5-1 認識通信原理 5-2 電腦網路組成 5-3 網路參考模型 5-4 網路通訊協定 5-5 無線網路 5-6 行動網路 第 章 電腦網路通訊 5 5-1 認識通信原理 5-2 電腦網路組成 5-3 網路參考模型 5-4 網路通訊協定 5-5 無線網路 5-6 行動網路

5-1 認識通信原理 數位訊號 是一種不連續性的訊號，例如：電腦裡所使用的就是數位訊號，電流的開、關狀態分別產生1 和0。 訊號種類 類比訊號 是一種連續性的訊號，例如：電話的訊號就是一種類比訊號。

訊號傳輸方式 依通道的特性分類 單工(Simplex)：訊號的傳輸是單向的，電視、廣播都屬於這種傳輸。 半雙工(Half-Duplex)：訊號可進行雙向傳輸，但同一時間內只能單向從一端傳送到另一端，不能兩端同時進行傳輸，如：無線對講機。 全雙工(Full-Duplex)：訊號的傳輸是雙向的，而且兩端可以同時進行傳送與接收，如：電話。

依一次傳送資料位元數分類 並列傳輸(Parallel Transmission) 一次傳送多個位元，故較適合短距離的傳輸。

串列傳輸(Serial Transmission) 將要傳輸的資料排列成串， 一個位元接著一個位元逐一傳送，所需電路較少故成本低。

5-2 電腦網路組成 電腦網路的類型 區域網路:指涵蓋範圍約在5公里內之網路，是企業或組織自己建立的，是屬於一種內部專用的網路。 都會網路:是指涵蓋範圍約在50公里內之網路，通常佈建於一個城市或都會區的規模。 廣域網路:是指涵蓋範圍約在50公里以上之網路，範圍可以橫跨數個城市，穿越多個國家，甚至跨越洋洲。台灣學術網路(Taiwan Academic Network, TANet)就是典型的廣域網路。

區域網路的拓樸 匯流排狀拓樸 所有的電腦藉由一條通訊纜線作為主幹，而訊號在纜線中雙向傳送。

星狀拓樸 所有節點都連接到中央的節點，形成一個星狀。中央節點負責處理各節點之間的通訊要求。

環狀拓樸 所有節點連接成一個環狀，訊息沿著單一個方向，依序進行傳送。

權杖環狀網路(記號環網路)：權杖環狀網路又稱為記號環網路，擁有權杖的電腦才具有使用網路的權利。 FDDI：FDDI 網路是美國國家 標準局，在1980 年所發表的是 一個使用光纖傳輸的技術架構， 主要使用在主幹上，採用雙環 架構來克服網路斷線問題。

網路資源的分享架構 主從式網路 主從式網路(Client/Server Network)會有一個節點為伺服器(Server)，其他節點為用戶端(Client)，常見的網路伺服器種類有： 檔案伺服器 郵件伺服器 網頁伺服器 應用程式伺服器

對等式網路 對等式網路(Peer-to-Peer Network,P2P)上的每一個節點同時具有伺服器和用戶端的角色，可以分享資源給其他電腦，也可以存取其他電腦的資源。 網路中的每台電腦都可以相互存取，彼此分享與共用資源喔！

網路傳輸媒介 有線媒介 雙絞線(Twisted-Pair) 是由二條絕緣銅線扭在一起，成本最低廉，容易安裝，傳輸距離有限，傳輸量也較小，一般應用於電話線路與區域網路中。 每對雙絞線都是由二條絕緣銅線扭在一起

真正用於傳輸訊號的是中央的金屬導線，同軸電纜的成本略高於雙絞線，常用於有線電視和區域網路中。 同軸電纜(Coaxial Cable) 真正用於傳輸訊號的是中央的金屬導線，同軸電纜的成本略高於雙絞線，常用於有線電視和區域網路中。 最外層為保護用的外皮 網狀導體可以抵擋電磁波 金屬導線

