無智慧報告—網路導論 義守電機 副教授 黃蓮池 在報告前

大 綱 前言：網路是什麼 網路協定：OSI、TCP/IP 網路規模：LAN、MAN、WAN 網路組成：點、線、面 大 綱 前言：網路是什麼 網路協定：OSI、TCP/IP 網路規模：LAN、MAN、WAN 網路組成：點、線、面 交換技術：電路交換、封包交換、訊胞交換 結語：統整

前 言 網路是什麼碗糕？ 林青霞 我是一片雲 雲端：熱門、虛華 詭譎多變

網路協定(1/2) 協定(Protocol)：雙方(透過網路)進行通訊所需遵循的規定(遊戲規則) 分層與對等 OSI (Open System Interconnection)：分七層 TCP/IP：分四層 每一層負責通訊中繁雜工作的一部分 層與層之間透過介面溝通 對等交談：兩通訊端，同階層才會交談，所依據的即為協定

網路協定(2/2)

網路協定：OSI (1/3)

網路協定：OSI (2/3) 實體層：介質規格、接頭規格、資料實體規格 同軸電纜、雙絞線、無線電波、紅外線等實體介質，轉換數位資料以利傳輸等工作，傳輸頻寬、工作時脈、電壓高低、相位等等 (資料)鏈(連)結層：同步、偵錯(CRC)、MAC (media access control) 網路層：定址(Addressing)、選擇路徑(Routing)

網路協定：OSI (3/3) 傳輸層：編定序號、控制流量、偵錯與錯誤處理 會議(期)層：會前準備，例，全雙工模式或半雙工模式？如何發起傳輸？如何結束傳輸？如何設定傳輸參數？...等等 表達層：內碼轉換、壓縮與解壓縮、加密與解密 應用層：直接提供服務給使用者之應用程式(甚至涵蓋會期層與表達層的功能)

網路協定：TCP/IP (1/3) Host-to-host Internet Network Interface (Access)

網路協定：TCP/IP (2/3) Internet並未參考OSI模型，因TCP/IP協定的誕生早於OSI模型 『TCP/IP協定組合』包含了與TCP/IP相關的數十種通訊協定，例如：SMTP、DNS、ICMP、POP、FTP、Telnet...等等 由美國國防部所發展，亦稱為DoD (Department of Defense)模型

網路協定：TCP/IP (3/3) 應用層：包含OSI的應用層、表達層及會期層 傳輸層：同OSI傳輸層 網路層：同OSI網路層

網路協定：OSI vs. TCP/IP (1/3)

網路協定：OSI vs. TCP/IP (2/3)

網路協定：OSI vs. TCP/IP (3/3) TCP/IP的分工比較粗略，但比較簡單、有效率 OSI則較精密、周延、嚴謹完整

網路規模 以涵蓋範圍而論 實際上與使用的協定息息相關 小：乙太網路(Ethernet)，無線區域網路(WiFi, IEEE802.11系列) 中：WiMAX 大：有線無線電信網路、網際網路

網路規模：LAN 區域網路(LAN, Local Area Network)：規模最小的網路，範圍通常在2公里內

網路規模：MAN 都會網路(MAN, Metropolitan Area Network)：範圍在2至10公里左右，大概是一個都市的規模

網路規模：WAN 廣域網路(WAN, Wide Area Network)：規模最大的網路，涵蓋的範圍可以跨越都市、國家甚至洲界

網路組成 網路：簡言之，透過傳輸媒介互相連接起來，好讓彼此相互通訊及分享資源之一群設備 分享之資源 類比：點(設備)連線(有線無線)所構成的面 分享之資源 檔案：網路上的芳鄰 訊息：電子郵件、即時通 週邊裝置：印表機、傳真機 應用程式：資料庫線上查詢

網路組成：點(1/7) 各種網路元件，執行不同層功能 第一層：數據機(Modem)、中繼器(repeater增益器) 第二層：網路卡(NIC, Network Interface Card)、橋接器(Bridge)、第2層交換器(Layer 2 switch) 第三層：路由器(Router)、第3層交換器(Layer 3 switch)

網路組成：點(2/7) 數據機(Modem = Modulator + Demodulator) 內接式(又稱數據卡)、外接式、內建式、纜線數據機(Cable Modem)、ADSL數據機 增益器：將失真訊號恢復原來的波形與強度，兩邊的網路架構(第二層)相同，可連接不同的線材 (乙太網路)集線器：即多ports之中繼器，又稱MultiPort Repeater MPR或Repeater Set 集線器未必是中繼器，因有些無加強訊號功能

