路圖 資料來源：本研究繪製
多 工 器 (DSLAM) ， 再 接 到 高 速 數 據 骨 幹 網 路 ， 然 後 上 傳 至 ISP (Internet Service Provider)或多媒體視訊設備。圖2.4 即為 ADSL接取網路圖。
至於連接ADSL的應用網路則有以下四種：
a.用戶私有網路（Customer Premise Network: CPN）：適用在 SOHO(Small Office,Home Office)族如工作室或辦公室等，連接 乙太網路時可同時則接數部PC或工作站。
b.接取網路（Access Network: AN）：以電話線連接用戶端的ADSL Modem與局端的接取多工器（DSLAM），經由寬頻骨幹網路送受信 號。
c.區域寬頻網路（Regional Broadband Network: RBN）：連接區 域寬頻光纖網路，例如大都會區光纖環路(Ring)，再引進至大樓電 信室、社區或學校等。
d.服務提供者網路（Service Provider Network: SPN）：包括
．ISP提供服務所建置之網路。
．資訊提供者網路。
．企業內部網路。
．區域營運中心---提供遠端接取及加值服務。
B.高速數位用戶迴路（HDSL）
高速數位用戶迴路具有雙向傳送高速率信號功能，對稱式之 傳送速率為1.544Mbps（T1）或2.048Mbps（E1），它是利用二對 電話線連接局端設備HTU-C（HDSL Termination Unit-Central
Office）與用戶端設備HTU-R（HDSL Termination Unit- Remote Office），如圖2.5，二對線皆為雙向傳輸，於傳送信號時解多工 成24路，第1-12路為迴路1，第13-24路為迴路2，此兩迴路信號經 過攪拌電路攪散，被攪散後的資料送入HDSL信號碼框，分別在二
圖2.5 HDSL迴路示意圖
資料來源：張啟添、王建棠，中華電信有線接取網路現況【23】
對線路同時傳送，每對線各傳送一半的信號，因此可以增長傳送距 離，T1 可約至 3.6Km，E1 可約至 2.7Km 左右。
C.甚高速數位用戶迴路(VDSL)
甚高速數位用戶迴路(VDSL)分為對稱式與非對稱式兩種：
a.非對稱式：下行速率為52Mbps，上行速率6.4Mbps，傳送距離約為 300公尺，但傳送距離可隨速率之降低而增長。
b.對稱式：速率約為34Mbps，傳送距離約為300公尺，傳送距離亦可
碼框 +TS1-12
用戶端接
迴音消除 岔 路 器 碼框
+TS1-12
用戶迴
對
岔 路 器
迴音消除
局端送收
碼框 +TS1-12
碼框 +TS1-12
HTU- HTU-
隨速率之降低而增長。
VDSL 主要裝在用戶與光纖網路間之銅線兩端以傳送高速數位信 號，適用於大樓、社區網路、校園網路、視訊會議與多媒體網路等，
VDSL 在300 ∼ 900公尺距離時，其接取速率可達26Mbps ∼ 52Mbps，
適合多部電視機同時接收高品質影像之信號，因之未來 VDSL 將逐漸 取代 ADSL，並逐步成為用戶寬頻網路接取設備之主流。
D. Cable Modem 與 ADSL 及 VDSL 之比較
Cable Modem 是接在同軸電纜而後連接到有線電視網路，是多 用戶共享頻寬，而 ADSL 則是裝在電話線的兩端，用戶可獨享一定 的頻寬。由於用戶迴路逐漸走向光纖化，光纖到樓（FTTB）、光纖 到府（FTTH）已取代了絕大部分的銅纜，剩下的最後一哩(Last Mile) 的銅線大多不會超過300公尺，所以極適合使用 VDSL，以提供多媒
表2.1 ADSL,VDSL 與 Cable Modem 之比較表
資料來源：本研究繪製 項 目 ADSL Modem VDSL Modem
(非對稱式)
Cable Modem 傳輸媒體 ㄧ般電話銅線 ㄧ般電話
銅線
光纖+同軸電纜 下行速率 Up to 8Mbps
專屬
up to 52Mbps 專屬
27 to 56Mbps 共用 上行速率 最高 640kbps
專屬
最高 6.4Mbps 專屬
up to 3Mbps 共用
保密性 佳 佳 尚可
傳送技術 CAP or DMT CAP or DMT UP:QPSK/16-QAM Down:64-QAM/256- QAM
