第 5 章 電腦網路 1
5-1 電腦通訊 2
電腦網路 電腦網路 (Network) : 將多台電腦系統, 利用通訊軟 硬體設備加以連接, 所構成的網路 網路功能 資源共享 : 資源即為硬體 軟體硬體指磁碟及印表機 傳遞訊息 :E-Mail 即時通 3
電腦網路的功能 電腦網路的演進流程 : 4
網路範圍 依地理區範圍區分 區域網路 LAN 範圍最小 : 約在幾公里內 速度最快都會網路 MAN 如台北市無線網路 WiFly 廣域網路 WAN 全國性網路, 台灣學術網路 TANet 網際網路 Internet 可視為超大型的 WAN 5
資料傳輸的方式 依傳輸方向分類 : 單工傳輸 例 :FM 廣播 電視 鍵盤 全雙工傳輸 例 : 電話 網路 只能單向 同時雙向 半雙工傳輸 例 : 無線電 電梯 資料可雙向, 但某時間只能單向 6
資料傳輸的方式 依傳輸資料線數多寡分類 : 並列傳輸 : 透過多條資料線路 ( 多個位元 ) 傳輸 ( 平行 ) 適合短距離的資料傳輸上 印表機連接埠 (LPT) 2 Step 送出列印指令 1 Step 開啟印表機電源 例如 : 傳送英文字母 "E" (ASCII 碼為 01000101) 3 Step 列印資料 7
資料傳輸的方式 依傳輸資料線數多寡分類 : 序列傳輸 : 只用 1 條資料線 (1bit) 來傳輸資料 ( 串列 ) 適合長距離的資料傳輸上 1 Step 轉換成序列形式 網路 RJ-45 2 Step 傳送資料 集線器用來連接區域網路上的其他電腦設備 例如 :"E" 的 ASCII 碼 01000101 會依序往外傳送 8
資料傳輸的方式 p 依傳輸資料線數多寡分類 : LPT 主機板匯流排 IDE SCSI PCI AGP COM / RS-232 SATA PCI-Express USB IEEE 1394 HDMI 電腦網路 9
資料傳輸的方式 若依資料是否同步 ( 包裝方式 ) 同步傳輸 (STM): 一群 非同步傳輸 (ATM): 一個字元 10
資料傳輸的方式 依傳輸訊息多寡分類 基頻 (baseband): 只能傳送一種訊息, 常應用於區域網路 訊號類型為數位訊號 11
資料傳輸的方式 依傳輸訊息多寡分類 寬頻 (broadband): 可傳送多種訊息, 常應用於廣域網路 (ADSL Cable Modem) 此通道用來傳送語音訊號 此通道用來下載資料 類比訊號 此通道用來上傳資料 ADSL 網路 12
資料交換方式 電路交換 : 資料傳輸之前, 必須先在傳送端及接放端之間建立實體的線路連接, 然後才傳送資料 用於電話系統 缺點 : 會佔線 其它使用者可倆倆相互建立連線 A C E G I 1 Step 撥號 Step 2 通話 A 撥電話給 B A 與 B 開始交談 撥話方 A B D F H J 電信公司的交換機 受話方 B 撥話方 D StepD 3 撥電話給 A, 無法建立連線 13
訊息交換 : 資料在傳輸過程中可以選擇不同傳輸路徑,( 下圖為由 A 傳送資料到 B 的路徑為 A-N2-N5-B 的示意圖 ) A 資料交換方式 N 1 N 5 缺點 : 錯誤再重傳會很耗時間 N 2 B 圖例 資料 N 4 傳輸線路 N 3 資料線路 14
資料交換方式 分封交換 : 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, 然後再將封包經由不同的傳輸路徑傳送到目的端 甲乙丙 傳送端 A 甲 N 1 N 5 應用於電腦網路 優點 : 線路使用率高缺點 : 資料組合費時 N 2 甲 乙 B 丙 乙 甲乙丙 N 3 N 4 丙 接收端 15
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數據機 (Modem) 又稱調變解調器 用來轉換數位訊號及類比訊號 數位 / 類比轉換器 (DAC) 調變 網際網路 解調 類比 / 數位轉換器 (ADC) 18
數據機 (Modem) 傳統上網 寬頻上網 19
資料傳輸的速度 頻寬 (bandwidth): 資料傳輸的速度單位 :bps (bit / sec) > 20
寬頻網路 21
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資料共享方式 主從式 (Clinet-Server) 網路 Server 伺服器 : 提供 / 管理網路服務的主機 Clinet 用戶端 : 要求 / 使用網路服務的電腦 優點 : 集中管理 管理安全性高 : 帳號管理 適合大型網路 對等式 (pear to pear) 網路 簡稱 P2P 點對點或工作群組 每台電腦同時扮演伺服器與用戶端的角色 優點 : 成本低 24
