CH2 網路與通訊技術

ch02 網路與通訊技術

本章大綱 2.1 緒論 2.2 網路相關概念 2.3 寬頻網路 2.4 無線網路 2.5 結論

2.1 緒論 網際網路與資訊科技的普及應用, 已大幅的改變了傳統的商業模式與環境, 也改變了人們的工作與生活方式 網際網路也促成了電子商務 娛樂與社群的興起, 這些創新除了開啟許多商業機會外, 也同時對現代人的生活帶來很大的衝擊, 很多傳統以面對面互動的交易模式已數位化或虛擬化, 並透過網際網路與資訊科技來完成

2.2 網路基本概念 網路 (Network) 是由二個或二個以上的設備或稱為節點 (Node), 透過不同的媒體相互連結而形成一個網狀且可彼此分享資訊與資料的結構, 節點可以是任何在網路上收發資料的設備, 如電腦 印表機等

2.2 網路基本概念 -- 傳輸模式 網路的傳輸模式可依傳輸方向分為三類 : 單工 半雙工及全雙工模式 單工 單工傳輸模式顧名思義只有單方向的資料傳輸, 其設備所扮演的角色只是單純的 發送端 或 接收端 功能 半雙工 半雙工傳輸模式讓設備進一歩扮演發送端和接收端二種角色, 但在同一時間只能扮演其中一種角色, 無法同時傳送與接收

2.2 網路基本概念 -- 傳輸模式 全雙工 全雙工傳輸模式可讓設備同時扮演發送端和接收端二種角色, 目前大部份的通訊設備都是全雙工的通訊模式, 包括網路 手機等

2.2 網路基本概念 -- 網路拓樸 網路拓樸大致可分為三種型態 : 匯流排 星狀及環狀 匯流排拓樸 匯流排 (Bus) 拓樸建構的網路, 其特徵是網域中所有電腦均連結到同一條線路上 該型態網路有致命的缺點, 因為此種網路拓樸是由一條網路線將所有電腦相連而成, 網路中任何一段線路發生故障會將造成整個網路癱瘓

圖 2-4 匯流排拓樸

2.2 網路基本概念 -- 網路拓樸 星狀拓樸 星狀 (Star) 拓樸之特徵是以一個主要的樞紐設備為中心, 網域中其他電腦均直接與這個樞紐設備相連, 並透過該設備分享資料 其優點是不需像匯流排拓樸必須偵測是網域中哪一段線路發生問題, 其問題就發生在樞紐設備上

圖 2-5 星狀拓樸

2.2 網路基本概念 -- 網路拓樸 環狀拓樸 環狀拓樸是網域中的電腦一部接著一部相連結, 且最後一部電腦再與第一部電腦相連形成一個環狀的網路型態 但是當網路中任意一部電腦或者任意一段線路發生問題時, 會造成整體網路癱瘓

圖 2-6 雙環的環狀拓樸

2.2 網路基本概念 -- 網路拓樸 混合型的拓樸 該網路由兩個星狀 一個匯流排網路拓樸以及一個環狀拓樸連結而成 所以此型態混合三種特色, 但在企業運用上, 通常不是只使用單一種拓樸來佈置企業網路, 而可能會因需求而將此三種不同型態的拓樸加以混合運用

圖 2-7 混合型拓樸

2.2 網路基本概念 -- 網路類型 在網路的應用上, 網路也可以依其部署所涵蓋的範圍大小分為三種不同的網路類型, 範圍由小而大分別為區域網路 都會網路及廣域網路 區域網路 (Local Area Network, LAN) 區域網路涵蓋之網域小至一般家庭透過集線器 (Hub) 相互連結的電腦, 或大到包含整個企業樓層間的電腦, 檔案伺服器的連結等, 都可稱為區域網路