可靠度 穩定 穩定 隨電視節目多少而
變動
使用分類 獨用 獨用 多戶共用
體服務，因此未來 VDSL 將逐漸取代 ADSL，表2.1 顯示三者之差異。
2.1.3 用戶光纖迴路
光纖電纜是由純玻璃製成，利用光子(Photon)傳送訊號，訊號 必須先經由光電轉換設備把電子0與1信號轉換成光碼0與1後，再在 光纖電纜傳送，光纖電纜不受電磁影響，也不會產生輻射，是絕佳 的通信傳輸材料，在應用上以光纖取代目前用戶電話銅線，把光纖 拉到用戶的家裡是全世界各先進國家多年來努力的目標，以下就用 戶光纖迴路 FTTx 族群與以乙太網路作基礎之光纖到樓網路
(Ethernet-based FTTB) 提出說明。
(1).FTTx 族群
FTTx 族群包括:
光纖到路邊（Fiber To The Curb: FTTC）
光纖到府（Fiber To The Home: FTTH）
光纖到樓（Fiber To The Building: FTTB）
光纖到學校（Fiber To The School: FTTS）
光纖到桌邊（Fiber To The Desk: FTTD）等等
惟既使光纖已經拉到府上(FTTH)甚至到桌邊(FTTD)，但主要的 問題點是光纖到終端設備間尚有一段銅線，必須加裝光電轉換設 備，因為設備既複雜且昂貴，是極待克服的技術。目前光纖到樓 (FTTB)之技術已能解決，且技術已相當成熟，也就是將光纖接入大
樓電信室之遠端電信設備，如遠端數位交換機(RSU)、數位用戶交 換機(DPABX)或數位用戶迴路集線機(DLC)等，再以 xDSL 或乙太網 路接到用戶終端設備，其應用範圍為辦公大樓、住宅大樓、大社區 及校園網路等，因為以目前的技術與價格而言，雖然用戶光纖到大 樓已大大的縮短了銅線的距離，但最後一哩(last Mile)的用戶銅 線仍無法避免，因此必須利用 xDSL 的技術把最後一哩的用戶銅線 數位化，它不但提升了傳輸品質，更大幅提升了用戶接取網路的頻 寬，也使得光纜到府的理想得以加速的推展，顯然在推展用戶迴路 數位化的同時，xDSL 扮演一個極重要的角色。
(2).以乙太網路作基礎之光纖到樓網路(Ethernet-based FTTB) Ethernet-based FTTB是結合乙太網路與光纖到樓的一種網路 技術，以GESW(Gigabit Ethernet Switch)光纖網路加上無遮蔽式 雙絞線(UTP)超五級佈線(Category 5e cabling)的乙太網路，就是 所謂的Ethernet-based FTTB網路。它以光纜完全取代銅纜，除可 避免干擾外，傳輸品質更佳，當資訊透過乙太網路傳送封包時，為 減少通信協定的轉換，以提昇傳輸效率，於是採用光纖結合乙太網 路 技 術 之 Ethernet-based FTTB 網 路 構 想 ， 終 於 實 現 了 。 Ethernet-based FTTB是以乙太網路作為基礎，再連接到光纖骨幹 網路的一種技術，Ethernet-based FTTB的高頻寬網路特性，可提 供個人及企業用戶高速上網、高速點對點TLS（Transparent LAN Service）服務、企業VPN、校園寬頻網路及多媒體(MOD)服務等接 取 服 務 。 與 ATM-based FTTB 或 ATM-based ADSL 網 路 來 比 較 ，
Ethernet-based FTTB網路除了架構簡單，障礙較少，性能可靠，
價格比較便宜外，尚具有容易升級及可擴充性等之優點，它不但適 合作為光纖到集合住宅、大樓、大社區網路等，更是作為校園寬頻 網路的最佳選擇，因為乙太網路能提供從10Mbps，100Mbps，1Gbps、
10Gbps逐步升級至超高速率的特性，就長遠性來看，足夠滿足校園 網路未來對頻寬的需求，確實是一種符合經濟性與可靠性的校園寬 頻網路模式，圖2.6為其網路架構。台灣第一個100Mbps FTTB-based Ethernet 校園寬頻網路是由筆者所建置，已於2002年初在新竹市
正式啟用。
圖 2.6 Ethernet-based FTTB 網路架構 資料來源:本研究繪製
2.1.4 區域網路(Local Area Network)
區域網路的種類很多，惟長久以來的使用與競爭的結果，乙太
