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1 計算機概論 第七單元 資料通訊與網路概念

2 1-0 資料通訊簡介 資料通訊 (data communication) 透過電腦及通訊線路, 將各類資料從傳送端傳送至接收端, 以進行訊息傳遞與交換的過程 網路的目的 資源共享 (resource sharing) 提高可靠度 (high reliability) 節省成本 (cost reduction) 延展性 (scalability) 較佳 通訊媒介 (communication) 2

3 1-1 通訊傳輸的方式 傳送端與接收端在進行資料通訊前, 必須先協議彼此溝通的方法及規則, 才能順利溝通 通訊傳輸的方式 依傳輸方向分類 依傳輸資料線數多寡分類 3

4 1-1-1 依傳輸方向分類 可分為下示三種 單工傳輸 (Simplex) 半雙工傳輸 (Half duplex) 全雙工傳輸 (Full duplex) 4

5 (1) 單工傳輸 單工 (Simplex) 資料只能單向傳送 資料只能由傳送端傳送, 接收端僅能接收資料而無法傳送資料, 例如, 電視傳播 5

6 (2) 半雙工傳輸 半雙工 (Half Duplex) 在不同的時間下, 資料能進行雙向傳輸, 但在同一時間內, 資料只能單向傳送 最明顯的實例就是無線電的通訊方式 6

7 (3) 全雙工傳輸 全雙工 (Full Duplex) 在任何時間, 資料都能進行雙向傳輸 例如使用電話時, 雙方都可以同時發話和收話 7

8 1-1-2 依傳輸資料線數多寡分類 (1/3) 並列傳輸 (parallel transmission) 序列傳輸 (serial transmission, 又稱串列傳輸 ) 同步傳輸 (synchronous transmission) 非同步傳輸 (asynchronous transmission) 8

9 (1) 並列傳輸 多個位元 ( 如 8 bits) 的資料同時透過多條資料線路傳輸 常應用在短距離的資料傳輸上, 例如, 電腦與印表機之間的資料傳輸 個人電腦中的連接埠 LPT, IDE, SCSI 9

10 (2) 序列傳輸 資料只透過一條資料線傳輸, 即資料是以 1 個接著 1 個位元的方式依序傳送 常應用在長距離的資料傳輸上, 例如電腦網路上的資料傳輸 個人電腦中的連接埠 RS232C/COM, USB, IEEE

11 並列傳輸 vs. 序列傳輸 並列傳輸的線路雖較多, 但其傳輸速度並不一定優於序列傳輸 因為接收端要同時將傳進來的資料整合及排列, 需耗用額外的位元及處理時間 例如目前較新的硬碟 / 光碟機介面 S-ATA (Serial ATA) SAS (Serial Attached SCSI) 等皆採序列傳輸, 其傳輸速度較舊的並列傳輸之規格介面快 11

12 同步傳輸 vs. 非同步傳輸 序列傳輸若依資料是否同步, 可再區分 : 同步傳輸 (synchronous transmission) 非同步傳輸 (asynchronous transmission) 12

13 (1) 同步傳輸 一次可傳送數個字元 (characters) 的資料量 在傳送資料前, 傳送端會先送出同步訊號 ( 同步位元 ) 給接收端, 告知接收端準備開始同步傳輸, 在傳送的過程中, 雙方會同步計時以便控制資料的傳送與接收 為了避免發生資料遺失, 通常會在資料的最後加上一組錯誤偵測位元 (error check bits) 應用於網路上電腦與電腦間之資料傳輸 傳輸效率高 13

14 同位元偵錯碼 (1/2) 偶同位元 偶同位是在一組數碼中加入一個同位位元 (parity bit), 使整組數碼具有偶數個 1 奇同位元 所謂奇同位就是在加入一個同位位元後, 使整組數碼中具有奇數個 1 14

15 同位元偵錯碼 (2/2) 15

16 (2) 非同步傳輸 一次只能傳送 1 個字元 為了便於區分每 1 個字元, 通常會在字元的前後分別加上一組起始位元及終止位元 應用於電腦與周邊裝置之資料傳輸 傳輸效率低 16

17 1-2 資料交換的技術 電腦網路將分散在各地的電腦系統連接在一起, 使得資料從某端傳送到另一端的傳輸路徑, 可能有數種甚至數千萬種 資料交換技術 為了將資料快速且有效地傳送到目的端而制定的傳輸路徑管理方法 三種常見的資料交換技術 : 電路交換 (circuit switching) 訊息交換 (message switching) 分封交換 (packet switching) 17

