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1 篇名 網路傳輸架構分析 作者 蕭嘉宏 高雄縣中山工商 綜合高中 三年六班

2 壹 前言 在這個網路通訊快速 資料傳輸便利的時代, 對於我們來說網路可以運用在很多事上, 像是查資料 購物 聊天等, 使我們生活有了樂趣與便利, 但卻很少有人去了解到網路上的資料 訊息是如何傳輸的? 網路架構又是如何?, 所以本文就針對網路還有電腦與電腦的通訊傳輸架構來做基本的網路通訊介紹與認識 貳 正文 一. 電腦網路的類型 1. 區域網路 (local Area Network, LAN) 在有限的區域範圍內的電腦資源, 透過纜線及交換設備連接在一起, 使電腦能夠 傳遞訊息 共用資源 提供小範圍的網路服務的網路系統, 就是區域網路 2. 廣域網路 (Wide Area Network, WAN) 網路上的電腦位置可能在不同的地方, 範圍大到可以連接全世界數以千萬計的電 腦, 是一種長距離 跨國性的連結方式, 將這些電腦連接在一起所形成的網路, 就是廣域網路 二. 電腦網路的架構 1. 星狀架構 以一部主控電腦來做中央控制, 負責管理與控制所有的通訊動作, 架構成放射狀連接 因此網路上的任何電腦要傳輸資料時, 都必須經由此主控電腦 纜線獨立 擴充容易 管理上較為理想, 若網路的某一區段發生問題時, 不會影響其它的區段的運作但是中央控制的主控電腦如果故障, 則整個網路都會停擺 2. 環狀架構 是將所有的設備以一條主幹線電纜連接形成環形的迴路 所有網路節點都是以點對點的方式連接在迴路上 並依環形的順序, 依序傳遞訊息 資料, 而每個節點都會根據資料的位址, 來決定是否是屬於自己的資料 另外當有節點故障時, 網路的傳輸就會被終止 - 1 -

3 3. 匯流排架構 將所有電腦設備經由一條主幹線連接, 如圖 ( 一 ) 所示 在網路上的任一部電腦都可 將資料向兩端傳遞, 也可以接收這些資料, 直到末端的終端電阻為止 任一部損 壞也不會影響其他的傳輸, 但是主幹線故障, 則很難馬上找出問題 圖 ( 一 ) 匯流排架構 ( 圖片來源 : 北科大檢定研究室 (2008) 乙級電腦硬體裝修學科 5-2 頁, 圖 (3) ) 三. 傳輸媒介 1. 有線傳輸 (1) 雙絞線 (Twisted-Pair) 是由兩條絕緣材料包裹著導線所組成, 在一條網路線中, 可能包含多對雙絞線, 並絞繞在一起, 目的是減少每對雙絞線之間的電磁波干擾 (2) 同軸電纜 (coaxial cable) 是由內 外兩層導體和一層絕緣材料所組成, 最外層再包裹著保護的外皮 並採 用 同心圓設計, 更能抗雜訊 傳輸品質更好, 成本比雙絞線高 (3) 光纖 (fiber) 是由一條光纖及絕緣材料所組成, 最外層再以保護外皮包裹, 一條光纖通常包裹著多條光纖 光纖的重量輕 體積小 資料錯誤率低 傳輸距離在同軸電纜的十倍以上, 而資料傳輸速率每秒更可高達 1000 Mbps 以上 不過傳輸介質昂貴, 所以鋪設成本非常高 - 2 -