網路脫潁而出，已廣為使用者所愛用，目前已佔有全球九成五以上 的市場，可謂一枝獨秀，由於其獨占性，因此以下僅就乙太網路作 說明。
乙太網路系統最早是由Xerox所建立，1980年由DEC、Intel與 Xerox共同發展而建立一個DIX Ethernet標準，並以開發人的姓名 而 命 名 。 Ethernet 採 用 的 是 電 機 電 子 工 程 學 會 (Institute of Electrical and Electronics Engineers: IEEE)於1985年所發佈 的IEEE802.3標準，應用在本地區域網路(Local area network:
LAN)，使用同軸電纜，其後加入了無遮蔽式雙絞線（Unshielded twisted-pair: UTP），使得傳輸速率因而可以達到10Mbps，所以 也被稱為10Base-T ( T就是Twisted Pair )標準。1995年通過的IEEE 802.3u標準，使乙太網路的速率可以達到100Mbps，也因此稱之為 100Base-T。由於可以簡易的從10Base-T升級到100Base-T，使得 100Base-T乙太網路得以容易且快速的發展，乙太網路因此得以迅 速的朝校園區域網路(Campus Area Network:CAN)、都會區域網路
圖 2.7 乙太區域網路擴展圖
資料來源: LUXPATH Networks【63】
(Metropolitan Area Network:MAN) 、廣域區域網路(Wide AREA Network:WAN)等領域擴展，如圖 2.7。
由於乙太網路已使用了超過二十年的歷史，全世界目前有超過 95%的區域網路（LAN）都是採用 Ethernet 網路，是歷史上被開發 且 使 用最 廣 泛的 網 路技 術 。而 伴 隨著 802.3z. 、 802.3Ab.及 802.3ae 等標準的制定，1G Gigabit Ethernet 及 10G Gigabit Ethernet 乙太網路都已陸續在網路上應用，1G Gigabit Ethernet 可以使用光纖或無遮蔽式雙絞線，採用無遮蔽式雙絞線時，則被稱 為 1000Base-T，2000 年制定的 802.3ad 標準，如圖 2.8，更將 10/100/1000Mbps Ethernet 標準整合，由於與現有的 10Base-T、
100Base-T 乙 太 網 路 都 是 採 用 相 同 的 CSMA/CD(Carrier sense multiple access with collision detection)協定與標準，其 100Mbps 的高速速率，使得乙太網路的應用領域更加廣泛，逐漸從 區域網路延伸至寬頻骨幹網路。而 10G Gigabit Ethernet 乙太網 路是使用光纖電纜介面，傳輸距離可達到 40 公里，因此極適合作 為大都會區分校與母校間的校園寬頻網路，或作為兩個不同學校間 之校際寬頻網路。
目前在全世界，乙太網路已是非常的普及，究其原因，最主 要的是要歸功於網路架構簡單而穩定，更因802.3ad標準的制定，
將乙太網路整合了10/100/1000 Mbps Ethernet 鏈路（Link）標 準，使得網路可容易的從10BaseT、100BaseT，及更高速率的 1000Base-T依需要逐步升級。
圖2.8 乙太網路標準發展年代圖 資料來源:Extreme Network【74】
2.2 教育網路
由於網路技術之進步、資訊科技之發達，政府在推動國家資訊 基礎建設（National Information Infrastructure，NII）時已將 教育部所主導之遠距教學先導系統視為一項工作重點，期望發展並 建立各項遠距教學軟、硬體環境，以推動各項教學課程。而這顯示 了未來學習環境將不再侷限於校園課堂，甚至將擴大至全國任何角 落，乃至於全世界。藉由寬頻網路之連接，校際互動及與國外之連 線都將成為輕而易舉，學習領域與視野亦將因此而擴大，無論教材 之取得或進行數位學習活動都將無遠弗屆，「網路教學」以及「數 位學習」已成為未來學習中必然之重要潮流。而數位教學與數位學 習之主要基礎便在於如何建構一個足夠頻寬與高品質、高穩定度的 10 Mbps Ethernet IEEE 802.3-1980s