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5-2 電腦網路連結 26
傳輸媒體 傳輸媒介 有線 無線 雙絞線 (Twisted-Pair) 同軸電纜 (Coaxial cable) 光纖 (Fiber Optics) 紅外線無線電波微波 (Microwave) 人造衛星 27
有線傳輸媒介 雙絞線 (twisted pair) - 使用銅線相互纏繞 每條雙絞線都有兩兩相絞的芯線 - 分為遮蔽式雙絞線 (STP) 及 無遮蔽式雙絞線 (UTP) 兩種 - UTP CAT 5e 是目前最普遍的, 傳輸速度為 100Mbps 傳輸距離為 100 公尺 CAT-5e - 品質是最差的 但成本低 使用率最高 外皮 RJ-45 28
有線傳輸媒介 同軸電纜 (coaxial cable): - 內層使用銅線作為傳輸線路, 外層以塑膠包裝, 兩者之間以絕緣材料隔開 - 分為 粗細名稱接頭距離 細線 RG-58 BNC 200 公尺 粗線 RG-11 AUI 500 公尺 - 線材品質中等 ( 較雙絞線好 ) - 缺點 : 體積大 重量大, 因此普遍化不如雙絞線 外層網狀金屬線與軸心銅線形成迴路 常用於有線電視 RG-59 軸心銅線 29
有線傳輸媒介 光纖 (fiber optic cable) 使用極細的玻璃纖維材質 以光波做為傳輸訊號 距離可傳輸幾公里 線材品質是最好的 用於高速網路或主幹線 保護層 保護層 玻璃纖維 外殼 光在玻璃纖維中是以不斷反射的方式向前傳送 30
傳輸媒介 傳輸媒體雜訊隔離頻寬傳輸速度安全性成本 雙絞線 UTP 差低便宜中 4-100Mbps STP 中中中 同軸電纜中高 50-500Mbps 中中 光纖極佳極高 2Gbps 高最貴 品質 : 光纖 > 同軸電纜 > 雙絞線 雙絞線的普遍性是最高 31
傳輸媒介 (5/6) 紅外線 (infrared) 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 應用於筆記型電腦 PDA 遙控器 優點 : 成本低 缺點 : 短距離 ( 幾十公尺內 ) 速度慢 (4-16Mbps) 直線傳輸, 不能有阻礙物 紅外線在傳輸訊號時, 必須以點對點的方式傳輸 32
無線電波 無線傳輸媒介 應用最普遍, 如手機 藍牙無線區域網路 Wi-Fi(802.11b) 33
無線傳輸媒介 微波 人造衛星 傳輸頻率較高, 介於 2GHz ~ 40GHz 之間的電磁波訊號 可透過地面上的微波基地台直接收發訊號, 或利用人造衛星作為中繼站來轉送 適合距離長的傳輸 微波基地台 人造衛星 34
傳輸媒介比較 無線傳輸媒介的優缺點比較表 : 種類價格距離優點缺點 紅外線低幾公尺構造簡單 距離短 不能穿透阻礙物 安全性差 無線電波中百公尺普遍安全性差 微波中全球速度快易受地形干擾 安全性差 衛星通訊高全球 傳輸快 距離遠 缺乏保密性 35
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網路拓樸 匯流排網路 星狀網路 環狀網路 37
匯流排網路 (bus) 使用一條纜線連接所有電腦設備, 並須在纜線的頭 尾兩節點加裝終端子 優點 : 成本低 缺點 : 數量多 易產生資料碰撞 T 型接頭 ( 速度嚴重變慢 ) 主幹線故障 癱瘓終端子 (a) 傳統表示法 (b) 連結實例圖 38
匯流排網路 (bus) 運作方式 : 採用廣播的方式來傳遞資料或訊號 39
星狀網路 (star) 使用集線器或交換器連接所有電腦設備 缺點 : 成本較高 ( 需集線器 ) 集線器故障 癱瘓 優點 : 擴充容易 集線器的連接埠 (a) 傳統表示法 (b) 連結實例圖 40
環狀網路 使用一台類似集線器的多站存取單元 (MAU) 連接所有電腦設備 所有節點會連接形成一個環形 優點 : 可建立一個高速且有秩序 ( 單向 ) 的網路 缺點 : 任一台電腦損壞, 網路即損壞 多站存取單元的連接埠 (a) 傳統表示法 (b) 連結實例圖 41
環狀網路 運作方式 : 利用在各節點間環繞的記號封包來決定資料傳遞的權限或順序 42
具有階層性 樹狀網路 某個節點故障, 則其下分支都不能運作 43