18 (1) 電路交換 (1/2) 一種在資料傳輸之前, 必須先在傳送端及接收端之間建立實體的線路連接, 然後才傳送資料的資料交換技術, 在資料尚未傳輸完成之前, 傳送端及接收端之間的線路暫時無法開放給其它節點 (nodes) 使用, 例如電話系統 由於電路交換在傳輸資料時, 傳輸線路不能分享給其它節點使用 ( 即頻寬不共用 ) 優點 具有傳輸速度快 錯誤率低 等優點 缺點 要通訊的雙方都處於不佔線狀態 ( 即未與其它節點連線 ) 下, 才能接通傳輸線路 18

19 電路交換 (2/2) 19

20 (2) 訊息交換 (1/2) 一種資料在傳輸過程中可以選擇不同傳輸路徑的資料交換技術, 在資料尚未傳送到目的端之前, 可將資料暫時存放在傳輸路徑中的某一節點, 直到確定傳輸路徑後, 再將資料傳送出去 優點 : 由於可以選擇不同的傳輸路徑, 因此具有線路使用率高當資料送達傳輸路徑上之每一節點時還會做錯誤檢查, 因此能夠降低資料傳輸的錯誤率 缺點 : 當網路忙碌時, 每一個節點可能會存放多筆等待傳送的資料, 即須使用較大的儲存空間來供資料存放 這種傳輸方式較不適合用在大型網路中傳輸路徑不固定, 且未能與接收端建立連線, 因此可能會發生資料不能送達接收端的情形另外當資料量大時, 容易因資料錯誤會有需重送資料的情況 20

21 訊息交換 (2/2) 21

22 (3) 分封交換 (1/2) 在資料傳輸之前, 會先將資料分割成許多個特定大小的封包 (packet), 然後再依封包所指定的傳輸路徑傳送到目的端 優點 : 每一個封包可以經由不同的路徑傳送, 因此可加快資料的傳輸速度 缺點 : 資料封包可能不會按照順序送達接收端, 接收端必須花費時間將資料重整 22

23 分封交換 (2/2) 23

24 2 電腦網路的組成 完整的電腦網路系統 硬體 傳輸媒介 電腦設備 聯結裝置 軟體 網路作業系統 24

25 2-1 傳輸媒介 網路必須藉由傳輸媒介來傳輸資料 ( 或稱訊號 ) 網路的傳輸媒介可分為兩大類 : 有線傳輸媒介 雙絞線 (Twisted pair) 同軸電纜 (Coaxial cable) 光纖 (Optical Fiber) 等 無線傳輸媒介 微波 (Microwave) 紅外線 (Infrared) 等 25

26 (1) 雙絞線 一種使用銅線做為傳輸線路, 並成對相互纏繞 外覆絕緣材料的傳輸媒介 相互纏繞的結構的優點 可以減低其它電子設備的雜訊干擾 減緩傳輸訊號的衰減 常被選為架設網路的主要線材, 傳輸距離約為 100 公尺 26

27 (2) 同軸電纜 一種內層使用銅線做為傳輸線路, 外層以塑膠包裝, 兩者之間以絕緣材料隔開的傳輸媒介 同軸電纜採用同心圓的設計方式, 能夠抵抗較強的雜訊干擾, 其傳輸距離與抗擾性皆優於雙絞線, 但價格較貴 一般多應用於傳輸距離為 公尺 傳輸速度為 10Mbps 的區域網路中 27

28 (3) 光纖電纜 一種使用極細的玻璃纖維材質來傳輸光源訊號的傳輸媒介, 通常一條光纖電纜會包裹數十條以上的光纖 傳輸速度約為 100Mbps 10Gbps, 是目前傳輸速度最快的傳輸媒介 由於光源訊號衰減的速度較慢, 因此光纖的最長傳輸距離較一般使用銅線做為線材的傳輸媒介長, 相對的價格也較昂貴 28

29 區域回路間的光纖 FTTH(fiber to the home) 將區域迴路全部換成光纖, 價格過高 FTTC(fiber to the curb) 將光纖連到連接盒 (junction box), 由連接盒到家中仍然採用原來的雙絞線 FTTB(fiber to the building) 就是將光纖連到大樓的接線箱, 由接線箱到家中仍然採用原來的雙絞線 搭配讓 ADSL 提升到 VDSL(Very High Data Rate DSL) 即可擁有 12.9Mbps 到 52.8Mbps 的速度, 甚可高達 60Mbps 29

30 (4) 微波 一種傳輸頻率介於 2GHz 40GHz 之間的電磁波訊號 除了可以透過地面上的微波基地台收發之外, 還可以利用通訊衛星 (communication satellite) 做為中繼站來轉送 右圖是一個透過微波基地台來收發微波訊號的示意圖 由於微波基地台之間不能有障礙物阻擋, 因此站台通常都設置在高山上, 或是較高建築物的頂端 30