100 Mbps Ethernet IEEE802.3u-1993-1995 1000 Mbps Ethernet IEEE 802.3z, 802.3ab
1995-1999/2000
10/100/1000 Mbps Ethernet Link Aggregation IEEE 802.3ad, 1997-2000
10 Gigabit Ethernet IEEE 802.3ae, 1999-2002
教育網路。換言之，教育網路可說是網路教學與數位學習最基本而 重要的要件之一。
而所謂教育網路，在電信總局“學術、教育或專為網路研發實 驗目的之電信網路設置使用管理辦法＂【35】中定義如下：
學術、教育電信網路指供學術、教育使用，並符合下述「目的」
而設置使用之通信網路:
(1).支援教學、學術或研究之應用。
(2).建構學術、教育電信網路，提升學術水準，促進研究發展。
(3).整合學術或教育等電信網路資源。
學術、教育電信網路最熟悉的應用為「數位學習」或「遠距教 學」，事實上它是一種利用寬頻網路作為媒體的教學方法，也就是 利用光纖寬頻網路作為平台，來創造出「虛擬實境」(Virtual Reality)的學習環境，擴大並充分利用網路資源，以達到相互交流 學習之目的。
教育學術網路主要分成國家級學術研究網路、大學學術寬頻網 路與中小學教育網路，以下分別就此加以探討。
2.2.1 國家級學術研究網路
有關國家級學術研究網路，包含有目前各級學校上網所使用之 台灣學術網路，以及剛建設完成之亞太中樞計畫--高品質學術研究 網路兩大網路，茲說明如下。
(1).台灣學術網路（Taiwan Academic Network，TANet）
TANet 是教育部為構建網路化之校園環境以及提升各級學校
電腦應用而建設者，規定使用者只限定為老師與學生，目前全省各 中小學不僅都有電腦教室可以連上 TANet 網路，而且各級學校連線 到 TANet 網路比率已高達百分之百，依據資策會【33】統計，截至 2003 年 3 月底為止，總計 TANet 用戶數約達 345 萬戶，預期未來 用戶數成長還會緩慢增加。資策會指出就作為學術網路而言，如何 使學術網路之應用務實化，才是積極推動的目標，這些包括如何營 造一個優良的數位學習環境、教師資訊素養的培育以及充實數位學 習內容(Content)等等。基本上，要實現一個具有效率、有效果且 多元化的學習環境，必須先要有寬頻網路之建立，從而帶動新的個 人化數位學習方式，而一個新的數位學習方式，就是在藉由寬頻網 路來突破時空限制，台灣學術網路就是透過寬頻骨幹網路連接到區 網中心及縣市網中心，再連接用戶光纖網路到各級學校。
(2). 亞 太 中 樞 計 畫 -- 高 品 質 學 術 研 究 網 路 (Taiwan Advanced Research & Education Network，TWAREN)
TWAREN 的建置為配合六年國家發展計劃之一環，主要目的在 建置一個合乎國際高標準、高品質之國家寬頻學術研究光纖網路，
以作為學術界各種應用之網路平台，TWAREN 除可以加速國內知識 交流外，未來並可成為亞太教育與研發的資訊連結中心，更可提昇 台灣對國際科技合作能量，提升台灣對全球高科技的影響力。而依 據國家實驗研究院籌備處國家高速網路與計算中心【22】對此網路 設定之目標為：
A.建置高速、穩定之骨幹網路及都會網路。
B.建置網管專用電路。
C.提供網路管理及服務等級承諾（Service Level Agreement: SLA）
資訊。
D.提供國內電信業超高速網路寬頻經營環境，藉以培植國內寬頻網 路應用及維運人才，以提升國家寬頻高速網路的技術能力。
E.促進國家資訊基礎建設升級，促進寬頻網路應用；從而引導寬頻 網路電路租用成本，促進網路電子商務及活絡網路電子經濟活 動，拓展電信網路市場。
TWAREN 網路包含四個主節點為：
A.國家高速網路與計算中心新竹科學園區本部。
B.台南科學園區分部。
C.台北科技大樓。
D.台中機房。
而其 POP(Point of Presentation)包含台灣大學、中央研究 院、中央大學、交通大學、清華大學、中興大學、暨南大學、中正 大學、成功大學、中山大學、東華大學。共分為 A 環路與 B 環路，