網狀 ( 混合 ) 網路 任兩台電腦有多條連線線路, 安全性最高 缺點 : 成本高 44
網路設備 45
網路卡 (NIC) 用來定義電腦在區域網路中的 MAC 位址, 並將要對外傳送的資料並列 序列互轉形式 實體位址 (6Bytes): 08:22:07:6B:8C:53 集線器 實體位址 : 08:20:12:6A:34:8D 並列資料 序列資料 網路卡將並列形式的資料轉換成序列形式的資料傳送出去 對應 OSI 資料鏈結層 46
中繼器 (repeater 用來增強傳輸訊號, 以延長傳輸距離 傳送端 ( 遠端的電腦 ) 因距離過長而逐漸衰竭的訊號 中繼器 訊號經過中繼器強化後, 已恢復正常 接收端對應 OSI 實體層 47
集線器 (hub ) 用來連接區域網路的電腦設備 星狀拓樸 同一時間點只充許任兩台電腦設備進行資料傳輸的工作 - 共享頻寬 1 Step A 與 C 正在進行資料傳輸 A B C D E F 對應 OSI 實體層 2 Step 若同一時間 E 也要傳送資料給 C, 則需等到 A C 結束資料傳輸後, 才可進行 48
橋接器 (bridge) 用來連接使用相同協定的子網路 會藉由 MAC 位址過濾, 降低網路壅塞 位址表 A 子網路 B 子網路 A 1 08:22:07:6B:111C B 1 09:20:16:1B:15:01 A 2 08:22:07:6B:11:1D 09:20:16:1B:15:02 B 2 ~ ~ ~ ~ B 1 B 2 A 1 A 2 A 區 A 3 對應 OSI 資料鏈結層 B 區 49
交換式集線器 (switching hub) 集線器 + 橋接器的功能 用來連接區域網路上的電腦設備或子網路, 同一時間點可有多台電腦設備進行資料傳輸的工作 - 獨享頻寬 1 Step A 與 C 正在進行資料傳輸 A B C D E F 對應 OSI 資料鏈結層 2 Step E 與 F 也可在同一時間進行資料傳輸 50
IP 分享器 讓家中多台電腦共用一個合法 IP 來上網 相當於具 NAT 及 DHCP 功能的集線器 51
路由器 (router) 可連接網路 利用 IP 位址決定封包最佳傳輸路徑 多用於連接廣域網路上 對應 OSI 網路層 52
閘道器 (gateway) 用來連接不同通訊協定的網路 用於轉換通訊協定或資料格式 閘道器會先將 A 網路格式的資料轉換成 B 網路所能辨識的資料格式, 再將資料送至 B 網路 B1 B 2 A 1 B 3 A 2 A 3 若資料是要送給 A 網路中的 A 3 電腦, 則閘道器不會轉換資料的格式對應 OSI 應用層 53
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OSI 通訊標準 55
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整理 名稱用途區域或 OSI 網路卡 1. 並列 序列資料轉換 2. MAC 位址 (6Bytes) 安裝在電腦 資料連結層 數據機 數位 類比資料轉換 廣域網路 中繼器 放大訊號 延長網路距離 實體層 集線器 連接電腦, 頻寬共享 實體層 交換式集線器 連接電腦或子網號, 頻寬獨享 資料連結層 橋接器 路由器 閘道器 1. 連接相同架構的子網路 2. 資料封包過濾 1. 連接 LAN 和 WAN 的 2 個子網路 2. 傳輸路徑的安排 1. 連接不相同架構的子網路 2. 通訊協定的格式轉換 資料連結層 網路層 1~7 層 57
伺服器 Server 的軟體 網路作業系統 NOS 用於伺服器 Server 常見有 Netware Windows NT/Server Unix Linux 架站軟體 提供網路服務的軟體 例如 :WWW FTP E-MAIL 架站軟體 58
客戶端的軟體 作業系統連線軟體 - 撥號網號 PPPoE 網路應用軟體 瀏覽器 Outlook Express 59
網路伺服器 60
代理伺服器 Proxy Server 用來加快網頁速度 61
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5-3 通訊協定 66