31 (5) 紅外線 一種早期利用發光二極體 ( 或雷射 ) 發射傳輸頻率在 100GHz 1000THz 之間的紅外線光束 傳輸特性 無法穿越大型障礙物 ( 如牆壁 ) 傳輸路徑必須為直線 傳輸距離只能約在 50 公尺以內 傳輸角度須在 ±15 之內 例如, 手機或 PDA 與電腦之間的資料傳輸 31

32 2-2 電腦設備 網路上的電腦, 依其功能可分為 : 伺服器 (server) 提供網路服務的電腦工作站 (workstation) 供使用者使用的電腦 網路作業系統 (NOS) 負責網路上的資源分配 安全控制 及網路管理等工作 常見的網路作業系統有 : 微軟公司的 Windows NT/2000/Server 2003/2008 UNIX Linux Novell 公司的 NetWare 等 32

33 2-3 聯結裝置 當數台電腦間的資料要透過傳輸媒介傳輸, 或是兩個以上的網路要相互連接時, 就必須使用特定的聯結裝置才能進行資料傳輸的工作費用 數據機 (modem) 網路卡 (network card) 集線器 (hub) 交換式集線器 (switch) 中繼器 (repeater) 橋接器 (bridge) 路由器 (router) 閘道器 (gateway) 低 高 33

34 (1) 數據機 數據機又稱調變解調器 (modulator and demodulator, modem) 一種用來轉換數位訊號及類比訊號的裝置, 例如,Digital-to- Analog 或 Analog-to-Digital 電腦撥接上網必備的硬體設備之一, 傳輸速度最高可達 56kbps (bit per second) 34

35 (2) 網路卡 架設區域網路必備的硬體設備之一 定義了電腦在區域網路中的位址 ( 六個數字所構成 ) 將電腦所要對外傳送的資料轉換成序列形式以便透過傳輸媒介傳輸, 如下頁所示 35

36 (3) 集線器 用來連接或擴充區域網路上所有電腦的設備 當連接到集線器 (hub) 上的兩台電腦設備在進行資料傳輸時, 其它電腦設備便不能進行資料傳輸的工作 36

37 (4) 交換式集線器 交換式集線器 (switching hub, 簡稱交換器 ) 的功能和集線器大致相同, 也是用來連接區域網路上的電腦設備 交換器和集線器最大不同之處, 在於交換器的任兩個連接埠在進行資料傳輸時, 其它的連接埠也可進行資料傳輸的工作 37

38 (5) 中繼器 用來增強傳輸訊號, 以延伸訊號傳輸距離的裝置 由於每一種傳輸媒介都有其最長傳輸距離的限制, 一旦超過該距離, 訊號即會衰減而無法辨識, 因此必須透過中繼器來加強訊號, 以利資料傳輸的進行 38

39 (6) 橋接器 用來連接子網路的裝置, 英文名稱為 bridge 可以連接同一網路中使用相同通訊協定的子網路, 並藉由其資料封包過濾的功能, 避免子網路之間的訊息干擾, 使網路的傳輸效率更佳 39

40 (7) 路由器 一種提供資料傳輸路徑選擇的裝置 (router) 可以連接多個不同架構的網路 ( 或同一網路中的多個子網路 ), 並根據內部的路由表為資料封包選擇最佳的傳輸路徑, 使資料能夠快速地送達目的地 40

41 (8) 閘道器 用來連接不同類型的子網路, 讓使用不同通訊協定的網路能夠相互傳送與接收訊息的裝置 (gateway) 當 A 類型網路的資料要傳送至 B 類型網路時, 閘道器便會將該資料轉換成 B 類型網路所能辨識的資料格式 41

42 3 網路拓樸 (1/2) 網路拓樸 (network topology) 又稱為 網路連接架構 電腦網路系統中的電腦連接方式 網路的分類 ( 規模大小 ) 區域網路 (Local Area Network, LAN) 廣域網路 (Wide Area Network, WAN) 都會網路 (Metropolitan Area Network,MAN) 42

43 (1) 區域網路 通常是指小範圍的網路架構 當電腦數目不只一部, 且網路所連結的電腦位置是位於同一棟建築物的不同辦公室, 或者同一個公司 學校的不同建築物中, 這樣所形成的網路就稱為區域網路 43

44 (2) 廣域網路 當電腦的數目不只一部, 且所在的位置可能在不同的城鎮 國家, 甚至是不同洲時 例如許多的大型企業, 公司的部門分布在不同的城市或是國家, 那麼將這些不同區域的電腦連結起來, 所形成的網路就稱為廣域網路 (Wide Area Network,WAN) 44

45 (3) 都會網路 涵蓋範圍大小介於區域網路與廣域網路之間 使用與區域網路類似的技術連接位於不同辦公室或是城鎮的電腦, 所以都會網路可能是連接數個區域網路所形成的較大網路或單一網路 45