光纖(Fiber Optical Cable) 光纖的中心是一條如髮絲般纖細的玻璃纖維，稱為軸芯。 最外層為保護用的外皮 塗覆膜 玻璃纖維

光纖是根據光的反射原理來 傳輸光波，將資料轉換成光 波後，射入光纖的軸芯，透 過不斷地反射，而達成訊號 傳送的目的。 具有體積小、重量輕、頻寬大、傳輸速率快、傳輸距離長、安全性高、且不受電磁干擾等特性。 在有線傳輸媒介中，依其訊號減損的程度依序為雙絞線＞同軸電纜＞光纖；依傳輸速率快慢依序為光纖＞雙絞線＞同軸電纜；依成本高低依序為光纖＞同軸電纜＞雙絞線。

無線媒介 紅外線 利用紅外線光束來傳送訊號，其頻率可達300 GHz～2×105GHz，適用於室內或是鄰近建築物之間等較短程的距離。 應用於電視遙控器、無線鍵盤與滑鼠的接收、筆記型電腦間的傳輸、以及手機間的傳輸等。

無線電 一般用於收音機與電視節目的廣播，穿透力較紅外線佳，非常適合沙漠、戰場等布線困難的場合。 微波(Microwave) 微波的頻率為2 GHz～40GHz，只能進行直線傳輸。 通訊衛星作為地面微波基地台的轉播站，透過衛星頻道接收地面發出的訊號，再發射到地表的另一端，以進行長距離的傳輸。

網路設備 網路介面卡 是電腦與網路溝通的橋樑，將電腦內原本平行的資料轉換為串列的形式，傳到網路上。 數據機 是一個具有調變(Modulation)及解調變(Demodulation) 功能的裝置，可將電腦的數位訊號轉換成類比訊號，以利用電話線傳輸。 數位訊號 類比 訊號 電信機房 數據機

中繼器 主要用來將衰減的訊號增強後再送出。 透過中繼器 可強化訊號 網際網路 中繼器 因纜線太長而 逐漸衰減的訊號

集線器中的所有連接埠會共享頻寬，因此若集線器互相連結的電腦越多，就會影響網路的整體效能。 是一種用來連接多個網路線的裝置。讓連接的每台電腦都能夠連上網路。 網際網路 集線器中的所有連接埠會共享頻寬，因此若集線器互相連結的電腦越多，就會影響網路的整體效能。

交換器會依據資料中的實體位址，來決定要將資料傳送至哪個連接埠，而不會把資料傳送給所有的連接設備。 功能與集線器類似，同樣具有多個連接埠以連結多個網路節點。但交換器會依據資料中的實體位址連接實際發生通訊的埠，而不會對其他通訊埠發出不必要的封包。 A B C D E 交換器 交換器會依據資料中的實體位址，來決定要將資料傳送至哪個連接埠，而不會把資料傳送給所有的連接設備。 電腦C傳送資料至電腦E。

將單一網路連線同時分享給多個連線設備使用。 IP分享器 將單一網路連線同時分享給多個連線設備使用。 IP分享器 網際網路

網路上所傳送的封包，然後過濾掉同一個區域網路中的資料傳送，只轉送不同網路 橋接器 是用來連接兩個不同實體層的網路，除了可以擴大網路範圍之外，它同時具備過濾區域網路間資料傳送的功能，提升網路效率。 橋接器會接收 網路上所傳送的封包，然後過濾掉同一個區域網路中的資料傳送，只轉送不同網路 間的資料。 區域 網路A 橋接器 區域 網路B

是一種提供資料傳輸路徑選擇的裝置，根據路由器決定封包的最佳傳送路徑，再將資料傳送到網路上。

閘道器 可以連接兩個通訊協定完全不同的網路。 閘道器

封包 為了使網路上的資料傳送更有效率，要透過網路傳送資料時，會先將資料切割成許多較小區塊，而這區塊即稱為封包。 A B C A B C 接收端會依照封包上的資訊，將收到封包組合還原。 傳送端會將資料分割成數個較小的區塊(即封包)進行傳送。 A B C A B C 傳送端 接收端 封包上有標示傳送起迄位址，各封包會經由不同的傳送路徑抵達目的端電腦。