其 POP 至主節點間之線路頻寬需求如表 2.2 所示。
表 2.2 POP 至主節點間之線路頻寬需求 A 環路
線路建置編號 POP 主節點 頻寬需求 MA01 台灣大學 台北 10Gbps MA02 東華大學 台北 5Gbps 以上
MA03 中央大學 台北 10Gbps MA04 中央研究院 台北 10Gbps MA05 中興大學 台中 10Gbps MA06 暨南大學 台中 5Gbps 以上 MA07 中正大學 台南 10Gbps MA08 成功大學 台南 10Gbps MA09 中山大學 台南 10Gbps MA10 交通大學 新竹 fiber MA11 清華大學 新竹 fiber
B 環路
線路建置編號 POP 主節點 頻寬需求
MB01 中央大學 新竹 10Gbps 或 fiber MB02 中正大學 台南 10Gbps 或 fiber MB03 成功大學 台南 10Gbps 或 fiber MB04 中山大學 台南 10Gbps 或 fiber MB05 交通大學 新竹 fiber
MB06 清華大學 新竹 fiber MB07 台灣大學 台北 fiber MB08 中央研究院 台北 fiber
2.2.2 大學學術寬頻網路
國家實驗寬頻網路(National Broadband Experimental Network: NBEN)為專供台灣大學、中央大學、清華大學、交通大 學、中興大學、中正大學、成功大學、東華大學、高速電腦中心與 中華電信研究所使用，於九十二年底亞太中樞計畫--高品質學術研 究網路(TWAREN)建設完成後，開始併入 TWAREN。目前上述各大學 都已包含在 TWAREN 的 POP 之內，而各 POP 內之十所大學在 A 環路 者除交通大學與清華大學採用光纖連接到 TWAREN 外，東華大學與 暨南大學為 5Gbps 之頻寬，其餘各大學都為 10Gbps 頻寬。在 B 環 路中央大學、中正大學、成功大學與中山大學可能採 10Gbps 頻寬 外，其他均為光纖，請參閱表 2.2。
事實上不論是公立大學或私立大學或多或少也都有自建的校 際學術網路，以作為學校間學術研究合作之用，或作為數位教學與 遠距教學之用。
台灣大學於民國八十四年利用台大醫學展示會場之寬頻網路 與交大、清大連線進行國內首度遠距教學課程，同年完成台大、清 大、交大之高寬頻網路互連，八十五年同意互相承認遠距教學課程 學分【42】。而近年來 e-Learning 在各大學和推廣教育上被廣泛運 用，目前利用寬頻網路進行 e-Learning 的有台大、政大以及交大、
台灣師大等，並透過衛星、寬頻網路或是網路電視等管道，進行遠 距教學。至於各大學自建之學術寬頻網路，除作為教育推廣之外，
其餘則屬於校際間互連之封閉式學術研究網路，數量甚多，在此便
不再一一探討。
2.2.3 中小學教育網路
在中小學資訊教育發展中，教育部於 1999 年追加六十四億七千萬 元經費加速建設中小學資訊教學環境，目的在使得校校有電腦教室，
且有專線連上網路，同時補助經費讓中小學老師都有機會在學校參加 資訊素養培訓課程【11】，目前各中小學已經是班班有電腦，各級學校 並加速在建立寬頻網路的教學環境。在教育部中小學 ADSL 上網專案 中，中華電信採用以 ATM 為主的 ADSL 寬頻網路，獲得全國中小學上網 建設案之機會，全案採用 ATM-Based 為主的 ADSL 寬頻網路，並以 STM-1 為骨幹網路，其傳輸速率達 155.52Mbps，如圖 2.9 所示。
圖 2.9 ATM based ADSL 網路 資料來源:本研究繪製
中小學教育網路是經由縣市網中心到區網中心，再接到台灣學 術網路(TANet)，各縣市網中心至區網中心各採用一條 45Mbps 的 PVC 寬頻網路，因此各縣市網中心均採用 PVC 連線方式，設備亦須 配合支援 STM-1 的 ATM 介面模組，路由器為 IP over ATM 方式。用 戶 IP 位址為固定式，但為因應未來訊務量成長需求的考量，各中 小學可選擇增加頻寬，並將固定 IP 改用態動(Dynamic)IP，其優點 為【4】︰
(1). 具 有 3A 功 能 : 即 認 證 (Authentication) 功 能 、 授 權 (Authorization)功能、記帳(Accounting)功能，以防止 IP 被盜 用。