46 區域網路 V.S. 都會網路 V.S. 廣域網路 一般來說, 區域網路泛指範圍在 10 公里以內的網路, 都會網路泛指 10 至 100 公里的網路, 廣域網路則泛指 100 公里以上的網路 區域網路 (LAN) 都會網路 (MAN) 廣域網路 (WAN) 範圍 10 公里以內 10 至 100 公里 100 公里以上 傳輸速率 佳 中 慢 傳輸品質 佳 中 差 傳輸設備成本 低 中 高 46

47 網路拓樸 (2/2) 區域網路中四種常見的網路拓樸 ( 形狀 ) 匯流排網路 (bus network) 星狀網路 (star network) 環狀網路 (ring network) 網狀網路 (Grid Network)

48 四種實體拓樸 48

49 電腦網路系統的架構 電腦網路系統的架構可區分為以下兩種 主從式網路 (client-server network, 或稱 serverbased 網路 ) 對等式網路 (peer-to-peer network, 或稱同儕網路 ) 49

50 4 常見的網路 撥接網路 ADSL Cable Modem 無線網路 50

51 (1) 撥接網路 早期使用電話線進行撥接 透過數據機將電腦所傳輸的數位訊號轉為類比訊號, 然後經由電話線傳輸出去 數據機也把電話線所傳輸的類比訊號轉為數位訊號傳進電腦 頻寬約在 56Kbps 連結上網時, 電話便無法接通 51

52 (2) ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) 利用電話線提供寬頻上網 ; 使用者離電信公司距離不能超過 4km 上傳與下載切割不同頻寬 (Asymmetric), 符合一般使用者的使用需求 52

53 (3) Cable Modem 利用電視纜線傳輸訊號 傳輸方式採用廣播的方式 趨勢上是亞洲及歐洲喜歡 ADSL, 美國則偏好 Cable Modem 53

54 (4) 無線網路 (1/2) 透過無線訊號傳送資料, 可以以筆記型電腦 智慧手機 平板電腦或智慧型手機等設備無線上網 54

55 無線網路 (2/2) 廣佈無線網路存取器 (Access Point, AP) 透過無線網卡與 AP 連結傳輸資訊 55

56 4 通訊協定 (protocol) 一個公訂的通訊標準或法則, 用來規範電腦間傳遞資料的方式, 以減少資料傳輸過程中所發生的錯誤 網路上的電腦系統必須遵循相同的通訊協定, 才能順利進行溝通, 否則必須利用閘道器轉換格式 56

57 57

58 4-1 OSI 通訊標準 (1/2) 由於各個電腦系統的硬體配備與操作界面並不一致, 因此, 國際標準組織 (International Standard Organization, ISO) 特別為電腦網路制定了一套網路通訊標準 (Open Systems Interconnection, OSI), 以作為電腦廠商依循的標準 國際標準組織 (ISO) 是由 130 多個會員國所組成的非官方組織, 其成立的主要目的在於制訂與推動全球性的標準, 以促進各國商品 服務 及技術的合作與交流 58

59 OSI 通訊標準 (2/2) 下圖為 OSI 七層架構與通訊協定示意圖 59

60 網路分層的好處 60

61 61

62 (1) 實體層 (Physical Layer) 提供資料傳送到實際界面的各種功能 負責處理有關界面與傳輸界面的機械與電氣規格, 同時定義傳輸裝備與介面的運作程序及功能 光纖 同軸纜線 雙絞銅線 無線傳輸 62

63 (2) 資料鏈結層 (Data Link Layer) 提供 point-to-point 可靠的連線 定義框架 (frame) 格式化, 即將 等的資料有意義的格式化, 如 Ethernet 的 frame 判斷實體層是否傳送錯誤 解決資料的錯誤或遺失 重覆接收 到達順序不對的問題 63

64 (3) 網路層 (Network Layer) 負責將封包由來源端送到目的地端 建立來源端到目的地端的網路路徑, 網路層也負責管理路徑上定址 封包交換 路由選擇 控制封包的壅塞 (congestion) 來傳遞資料 64

65 (4) 傳輸層 (Transport Layer) 負責將整個訊息由來源端送到目的地端的應用程式, 不同於網路層負責繞路將個別封包由來源端送到目的地 另一方面, 傳輸層確保整個訊息完整且依序到目的地的用應程式 65

66 (5) 會議層 (Session Layer) 所扮演的角色為網路對話的控制者 負責在兩個通訊的系統中建立與維繫對話以及來回的交互動作, 例如, 終端機與主機間的對話方式為半雙向式或是某些通訊對話方式採用全雙工 (Full-Duplex) 模式 另一項任務為同步, 在資料流中加入檢查點, 確認資料是否傳送成功, 失敗的話則要重送 66

67 (6) 表現層 (Presentation Layer) 表現層定義交換訊息時所用到的語法與語意, 讓資料轉換成一致的格式, 接收端則將收到的一致格式, 轉換成接收者能看得懂的格式 表現層能處理不同字集的轉換 (EBCDIC ASCII) 資料的壓縮與還原 加密與解密等功能 67

