第1章 網路基本認識

章節大綱 網路元件介紹 交換器的雙工(Duplex) 集線器（Hub） 交換器轉送方法 啟用模擬器動畫 廣播資料(Broadcast Message) 碰撞(Collision) 路由器（Router） CSMA/CD 預設閘道 交換器（Switch） RJ45網路線

1.1 網路元件介紹

網路基本認識 構成網路的基本元件：網路設備（Network Device）與網路媒介（Network Media） 網路設備 路由器（Router） 交換器（Switch） 集線器（Hub）

網路組成元件

模擬器 本書的範例檔使用Cisco 公司製作網路模擬器Packet Tracer 6.01(簡稱PT)，請安裝此版本軟體來開啟範例檔案，下圖為PT模擬器的各網路設備代表圖形。

1.2 集線器（Hub）

集線器（Hub） 集線器通常被當作終端的網路設備，直接用來連接電腦設備 外觀如下圖所示，集線器上面通常會有很多的連接埠(port)，這些連接埠大部分用來連接電腦 由於集線器的傳輸效能很差，因此，當前已經很少在使用此種網路設備

共享匯流排 線器的硬體結構是採用共享匯流排(shared bus) 方式 匯流排可以視為資料傳送的通道 在集線器上的所有連接埠都連接到此共享通道 如下圖所示，有四台PC連接到Hub，這四台PC使用共同的通道來傳送與接收資料， (範例檔案：hub-data.pka )

四台電腦連到匯流排

實體位址(MAC) 使用實體位址(MAC)來當作電腦的身分證字號 實體位址存在電腦的網路卡上

MAC 表示方式 01-23-45-67-89-7e 01:23:45:67:89:7e 0123.4567.897e 微軟Windows使用第一種表示方式，模擬器或Cisco IOS使用最後一個的表示方式。

查詢PC的MAC位址 查詢PC的MAC位址，在DOS模式輸入ipconfig /all 查詢PC1的MAC位址如下圖

PC1送出資料 如下圖，當PC1要送資料給PC4之前，會將來源電腦與目的電腦的MAC位址放入資料前面 (範例檔案: hub-data.pka)

PC4 接收資料 當集線器將資料送出時，PC會將收到資料中的目的MAC與本身的MAC相比較 如下圖所示，只有PC4會接受此資料，其餘PC2與PC3將會丟棄此資料

Hub傳送資料

網卡的混雜模式 當網路卡被設定成混雜模式就會跳過資料目的MAC與本身的MAC相比對步驟，電腦就直接將資料進行處理

1.3 啟用模擬器動畫

啟用模擬器動畫 蕭志明老師 CCNA教學

動畫模式 蕭志明老師 CCNA教學

選擇查看封包的種類 蕭志明老師 CCNA教學

在PC1執行送資料到PC4

動畫執行畫面

查看資料封包內容 當出現動畫封包時，將動畫封包打開，如此可以更詳細的看到資料在傳送過能的資訊，如下圖所示

1.4 碰撞(Collision)

碰撞(collision) 集線器會有資料碰撞(collision)的問題 由於在集線器上的資料匯流排(通道)是共用 當有資料在集線器上傳送時，此時又有其他PC要往集線器送資料時，這時就會有碰撞產生

碰撞區域 碰撞區域(Collision Domain)為會產生碰撞的區域 當兩台電腦位於同一個碰撞區域時，這兩台電腦就有可能會發生資料碰撞 集線器整個就是一個碰撞區域

動畫觀察碰撞 切換到動畫功能，在PC1執行ping 192.168.10.2表示PC1送出資料給PC2，在PC4執行ping 192.168.10.3表示PC4送出資料給PC3，如此就產生兩個資料封包，就可以看到碰撞過程。 (範例檔案：Hub-data.pka)

碰撞資料封包內容

碰撞區域數目 當四台電腦分別用兩台集線器來連接，如下圖所示 因為兩台集線器沒有串接，所以PC0與PC2、PC3處在不同的碰撞區域中 下圖會產生兩個碰撞區域

碰撞區域數目 兩個集線器串接，碰撞的區域是一個，如下圖所示 所以四台PC都會產生碰撞，因此四台PC就位在同一個碰撞區域

1.5 CSMA/CD

CSMA/CD CMSM/CD是兩種解決碰撞問題的機制 CSMA(Carrier Sense Multiple Access)是防止碰撞機制 CD(Collision Detection)是偵測碰撞機制

CSMA 機制 CS(Carrier Sense)技術就是用來偵測集線器的匯流排中是否有資料在傳輸。 PC4要送出資料之前，要先用CS偵測到已經有資料在匯流排上傳遞，PC4就先暫時不送出資料。

CD 機制 當CD偵測碰撞快要發生前，會發出一個JAM的訊號 後退演算法(backoff Algorithm)會將兩台電腦下次送出的時間錯開

1.6 交換器（Switch）

交換器（Switch） 交換器的前身為橋接器(Bridge)，一般橋接器主要有兩個連接埠，而這兩個連接埠切割兩個碰撞區域 如下圖所示，橋接器將兩個集線器串接並且分為兩個碰撞區域