5-3 網路參考模型 7 7 6 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 OSI參考模型 發送端(接收端) 接收端(發送端) 應用層 表示層 6 表示層 6 會議層 5 會議層 5 傳輸層 4 傳輸層 4 網路層 3 網路層 3 資料連結層 2 資料連結層 2 實體層 1 實體層 1 網路硬體

OSI參考模型每一層負責的工作說明

DoD參考模型 OSI參考模型 DoD參考模型 網際網路層 網路存取層 應用層 應用層 表示層 會議層 傳輸層 傳輸層 網路層 資料連結層 實體層

DoD模型每一層負責的工作說明

5-4 網路通訊協定 TCP/IP各通訊協定說明

OSI模型、TCP/IP協定集與 DoD模型的關係對照圖 應用層 HTTP FTP SMTP POP3 IMAP Telnet DHCP 應用層 表示層 會議層 傳輸層 TCP UDP SCTP 傳輸層 網路層 IP ARP 網際網路層 資料連結層 Ethernet Token Ring FDDI Others 網路存取層 實體層

各種通訊協定說明

各種通訊協定說明

IPX/SPX協定 IPX協定 IPX協定所處理的工作屬於OSI架構中的網路層，主要負責在網路設備之間建立、維護和終止通訊的連線。 SPX協定則為OSI架構中的傳輸層協定，主要負責控制網路處理過程的錯誤檢查、處理與修正，例如丟失封包等狀況，以確保資料能夠正確無誤的送達。

NetBEUI協定 在小型或中型區域網路中，NetBEUI堪稱是一個優秀的傳輸協定，它可以迅速地將資料放進封包中傳送，接收到資料後，也同樣能夠迅速解讀內容。但NetBEUI的最大缺點是無法安排路由，電腦必須加裝其他如TCP/IP、IPX/SPX等協定，才能與其他網路下的伺服器或網路設備連接。

5-5 無線網路 無線區域網路(WLAN) 依據美國電機電子工程師協會於1997年所制定的IEEE 802.11標準而發展出的無線區域網路傳輸標準，以架構出與有限區域網路的相同功能，

Wi-Fi Wi-Fi(Wireless Fidelity)是由無線乙太網路相容聯盟(Wireless Ethernet Compatibility Alliance, WECA) 所發表的一個認證標識。用以驗證使用IEEE 802.11無線區域網路通訊標準所生產的無線通訊設備，保障使用該商標的商品間可以相互連接。 Wi-Fi Direct是以Wi-Fi既有技術為基礎，讓具有Wi-Fi功能的裝置，以點對點的方式，直接與另一個也具有Wi-Fi功能的裝置連線。傳輸速度最高為250Mbps，最遠距離約為300公尺。

無線都會網路 無線都會網路所採行的傳輸標準為IEEE 802.16，該標準主要是針對微波和毫米波頻段所提出的無線通訊標準，其作用在提供高頻寬(約75 Mbps)、長距離(約50 公里)傳輸的跨都會區域無線網路。

WiMAX WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access, 全球微波存取互通)是由WiMAX論壇(WiMAX Forum)所提出，為符合IEEE 802.16標準的無線通訊技術之認證標準。 在台灣海拔最高的無線上網區域－玉山國家公園，便是以WiMAX 做為無線傳輸的主要技術，讓偏遠地區，也能建置無線上網的環境。

無線個人網路 其主要目的是讓資訊設備之間能以無線的方式傳輸資料。WPAN所使用的標準為IEEE 802.15，大家所熟知的藍牙(Bluetooth) 即為WPAN 常用技術之一。 藍牙所採行的無線通訊標準為IEEE 802.15.1，它是一種小範圍的無線電頻率技術，傳輸速率約1Mbps，傳輸距離為10公尺，常用於短距離的無線資料傳輸。 筆記型電腦與周邊設備可以利用藍牙進行傳輸。 手機與手機之間可以利用藍牙進行資料傳輸。

RFID 無線射頻辨識(Radio Frequency Identification, RFID) 是一種運用無線電波傳輸訊息的識別技術，在產品上會有一個像米粒般大小的電子標籤，此標籤透過讀取器(Reader)偵測，將標籤的資料送到後端電腦上整合運用。 日常生活中常使用的悠遊卡 也是RFID的應用之一。

