計算機概論 第10章 認識電腦網路

從聲波到電波

有效的通訊系統 3種特性： 3個基本的需求： 傳送的功能 資料精確地傳送 資料即時地傳送 效能（performance） 可靠性（reliability） 安全性（security）

通訊系統的四大要素 資訊發送的裝置。 資訊接收的裝置。 資訊傳送的機制。 在傳送的機制下，資訊必須被轉換成的格式與處理的方式。

通訊系統建立的模式

通訊系統的訊號（signal） 是指電磁波的訊號 訊號的傳遞是一種能量（energy）的傳送，其中隱含著資訊 通訊系統最基本的功能，是將資料轉換成訊號（Signals），以電磁波的方式，經由傳輸介質，從某一地點傳到遠距離外的另一點，所接收到的訊號，可以被還原成原先的資料

資料或是訊號的兩種特性 類比（Analog） 數位（Digital）

週期性訊號的例子

訊號的組成 訊號可以看成是不同頻率電磁波的合成 我們可以把不同頻率的訊號合成在一起，得到一個新的訊號 新訊號的頻譜（Spectrum）就是所組成的各頻率的組合 任何的週期訊號（periodic signal）都能表示成正弦（sinusoidal）函數的和（sum），我們把這個和（sum）稱為傅立葉級數（Fourier series）

頻寬（Bandwidth）與資料傳輸速率（Data Rate） 一般而言，訊號的大部分能量，集中在整個頻寬中的某一小段，稱為訊號的有效頻寬（Effective Bandwidth） 因為資料可以隱含在訊號振幅的週期變化裡，頻率愈高，表示內含的資料量愈大 因為有效頻寬是實際上傳輸介質可以運用的頻率範圍；所以有效頻寬越大，資料傳輸速率（Data Rate）也就越高

常見的資料與訊號的型式及轉換

編碼（encoding）與調變（modulation）的技術

資料與訊號的轉換技術 數位資料→數位訊號 類比資料→數位訊號 數位資料→類比訊號 類比資料→類比訊號

數位資料轉換成數位訊號

數位訊號的編碼技術

數位資料轉換成類比訊號

類比資料轉換成數位訊號 類比資料可以先數位化（Digitization）成數位資料後，再轉換成數位訊號或是類比訊號 最常見的數位化方法是所謂的「脈衝碼調變」（PCM, Pulse Code Modulation），其由來是根據「抽樣理論」（Sampling Theorem）：若是將連續產生的訊號，在固定的時間間隔抽樣，而抽樣的速率高於訊號最高有效頻率的兩倍，則抽樣所得的不連續資料，可以用來重建原來的連續訊號

PCM的原理

類比資料轉換成類比訊號 類比資料可以直接以類比訊號的型式傳送，因為很多類比資料本身就是以電訊的型式產生的，也稱為「基頻訊號」（Baseband Signals） 為了要共享傳輸介質，提高介質使用效能，可以把基頻訊號經由調變的方式，使其頻寬位移到頻譜（Spectrum）上的另一段位置，配合傳輸介質所用的頻段

調變技術簡介 調變（modulation）是一種把原始資訊編碼（encode）轉換成傳輸型式的程序，通常原始資訊的訊號經過調變後成為頻率高的訊號 原來的訊號稱為modulating signal，調變以後的訊號稱為modulated signal 調變的方法是依照原始訊號的振幅來調整高頻載波（high frequency carrier）的振幅（amplitude）、相位（phase）或頻率（frequency） 接收到訊號的另一方利用反調變（demodulation）來取得原始的資訊

傳輸介質 導向式介質（Guided Media）：例如雙絞線（Twisted Pair）、同軸電纜線（Coaxial Cable）與光纖（Optical Fiber） 非導向式介質（Unguided Media）：對於非導向式介質來說，訊號的頻譜是決定傳輸特性的關鍵；主要的非導向式介質是空氣，所傳送的訊號是電磁波（Electromagnetic Wave）

常見的導向式介質的外觀

各種介質與傳輸技術所傳送訊號的頻率範圍

雙絞線

同軸電纜(coaxial cable)

光纖

非導向式介質（Unguided Media） 紅外線(infrared) 無線電微波 無線電(radio waves)

電信通訊系統（Telecommunications System）的主要成分 通訊設備 區域迴路（Local Loops） 交換設備 主幹電路（Trunk Circuits）

通訊網路的結構

PSTN的作用原理

數據通訊的架構

從用戶的角度來看電信通訊網路的服務

ISO／OSI網路模型

分層負責的處理方式

ISO／OSI七層架構的功能

網路七層中資料的處理與傳遞過程

常見的網路分類法（Taxonomy） 以網路涵蓋的區域大小來分類 以傳輸訊號的特徵來分類 以交換方式來分類 以傳播方式來分類廣播網路

交換網路的由來

乙太網路的結構

區域與都會網路的標準化

Gigabit Ethernet的標準

廣域網路的大環境

廣域網路各類傳輸速率

電腦網路的組成

網路硬體元件的分類

多工的方法 時間分割多工法( TDM ， Time-Division Multiplexing ) 頻率分割多工法(FDM， Frequency-Division Multiplexing)

無線橋接的配置(資料來源 : www.cisco.com)

路由器的外觀(資料來源 : www.cisco.com)

電腦與集線器的連接(資料來源 : www.cisco.com)

堆疊式的集線器(資料來源 : www.cisco.com)