OSI 通訊標準 OSI 各層所負責處理的工作內容 : 第 5 層 OSI 各層所負責處理的工作內容 層別 OSI 階層 負責的工作 第 7 層 應用層 負責讓使用者藉由應用程式與網路間溝通的界面 第 6 層 表達層 負責將資料格式轉換成電腦系統所能辨識 處理的格式 交談層 / 會議層 負責協調及建立傳輸雙方的連線 第 4 層 傳輸層 負責確保資料能正確且可靠的傳輸 第 3 層 網路層 負責規劃或選擇資料的最佳傳輸路徑 第 2 層 資料鏈結層 負責將資料裝成封包, 並監督及偵錯整個資料傳輸的過程 第 1 層 實體層 負責將傳輸的資料轉換成傳輸媒介所能負載傳輸的訊號 67
OSI 通訊標準 68
認識 TCP/IP 協定 69
TCP/IP 網際網路的標準協定 是一系列的協定組合 OSI 架構 TCP / IP 協定集 DoD 模型 第 7 層應用層 Application 第 6 層表達層 Presentation FTP SMTP Telnet 應用層 第 5 層會議層 Session 第 4 層傳輸層 Transport TCP UDP 傳輸層 第 3 層網路層 Network IP 網路層 第 2 層資料鏈結層 Data Link 第 1 層實體層 Phy sical 連結層 70
網際網路協定 IP 網際網路協定 IP(Internet Protocol) 屬於 OSI 的網路層 功能 IP 定址 路徑選擇 174.115.15.2 163.23.176.54 71
TCP/IP 協定 TCP ( Transmission Control Protocol) 屬於傳輸層 功能 負責將資料正確地送達接收端 採用連接導向 ( 非連接 不可靠 ) 傳送端 1 Internet St epst 2 epst 3 ep St 4 ep 5 St Step 1 ep 送出要求建立連線的訊號 2 3 4 5 Step 回覆可建立連線的訊號 Step 進行資料傳輸 Step 送出要求結束連線的訊號 Step 回覆可結束連線的訊號 接收端 72
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區域網路 74
區域網路 區域網路架構乙太網路 802.3 記號環網路 802.5 FDDI 802.8 標準傳輸速度 10M~10Gbps 4Mbps 100Mbps 網路拓樸 匯流排 及 星狀 環狀 架構 雙環狀,200 公里 75
區域網路的訊號傳遞 廣播 Terminator Terminator 傳送 傳送 碰撞 : 資料訊號失敗, 必須重送 76
乙太網路 (IEEE 802.3) 載波偵聽多重存取 / 碰撞偵測 (CSMA/CD) 利用偵聽傳輸線路上有無資料正在傳輸, 以避免資料碰撞的發生 常應用在乙太網路 (Ethernet) 架構上 節點等待傳送的時間是隨機產生 77
記號環網路 (IEEE 802.5) 適用於環狀拓樸 採用記號傳遞 (token passing) 利用在各節點環繞的 記號封包 來決定資料傳遞之權限或順序 常應用在記號環網路 (token ring network) 及分散式光纖資料介面 (Fiber Distributed Data Interface, FDDI) 架構上 78
乙太網路 (IEEE 802.3) 乙太網路是目前最普遍的區域網路 X Base Y 高速超高速 速度 (Mbps) 10 10Mbps 100 100Mbps 1000 1000Mbps 基頻 Base 應用區域網路 寬頻 Broad 適用於廣域網路 1. 數字 距離 2 200m 同軸電纜 匯流排 5 500m 2. 英文 線材 T/TX 雙絞線 100m 星狀 F/FX 光纖公里 79
乙太網路 (IEEE 802.3) 80
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無線區域網路 WLAN 存取橋接器 (Access Point,AP) 採用 CSMA/CA(Carrier Sense Multi Access/Collision Avoidance) 硬體溝通方式 82
無線區域網路 (IEEE 802.11) 無線區域網路, 簡稱 WLAN 無線區域網聯盟 (WLANA) 製定為 Wi-Fi 認證, 讓各家網路設備能相容 互通 規格頻段速度距離特色 802.11b 2.4GHz 11Mbps 室內 30m 802.11a 5.8GHz 54Mbps 不相容 802.11g 2.4GHz 54Mbps 戶外 100m 相容於 802.11b 802.11n 2.4/5.8GHz 300Mbps 內 50m 外 200m 主流 83