(2).可以依客戶需求連接到不同 ISP，以提供各種不同新服務。
圖 2.10 校園寬頻網路架構 資料來源: 本研究繪製
中小學校園寬頻網路全國共分為北、中、南三個區，每一個區各 涵蓋數個縣市，每一縣市各設置有縣市網中心，各縣市中小學校以 T1 電路或 STM1 光纜彙集至縣市網中心，再彙接至區網中心，最後連接至 台灣學術網路(TANet)。而北區中小學校園寬頻網路共設置四個區網中 心，八個縣市網中心，中區中小學校園寬頻網路共設置一個區網中心，
六個縣市網中心，南區中小學校園寬頻網路共設置四個區網中心，九 個縣市網中心。
2.2.4 新竹市中小學校園寬頻網路
新竹市政府在有限經費下積極推動建置中小學校園寬頻光纖網 路，目標為每校均有 100Mbps 的聯外頻寬網路，以發展各種寬頻網路 教學。中華電信基於回饋地方及教育事業不以營利為目標之理念，以 1,100 萬元標下「新竹市中小學光纖網路建置工程」案，實際總建設
區網中心 縣市網中心 學 校
圖 2.11 中小學校園寬頻網路與校園網路 資料來源：本研究繪製
校園寬頻網路
中小學 校園網路
骨幹網路
骨幹網路
TANet
金額超過 2,240 萬元(含管線及機房建設，並提供各中小學每校乙部市 價 14 萬元之 L3 Switch 共 41 部)【20】。新竹市中小學校園寬頻光纖網 路 採 用 「 Ethernet-based FTTB 校 園 服 務 」 網 路 架 構 ， 以 GESWr(L2GES)+FOT 網 路 架 構 供 裝 ， 速 率 最 高 可 至 100Mbps ， 是 ADSL(1.5Mbps) 的六十六倍快，這樣的高速光纖寬頻網路系統，使各 個學校有更大的網路教學空間，新竹市各中小學也自此邁向光纖頻寬 網路、多媒體視訊教學的新世代，Ethernet-based FTTB 校園寬頻網
路架構具有高頻寬及雙向對稱性傳輸功能，大幅提升過去以銅線供裝 ADSL 方式之速率，在新竹市教育局、市網中心及各個學校支援下，新 竹市 Ethernet-based FTTB 校園寬頻網路於 91 年 12 月 10 日建設完
圖 2.12 新竹市中小學光纖網路架構圖
資料來源： 徐慶銘 新竹市立中小學光纖網路簡介【20】
成，經過兩個多月的連線測試，全市 41 所中小學都達到預期之速率與 應用效果，新竹市從此邁入中小學全光纖化寬頻網路時代，同時成為 全國第一個提供中、小學 100Mbps 聯外頻寬網路的縣市，也是全國推 動 e 化速度最快的城市。要打造新竹市成為科技、資訊的文化城市，
必須先提升國民教育的品質，而新竹市中小學光纖寬頻網路正是推動 e 化的搖籃。新竹市不只是全國第一個「班班有電腦，校校有光纖」
的縣市，學生不但可利用電腦作為各學科的學習工具，老師與學生亦 可隨時透過電腦來進行網路教學與網路學習，未來更可以藉由共享網 路資源，以發展出更多更好的網路教學互動模式。高頻寬光纖網路，
不僅可進行視聽同步教學，還能與多媒體視訊系統結合，以擴大網路 教學之領域與內涵。新竹市的市網中心設在東門國小的教師研習中 心，這套系統已與全市四十一所中小學以 100Mbps 的速率連接。而在 中華電信機房端則以每十所學校為單位，構成 1GMbps 的環狀網路 (Ring)，如圖 2.12，以確保網路暢通而不中斷，因此將可提供網路教 學、互動式數位學習、多點視訊及隨選視訊等服務，成為網路教學及 全民學習的最佳環境。新竹市新完成的光纖網路，不僅使新竹市成為 國內率先全面建置中小學 100Mbps 速率校園光纖寬頻網路的縣市，未 來更可向上延伸到大專院校，下一步新竹市有機會在全國優先使用中 華電信的「互動式多媒體」(MOD)系統 ，將之結合在現有的教育網路，
以擴大網路教學資源，未來更可透過光纖網路與世界接軌，擴展學子 國際視野，讓全市資訊電腦教育內容更多采多姿。
第三章 網路教學與數位學習
本章包括網路教學與數位學習二大部分，以下謹就此二大部分 分別加以說明。
3.1 網路教學
網路教學是一種利用寬頻網路作為媒體的教學方法，也就是利 用光纖寬頻網路作為平台，來創造出「虛擬實境」(Virtual Reality) 的學習環境，擴大並充分利用網路資源，以達到教學與學習之目的。
