最主流的區域網路-乙太網路 5-1 區域網路簡介 5-6 1000Mbps乙太網路(IEEE 802.3z與IEEE 802.3ab) 5-2 區域網路相關標準 5-3 10Mbps乙太網路(IEEE 802.3) 5-4 CSMA/CD原理 5-5 100Mbps乙太網路(IEEE 802.3u) 5-6 1000Mbps乙太網路(IEEE 802.3z與IEEE 802.3ab) 5-7 10 Gigabit乙太網路(IEEE 802.3ae) 5-8 架設乙太網路 5-9 虛擬區域網路(VLAN)

5-1 區域網路簡介 區域網路(Local Area Network；LAN)是指在同一個網域內所有連接的主機及網路設備。 這個網域的範圍可能是學校、或是某一區域的大樓，在這範圍內，纜線會將電腦、網路元件或其他裝置串接起來，以便達到網路資源分享與交換

5-2 區域網路相關標準 IEEE 802委員會在區域網路相關標準制定上扮演著非常重要的角色。 該委員會在1980年2月成立，主要負責區域網路、都會網路與高速網路等介面與協定標準的制定。 其規範的內容是對照至OSI模型中的實體層與數據鏈路層。

5-2 區域網路相關標準

5-2 區域網路相關標準

5-3 10Mbps乙太網路(IEEE 802.3) 乙太網路(Ethernet)是由Intel、Xerox和Digital三家公司(稱為DIX聯盟)共同制定出來。 1982年，DIX聯盟推出了Ethernet Version 2(簡稱EV2)規格；緊接著在1983年，EV2規格經IEEE 802.3委員會稍做修改，正式公佈成為802.3 CSMA/CD規格。 至今，IEEE 802.3協定的網路標準幾乎已成為業界所採用的區域網路標準。

5-3 10Mbps乙太網路(IEEE 802.3)-10Base5 連接成匯流排(BUS)型式的網路。 10代表網路速率可達到10Mbps。 佈放的纜線為RG-11粗同軸電纜，一網路區段最大傳輸距離為500公尺。

5-3 10Mbps乙太網路(IEEE 802.3)- 10Base2 連接成BUS型式的網路。 佈放的纜線為RG-58 A/U細同軸電纜。一區段最大傳輸距離為185公尺，最多可連接5個區段及4個中繼器，可延伸至925公尺。

5-3 10Mbps乙太網路(IEEE 802.3)- 10BaseT 遵從5-4-3規則。 T(twisted)表雙絞線，可以BUS與星狀(STAR)拓樸方式架設。 佈放的纜線為CAT.3等級以上的UTP雙絞線。所有的電腦透過Hub互相連接後，一區段最大傳輸距離為100公尺

5-3 10Mbps乙太網路(IEEE 802.3)- 10BaseF F(Fiber)表光纖，一般連接成STAR型式的網路，佈放纜線以光纖電纜作為傳輸媒介。

5-3 10Mbps乙太網路(IEEE 802.3)- 10BaseF 第一種是10BaseFL；L代表Link，10BaseFL是表示以光纖連接網路卡、Hub等設備，每區段的最大連接距離可達2000公尺。 第二種是10BaseFB；B代表Backbone(骨幹)，作為兩個區域網路連接的骨幹通道。 第三種是10BaseFP；P代表Passive(被動式)，其不具有中繼器功能的光纖集線器，最多可接33部電腦。

5-3 10Mbps乙太網路(IEEE 802.3)

5-3 10Mbps乙太網路(IEEE 802.3)

5-4 CSMA/CD原理 CSMA/CD全名為多重存取/碰撞偵測(Carrier Sense Multiple Access/CollisionDetection)。其工作原理是指： 當區域網路上任一電腦(或稱主機)欲傳送資料時，會先偵測網路傳輸通道內是否有其他的訊號正進行傳輸，並傾聽(listen)網路上是否有其他電腦也有送出此要求的訊號，當偵測到傳輸通道是閒置的狀態，並再等待96bits的時間才送出訊框。

5-4 CSMA/CD原理 注意：96bits的時間為訊框與訊框之間的間隔時間(InterFrame Gap；IFG)，主要是為了怕電腦偵測到傳輸通道雖呈現閒置的狀態，但可能剛好其他電腦正處在IFG內。

5-4 CSMA/CD原理

範例1 如果一電腦感應到頻道是閒置的，該電腦就送出一個訊框，可惜不久，它偵測出有碰撞發生；於是它又再試了1次，但偵測到碰撞；還好，它在第2次重試時終於成功。由於10Mbps乙太網路的時槽時間是51.2μs，注意，乙太網路最小訊框長度為512bits(即64bytes)，故時槽時間可由512bits÷10Mbps=51.2μs得出。那麼，它的倒退重傳的時間為何？

