第 5 章 其它區域網路技術 著作權所有 © 旗標出版股份有限公司

本章提要 交換式乙太網路簡介 記號環網路簡介 AppleTalk 簡介 HomePNA 簡介 HomePlug 簡介

交換式乙太網路的簡介 在橋接器出現之後, 進一步地有人發展出多埠的橋接器, 它其實就跟交換器的功能一樣。交換器就如同改良型的多埠橋接器, 由於具有多個連接埠,所以它除了能連接多個網路區段外, 還能像集線器一樣, 連接多個工作站。 簡單地說, 使用交換器來取代集線器的乙太網路, 稱為交換式乙太網路。

交換式乙太網路

獨享頻寬 交換式乙太網路最明顯的好處就是能獨享頻寬。當 A 傳資料給 B 時, C 也能同時傳資料給 D, 它們各自有獨立的線路。 所以在 10 Mbps 之下, 一個 16 埠的交換器能夠提供的總頻寬為 16 ÷2 x 10 = 80 Mbps。當然這是在理想的情況下才有的結果。 如果傳輸的路線有交集時, 如 A 傳給 B 時, C 同時也傳給B, 則線路就要在 A 與 C 之間切換, 此時 A 與 C 只能共享 10 Mbps 的頻寬。

獨享頻寬

全雙工的傳輸模式 由於交換器能像橋接器一樣分隔出獨立的碰撞領域, 所以工作站連上交換器, 等於是點對點的連線, 在傳輸媒介為雙絞線的情況下, 這意味不會發生碰撞, 也不需要使用 CSMA/CD 的機制來做媒介存取控制。因此可提供全雙工的傳輸模式。

全雙工的傳輸模式 當網路卡接到交換器或集線器時, 會送出特定的訊號, 並根據交換器或集線器回應的訊號, 以決定採用全雙工或半雙工的傳輸模式。這就是自動協調的機制。

記號環網路簡介 記號環 (Token Ring) 網路是由 IBM 在 1970 年發展的區域網路技術。後來 IEEE 將之小幅修改即成為 IEEE 802.5 的標準。 IEEE 802.5 與 IBM 的記號環網路完全相容, 因此, 一般皆視為相同的產品。

記號環網路拓樸

記號傳遞 記號環網路利用記號傳遞 (Token Passing) 來做媒介存取控制。有別於前面提到的 CSMA/CD, 記號傳遞並不會發生碰撞, 自然毋須做碰撞偵測動作。

記號傳遞的做法 1. 在記號環網路中, 每個工作站以固定的順序, 傳遞一個稱之為記號 (Token) 的訊框。收到此記號的電腦, 如果需要傳輸資料, 則會檢查是記號是否閒置。若為閒置則將資料填入記號中, 並設定為忙碌, 接著將記號傳給下一部電腦。

記號傳遞的做法 2. 由於記號已經設定為忙碌, 所以接下來的工作站只能將訊框傳給下一部電腦。一直傳到目的端時, 目的端的電腦會將此記號的內容複製下來, 並設定記號為已收到, 並傳向下一部電腦。

記號傳遞的做法 3. 當記號繞了一圈回直到原來的來源端時, 來源端在知道資料已被接收後,會清除記號中的資料。接著將此記號設定為閒置並傳給下一部電腦, 接下來的電腦又可以使用這個記號來傳送它要傳的資料。

記號傳遞 由於記號傳遞的傳送方式, 可避免CSMA/CD 碰撞問題。因此記號環網路的頻寬使用率, 比乙太網路要高出許多。尤其是網路的傳輸量較大時,記號環網路的效率明顯優於乙太網路。 此外, 記號傳遞還能提供優先權的管理, 將各部電腦設定不同的優先等級, 使具有較高優先等級的工作站能優先取得記號。因此, 優先等級高的工作站能有較多的機會傳輸資料。

記號環網路常用的裝置 記號環網路可藉由各種網路裝置來擴充網路規模。以下為常用的裝置： 多工作站存取單元 橋接器 交換器

多工作站存取單元 記號環網路以 MSAU (MultiStation Access Unit, 多工作站存取單元) 作為集線器, 連接網路上的電腦。 MSAU 實體連接方式為星狀拓樸, 但其內部電路仍是以環狀拓樸運作。