網路組成：點(3/7) 網路卡(在此指乙太網路之網路卡) AUI：又稱DIX (Digital、Intel、Xerox)，現已淘汰 BNC：用在實體匯流排拓樸 RJ-45：與電話接頭類似

網路組成：點(4/7) 橋接器：兩端網路具相同之網路層 主要功能為過濾封包(因會紀錄MAC位址)，故可切割網路，而縮小碰撞網域(collision domain) 所連網路仍屬 同一廣播(Broadcast)網域， 因不會阻擋廣播封包 (目的端為全部)

網路組成：點(5/7) 第2層交換器 又稱交換式集線器(Switch Hub)或多埠橋接器 具備集線器(多埠)與橋接器功能(原集線器只做第一層工作，橋接器則到第二層) 對N Port 100 Mbps的頻寬，理論上最大傳輸頻寬為100 × N Mbps

網路組成：點(6/7) 路由器(Router) 主要功用為選擇路徑，考慮因素包括頻寬、線路品質、使用率、所經節點數、成本 阻隔廣播封包

網路組成：點(7/7) 第3層交換器：具交換器及路由功能 通常與路由器搭配使用或在不需連至網際網路之環境中取代路由器 路由器之簡化版，為加速路由，以硬體執行路由動作，原路由是以軟體執行 尚不能取代路由器 因尚缺安全管理、與WAN的連接、優先權管理、支援多種協定封包等功能 通常與路由器搭配使用或在不需連至網際網路之環境中取代路由器 已在進步改變中，朝向取代路由器之路邁進

網路組成：線(有線) (1/6) 同軸電纜(Coaxial cable) 中心導體：傳遞訊號 絕緣體：隔絕中心導體和導電網，避免短路 導電網：環繞中心導體的一層金屬網，用以接地及阻隔外界干擾 外層包覆：保護網路線，防止網路線在不良環境(如潮濕、高溫)中受到氧化或其它損壞

網路組成：線(有線) (2/6) RG58：用在早期乙太網路，為多芯線 RG59：用在有線電視，為單芯線

網路組成：線(有線) (3/6) 雙絞線(Twisted pair)：成對銅線捻絞而成 兩兩對絞可降低電磁干擾(Electromagnetic Interference, EMI)，對絞次數愈多效果愈好 兩種雙絞線 遮蔽式雙絞線(Shielded Twisted Pair, STP)：絞線與外皮間夾有一層金屬網或膜，更有效抑制EMI 無遮蔽式雙絞線(Unshielded Twisted Pair, UTP)：較便宜，使用率較高 目前較普遍的是Cat 5及Cat 5e，而更高級的則為Cat 6 乙太網路線為4對，電話線僅1到2對

網路組成：線(有線) (4/6) 乙太網路線

網路組成：線(有線) (5/6) 光纖(Optical Fiber) 軸芯(core)：傳送訊號，折射率較高之玻璃材質，直徑約50-100微米 被覆層(cladding)：折射率極低 外皮(coating)：不透光的材質， 用以隔絕外在 干擾源，並保 護脆弱的軸芯

網路組成：線(有線) (6/6) 三種光纖 單模(Single-mode) 步階係數多模(Step-index multimode) 漸層係數多模(Graded-index multimode)

網路組成：線(無線) (1/2) 無線電(radio)：30 MHz ~ 1 GHz，適合全向性(monidirectional)應用 微波：1 ~ 40 GHz，有指向性(directional)，適合點對點及衛星通訊 公用頻帶：原規劃給工業、科學及醫療(ISM, Industrial, Scientific, and Medical)免執照使用，除2.4-2.4835 GHz外，在台灣尚有40.66 (40.66-40.70) MHz及5.8 (5.725-5.825) GHz 紅外線：約300 GHz ~ 200 THz，用在區域之點對點或點對多點應用

網路組成：線(無線) (2/2) 展頻通訊：安全 直序展頻(Direct Sequence Spread Spectrum) WiFi 802.11 跳頻展頻(Frequency Hopping Spread Spectrum) 藍牙每秒1600次

網路組成：面 拓樸(topology)：白話而言即長相 目前已發展出來的區域網路拓樸，大致分成以下4種： 匯流排(Bus)網路 星狀(Star)網路 環狀(Ring)網路 網狀(Mesh)網路