無線廣域網路 (IEEE 802.16) 提供高速 (70Mbps) 的行動通訊服務 理論傳輸距離可達 50 公里無線廣域網路的重要標準 84
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其他無線網路 86
其他無線網路 87
其他無線網路 88
藍芽 (Bluetooth) 最初由易利信創製為電信 電腦的短距離無線傳輸技術運用 2.4GHz 的頻帶上傳輸資料傳輸範圍 10~100 公尺傳輸速率每秒鐘高達 1~3MBytes 可以改善目前接線及紅外線的問題 89
802.11 與 Bluetooth 比較 IEEE 802.11b 因傳輸距離較 Bluetooth 遠技術上屬於 Ethernet 的延伸主要應用在電腦無線區域網路 Bluetooth 傳輸距離短, 且具有低耗電的特性主要應用於 Device 與 Device 之間的聯結, 如手機與藍芽耳機的連結 90
RFID RFID(Radio Frequency IDentification) 無線射頻識別是利用無線電技術, 來辨識物品的一種技術 通常是由感應器 (Reader) 和 RFID 標籤 (Tag) 所組成的系統具體應用包括 : 鈔票及產品防偽技術身份證 通行證 ( 包括門票 ) 電子收費系統, 如 ETC 與悠遊卡家畜或野生動物識別病人識別及電子病歷物流管理 91
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非接觸式晶片卡 晶片卡由於具有較高的保密性 可儲存性以及可程式性 (Promgramming) 最近兩大信用卡組織 Visa 與 MasterCard, 分別發展出結合信用卡功能的技術 Visa Wave 與 Pay-Pass, 這是非接觸式的小額支付系統最近有手機業者應用一種非接觸式近距離感應的技術 NFC( Near Field Communication ) 威寶電信 威通卡 全球首創雙卡合一技術的最新應用 - 威通卡及其附屬天線組 手機非接觸感應式服務, 與聯邦銀行信用卡 Visa paywave 功能, 推出 威通聯邦信用卡, Smart Card 的非接觸部分乃採用 RFID. 96
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行動無線技術 99
各種無線技術比較表 網路類型 技術名稱 涵蓋範圍 頻寬 上網能力 移動能力 WPAN 藍芽 Wireless USB 十公尺內 各技術不同 間接 無 WiFi 802.11b 11M WLAN WiFi 802.11g 54M 數十公尺 WiFi 802.11a 54M 間接 極低 802.11n (MIMO) 300M WiMAX 802.16d 70M 無 WMAN WiMAX 802.16e 數十公里 70M 間接 高 GPRS(2.5G) 20~40K WCDMA(3G) 384K/128K CDMA2000(3G) 153.6K/153.6K WWAN WCDMA+HSDPA(3.5G) 極大 14.4M/384K 直接 極高 WCDMA+HSDPA +HSUPA(3.75G) 上行 5.76M 3G LTE 100M/50M 無線技術總動員 3.5G 行動上網環台實測 3.5G 怎麼用 100
PC 卡介面的 3.5G 網卡 業者販售其門號 +3.5G 網卡再搭配不同的費率方案 市售的 3.5G 網卡又有 PCMCIA 或是 USB 兩種介面, 新款 NB 大多已改為 Express 卡插槽 101
無線區域網路 102
區域網路通訊協定 (3/3) 常見的區域網路架構 區域網路架構乙太網路記號環網路分散式光纖資料介面 標準傳輸速度 10Mbps 4Mbps 100Mbps 網路拓樸 匯流排 及 星狀 環狀 架構 雙環狀 架構 第七章網路概論 資料通訊與電腦網路的原理 / 7-4 通訊協定 103
簡易家庭電腦網路 安裝步驟 : 1 Step 將電話背面的電話線接頭連接至分歧器上 電話線插孔 3 Step 從分歧器接一條新的電話線至 ADSL 數據機 2 Step 從分歧器接一條新的電話線至電話 電話 分歧器 電源線 當 PWR 及 SYS 燈號亮起, 即表示安裝正確 網路線電話線 4 Step 將網路線連結 ADSL 數據機與電腦主機 5 Step 將 ADSL 數據機的電源線接頭連接至電源插座 104