多工作站存取單元

橋接器 以 IEEE 802.5 的標準來說, 一個網路最多可連接 260 個工作站，這麼多的工作站會使傳輸的等待過長。因此要使大型的區域網路能更有效率, 則需使用橋接器。

橋接記號環網路

交換器 記號環網路交換器與乙太網路交換器相當類似, 可根據目的位址, 直接將訊框傳送到目的端, 讓記號不必逐一通過網路上的每一部電腦。

交換式記號環網路

AppleTalk 簡介 AppleTalk 是蘋果 (Apple) 電腦公司在1980 年代初期所開發的通訊協定組合。其主要目的是讓區域網路中的使用者, 能分享彼此的資源, 包括檔案、印表機等。 AppleTalk 可架構在乙太網路、記號環網路、FDDI 網路或是蘋果電腦專屬的LocalTalk 網路之上。

LocalTalk 簡介 LocalTalk 的設計主要是以便宜、簡單為出發點, 大部份的蘋果電腦都內建了LocalTalk 的硬體裝置。 LocalTalk 一般使用雙絞線, 其拓樸則採取匯流排 (Bus) 的方式, 其網路最大的長度為 300 公尺, 最多可連接 32 個節點, 傳輸速率只有 230.4Kbps 。

CSMA/CA LocalTalk 網路的媒介存取方式為CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, 載波偵測多重存取/碰撞避免), 用來確保同一時間只有一台電腦在網路上傳送資料, 避免產生資料碰撞 (Collision)。

CSMA/CA 機制的運作方式 1. 當有訊框需要送出時, 發送端會偵測有無任何訊框在媒介上傳送。偵測持續的情形和CSMA/CD 類似, 在 LocalTalk 網路中需持續偵測 400 μsec 加上一個隨機產生的時間, 若在此時段內都沒有其它裝置使用媒介, 就進行第 3 步驟；若發現有訊框正在傳送, 則進行第 2 步驟。

CSMA/CA 機制的運作方式 2. 發送端等待一段隨機產生的時間後, 回到第 1 步繼續嘗試傳送。 3. 發送端開始傳送資料前, 會先傳送一個稱為 RTS (Request-to-Send) 的訊框。接收端收到 RTS 訊框後, 傳回 CTS (Clear-to-Send) 訊框。

CSMA/CA 機制的運作方式 4. 發送端收到 CTS 訊框後, 開始傳送資料。

RTS、CTS 與資料訊框的傳送情形

LocalTalk 的 CSMA/CA 流程

HomePNA 簡介 近年來, 區域網路已經褪去設備昂貴、技術艱深的色彩, 開始走入一般家庭環境, 因此家庭網路 (Home Network) 的興起便成為一股趨勢。 所謂家庭網路泛指應用於家庭或 SOHO 族工作室的網路技術。

HomePNA 的特色 毋須佈線 家庭的格局規劃不比公司, 鮮少會使用高架地板或輕鋼架天花板, 以預留管線行走空間。因此若要施工佈線, 往往得穿牆鑿壁、破壞裝潢, 這當然難以被大眾接受。 所以家庭網路的第一口號就是－No New Wire！－不要另外佈線, 沿用既有線路。

HomePNA 的特色 價格便宜 互通性高 消費者永遠會精打細算, 在價格與效能之間選擇最符合經濟效益的方案。 既然家庭網路想要普及到一般家庭中, 它的價格當然要平民化。 互通性高 在家庭網路環境裡, 可能必須連接桌上型電腦、筆記型電腦、PDA、電視遊樂器、資訊家電等等設備, 因此要具備與多種介面互相交換資訊的能力。

HomePNA 的發展 HomePNA 是 Home Phoneline Networking Allinace (家庭電話線網路聯盟) 的簡稱。該組織於 1998 年成立, 致力於開發利用電話線架設區域網路的技術。 2003 年推出 3.0規格, 將傳輸速率大幅提昇到 128 Mbps, 還預留擴充規格 ( Optional Extensions ), 可以進一步加速到 240 Mps。 目前市場上的 HomePNA 產品, 大多數還只是符合 2.0 版的規格, 預計要到 2004 年下半年, HomePNA 3.0 的產品才會普及。