圖 2-8 區域網路

2.2 網路基本概念 -- 網路類型 都會網路 (Metropolitan Area Network, MAN) 都會網路是區域網路的擴大, 可以是單一網路涵蓋整個都市 ( 例如電信網路 ) 或者是由多個區域網路相互連結而成大約為一個都市的範圍 廣域網路 (Wide Area Network, WAN) 廣域網路則是都會網路再擴大, 為三種網路類型中涵蓋範圍最大者, 其範圍可能包含了整個國家, 甚至跨越國家涵蓋到全球

圖 2-9 都會網路

圖 2-10 廣域網路

2.2 網路基本概念 -- 網路類型 網路也可以依其應用範圍 所有權與使用之開放程度, 分為網際網路 企業內網路與企業間網路 網際網路 (Internet) 網際網路 (Internet) 起源於 1960 年代中期, 由美國國防部的先進研究計劃部門 (Advance Research Project Agency, ARPA) 為交換傳遞國防單位及研究單位之間訊息所開發的 ARPANET Internet 這個字可以拆成 Inter 與 Net,Inter 是交互的意思, 而 Net 是指網路, 合起來就是網路間的互動 Internet 支援之應用很廣, 主要可分為發現 溝通與合作等三類

2.2 網路基本概念 -- 網路類型 企業內網路 (Intranet) Intranet 是一種利用 Internet 技術, 讓企業內部使用者相互傳遞資訊 支援企業內部協同合作 分享彼此知識及訊息的私有網路 (Private Network) 企業內網路之應用有以下之好處 : 提升工作績效 提供企業內溝通管道 促進知識的分享

2.2 網路基本概念 -- 網路類型 企業間網路 (Extranet) Extranet, 該字來自於 Extended Intranet 兩字字母前後之結合 (Ex + tranet) Extranet 所使用的技術與 Intranet 相同, 但對象是客戶 合作夥伴或供應商, 而非企業內部員工 Extranet 常被用於供應鏈之間的流程連結與訊息交換 ( 例如銷售 生產與採購等 ) 的自動化, 以提升供應鏈的作業效率

2.2 網路基本概念 --OSI 模型 OSI(Open System Interconnection) 模型是由國際標準組織 (International Standards Organization, ISO) 於 1970 年代後期為制定網路通訊相關標準所提出 該模型依模組化的精神將網路架構分成七個階層, 分別是實體層 資料連結層 網路層 傳輸層 會議層 展示層及應用層

2.2 網路基本概念 --OSI 模型 應用層 : 提供使用者進入 OSI 環境的服務, 如電子郵件 Internet Explore 瀏覽器 FTP 檔案傳輸 以及 Telnet 等應用程式 展示層 : 主要負責資料轉碼 資料加密 / 解密, 壓縮 / 解壓縮 會議層 : 主要負責建立電腦之間的溝通模式, 例如, 全雙工或半雙工模式, 為應用程式設定適合的模式進行傳輸, 並維持雙方溝通的進行 傳輸層 : 主要工作是將傳輸的大量資料封裝成數個較小的封包, 進行錯誤檢測和修正, 並依順序加以編號後完整且正確的送到目的電腦

2.2 網路基本概念 --OSI 模型 網路層 : 將傳輸層所傳下來之訊息包入一個信封內, 寫上來源及目的地之位址, 為各封包選擇所要傳送的最佳路徑, 並且讓封包在不同的網路之間成功的進行傳遞 資料連接層 : 制定 Frame 的格式以及如何傳送, 並確保在傳送的過程中,Frame 能被正確地傳送到目的地的網路層中 實體層 : 定義網路傳輸中的各種設備規格, 將此數位資料轉換成實體傳輸介質, 以及將硬體所攜載的信號轉換成電腦可以理解的電子信號等

2.2 網路基本概念 --DoD 模型 DoD 模型 (Department of Defense Model) 是目前 Internet 所使用的網路模型, 是由 Internet 的前身 -ARPANET 所建立的網路模型, 以 TCP/IP 為主軸 DoD 模型是四層式架構, 由上到下分別是應用層 (Application Laye) 主機層(Host-to-Host Layer) 網際網路層(Internet Layer) 及網路存取層 (Network Access Layer)