4 2. 無線傳輸 (1) 微波 (microwave) 是高頻的無線電信號, 以空氣為媒介, 利用無線電波在大氣的對流層進行傳輸 只能直線傳輸, 傳輸資料必須靠數個微波中繼站做 點對點傳播 (2) 紅外線 (Infrared) 是以紅外線光束透過紅外線傳輸裝置傳輸, 其傳輸距離與傳輸速度成反比, 必須 直線傳輸, 傳輸的角度要在 ±15 度以內, 並且要在沒有阻礙的範圍內, 不然會突 然中斷, 而且紅外線容易受光的干擾, 連線距離相當短 (3) 通訊衛星 (satellite) 衛星可包含地球上廣大的範圍, 還可作為地面微波站台之間的中繼站及結合其它 的傳輸媒介進行傳輸, 而且不受地形影響, 是適合跨國性的傳輸媒介 四. 傳輸方式 1. 依資料傳輸的方向性 (1) 單工 (simplex)- 資料只能以固定的一個方向來傳輸資料 (2) 半雙工 (half- duplex)- 可做雙向傳輸, 但同一時間中只能往一個方向傳輸 (3) 全雙工 (full- duplex)- 同一時間中可以做雙向傳輸 如圖 ( 二 ) 所示 圖 ( 二 ) 傳輸的方向 ( 圖片來源 : 北科大檢定研究室 (2008) 乙級電腦硬體裝修學科 5-2 頁, 圖 (3) ) - 3 -

5 2. 依資料傳輸的順序 (1) 串列式傳輸 (serial transmission) 傳輸裝置在傳輸資料時僅使用一個通道進行一個位元接著一個位元逐一傳送的方 式, 如圖 ( 三 ) 所示 例如 COM IEEE1394 IDE 的 S-ATA 等 (2) 並列式傳輸 (parallel transmission) 傳輸裝置在傳輸時, 同時間在傳輸線路上有多個通道在進行一次同時傳送數個位 元資料的方式, 如圖 ( 四 ) 所示 速度比串列式傳輸快, 但傳輸成本較高, 而且 無法長距離傳輸 例如 SCSI IDE 的 P-ATA 等 圖 ( 三 ) 串列式傳輸 圖 ( 四 ) 並列式傳輸 ( 圖片來源 : 施文賢 袁熒助 (2006) 計算機概論 292 頁, 圖 5-10 ) 3. 依資料傳輸是否同步 (1) 同步傳輸 (synchronous transmission) 傳送和接收兩端已經建立同步的機制, 雙方的時脈是一致的 同步傳輸一次能傳 送 一組字元, 傳送每一組字元時沒有閒置的時間, 也不需額外的傳輸負擔, 相 對於非同步傳輸是更有效率 (2) 非同步傳輸 (asynchronous transmission) 傳送和接收兩端沒有建立同步的機制, 適用兩端不需同步進行者 一次只能傳送 一個字元, 被傳送字元前後還要加上 起始位元 終止位元 檢查位元, 如下頁圖 ( 五 ) 所示 如此卻會增加線路的負擔, 使得傳輸速度變慢 - 4 -

6 圖 ( 五 ) 同步與非同步傳輸 ( 圖片來源 : 施文賢 袁熒助 (2006) 計算機概論 294 頁, 圖 5-11 ) 4. 依頻道多寡分成 (1) 基頻傳輸 (baseband transmission) 在傳輸媒體上只建立一個通道, 採用數位信號傳輸, 整個通道只傳送單一信號, 如圖 ( 六 ) 所示 當連接網路上多個裝置時, 則以 分時多工 的方式來共享這個通道, 即各裝置必須輪流發送, 每次只能由一個裝置進行 基頻傳輸大多用於與電腦有關的通訊傳輸 例如電腦對印表機 監視器 數據機的傳輸 (2) 寬頻傳輸 (broadband transmission) 傳輸媒體上具有多個通道, 採用類比信號形式傳輸, 以電磁波的方式進行傳輸, 如圖 ( 七 ) 所示 信號以 分頻多工 (FDM) 方式, 同時可以傳送多個信號, 每一個 通道以各自的頻率傳輸 例如有線電視使用同軸電纜來傳送電視信號 圖 ( 六 ) 基頻傳輸 圖 ( 七 ) 寬頻傳輸 ( 圖片來源 : 北科大檢定研究室 (2008) 乙級電腦硬體裝修學科 5-5 頁, 圖 (8) ) - 5 -