網路組成：面—匯流排 所有電腦共用一條網路線(一條腸子通到底) 其實是由很多段所銜接而成 缺點 任一段故障，整個網路癱瘓 追查故障比較麻煩 加減電腦需中斷網路

網路組成：面—星狀 以集線器(Hub)為領導中心，成向外放射 優點即彌補匯流排的缺點 局部故障只影響局部，除非整個 集線器出了問題 可從集線器的燈號追查故障點 增減電腦不會造成網路中斷 使用集線器的乙太網路是屬於邏輯匯流排拓樸搭配實體星狀拓樸 缺點：增加買集線器的成本。現因成本下降，星狀網路已成趨勢

網路組成：面—環狀(1/3) 電腦連成一個環(棒棒接力) 電腦依序編號，訊號則依編號 遞送。不能跳過中間電腦，除 非有做bypass的動作。電腦要 傳送資料前需拿到令牌(token) 優點：不會發生碰撞(collision) 缺點：成本較高，一線路或節點故障，整個網路將癱瘓。可用備援線路解決

網路組成：面—環狀(2/3) 兩個環，即兩個線路 一般在主要線路運作，若故障，則以備援線路運作

網路組成：面—環狀(3/3) 節點之間可以有多條連結路徑 分為完全連結式網狀網路 (Fully Connected Mesh Network)及部分(Partially)連結網狀網路 最大優點為容錯(Fault Tolerance)，缺點為成本較高

交換技術 交換(Switching) 資料在網路中傳送及/或資料在節點中送出 主要分為電路(circuit)交換及分封(或封包packet)交換 Vs. 路由 就在節點的動作而言，可以這麼說，路由為選擇路徑，交換則是選擇後將封包送出 另一觀點，路由以軟體執行，交換以硬體執行

交換技術：電路交換 通訊雙方之間建有專屬的通道(電路) 早期電信網路即發展，常以時間計費 電路事先建立，專屬使用 幾無延遲，但使用率低

交換技術：封包交換 (1/2) 資料被切割成區塊(封包)分別傳送 原使用在電腦(數據)網路，常以數量計費 傳輸線路非專屬使用 一般需儲存再轉送(store-and-forward)故有延遲，但可提高線路使用率

交換技術：封包交換 (2/2) 兩種基本方式 連接導向與非連接 資料塊(datagram)交換 採非連接式(connectionless) 虛擬電路交換(virtual circuit) 採連接導向式(connection-oriented) 連接導向與非連接 2 ~ 4層皆有，且層層之間可採不同模式 TCP/IP中最常見的應用常使用TCP (第四層)及IP (第三層)，而TCP為連接導向式，但IP為非連接式。另一個第四層UDP則採非連接式

交換技術：訊胞交換 使用在ATM (asynchronous transfer mode) 結合電路交換之封包交換 使用封包交換但封包長度固定稱為訊胞(cell) 使用電路交換，即封包交換中的虛擬電路 網路架構與傳統電信網路類似

統 整(1/3) 電信/數據/網際網路 多媒體寬頻網路 大哥大基地台 路由器/交換機 網路流量/壅塞控制 差異服務/服務品質 統 整(1/3) 電信/數據/網際網路 多媒體寬頻網路 大哥大基地台 路由器/交換機 網路流量/壅塞控制 差異服務/服務品質 區域(乙太)網路 無線區網 基地台(AP) 路由/ 閘道器 交換/集線器 隨選視訊VoD 影片欣賞(柯南) 金庸群俠傳 網路遊戲/聊天 無 線 上 網 寬 頻 電子商務 網路購物/訂票 數據機/ADSL/ Cable Modem 行動商務 (GPRS, 3/4G) 手 機 PDA/手機

統 整(2/3) 資料走向：通訊兩端

統 整(3/3) 資料走向：中間節點

參考資料 www.cloudcomputing-china.cn/Article/UploadFiles/200911/20091114225844845.jpg 施威銘研究室，“最新網路概論2011”，旗標 www.garmana.com/tutorials/layers/images/tcpmodel.jpg cpe.kmutt.ac.th/wiki/index.php?title=Network_Application_Monitor&printable=yes W. Stallings, Data & Computer Communications, eighth edition, Prentice-Hall www.tcpipguide.com/free/t_CircuitSwitchingandPacketSwitchingNetworks.htm linux.vbird.org/linux_server/0110network_basic.php http://godleon.blogspot.com/2007/05/osi-7-layers-osi-tcpip-link-layer-data.html

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