多埠的橋接器 隨著硬體技術的演進，逐漸發展成多埠的橋接器，也就是目前的交換器，其功能跟橋接器一樣，可以切割碰撞區域 在交換器上連接埠之間傳送資料是獨立，不會互相影響，因此不會有碰撞問題 交換器可以切割多個碰撞區域，如下圖所示，交換器切割三個碰撞區域。

Switch的碰撞區域 交換器上的每一個連接埠算一個碰撞區域 而交換器跟交換器之間的連線算一個碰撞區域 以下圖為例，碰撞區域有五個

MAC Table學習 交換器如何做到只將資料傳送到目的電腦，在交換器上會維護一個MAC Table，儲存在記憶體(RAM)空間，交換器利用此表可以讓傳送資料更有效率 一開始MAC Table是空的，交換器會維護電腦MAC記錄與對應的Port

交換器傳遞機制 右圖所示為左圖架構的MAC Table，目前此MAC Table已經學習到三筆資料 (範例檔案:switch-data.pka)

MAC Table作用 當PC1要送資料給PC4時，當交換器收到此資料時，會先查看MAC Table 根據MAC Table中，MAC:0001.646D.CD6C在fa0/4之下，因此，交換器就判斷PC4連接在fa0/4下 交換器收到PC1的資料，就直接將此筆資料送往fa0/4下的PC4 若在MAC Table找不到對應的MAC，則全部的接電腦的Port都送一份資料，例如PC1要要送資料給PC3

MAC Table缺資訊 此時交換器的做法就跟集線器一樣，只好將資料傳送給所有連接在交換器的電腦

模擬器查看交換器中資訊

MAC Table 對應關係 MAC Table中連接埠跟MAC之間的對應關係， 為多對一 左圖為右圖完整的MAC Table，其中fa0/4下有3筆MAC資料 (範例檔案:switch-mac-table.pka)

MAC Table 對應關係 將上述範例架構中的Hub換成Switch (範例檔案:Switch-mac-table-switch.pka)

Switch中port的MAC witch中的所有port都會有各自個MAC，將滑鼠游標停留在交換器S2上，模擬器會顯示一個視窗，如下圖所示

Switch輸入指令的地方 續使用Switch-mac-talbe-swtich.pka來練習，將S1打開會出現如下的畫面，選擇CLI就可以輸入指令

查詢MAC-Table相關指令 如下表所示show mac-address-table查詢內容，clear mac-address-table為清空MAC Table 內容

指令查詢MAC Table

設定靜態MAC指令

查詢靜態設定的MAC-Table內容

1.7 交換器的雙工(Duplex)

交換器的雙工(Duplex) 全雙工表示同一時間可以送出資料也可以接收資料，而不會產生碰撞 半雙工表示同一時間只能送出資料或接收資料，並且會有碰撞產生

全雙工與半雙工的配對 Duplex Settings Half Full Auto Mismatch half

交換器中duplex設定的連線狀況

交換器port的速度

查詢交換器的port連線練習架構 (範例檔案：Switch-duplex.pka)

查詢S1中port的連線狀況相關指令

查詢交換器S2中fa0/1 port的狀況 請打開範例檔案Switch-duplex.pka

PC2中duplex與速度的查詢與設定

手動設定S2中fa0/3的duplex與speed相關指令

設定S2的fa0/3為full duplex與10M

1.8 交換器轉送方法

交換器轉送方法 交換器使用儲存轉送(store-and-forward)及截穿交換(cut-through)兩種轉送方法之一來進行網路連接埠間的資料交換

交換器轉送方法 儲存轉送(store-and-forward) 截穿交換(cut-through) 在儲存轉送中，當交換器收到資料時，它將資料儲存在緩衝區中，直到收下完整的資料訊框，在確認資料訊框的完整性之後，再送往其目的地。 截穿交換(cut-through) 在截穿交換中，交換器在收到資料資料訊框時立即處理資料，交換器不執行任何錯誤檢查，由於交換器不必等待並在緩衝區儲存整個完整的資料訊框 ，截穿交換比儲存轉送交換更快

自動切換 某些交換器可設定為連接埠先執行截穿交換，當達到使用者定義的錯誤比例門檻時，這些連接埠自動切換為儲存轉送，當錯誤率低於該門檻時，連接埠自動恢復到截穿交換。

1.9 廣播資料(Broadcast Message)

廣播資料(Broadcast Message) 廣播資料就是此資料是要送給所有電腦 當資料中的目的位址的位元全部設定為1時，也就是目的MAC:FFFF.FFFF.FFFF或IP:255.255.255.255則此資料就是廣播資料 交換器或集線器接收到廣播資料就會轉送給所有電腦

(範例檔案：Broadcast-data.pka) 廣播區域 當幾台電腦位於同一個廣播區域(broadcast domain)時，只要有一個台電腦發出廣播資料時，其它台電腦就會收到此廣播資料 如下圖所示，三台電腦PC1、PC2及PC3位於同一個廣播區域，因此，任何一台電腦發送廣播資料，其他兩台電腦就會收到 (範例檔案：Broadcast-data.pka)