範例1解 在第一次碰撞之後，k = 1，所以2k - 1 = 1。 在第二次碰撞之後，k = 2 ，所以2k - 1 = 3。 這表示：r是在0與1之間的隨機整數；亦即0或1。 如果是0，表示電腦不等待(0×51.2 = 0μs)。 如果是1，電腦要等待51.2μs (1×51.2 = 51.2μs)。 在第二次碰撞之後，k = 2 ，所以2k - 1 = 3。 這表示：r是在0與3之間的隨機整數；亦即0、1、2或3；倒退重傳的時間依序為0μs、51.2μs、102.4μs、153.6μs。

5-4-1 乙太網路的訊框格式 OSI第二層稱為數據鏈路層，負責乙太網路定址需要的訊框組成，而其格式分為Ethernet II及IEEE 802.3兩種，兩者的格式差異不大，但Ethernet II訊框格式中的「Etype」佔2個bytes的欄位；而IEEE 802.3則是以「長度」欄位取代「Etype」。

5-4-1 乙太網路的訊框格式

5-4-1 乙太網路的訊框格式-前置位元 前置位元(preamble)佔8bytes 前者(指Ethernet II)連續7個10101010交錯的訊號，作為發送端與接收端之間的同步，第8個byte為10101011，代表同步結束與訊框之開始。後者(指IEEE802.3)如同Ethernet II說明，只不過，第8個byte被稱為訊框的啟始界定(Start Frame Delimiter；SFD)。

5-4-1 乙太網路的訊框格式-目的端位址、來源端位址 目的端位址(Destination Address；DA)佔6bytes 可能是某單一主機的MAC位址，或是廣播或多點傳播的MAC位址。注意，廣播用的MAC位址全部為1 (0xFFFFFFFFFFFF)。 來源端位址(Source Address；SA)佔6bytes 為一主機的MAC位址，而不會是廣播位址。

5-4-1 乙太網路的訊框格式-上層類型欄位/長度欄位 上層類型欄位(Ether type；Etype)/長度欄位佔2bytes 在Ethernet II訊框中用來辨識網路層協定，Ether type對上層使用的協定類型定義，如0x0600代表XNS、0x0800代表IP、0x0806代表ARP、0x0835代表RARP、0x6003代表DECNet。 在802.3是指長度欄位，只要此欄位值小於0x0600(十進位1536)就代表長度；若大於0x0600，就代表如同Ethernet II所定義的Etype欄位。

5-4-1 乙太網路的訊框格式-資料欄位 由於乙太網路在偵測碰撞訊號時，其傳送訊框長度至少需64bytes，扣掉標頭的18bytes(不包含前置位元及SFD共8bytes)，剩下46bytes，此46bytes是「資料欄位」長度的最小需求，若資料小於46bytes，則必須0填補(padding)。 「資料欄位」的最大長度規定為1500bytes；因此，「資料欄位」長度可能從46到1500bytes。

5-4-1 乙太網路的訊框格式-FCS FCS(Frame Check Sequence)佔4bytes 利用CRC-32方式偵測整個訊框的正確性。 注意：CRC-32被除數不含前置位元與SFD。

5-4-1 乙太網路的訊框格式-802.2 802.2佔3bytes Ethernet II的架構對應於OSI的第一層與第二層部分；而IEEE 802.3定義了實體層及MAC子層；至於上半部的LLC子層，則由IEEE 802.2所定義。 LLC標頭可分成3個欄，各佔1octet (即byte)，分別為DSAP(Destination Service Access Point)、SSAP(Source Service Access Point)及HDLC控制欄。

5-4-2 Ethernet封包的擷取分析 Ethernet封包的擷取方式可以利用手提電腦(其IP位址為192.168.1.8及MAC位址為00:0c:f1:0a:4b:f8)內的瀏覽器向Google網站連線並下載一些資料，我們是透過掛在線上的Wireshark工具程式(參考附錄B)，並用滑鼠在封包內容列的第二層(即)點兩下進行對Ethernet封包欄位分析，如圖5-6所示。 注意：可在「Filter」欄位敲入小寫的「tcp」加速找到Google網站。

指出所連線到的Google網站 封包內容 指出48位元的MAC位址 指出網路連線型態是在PPPoE (PPP over Ethernet)進行 及 指出來源端MAC位址為00:0c:f1:0a:4b:f8 (IP位址為192.168.1.8)；目的端MAC位址為00:90:1a:41:77:65。由於採用手動撥接連線，故此時的Etype如的最後數字0x8864代表PPPoE。

5-4-2 Ethernet封包的擷取分析

5-5 100Mbps乙太網路(IEEE 802.3u)-100BaseTX 資料經4B/5B區塊編碼以維持同步，這種編碼的特點是將欲送出的資料流程每4bits為一組，然後按照4B/5B區塊編碼規則將4bits轉換成相對應的5bits碼。