68 (7) 應用層 (Application Layer) 提供使用者 ( 例如 : 人或軟體程式 ), 使用網路上的資源 提供的服務有支援電子郵件 遠端檔案存取 共享資料的管理 等 應用層是最接近使用者也是使用者較熟悉 可直接操作的軟體 68

69 69

70 4-2 區域網路通訊協定 架設電腦網路時, 會因網路拓撲及網路的規模大小等因素, 而使用不同的通訊協定 區域網路中常用的幾種通訊協定 乙太網路 (Ethernet)- IEEE

71 乙太網路 (1/2) 1960 年末期至 1970 年初由全錄 (Xerox) 公司所制定的區域網路通訊協定 目前使用最為廣泛的區域網路通訊協定, 其標準傳輸速度為 10Mbps( 最高可達 1Gbps) 適用於網路拓樸為 匯流排 及 星狀 架構的網路中, 如右圖所示 71

72 乙太網路 (2/2) 採用 廣播 的方式來傳遞資料, 一次只允許一個節點進行資料傳輸的工作 為了避免發生兩個節點同時傳輸資料, 各節點使用 載波偵聽多重存取技術 (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect, CSMA/CD) 來檢測傳輸線路上是否有別的節點在傳輸資料 若無則傳送 否則便暫停一段時間再傳送 72

73 常見的區域網路規格 (1/2) 在區域網路 ( 乙太網路 ) 中常以 100BaseT 10Base2 10Base5 10BaseF 10Broad36 等不同名詞來表示不同的網路規格, 其意義如下 : 73

74 常見的區域網路規格 (2/2) 1. 前面的數字 : 代表資料的傳輸速率, 其單位為 Mbps (megabits per second), 如 100BaseT 代表每秒可傳輸 100Mbits 的資料 2. 中間的英文字 : 代表所採用的通訊傳輸技術, 通常有基頻和寬頻兩種 ; 如 10Base2 中的 Base 代表基頻, 10Broad36 中的 Broad 代表寬頻 ( 使用載波方式 ) 3. 最後的英文或數字 : 英文字代表所採用的線材種類, 數字則代表每一段纜線的最長傳輸距離 ; 如 10BaseF 的 F 代表採用的線材為光纖 ;10Base2 中的 2 代表一段纜線的最大區段長度為 200 公尺 74

75 4-3 網際網路通訊協定 TCP/IP TCP/IP 與 OSI 對應的關係 75

76 TCP/IP 早期設計目標 良好的回復能力 繼續性操作 處理錯誤的能力 與特定廠商無關 資料額外負擔小 OSI TCP/IP 76

77 連接導向與無連接導向 連接導向 (Connection-Oriented) 傳遞資料之前入須先建立連結 (connection), 然後才能開始傳送資料, 資料傳送結束後也必須將連結取消 (TCP) 無連接導向 (Connectionless Services) 不必事先建立連接就可以進行傳送 (UDP) 77

78 TCP/IP 通訊協定 78

79 32 bits,8bits 欄位 以點十進位表示, 內含網路位址及主機位址, 例如 : 網路位址 : 中興大學 主機位址 : 校內的電腦 分為 A B C D E 五種不同的等級, 一般最常用到的是 Class A B C 這三種等級的 IP 位址 ; 這三種等級分別使用不同長度的網路位址, 因此適用於大 中 小型網路 79

80 IPv4 的四個類別 本校 IP 為 ( 網頁 ), 屬於哪一類? 80

81 4-4 無線通訊協定 為了擺脫有線傳輸媒介的羈絆, 在許多研究單位及廠商的研發之下, 已陸續推出數種無線通訊技術 下面將介紹幾種常見的無線通訊協定 / 技術 IEEE b 藍牙 ZigBee 81

82 (1) IEEE (Wifi) IEEE 是由美國電機電子工程協會 (Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE) 在 1997 年 6 月所制訂的無線區域網路通訊標準 82

83 IEEE 各規格的比較

84 MIMO- 天線變多, 也變聰明 MIMO (Multiple Input Multiple Output) 技術則是從硬體架構下手, 利用多支天線來改進傳輸品質 在現實的網路環境中, 接收端的天線除了接收強度最大的訊號之外, 也會收到經過反射或散射而來的訊號, 這類訊號統稱為 多路徑訊號 (Multipath Signal) 在以往都將多路徑訊號視為雜訊, 但是 MIMO 卻使用多支天線收集這些訊號, 經過特殊處理後反而可以增強主訊號, 獲得最佳的訊號品質和傳輸速率 84