若是使用隨選視訊(Video On Demand)，則可以隨時提出發問，因此 它是一種互動式且多樣化的學習方式，除了具有生動的效果之外、
更可培養出個人自動學習及持續學習的學習模式。
3.1.1
遠距教學(Distance-Learning)
遠距教學的涵意是老師將教學節目透過寬頻網路將聲音及影 像傳送到遠方學習者面前，以進行同步教學與同步學習，它是即時 的 (Real Time) 、 互 動 的 (Interactive) 一 種 虛 擬 實 境 (Virtual Reality) ，可以是針對個人、亦可以是一群學生以及一個無遠弗 屆的網路所及之各個角落。
遠距教學之首要目標是在打破時空限制，廣泛利用各地豐富的 教學資源作即時之傳播，建立同步學習及其互動性，至於如何將網 路教學融入既有之教學環境，有以下三種型態【11】，即：
(1).「以傳統授課為主，網路節目為輔」之網路輔助式教學。
(2).「以網路節目為主，傳統授課為輔」之網路主導式教學。
(3).全程網路式教學。
遠距教學的優點是學生可以從豐富的網路資源中不斷擴大新知 識領域，廣增視野，獲取不同的觀點與意見，擴大應用層面，使能 在互動式學習中進行討論，使其對所學更加瞭解。而推展網路教學 的基本要件是，必須具有足夠的「網路頻寬」與優良的「網路品質」， 以下就此兩部分分別加以描述。
3.1.2 網路頻寬與寬頻網路
「頻寬」一辭依據「網路與通訊百科全書」【13】之定義：「頻 寬是指在通訊的頻道中最高頻率與最低頻率間的差」。
「寬頻」(Broad Band)一般以用戶迴路和局間中繼傳輸電路分 開定義，目前用戶迴路之數據傳輸速率在每秒 64 千位元(64 kilobit per second: 64Kbps)以上者即被稱為「寬頻」，64Kbps 以下者則相對的被稱為「窄頻」(Narrow Band)。但因技術日新月 異，在應用上速率之需求也愈來愈高，因此有人認為目前寬頻一詞 至少應定義在 128Kbps 以上或更高。
至於局間中繼傳輸電路在應用上，一般認為若其傳輸速率在美 規每秒達 1.5 百萬位元，即 1.5Mbps(T1)或歐規在 2.0Mbps(E1)以 上時，即稱之為「寬頻」，但因骨幹傳輸速率愈來愈高，10Gbps 之 應用已非常普遍，因此就骨幹電路而言寬頻一詞已無須再予以定 義。
3.1.3 網路品質與影像品質
在數據網路傳輸上，就網路的要求而言，語音必須是即時(Real Time)的，但容許誤碼(Error Bit)，而數據的要求是不容許誤碼，
但可容許延遲(Delay)。網路品質一般都以網路穩定性來看，而依 據中華電信的網路障礙統計，影響網路傳輸不穩定最常見的毛病 是：
(1).瞬斷﹕在接收數位信號時，傳輸線路發生短暫的中斷現象，
以致造成信號的流失。
(2).滑失(Slip)：數位信號在傳輸途中因為線路不穩定或線路品 質不良，因而造成訊號比次流失。
(3).抖動(Jitter)：因線路畸變而造成的類比通訊線路失真，會造 成資料的耗損。【32】
經常性的瞬斷大都是線路接觸不良或零件不佳所造成， 特別 是在高速傳輸時會造成大量資料的流失。
就影像品質而言，通常傳送圖像或影片時，一般要經過三個 步驟：(1)掃描圖像，(2)加以數位編碼，(3)壓縮檔案。壓縮可以 降低訊號傳送量與所需頻寬，但也同時降低還原後的圖像品質，常 用的 JPEG(Joint Photographic Expert Group)編碼，可達到 10 倍以上的壓縮比，若以傳送整個銀幕的 JPEG 檔為例，以 1.5Mbps 的速率傳送時，約可在 0.5 秒內完成，彩色電視若採用 MPEG1,MPEG2 或 MPEG4(Motion Picture Experts Group 4)技術，其壓縮比可達 到 50 以上，因此可大大節省頻寬，其影像仍可保持相當清晰，所 需速率在 1.5Mbps 至 6Mbps 不等。
3.1.4 台灣推動網路教學的基本條件---網路基礎建設剖析
二十世紀末葉，網路科技的突飛猛進，全球各先進國家無不
致力於建設國家資訊高速網路，在規劃網路教學與數位學習計畫 中，皆有明確的教育寬頻網路的發展目標、方向和願景，期能在寬 頻網路之建設方面領先群倫，寬頻網路的衡量因素須包括寬頻網路 普及率、網路頻寬、網路內容與應用等等，而在推動網路教學之首 要條件，就是要有完善的網路基礎建設(Infrastructure)。