5-5 100Mbps乙太網路(IEEE 802.3u)

5-5 100Mbps乙太網路(IEEE 802.3u)- 100BaseT4 100BaseT4為了保持同步並同時減低頻寬，使用一種稱為8B/6T (8個二進位轉換成6個三進位)三準位的線路編碼。 如圖5-9所示(參考附錄C) 00110010 (即16進制資料值32)經8B/6T編碼成(0，+，–；0，–，+)；頻寬也從 100M baud減 低為75M baud

5-5 100Mbps乙太網路(IEEE 802.3u)-100BaseFX 使用光纖來傳輸，傳輸的距離與所使用的光纖類型及連接方式有關。 在點對點的連接方式下， 若使用多模光纖，傳輸距離可達2公里； 若使用單模光纖，其距離更可高達10公里。

5-6 1000Mbps乙太網路(IEEE 802.3z與IEEE 802.3ab) 802.3z Gigabit乙太網路標準；它也分類為2線式或4線式(參考表5-5)。 2線式稱為1000BaseX，要達到1000Mbps的資料傳輸，需先經8B/10B區塊編碼，接著使用NRZ對訊號編碼。1000BaseX可以使用短波光纖，稱為1000BaseSX；長波光纖稱為1000BaseLX；或短銅跳線，稱為1000BaseCX。 4線式稱為1000Base T，是利用4條雙絞線達成1Gbps的傳輸速率。

5-6 1000Mbps乙太網路(IEEE 802.3z與IEEE 802.3ab

5-7 10 Gigabit乙太網路(IEEE 802.3ae) 若使用單模光纖，最大傳輸距離可達40公里；若使用多模光纖，最大傳輸距離只有300公尺。 實體層規格分為LAN與WAN，前者採用寬分波多工(Wide WDM；WWDW)技術；後者很適合使用於SONET/SDH網路技術。 為了高速傳輸的需求並不允許半雙工模式，因此不需要CSMA/CD協定。換言之，只會以全雙工模式運作，完全將發送與接收的訊號分開，省掉碰撞的發生及偵測。

5-7 10 Gigabit乙太網路(IEEE 802.3ae) 由於光纖的施工與相關設備花費昂貴，於是在2006年6月8日，IEEE 802.3an小組在美國加州聖地牙哥通過UTP的10 Gigabit乙太網路標準，稱為10G BASE-T。 佈線則選擇CAT.6、CAT.6a或CAT.7。 CAT.6a為無遮蔽纜線，而CAT.7則是有遮蔽。 注意：以GG-45接頭取代RJ-45接頭。

5-7-1 10 Gigabit乙太網路的類型

5-7-1 10 Gigabit乙太網路的類型 ST和SC介面是光纖連接器的接頭。SC是標準方型接頭，採用的塑料材質具耐高溫、不易氧化等優點。 SC連接器的芯在接頭裏面(凹入式)；而ST連接器的芯在接頭外面。

5-8 架設乙太網路 目前網路卡都已內建於主機板內，因此我們將分別討論與其有關的RJ-45接頭及網路線製作，如下說明。

5-8-1 RJ-45接頭 RJ-45接頭是電腦連接到網路，用來建立連 線的透明插頭，如圖5-12所示。

5-8-1 RJ-45接頭

5-8-2 網路線製作 網路線又可分為平行線與交叉線兩種

5-8-2 網路線製作-工具 1. RJ-45壓線鉗。 2. 專業的剝線鉗。 3. 剪刀。

5-8-2 網路線製作-材料 1. CAT.5網路線。 2. RJ-45接頭與插座。

5-8-2 網路線製作-製作步驟 1. 先用剝線鉗將網路線剝開。 2. 將成對的絞線鬆開。 3. 依照網路線規格排好接腳順序。 4. 將線整理好，以剪刀或剝線鉗剪齊。 5. 將已剪齊的線插入RJ-45接頭；並以壓線鉗壓製完成。

5-8-2 網路線製作-製作步驟 6. 若以568B製作RJ-45接頭的色碼編排來說，我們可以利用剝線鉗將雙絞線外皮剝掉約2公分左右，一旦線的外皮剝掉後，先將線分成4對線，由左到右依順時鐘為白橙/橙、白藍/藍、白綠/綠及白棕/棕，再將白綠與白藍兩線對調即完成。用剪刀剪齊這些芯線後，套上RJ-45接頭，再以壓線鉗壓製就大功告成。重複上述步驟，製作另一端的RJ-45接頭後，這條網路線就形成了。

5-8-2 網路線製作

5-9 虛擬區域網路(VLAN) 虛擬區域網路(Virtual LAN；VLAN)是利用特定的技術將LAN以邏輯的方式進行分割，連結在LAN上的主機實際上並不一定需要連結在一起，但這些主機相互之間通訊的行為如同實際連結在一起。