7 五. 通訊協定 國際標準組織 (International Organization for Standardization, ISO) 在 1978 年公佈了 開 放系統連結模式 (Open System Interconnection Reference Mode, OSI), 用來規範電腦 網路或不同網路之間的通訊協定, 是一種通訊協定的標準 而 OSI 分為七層, 如 下表 ( 一 ) 所示 表 ( 一 ) OSI 各層的功能 OSI 架構 負責執行功能 資料單位 實例 應用層 應用程式對網路間的通訊介面 訊息 (message) FTP Telnet 表示層 資料通訊交換格式的轉換 訊息 (message) 加密 解密 ASCII 會議層 兩部資料終端機之間的交談 訊息 (message) 網路設備驅動程式 傳輸層 監控制資料的正確及安全送達 區段 (segment) 網路設備驅動程式 網路層 規劃封包的組合及傳輸路徑 封包 (packet) 路由器 資料鏈結層 建立節點資料正確完整的傳送 資料框 (frame) 橋接器 交換器 實體層 將資料轉為電子信號 位元流 (bit) 集線器 中繼器 ( 資料來源 : 施文賢 袁熒助 (2006) 計算機概論 299 頁, 表 5-4 ) 1. 傳輸控制協定 (Transmission Control Protocol, TCP) 主要的工作是確保資料送達接收端 負責循序編碼 檢查錯誤等 資料在傳輸前會被切割, 分為多個較小的封包, 並且將這些封包賦與編號再送出, 接收端收到後,TCP 會檢查資料是否全部收到, 或是有錯誤封包, 沒有問題就會將封包依序組合, 還原成未被切割前的狀態 2. 網際網路協定 (Internet Protocol, IP) 負責定義封包的格式 辨識目的地 路徑選擇 傳遞封包等 Internet 上連接的任 何節點必須擁有獨一無二的位址, 這個位址是 IP 協定在傳輸運作上唯一的行動準 則和到達依據, 並負責帶領封包到達正確目的地 六. 相關設備 1. 數據機 (MODEM) 又稱為調變解調器, 其主要功能是執行 類比 / 數位轉換 (A/D convert) 也就是解 調變和 數位 / 類比轉換 (D/A convert) 也就是調變 - 6 -

8 2. 中繼器 (Repeater) 又稱為訊號放大器, 用於網路中將接收到的訊號, 加以修補並放大後, 再傳送 訊號, 使信號不致於衰減或失真, 還可以增加傳送距離 3. 路由器 (Router) 在網路中負責選擇一個資料傳遞的最佳路徑, 將網路上的資料送到正確的位址 4. 橋接器 (Bridge) 主要功能是區隔網路, 或讓二個相同類型的網路互相通訊, 也可以將大型網路 切割成較小的區域網路 其目的是避免接收到不屬於自己區段的資料 5. 閘道器 (gateway) 負責不同類型的網路間資料傳送的一部電腦, 可以看成由一個網路到另一個網 路間傳送資料的一個轉接站, 主要是 連接異質網路與處理通訊協定轉換 6. 集線器 (HUB) 負責將訊號正確傳遞到目的端, 具有一進多出的連接埠, 可將多個網路設備集中管理, 是用來管理網路設備的最小單位 又由另一種集線器是每個連接埠都享有一個專屬的頻寬並具備資料交換功能, 使得網路傳輸效能得於同一時間內所能傳輸的資料量大 參 結論 經過以上的介紹與說明, 認識了網路的通訊傳輸方式與通訊傳輸架構, 還有電腦網路可以透過周邊的設備輔助電腦間的網路連接使得資料可以共享 交換等, 或解決傳輸的問題, 對網路的通訊與傳輸有了基本的認識, 網路也是因為有了這樣的基礎, 才能發展出更多的新技術, 例如傳輸媒介從有線連接演變成無線連接, 也是有網路才變成現在通訊快速 資料傳輸便利的時代並讓我們生活有了樂趣也更加便利了 肆 引註資料 註一 施文賢 袁熒助(2006) 計算機概論 台北: 台科大圖書出版 註二 黃瑋婷/ 譯 (2007) 超圖解網路技術入門 台北: 旗標出版 註三 黃能言(1996) 區域網路與高速網路 台北: 維科出版 註四 北科大檢定研究室(2008) 乙級電腦硬體裝修學科 台北: 台科大圖書出版 註五 王旭昇(2005) 電腦網路概論 台北: 知城圖書出版 - 7 -

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