【我們為什麼挑選這本書】為什麼需要知道通訊原理？為的就是成為懂人生的人。請用這個角度想想，如果你看到一個人在買電腦時，懂得哪種顯示卡比較好，哪種 CPU 最適合，難道不會打從心底佩服他？我們心生敬佩只因兩個字，獨立。這個人的獨立立於他知道自己需要什麼，並且具備足夠的知識。就好比一個人知道自己應該要吃什麼對身體最好，知道自己需要怎麼學習才能達到最高效果一般。這個人不追求最好、最炫，他追求最適當、最符合自我。而這種「獨立」才是人們內心最渴望與敬佩的人格特質。
日本作家井上伸雄寫《全彩圖解通信原理：每天都在用的網際網路、行動通信，你了解多少？》，解釋網際網路的通訊原理，作為冷知識、電信業、創新的基石。（責任編輯：陳伯安）
通信纜線所使用的光纖，材料是非常純淨且細如髮絲的石英玻璃纖維，最近還有塑膠做的光纖，但通信網路使用的光纖都是非常清透的玻璃光纖。
玻璃雖然透明，但厚度愈厚，光穿過玻璃就衰減愈多。一般玻璃只要 15 公分厚就能讓光線衰減一半，相機或望遠鏡所使用的光學玻璃鏡片則需要 4 公尺厚，但光纖所使用的石英玻璃得要 15 公里厚才能達到這樣的衰減。這種極為清透的玻璃以矽（Si）為原料進行合成，矽的純度就像電晶體﹙Transistor﹚、積體電路﹙Integrated Circuit, IC﹚、大型機體微電子電路﹙Large-Scale Integrated Microelectronic Circuit, LSI﹚等半導體材料一樣高。
光纖是直徑 125μm（微米，1 微米等於千分之一 mm）的玻璃絲，中央直徑不到 10μm 的部分是芯（core），折射率比周圍的部分高，而周圍折射率較低的部分則稱為殼層（cladding）。因為玻璃本身容易折斷，所以外層要以紫外線硬化樹脂之類的包層來補強（見圖 1）。
光線全反射：殼層折射率比芯還低，所以就算彎曲光也跑不出管線
光線如果從高折射率的玻璃出發，碰到低折射率玻璃（或空氣）的界面，就會像 A 一樣改變角度穿出去，但如果接觸時的角度很小，光線就無法穿透介面，而是像 B 一樣在界面反射，再次回到高折射率玻璃中，這稱為光線的全反射，光纖就是運用這個原理的產物﹙見圖 2﹚。由於殼層的折射率比芯部要低，當光線進入光纖的芯部，就會在芯部與殼層的界面發生全反射，而在芯部中無遠弗屆，即使光纖稍微彎曲，光線也不會洩漏到芯部外面，這就是光纖的傳輸原理（見圖 3）。
區域網路 LAN 使用光纖，就無信號因距離而衰退的問題
區域網路（Local Area Network, LAN）是公司、工廠、學校等建築物內所使用的電腦通訊高速網路，而電話網路、網際網路涵蓋範圍大的網路則稱為廣域網路（Wide Area Network, WAN）。WAN 是由專門的電信公司架構而成，LAN 則限定在建築物內，任何人都能自由設置。
LAN 的格式五花八門，但是大部分都是採用乙太網路（Ethernet）格式，由於 LAN 的傳輸距離較短，傳輸速度比 WAN 更快，目前主流速度有 100M 位元/ 秒與 1G 位元/ 秒兩種，甚至還出現了 100G 位元/ 秒以上的款式。
請看圖 1，乙太網路是以集線器（HUB）為中心，用纜線連接個人電腦等各種終端機器，如果使用銅線，最大連接距離是 100 公尺，由於距離較短，可以進行到 1G 位元/ 秒的高速傳輸。LAN 所使用的纜線稱為 LAN 線，由兩條銅線搓成一對雙絞線，一條纜線裡有四對雙絞線，適合高速傳輸。如果使用光纖纜線，可以大幅拉長距離，又沒有傳輸速度限制，傳輸速度更快。
集線器是連接終端機器進行通訊的一種開關，也稱為 LAN 開關，而用來指定傳輸位置的編號稱為媒體存取控制位址﹙Media Access Control Address, MAC， 也稱實體位址﹚。乙太網路會把資料信號切開，裝入一定長度（位元數）的 MAC 框架中進行傳輸，框架就含有 MAC 位址，所以 LAN 開關可以將資料送達 MAC 位址所指定的終端機器。如果想使用更大範圍的 LAN，可以採用圖 2 的方法，將 HUB 連接在一起，而且傳輸速度不同的機器也可以合用相同的網路。