無線通訊的分類與產品

無線通訊網路的種類與應用

行動無線通訊發展的世代 早期的類比通訊系統是第一代的行動通訊系統（1 G） 第二代（2G）的無線通訊技術使用數位訊號（digital signal） 第三代（3G）的發展目標在於支援更多元化的網路應用與更高的資料傳輸速率 3.5G的技術是HSDPA(high-speed downlink packet access) 3.75G的技術是HSUPA(high-speed uplink packet access)

通訊系統中使用的電磁光譜

無線電頻譜（radio spectrum）

行動無線通訊的特性 通訊的方向性是單向或雙向 傳輸資料的性質與種類 所使用的頻率區段 使用的範圍與限制 使用者的位移狀態 通訊時間的長短

從涵蓋範圍來看無線通訊網路 無線廣域網路（WWAN, wireless wide area network） 無線區域網路（WLAN, wireless local area network）

各種802.11標準的基本特徵

無線通訊的簡單分類

無線通訊應用的分類 垂直的應用是針對某一個領域或行業發展出來的應用 水平的應用廣泛地包括大多數人參與的應用，可能包括多個市場的範疇 以戶外行動用戶進行銷售或到府服務的應用來說，可以算是垂直的應用 電子郵件、傳真、資料庫存取等則算是水平的應用

計算機概論 第11章 網際網路與其應用

網際網路的源起與發展歷史 美國在國防部內成立ARPA（Advanced Research Projects Agency） 1968年ARPA委託BBN建置ARPANET，這是網際網路的起源 TCP/IP協定的研發始於1973年 1992年Internet Society成立，CERN發布World Wide Web 1995年NSF宣布停止讓外界直接連入NSF骨幹，必須透過與NSF簽約的業者來建立連線，等於使NSFNET成為私有網路（private network） 1996年以後，大部分的Internet流量由獨立的ISP骨幹來承載，包括MCI、AT&T、SPRINT與各國的ISP業者

直接連線的方式

交換網路的型態

網路相連的型態

IP位址的組成

URL（Uniform Resource Locator） URL是一個代表WWW上資源位置的字串，RFC 1738定義了URL的語法（syntax）與語意（semantics） 一般Web server的網址就是URL的一種，例如http：//www.ntu.edu.tw URL跟網址的名稱比較起來，主要的差別是URL的最前面有描述協定的字串，例如http，最後可能會有描述路徑（path）的字串，路徑的部分必須要大小寫跟原來的URL一致，否則電腦會當成是另外一個URL

常見的機構類別

常見的地理名稱

網際網路協定在OSI model中的位置

TCP/IP協定與ISO七層架構的對應關係

典型的TCP/IP資料封包 MAC位址 IP位址 Port位址

國內網際網路的大架構

資料在網路上的傳播

IP位址的組成

IP位址的分級（x代表可為0或1）

IP位址的分割

網路數目與主機數目的分配

為什麼要有ARP？ ARP（Address Resolution Protocol）是網際網路中有名的位址轉換機制，主要的功能是把IP位址轉換成實體位址（Physical address） 實體位址是跟著網路卡（或網路介面）而來的，廠商售出的網路卡上的實體位址是經過分配的，避免有重複的現象，但是這種位址太長了，格式也不易統一，所以網際網路有它自己訂定位址的方式 問題是在實際傳輸時，網路卡或網路介面還是只認實體位址，如此一來，在軟體的層次上就得做IP位址與實體位址之間的轉換

廣播傳訊與定址傳訊

IP位址與實體位址

甲方的IP通訊軟體送出ARP請求

ARP請求的資料框格式

快取儲存空間的內容變化

ARP的功效

網際網路的路由協定（routing protocol）

層次介面之間使用的通訊埠號碼（port number）

在IP封包中和協定有關的資料

新版本的IP 要能支援上億的主機數目。 降低路由表格（routing table）的大小。 簡化協定，讓路由器能更快速地處理封包。 提供比目前IP更好的安全性，包括驗證（authentication）與私密性（privacy）。 注意服務型式的需求，特別是即時資料的處理。 支援更明確的群播（multicasting）機制。 讓主機能在IP位址不變的情況下進行漫遊（roaming）。 讓協定本身未來能持續進化。 讓新舊協定能夠共存數年，使轉換能順利進行。

IPv4使用的header

IPv6使用的header

行動式的IP（Mobile IP） Mobile IP是一種協定標準，以Internet Protocol為基礎，但是能支援行動通訊的環境，而且讓應用系統與高層的協定（例如TCP）不受影響 PDA、數位蜂巢電話與手持的行動通訊器具也可以讓我們連上網際網路，這種連線方式對於使用者來說更為方便 Mobile IP的資料來自RFC 2002的文件中，IETF（Internet Engineering Task Force）是制定Mobile IP協定的主要組織

每個行動節點（mobile node）有兩個IP位址 home address：固定的靜態位址，可用來辨識像TCP層次的連結（TCP connections）。不管行動節點的位置如何改變，在作業上好像行動節點一直在home address上收送資料。 care-of address：當網路的連結（point of attachment）改變時這個位址就會改變，可以想像成與行動節點的位置有關的位址。care-of address會有網路號碼，明確定義行動節點所在的網路連結。

Mobile IP運作的原理 在行動節點的home network上要有一個叫做home agent的網路節點，當行動節點不在home network時，home agent負責替行動節點接收資料封包，然後轉送到行動節點所在的foreign network 當行動節點的位置再度改變時，必須向home agent註冊（register）新的care-of address。如此一來，home agent就知道如何把資料封包轉送到新的care-of address 在轉送前，所轉送的封包的目標位址（destination address）必須改變，這道程序叫做packet transformation或redirection

Mobile IP的關鍵概念

基本的網路電話的概念

與VoIP相關的協定

VoIP通話的處理（call handling）