85 (2) 藍牙 (802.15) 藍牙 (Bluetooth) 是由 Ericsson IBM Intel Nokia Toshiba 等廠商共同制定的無線通訊協定, 主要應用在短距離 (10 公尺內 ), 的數據及語音通訊上, 其傳輸速度約為 1Mbps 隨著技術的進步, 目前藍牙已經推展到了 2.0 版, 其傳輸距離最遠可達 100 公尺, 傳輸速度最高可達 12 Mbps, 對於資料量大的多媒體應用, 將會更得心應手 藍牙無線通訊協定傳送 / 接收資料不受方向的限制 穿透力強 ( 可穿透牆壁 ), 且可以一對多的方式進行資料傳輸 85

86 藍芽的運作圖示 86

87 Ibeacon 技術 ibeacon 技術指的是透過使用低功耗藍牙技術, 也就是 Bluetooth 4.0 或者 Bluetooth Smart), ibeacon 基站便可以自動創建一個信號區域 當裝置進入該區域時, 相應的 app 程式便會提示使用者是否需要接入這個信號網絡 透過能夠放置在任何物體中的小型無線傳感器和低功耗藍牙技術, 使用者便能使用智慧型裝置來傳輸數據

88 (3) ZigBee 技術 從 1998 年開始發展, 主要由 Honeywell 等公司組成的 ZigBee 聯盟 (ZigBee Alliance) 所主導, 後來 2003 年被 IEEE 納入 IEEE 標準中 最高傳輸距離 100 公尺, 速率介於 20 kbps~250kbps 之間, 依照標準單一個 ZigBee 網路內最高可以有 個節點, 所以其特點在於低速 低耗電 低成本 支援大量節點 88

89 4-5 行動通訊協定 有別於無線通訊, 行動通訊除了同樣具備 無線 的特性外, 更注重的是 行動 的需求 一般人在使用無線網路時是處於靜止的狀態, 很大的原因是受限於裝置的體積 ( 例如 : 筆記型電腦 ), 無法一邊移動一邊使用 但若是使用行動電話 PDA 等裝置上網, 則需要一邊移動 一邊使用網路的情形就大增了 這裡提到的移動, 除了慢速的步行, 更包括搭車高速移動, 而行動通訊網路就是為了應付這樣的需求而產生的 89

90 (1) GSM GSM (Global System for Mobile Communications, 全球行動通訊系統 ), 是由歐洲電信標準協會於 1990 年底所制定的數位行動網路標準, 該標準主要是說明如何將類比式的語音轉為數位的訊號, 再藉由電磁波傳送出去 可以應用在 3 個頻道 :900 MHz 1800 MHz 及 1900 MHz, 常聽到 GSM 900 GSM 1800, 就是由此而來 標榜雙頻或三頻的行動電話, 指的就是可以同時接收 2 個或 3 個頻道 以 GSM 系統來傳送數據資料時, 最高只能達到 9600bps, 根本無法滿足需求日增的 Internet 連線, 於是業者開始發展傳輸速率更高的新一代行動通訊系統 90

91 (2) GPRS GPRS (General Package Radio Service, 整合封包無線電服務技術 ) 是架構在現有 GSM 系統之上的服務, 因而被稱為 2.5 代 (2.5 Generation) 的行動通訊系統 GPRS 是將通訊的內容改用封包的方式來傳送, 以降低原本 GSM 可能產生頻寬浪費的情形 例如 : 一對情侶在電話中吵架而不說話時, 雖然 2 邊都沒說話, 但 GSM 仍會計算 不說話 的時間, 頻寬依然被佔用, 形成了 的浪費改用封包傳送技術, 則是有資料才會傳送, 相對提高頻寬的使用效率 GPRS 的最高傳輸速度, 理論上可達 Kbps, 而實際的傳輸速度從 30 Kbps 到 70 Kbps 不等, 相當於傳統 56Kbps 數據機的傳輸速度 91

92 (3) 3G 國際電信聯盟 (International Telecommunication Union, ITU) 為因應未來的行動通訊需求, 在 1992 年提出了 IMT-2000 計畫, 以期建立第 3 代的行動通訊標準, 也就是 3 G (3 Generation) 行動通訊標準 後來多家廠商提出標準, 並在經過市場自然淘汰後, 僅剩 W-CDMA 和 CDMA 2000 這 2 種技術, 可望成為標準 其中,W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) 是針對 GSM 系統所設計的, 因此多數採用 GSM 系統的國家, 都很自然地選擇 W-CDMA 做為 3G 解決方案, 而目前台灣的電信業者也大多採用 W- CDMA 規格 92

93 (4) 3.5G 3G 行動通訊網路的傳輸速度為 384Kbps, 相較於 GSM 與 GPRS 已經有了倍數的成長, 但仍不及成長更快速的多媒體應用 業者當然也不會滿足於此, 繼續催生了 HSDPA 系統 (High Speed Downlink Packet Access), 也就是所謂的 3.5G 行動通訊系統 HSDPA 是以 W-CDMA 為基礎的一種技術規格, 目前傳輸速度最高已可達 3.6 Mbps 的下載速度, 幾乎是 W-CDMA 的 20 倍了 93