圖 2-13 DoD 模型與 OSI 模型之比較

2.2 網路基本概念 -- 網路連接設備 中繼器是連結兩段網路纜線的類比式設備, 透過中繼器將訊號放大並傳至纜線的另一端, 纜線長度可以從 500 公尺延伸到 2500 公尺 集線器將數條輸入線路結合起來, 在任何一條線路上傳送訊號會從其他所有線路上送出, 就像在同一條纜線上一樣 交換器 (switch) 用來連接 LAN, 當訊框 (frame) 送達時, 交換器從訊框中取出目的地實體位址 (MAC address), 並從交換器本身的表格中查出該要訊框送至何處, 交換器可以用來區隔碰撞領域

圖 2-14 集線器架構圖

圖 2-15 交換器架構圖

2.2 網路基本概念 -- 網路連接設備 路由器 (Router) 用來處理封包及封包在網路上之傳送, 路由器只讀取封包的部分, 因此路由器並不會看到實體位址 傳輸閘道器用來連結使用不同網路協定的區域網路 應用程式閘道器用在將訊息從一種格式轉譯成另一種格式

圖 2-16 路由器架構圖

2.2 網路基本概念 -- 網際網路協定 網際網路協定 (Internet Protocol, IP) 是網際網路中非常重要的一個協定, 它運作於 OSI 中的網路層或 DoD 模型中的網際網路層 如同家中的門牌號碼 一般所使用的 IP 的定址方式是 IPv4(IP version 4) 與 IPv6(IP version 6) 網路協定 IPv4 該協定係於 1975 年所訂定, 它是由 4 個位元組 (32 bits) 所組成, 每一位元組的值是介於 0~255 之間的正整數 IPv6 IPv6 標準於 1995 年制訂, 具有 8 個 16 bits 的數字 (128 bits), 每個位元組是由 0~ffff 所組成

2.3 寬頻網路 -- 網路傳輸速度 1 個 Byte = 8 個 Bits 電腦世界裡所用的數字是 2 進位, 每個 Bit 可以表達 0 或 1 因此,1 個 Byte(8 個 Bits) 可以表達從 0 到 255, 共 256 個數字 其它常見的單位如 K M G T(Tera) 等 網路上傳輸資料的速度單位一般是以每秒傳輸多少位元 (bits per second, bps) 來計算, 例如中華電信寬頻所提供 2M 下載速度的服務時, 其實際的下載最快速度轉換為一般我們所認知的資料大小時, 其實就只有每秒 2*1024K bits = (2*1024/8) Kbytes = 256KBytes 的速度而己 因此, 若檔案大小為 1,118KB, 則最快要需約 4 秒以上才能傳完

2.3 寬頻網路 -- 頻寬與寬頻 頻寬 (Bandwidth) 指的是在一定的時間內, 一條線路所能傳輸資料的總量, 可以把頻寬與網路的關係想像成公路的寬度 寬頻 (Broadband) 在技術上的解釋是 : 在一條線路上同時傳送多個頻道的資料傳輸方式稱為寬頻傳輸, 可以把寬頻想像成 很寬廣的頻寬 國際上對於寬頻定義及寬頻傳送速率有不同的定義

2.3 寬頻網路 -- 頻寬與寬頻 根據 ITU-T I.113 建議書對寬頻一詞所下的定義是指, 傳輸通道容量在原級速率以上的服務或系統, 但因為美 歐兩地的系統規格有所不同, 故又區分美規之原級速率為 T1 (1.544Mbps) 歐規之原級速率為 E1(2.048Mbps) 兩種, 但以上兩者皆為寬頻服務 美國則是由聯邦傳播通訊委員會 (Federal Communication Commission, FCC) 於 1996 年電信法中的定義, 所謂寬頻服務, 是指利用任何經過交換 (Switched) 的高速科技, 支援使用者上傳 下載皆超過 200Kbps 以上的速度, 進行高品質語音 資料 圖表 影像等資訊的雙向傳輸先進電信服務 (Advanced Telecommunications Capability)