HomePNA 的發展 雖然電話、傳真機、ADSL 和HomePNA 都是在電話線上傳送電子訊號, 可是由於彼此所使用的頻寬都不同, 所以不會互相干擾！ 換言之, 當您用電話線架設了 HomePNA 網路之後, 可以一邊傳輸資料、一邊講電話或發送傳真, 甚至同時使用 ADSL 上網！

HomePNA 的應用範例 架設單純的 HomePNA 網路 與 ADSL 整合 與傳統數據機整合 與乙太網路整合

架設單純的 HomePNA 網路 假設各個房間已經預留了電話線路, 只要直接利用這些線路就能迅速架設起HomePNA 網路：

與 ADSL 整合

與傳統數據機整合

與乙太網路整合

HomePlug 簡介 2000 年 3 月, 由 Cisco、HP、Motorola、Intel 等數十家企業共同成立 HomePlug Powerline Alliance (家庭電源線網路聯盟) 之後, 以電源線架設區域網路的構想終於有了一致的標準和具體的進度。 該聯盟隨後在 2001 年 6 月發表電源線網路的第一份標準規格－HomePlug 1.0。

HomePlug 網路運作原理 當 HomePlug 網路的傳送端電腦送出訊號時, 通常先透過乙太網路卡傳到HomePlug 橋接器,再由 HomePlug 橋接器將乙太網路訊號轉換之後加入電源線中；而接收端電腦也同樣先透過HomePlug 橋接器, 將電源線上的訊號還原為乙太網路訊號, 才能用乙太網路卡接收。

HomePlug 網路運作原理

HomePlug 網路運作原理 HomePlug 網路的每一部電腦都必須配備一部 HomePlug 橋接器, 執行訊號轉換工作。大體來說, HomePlug 網路就像是使用電源線的乙太網路。 不過 HomePlug 橋接器也可以採用 USB 介面連接電腦, 如此一來便毋需乙太網路卡。

HomePlug 橋接器

HomePlug 網路規格與競爭力 HomePlug 1.0 的最高傳輸速率為 14 Mbps, 最大傳輸距離可達 300 公尺, 最多可連接 15 部電腦。從這些數據來看, 應該有實力與其它家庭網路技術 (例如：HomePNA 和 802.11b 無線網路) 一較長短。

HomePlug 的實際傳輸效率 若是單從規格上的最大傳輸速率來看, HomePlug 略勝於 HomePNA2.0 的 10 Mbps和 802.11b 的 11 Mbps。但是根據國外網站公布的測試報告, HomePlug 的實際傳輸速率卻低於 HomePNA 2.0 和802.11b。 不過一般認為, 在現實的電源環境裡, HomePlug 會受到導線材質、雜訊、佈線施工方式等等因素的干擾, 所以傳輸速率僅能維持在 6~8 Mbps 而已。

HomePlug 網路的優勢 安裝容易 沒有如同 802.11b 的通訊死角 只要先以網路線連接乙太網路卡和HomePlug 橋接器, 再將 HomePlug 橋接器的電源線插到電源插座, 就完成了安裝。真的很難找到更簡單的安裝方式了。 沒有如同 802.11b 的通訊死角 802.11b 無線網路最為人所詬病的缺點, 便是容易有通訊死角。位於這些死角的裝置所收到的訊號, 通常微弱到難以辨識, 自然也就無法建立連線。而 HomePlug 網路就不會有這個問題。

HomePlug 網路的優勢 未來將普及到家電產品 家庭電源線網路聯盟正持續發展新的規格, 打算將 HomePlug 技術應用到家電中。舉例來說, 使用者可以將硬碟的 MP3 檔案, 傳送到支援 HomePlug 規格的家用音響, 該音響便能播放所收到的 MP3 檔案；或者是將影像檔傳送到支援 HomePlug 規格的電視, 便能利用電視來展示商品型錄。 倘若這些深具潛力的應用能及早實現, 必定會使 HomePlug 的前景一片光明。

HomePlug 網路的應用範例 建立單純的 HomePlug 網路 透過集線器 (或交換器) 連接乙太網路 透過 ADSL 數據機連接網際網路

建立單純的 HomePlug 網路

透過集線器 (或交換器) 連接

透過 ADSL 連接網際網路