94 (5) 3.75G 根據消費者使用 HSDPA 的經驗顯示, 下載資料時雖然夠快, 但在上傳時會出現明顯的延遲 於是 3GPP (3rd Generation Partnership Project) 繼續針對上傳頻寬不足的問題改進, 於新規格中重新定義了一條 上傳專用 通道, 其最高速率大幅提昇到 5.76Mbps, 此一規格稱為 HSUPA( High Speed Uplink Packet Access ) 技術, 一般稱其為 3.75G 中華電信已於 2008 年中開啟 HSUPA 服務, 只要所在區域的基地台支援, 使用支援 HSUPA 的手機或網路卡, 就可以隨時隨地享受 2Mbps 上傳傳輸速率的無線網路服務 其他業者也將陸續跟進, 日後也會將上傳速率提升到 5Mbps 的水準 94

95 4-6 WiMAX 與 LTE-4G 無線寬頻上網 (1/2) 目前無線上網主要的技術為 Wi-Fi 與 3G/3.5G, 不過 Wi-Fi 的距離過短, 而且移動中無法使用, 至於 3G/3.5G 的速度仍然不夠快, 所以無線上網的技術仍有相當大的改進空間 為了提供更好的無線上網環境, 業界正在發展第 4 代行動通訊技術 (4G), 其目標包括 : 高速移動中最高傳輸率能達到 100 Mbps 低速移動或靜止時最高傳輸率能達到 1 Gbps 任兩個通訊端點間傳輸率能達到 100 Mbps 可支援如高畫質視訊等次世代多媒體應用完全使用 IP 封包的網路 95

96 WiMAX 與 LTE-4G 無線寬頻上網 (2/2) 4G 技術除了可以提供手機 PDA 等行動裝置上網, 筆記型電腦 個人電腦也可透過支援 4G 的無線網路卡連上網路 4G 網路的速度已經可以媲美 ADSL 等固網寬頻, 又不必拉線, 只要建立基地台即可提供網路服務 目前 4G 技術有兩種規格 WiMAX: 主要由電腦資訊業者 ( 例如,Intel 富士通等 ) 推動, 其技術類似 Wi-Fi LTE: 則被電信業者 ( Nokia Sony Ericsson 等 ) 所支持, 其技術類似原有的 3G/3.5G 96

97 (1)WiMAX 全球互通的微波存取 (Worldwide Interoperability for Microwave Access, WiMAX ) 是一個像 ADSL 及 Cable moden 一樣的寬頻連線技術 屬於 最後一哩 的一種無線化解決方案 WiMAX 在 IEEE 的標準為 未來將以 3.5GHz 為主, 傳輸速度最高達 75Mbps, 傳輸範圍 30 英哩 IEEE 網路是一種長距離傳輸的寬頻無線網路, 有人將它視為 無線的 ADSL, 也有人認為是 長距離的

98 (2) LTE 與 LTE-Advanced Nokia Sony Ericsson 與 T-Mobile 等電信業者也正在推廣 LTE (Long Term Evolution) 做為新一代無線寬頻存取的技術 LTE 是從 GSM 所衍生而來的, 最大的特點是相容於 2G/3G 技術 使用者除了可以透過 LTE 基地台上網, 即使在沒有 LTE 基地台的地方, 仍然可以使用現有的 2G/3G/3.5G 基地台上網 相較於 WiMAX 使用者一定要有 WiMAX 基地台才可以上網, 相容性可說是其最大的優勢 98

99 5. 網路的發展 99

100 (1)IPv6 的源由 IPv4 位址數量消耗情形 1985, 使用 1/ , 使用 1/8 1995, 使用 1/3 2000, 使用 1/2 2003, 使用 2/3 ( 即將不敷使用 ) 2011/2/3 IPv4 正式用完 100

101 IPv6 發展史 101

102 什麼是 IPv6?(1/2) 一般使用者不需要直接輸入 IPv6 位址 IPv6 就是第六版的 IP 規範 總共有 2 的 128 次方個可以使用,IPv6 位址寫法為八組四位數, 每位數是由 16 進位的 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,a, b,c,d,e,f 所組成, 中間用冒號分隔例如 :2001:0c50:ffff:0001:02e0:18ff:fe95:b229 別擔心這麼一大串背不起來, 日常上網還是以使用網域名稱 ( 例如 來連線, 系統會自動轉換網域名稱為 IPv6 位址 102

103 什麼是 IPv6?(2/2) 預估能讓地球上每個人都分到 100 萬個 IP 位址, 或是地球上每平方公尺面積皆提供 1000 多個 IP 位址 簡而言之, 轉換到 IPv6 後,IP 位址的數量多到幾乎不可能用盡 103