2.3 寬頻網路 --ADSL 與 Cable Modem DSL 利用一般電話線傳送數位訊號, 可將寬頻的資訊傳入家庭及企業, 其線路可以傳送資料 ( 數位 ) 及聲音 ( 類比 ) 訊息, 而且傳送資料的線路在語音通話過程中可以一直保持暢通 DSL 以二種方式來傳送資料 : 對稱 (Symmetric) 及不對稱 (Asymmetric) ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line, 非對稱式數位用戶線路 ) 之所以被稱為非對稱式的主要概念就在於上傳和下載的速度是不對稱的, 也就是下載的頻寬比較大, 而上傳則比較小

圖 2-17 非對稱式數位用戶線路

2.3 寬頻網路 --ADSL 與 Cable Modem Cable Modem 是透過有線電視纜線 (Cable) 來連結網路, 其分成單向和雙向二種 : 單向的 Cable Modem 單向 Cable Modem 是法令未明時的過渡型產品, 所謂單向, 指的是下傳時透過纜線, 而上傳時則透過一般數據機 雙向的 Cable Modem 雙向 Cable Modem 指的是不論上傳或是下傳, 都是使用有線電視的纜線, 不過雖然都是經過同一條線, 但是和 ADSL 一樣, 上傳和下傳的速度是不一樣

2.4 無線網路 無線網路並不算是一項新的技術, 早在二 三十年前第一隻手機被發明時, 無線網路就己經悄悄的開始發展, 直到近幾年科技的進步, 讓無線網路大放異彩 展頻 (Spread Spectrum, SS) 這項技術的起源是 1950 年二次世界大戰結束時軍方所使用的雷達系統, 由於是軍方所使用之技術, 因此本身具有不被干擾和不易被偵測的特性 目前大部份無線網路都是使用這種技術, 其又分成二種 : 直接序列展頻和跳頻展頻

2.4 無線網路 --WPAN- 藍芽 一個低成本 低功率的短距離無線傳輸技術, 並由 Ericsson 將其命名為藍芽 (Bluetooth) 藍芽特色如下 : 使用跳頻展頻技術, 避免干擾 可同時連結八個設備 全方位指向, 設備彼此不需指向某一特定點就可連結

2.4 無線網路 --WLAN-WiFi 無線區域網路是一種提供行動用戶透過無線方式連結的區域網路, 使用電子電機工程師協會 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 所訂定的 802.11 標準技術, 在 2.4 GHz 頻帶上最高可達到 54Mbps 的傳輸速度 其包含 802.11a 802.11b 802.11g 下一代的標準為 802.11n, 這種新一代的標準使用多重輸入輸出 (Multiple input Multiple output, MIMO) 的技術

2.4 無線網路 --WiMAX 全球互通微波存取介面 (Worldwide Interoperability for Microwave Access, WiMAX), 是由 WiMAX 社群所制定修改的 WiMAX 技術類似 Wi-Fi 無線網路, 但 WiMAX 的通信距離以數十公里計 ( 理論值是 50 公里 ), 而無線網路是以公尺計算, 在需要高頻寬以及穩定服務品質 ( 即 QoS) 的連線, 如 VoIP 網路電話服務時, 通話距離尤其重要

2.4 無線網路 -- 行動通訊 目前無線網路範圍最廣的莫過於行動通訊設備所連結而成的網路, 稱之為無線的廣域網路, 目前以 GSM GPRS 及 3G 的系統為主, 詳細請參考第 11 章

2.5 結論 在全球化的今日, 網路已是企業運作的基本設備, 也是個人生活上不可或缺的配備 上述網路相關的基本知識, 有助於非技術背景之專業人員或管理者瞭解網路之基本概念及其運作, 也有助於企業電子化之推展