LAN 加個無線，無線區域網路 WLAN 怎麼傳輸訊息？
WLAN 是存取點（AP）與終端機之間利用電波來收發信號的網路，通常是多個終端機共用一個無線頻道，但是一次只能有一台終端機發送信號，其他終端機必須等待頻道空出來，而且也無法同時傳輸上行與下行信號，
所以通信的順序比有線 LAN 更複雜。
請看圖 1，終端機 1 想要傳送資料，第一步是在傳送資料之前接收電波，檢查其他終端機有沒有在使用頻道。第二步，如果沒收到其他終端機發出的電波，就判定頻道閒置，開始對 AP 發送要求發訊信號 RTS。第三步，當 AP 確認其他終端機沒有送來信號，就回送一個允許發訊信號 CTS。第四步，終端機 1 收到 CTS 才開始傳送資料。第五步，AP 收到資料之後回送一個確認收訊信號 ACK，說明自己正常接收到資料。
要經過這樣的順序才能正確傳輸資料，其中第三步的 CTS 會發給所有終端機，所以其他終端機會知道終端機 1 正在通信中，暫時不送資料。
請看圖 2，在第一步之中，如果其他終端機 3 正好在發送電波，但不巧被書架或屏風之類的障礙物擋住，終端機 1 就收不到電波，這種問題稱為隱藏終端機，終端機 1 會在不知情的狀況下發送資料。為了避免這個問題，才會有第二步之後的複雜手續。
WLAN 使用什麼頻率的電波？
請看圖 1，WLAN 所使用的電波頻率幾乎都是 2.4GHz 頻帶與 5GHz 頻帶，目前大多數機種使用的是 2.4GHz 頻帶。近來 5GHz 頻帶產品逐漸增加，只要降低輸出功率，在日本就不受法規限制。
再看圖 2，2.4GHz 頻帶共有 2.40～2.497GHz 之間的十四個頻寬，各 20MHz（只有ch.14 的頻寬是 26MHz），使用者從中挑選無人使用且雜訊較少的頻道來使用。從圖中可知雖然有十四個頻道，但頻率互相重疊，所以同一個時間地點只有二到四個頻道可以使用。
這個 2.4GHz 頻帶稱為 ISM* 頻帶，之前廣泛用於通信之外的頻率（例如微波爐），所以雜訊較多，俗稱「髒頻帶」；5GHz 頻帶則用於雷達之類，室外用途有部分限制，但是沒有用於 ISM 機器，所以頻帶比 2.4GHz 乾淨。
＊ISM 頻帶：ISM 是 Industry（工業）、Science（科學）、Medical（醫療）三個領域的縮寫，ISM 頻帶就是這三個領域所使用的頻帶。
WLAN 分到的 5GHz 頻帶包括 5.15~5.35GHz（室內專用）及 5.47~5.725GHz（室外可用）兩個頻寬﹙見圖3﹚。
2.4GHz 可用的頻寬約 100MHz，但 5GHz 頻帶可用的頻寬多達 455MHz，總共可以分為十九個 20MHz 的頻寬，而且頻道不像 2.4GHz 那樣互相重疊，所有頻道都可以任意使用，因此愈來愈多超高速 WLAN 使用 5GHz頻帶。尤其最近 WLAN 為了達成高超速傳輸，20MHz 的頻寬已經不夠用，因而將兩個以上的頻道綁在一起以加大頻寬。所以使用 5GHz 頻帶，更方便整合多個頻道。WLAN 準備了多個使用頻道﹙見圖2、圖3 ﹚，但要由母機（AP）決定使用哪個頻道，AP 會定期發射圖 1 所示的信標（beacon）電波，想使用WLAN的終端機（子機）要先接收信標，信標裡有 AP 所使用的頻率與頻道編號，終端機才能配合這些資訊來發送電波。
AP 在通訊之前要監控多個頻道，自動選擇目前閒置的頻道， 這個方法稱為動態頻率選擇（Dynamic Frequency Selection, DFS）。當 DFS 在網路使用途中檢測到其他無線發射器正在使用這個頻道，就可以自動轉換其他適當頻道。5GHz 頻帶與雷達之類的儀器共用頻率，為了避免 WLAN 干擾雷達，才必須要配備 DFS 功能（見圖3）。
（本文書摘內容出自《全彩圖解通信原理：每天都在用的網際網路、行動通信，你了解多少？》，由 臉譜 出版社授權轉載，並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題，首圖來源：Pxhere, CC Licensed。）
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