104 (2) 雲端運算的發展 104

105 雲端運算概念 雲端不只是只有網路而已 雲端技術還包含了儲存設備 虛擬化技術 網路服務等等技術 知名分析公司 Gartner 認為, 目前對 雲端運算 的定義, 涵蓋太多雜七雜八的技術, 應該用二分法來區別 : 雲端服務 (Cloud Computing Services) SaaS, PaaS, IaaS 私有雲 公有雲 混合雲 雲端技術 (Cloud Computing Technologies) 虛擬化技術. 105

106 雲端運算 網路服務提供者可以在數秒之內, 達成處理數以千萬計甚至億計的資訊, 達到和 超級電腦 同樣強大效能的網路服務 Cloud Computing Show 雲端其實就是 雲端運算 = 網路 + 網路運算 106

107 雲端的商機 雲端的服務需由服務商持續提供, 很適合使用持續性收費, 而非賣斷式的收費 類似水 電費 手機通信費的收費模式, 可得到較長久穩定的收益, 可依服務使用的質與量來實行不同等級的收費, 如可依服務的功能多寡 使用容量大小來定價 107

108 108

109 (3) 其它型態的網路 在大多數人的印象中, 要架設網路當然得用網路線, 所以如何施工佈線便成為頭痛的問題 其實, 除了網路線, 無線網路之外, 還可以考慮其它的傳輸媒介, 例如 : 電話線 -HomePNA 網路 電源線 -HomePlug 網路 109

110 (I) 電話線 -HomePNA 網路 (1/3) HomePNA (Home Phoneline Networking Alliance, 家庭電話線網路聯盟 ) 成立於 1998 年, 致力於推廣利用電話線來架設區域網路 它的構想很單純 : 既然大多數家庭都已經佈設了電話線, 乾脆直接用電話線連接成網路, 何必還要額外佈設網路線呢? 110

111 電話線 -HomePNA 網路 (2/3) 於是 HomePNA 先後推出 1.0 版 2.0 版 3.0 和 3.1 版 4 種標準, 最大傳輸速率也由 1Mbps 大幅提昇到 320 Mbps 不過許多人初次接觸 HomePNA 產品時, 第一個念頭就想到 : 會不會佔用電話線路? 或 會不會干擾語音的品質? 其實, 雖然電話機 傳真機 ADSL 數據機和 HomePNA 都在電話線傳送電子訊號, 但彼此所使的頻率不同, 因此不會互相影響 111

112 電話線 -HomePNA 網路 (3/3) 關於 HomePNA 的詳細規格與最新資訊, 請瀏覽 網站 112

113 (2) 電源線 -HomePlug 網路 (1/7) HomePlug 由 HomePlug Powerline Alliance ( 家庭電源線網路聯盟 ) 所主導的規格, 其目的就是要直接利用家家戶戶必備的電源線做為網路媒介, 省下重新佈線的成本 這個點子看起來比 HomePNA 還更方便, 因為未必每一家都有電話線, 但是一定有電源線 - 如果沒電, 當然就甭提上網了! 113

114 電源線 -HomePlug 網路 (2/7) HomePlug 1.0 版的最大傳輸速率為 14 Mbps, 最大傳輸距離為 300 公尺, 最多可連接 15 部電腦, 大約與 HomePNA 2.0 相當 2005 年及 2011 年推出的 HomePlug AV 及 AV2 規格, 則將傳輸速率分別提升到 200Mbps 及 600Mbps 114

115 電源線 -HomePlug 網路 (3/7) 此外, 在廣域網路上也可以運用 HomePlug 技術, 相對應的標準是 HomePlug Access BPL (Broadband PowerLine) 技術, 使得遍布大街小巷的電線不只傳送電力, 也同時傳送資料 115

116 電源線 -HomePlug 網路 (4/7) 116

117 電源線 -HomePlug 網路 (5/7) 要架設 HomePlug 網路時, 必須先連接網路卡與 HomePlug 橋接器 (HomePlug Bridge), 再將該橋接器的電源線插到電源插座, 就完成了安裝 其連接示意圖如下 : 117

118 電源線 -HomePlug 網路 (6/7) 118

119 電源線 -HomePlug 網路 (7/7) 在標準方面, 國際電信聯盟 (ITU) 近期已正式通過 G.hn 家庭網路 (Home Network) 標準 這是個整合同軸電纜 電話線 電力線等多種媒介來建立家庭多媒體網路的規格, 目前已有晶片廠商推出 G.hn 網路晶片, 預計不久將會在市場上看到 G.hn 的產品 另一方面 IEEE 也正以 HomePlug AV 為基礎, 發展其 P1901 電力線網路規格草案 119

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