觀察廣播資料 PC1執行ping 192.168.10.255，此時產生的資料封包為廣播資料，將動畫的封包打開，如下圖所示

不同廣播區域 在不同廣播區域下的電腦，是無法接收到對方送出的廣播資料 下圖為例，有兩個不同的廣播區域 若將交換器與集線器串接，只有一個廣播區域

切割廣播區域 路由器可以切割廣播區域

1.10 路由器（Router）

路由器（Router） 路由器的功能設計跟集線器與交換器不一樣 路由器主要設計不是用來接電腦，而是用來規劃網路 路由器的外觀如下圖所示為Cisco 2900，並沒有太多的網路連接埠

阻擋廣播資料 路由器有阻擋廣播資料的功能，下圖為例，路由器上的每個網路連接埠就是一個獨立的廣播區域 (範例檔案: router-broadcast.pka)

網路區域 路由器會阻擋廣播資料，所以路由器就可以切割廣播區域 廣播區域當作為一個網路區域(Network Segment)或簡稱一個網路，也就是『廣播區域』 = 『網路區域』 路由器功能就有提拱網路區域的概念 路由器之所以要劃分網路區其主要目的就是要定位電腦所在的位置，因此，要找某一台電腦，就要先判斷此電腦在哪一個網路區域下

網路區域編號 要如何快速的找到電腦所在的網路區域，對網路區域及電腦進行編號 如下圖，路由器規劃出兩個網路區域，每個網路區域需要一個編號，而編號有一定的格式稱為IP 有了電腦編號就馬上可以知道該PC在哪一個網路區域中，例如：要找192.168.10.2的電腦，可以知道這台電腦在192.168.10.0的網路中 此網路區域的實際地理位置，規劃網路的人員知道

路由器繞送功能 路由器繞送(routing)的功能是將資料送往其他網路區域 繞送要查詢一個路由表(Routing Table) 路由表中記錄每個網路區域所在的網路連接埠，此連接埠號碼可視為網路區域在路由器的方向 路由器只將資料繞送到正確的網路區域，至於資料怎麼傳送到目的PC，由交換器或集線器負責把資料再送到目的電腦中

路由表內容 網路區域172.30.10.0在路由器的fa0/1的方向，另外一個網路區域192.168.10.0在路由器的fa0/0方向

1.11 預設閘道

預設閘道 預設閘道(Default Gateway)的設計可以視為一個網路區域中資料的出口與入口 預設閘道的位置在路由器的網路介面上 以下圖為例，網路區域192.168.10.0的預設閘道為fa0/0，另一個網路區域172.30.10.0的預設閘道為fa0/1

PC的閘道設定

不同網路之間傳送資料 PC0要送資料給PC3，因此PC0要送出的資料必須經由其閘道fa0/0到路由器，路由器再做繞送將資料送往網路區域172.30.10.0的閘道fa0/1，閘道fa0/1再將資料傳送到PC3

兩個預設閘道 一個網路中能有幾個預設閘道的數目，答案是可以一個以上的預設閘道 (範例檔案：Router-two-GW.pka)

1.12 RJ45網路線

RJ45網路線 目前區域網路中使用的網路線主要為RJ45網路線，此網路線是由雙絞線(twisted pair)

雙絞線分類 雙絞線又可以分為無遮蔽式雙絞線 (Unshielded Twisted Pair，UTP)和遮蔽式雙絞線 (Shielded Twisted Pair，STP) 遮蔽式雙絞線 遮蔽式雙絞線外部最大的特色是在絞線和外皮間夾有一層鋁箔或金屬層的遮蔽，可以抑制外來電磁干擾的能力變得更好 無遮蔽式雙絞線 無遮蔽式雙絞線在絞線和外皮間沒有鋁箔或金屬遮蔽層，因此，不具有防止干擾的作用

RJ45接頭 RJ45為雙絞線的接頭規格，又稱為水晶頭，如下圖所示，接頭中有8個PIN，每個PIN剛好可以對應到雙絞線的8條銅線

雙絞線的接頭規格 RJ45為雙絞線的接頭規格，一條網路線有兩邊需要使用RJ45接頭 雙絞線的8條線要接到RJ45接頭的接法有兩種EIA/TIA 568A與EIA/TIA 568B

兩種網路線 常見的兩種網路線為直線網路線(Straight-through)與跳線網路線(Crossover) 直線網路線 跳線網路線 網路線兩端的RJ45接線方式都是一樣，例如兩邊都用568A接法或都用568B接法 跳線網路線 網路線兩端的RJ45接線方式不一樣，例如一邊都用568A接法，另一邊就要使用568B接法

設備之間使用的RJ45網路線 以不同設備之間要使用的網路線是有其固定的種類 歸類有四種設備會互相接線，這四種分別是路由器、交換器、集線器及電腦 而且相同設備之間也可以互相連線，所以總共會有16種連線方式 如下表