NFC 近場通訊(Near Field Communication, NFC)又稱為「近距離無線通訊」，乃由RFID與互連技術的基礎演變而來，可在電子裝置之間進行短距的非接觸式點對點傳輸。 主要應用：交通儲值卡、門禁識別、行動支付、數位內容傳輸等。

物聯網 物聯網(Internet of Things, IOT) 是指在物件(如家電產品、車輛或商品)上裝設電腦或感測器，透過Wi-Fi、藍牙、3G 網路、GPS 及RFID等無線技術，結合感測裝置與後端系統，構建一個物與物之間相互通訊連結的網路。 智慧家電、RFID貨品物流追蹤、GPS公車動態資訊系統、水土環境監控、遠端居家照護、自動化控制動態能源等，都屬於物聯網的實際應用。

5-6 行動網路 1G 起源於1970 年代，自1980 年起始為普遍。技術主軸是以傳統的類比式手機為主，運用類比FM 調變技術，以類似FM 廣播無線電的通訊方式，來建構有限性的移動通訊網路。 1G行動電話系統有AMPS(Advanced Mobile Phone System)、NMT(Nordic Mobile Telephone)和TACS (Total Access Communication System) 等，

2G 自80年代末期，行動通訊技術由類比式手機轉而發展為數位式手機。 通訊傳輸主要還是以語音服務為主。 D-AMPS(Digital AMPS) GSM(Global System for Mobile Communications) CDMA(Code Division Multiple Access) 日本標準的PDC(Personal Digital Cellular)

2.5G 2G主要提供語音服務的功能相比，它們更鎖定於資料的傳輸應用，如WAP、HSCSD、GPRS等，都屬於2.5G 技術。 WAP WAP是一種開放的標準無線應用通訊協定， 主要是為全球行動通訊系統GSM與其他無線終端裝置提供無線通訊與資訊服務。

GPRS GPRS(General Packet Radio Service，通用封包無線電服務)是一種高速寬頻(Broadband)的無線行動通訊網路，主要目的是為了讓使用者可以透過行動電話存取Internet 的資源。 在現有的GSM網路基礎上，加入SGSN(Serving GPRS Support Node)和GGSN(Gateway GPRS Support Node)兩個數據交換節點，用以處理資料封包。

2.75G CDMA2000 1xRTT CDMA2000 1xRTT 以CDMA 平台為基礎，是日後3G 技術之一的CDMA2000 之技術核心。 EDGE EDGE(Enhanced Data rates for GSM Evolution, GSM 增強數據率演進)是GPRS 架構的延伸，主要優勢在於能夠充分利用現有的GSM 資源，還能夠與其後3G 的W-CDMA 標準共存。

3G無線傳輸介面的三大主流：W-CDMA、CDMA2000、TDS-CDMA。 獲得更大的頻寬，以處理行動上網及影音傳送的傳輸需求。 3G 時代所具備的加值功能，最重要的就是影像電話(Video Call)服務。 傳輸速度，在室內、室外和通訊的環境中必須能夠分別支援2 Mbps、384Kbps 及144 Kbps 的傳輸速度。 3G無線傳輸介面的三大主流：W-CDMA、CDMA2000、TDS-CDMA。

3.5G 採用的技術標準為HSDPA(High Speed Downlink Packet Access，高速下載封包存取)，是一種新興的無線通訊技術，每秒傳輸速率最快可達14.4 Mbps。 3.75G HSUPA(High Speed Uplink Packet Access, 高速上行分組接入) 技術， 其上傳速率可達5.76Mbps。

4G 靜態傳輸速率達到1G，在高速移動狀態下可以達到100Mbps，就可作為4G技術。現有4G技術主要使用WiMAX及LTE標準。 5G 英國政府與三星、華為、富士通、Telefonica、Rohde-Schwarz 、AIRCOM Internationa 等業者， 於2012 年集資投入「5G 網路」的發展計畫。 2013年5月，三星通過5G網路的前期測試，下載速度可達10Gbps。