(1) 寬頻網路的成長
近幾年來由於ＡＤＳＬ的大量建設與大力推展，寬頻上網用 戶也呈現大幅度的成長，依據資策會的統計截至 2003 年底止，我 國經常上網人口為 883 萬人，寬頻用戶數已達 289 萬戶，電話撥接 用戶數為 399 萬戶，固接專線用戶數為 1.5 萬戶，ISDN 用戶數為 1.2 萬戶，TANet 用戶數為 358 萬戶。xDSL 為最主要的寬頻上網方 式，用戶數達 259 萬戶，Cable Modem 用戶數為 30 萬戶，其中 1.5Mbps 高速寬頻用戶急速增加，網際網路連網應用普及率為 39%，預計 2004 年將進入高速寬頻時代，各種網路應用將更為熱絡。
TANet 為專供師生免費上網，目前各級學校連線比例高達 100%，各中小學皆有電腦教室可連上網路，是我國培養網路使用人 口的主要來源。
(2) DSL 寬頻普及率
數位用戶迴路(DSL)及纜線數據機(Cable modem)是世界各國 用以將窄頻用戶迴路升級為寬頻網路的兩種技術，近幾年來中華電 信投入大量資金，積極建設光纖網路及非對稱性用戶迴路(ADSL)，
寬頻網路已涵蓋了台灣所有的城鄉及邊遠地區，尤其是廣建學術網
路及縣市校園寬頻網路，更造就了台灣學童得以享受高度寬頻網路 的網路學習環境。依據英國 Point-Topic 2003 年底的資料統計，
台灣寬頻連網率排名全球第四，其中 DSL 連網率達每百人擁有 12.5 條線路，連續兩年在全球排名蟬連第二名。顯示台灣在政府與電信 業者共同努力之下，已打造了台灣成為高度寬頻網路化的國家，這 也是台灣得以大力提倡網路教育與數位學習最大的資源與利點之 一。
(3) 網路整備度
網路整備度指數主要由三項指標所組合而成，分別為「環境 指標（Environment）」、「整備度指標（Readiness）」及「使用情況 指標（Usage）」。世界經濟論壇（World Economic Forum，WEF）於 2003 年 12 月 9 日發表了 2003-2004 年最新全球資訊科技報告
（Global Information Technology Report 2003-2004），依據此 次公佈的數據顯示，台灣從 2002-2003 年全球的 82 個國家排名第 9 名，落至 2003-2004 年 102 個國家中的第 17 名。網路建設的完 備程度是一個國家推動網路教育的基本條件，目前在台灣共設有 11 個區域網路中心(以下簡稱區網中心)，並在各縣市共設有 20 個縣市網路中心(以下簡稱縣、市網中心)，全省各個中小學的校園 網路，經由縣市校園寬頻網路連接到縣市網中心，再經由骨幹網路 連接到區網中心，最後連接到 TANet。在台灣，實際上網路已佈滿 全省各個角落，但依據 WEF 資料顯示落後的主要原因為，台灣在「個 人使用情況」及「企業使用情況」皆落後，故政府在個人及企業使
用情況的推動上仍有待加強。
3.2 數位學習
數位學習是一種利用網際網路(Internet)或寬頻網路，做線 上(On-Line)語音學習或多媒體(Multimedia)學習的一種學習方 式，由於網路的四通八達與無遠弗屆，使得學習已不在侷限於校園 課堂，也使得學習打破了時空限制，並已容入了企業與社會各階 層，是一種更有績效的學習方法，茲僅就數位學習及相關配合環境 說明如下。
3.2.1 數位學習族
寬頻網路的環境創造了一群所謂的「數位學習族」，他們利用 寬頻網路與學校或圖書館連線學習以獲取知識，而其地點可不必固 定在學校課堂上。寬頻網路不僅可提高「網路學習族」的學習效率 和品質，學習的地點也更具有彈性，只要可以連上寬頻網路的地 方，都可以隨時隨地學習，例如在學校、圖書館、家中、網咖甚或 在國外等。寬頻網路是網路學習的根本，而筆記型電腦加上無線網 路卡更是「網路學習族」得以隨時隨地學習的標準裝備。
寬頻網路之所以可提高網路學習品質的原因，主要在於寬頻網 路提供了一個更有效率的溝通管道，例如學術機構、教育機構、政 府機關等等，都可以利用寬頻網路提供更多樣化的學習資源、更豐 富的內容、更迅速的服務，進而顯著地改善了人們的溝通品質和效 率，使得全國民眾都能生活在寬頻網路的 e 化社會裡。
