第 10 章 電腦網路.

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1 第 10 章 電腦網路

2 學習目標 看完本章, 您應該學會以下主題： 網路的種類與功用 網路的運作原理與基本觀念 平常可能會接觸到的網路設備

3 10-1 電腦網路能為我們做什麼 什麼是電腦網路 (Computer Network) ？簡而言之, 電腦網路便是利用有形或無形的媒介 (例如：網路線、紅外線、電磁波) , 將一群電腦連接起來, 好讓彼此可以互相分享資訊。

4 電腦網路的用途 一旦有了電腦網路, 我們通常利用它來做以下的事情： 分享資源
網路上常見的資源包括『檔案』與『設備』兩類, 所謂的設備包括：硬碟、光碟機、印表機、傳真機等等。從 Windows 系統的『資料夾分享』, 到網際網路上的檔案上傳與下載, 皆可視為檔案交換的應用。

5 電腦網路的用途 至於分享設備的例子, 最普遍的便是分享印表機, 只要網路上有一部電腦安裝了印表機並設為分享, 其他電腦便可以透過網路使用該印表機。

6 電腦網路的用途

7 電腦網路的用途 傳遞訊息 網路上存在各式各樣的訊息, 目前數量最龐大的可算是電子郵件 ( , ElectronicMail) 。早期的電子郵件只能傳送文字, 現在則可以傳送圖形、聲音和影片等各類檔案,讓郵件內容更為豐富。 由於電子郵件遠較傳統郵件迅速、方便, 因此無論是個人或企業, 都逐漸以電子郵件取代傳統郵件。

8 電腦網路的用途

9 電腦網路的用途

10 電腦網路的用途 此外, 近幾年也興起一股使用 IM (Instant Messaging , 即時傳訊) 軟體的熱潮, 例如：Windows Live Messenger (MSN Messenger) 、Yahoo！奇摩即時通訊等等。 以前有許多人上線是為了收發電子郵件, 現在則是一上線就『掛』在Windows Live Messenger 或 Yahoo！奇摩即時通訊, 與四面八方的網友哈啦個幾小時也不嫌累。

11 電腦網路的用途 如果覺得用鍵盤輸入談話內容不過癮, 乾脆戴上『耳麥』 (耳機 + 麥克風) , 執行網路電話軟體讓雙方來個即時交談：以時下當紅的炸子機－Skype來說, 不但通話品質改進了不少, 還能撥打給市話與行動電話, 實在非常方便！

12 電腦網路的用途

13 電腦網路的用途 提供服務 在政府與民間企業都一片 e 化的風潮帶領之下, 眾多的服務和交易都能直接在網路上完成, 例如：網路 ATM 可以轉帳、在購物網站可以直接刷卡消費, 就連預訂機票和火車票也都沒問題。 如此便能節省了親自前往處理來回所花費的時間, 達到『以網路取代馬路』的目標。

14 電腦網路的用途

15 另類資料交換方式：Sneakernet 個人電腦大約從 1980 年代開始, 逐漸普及於家庭與辦公室。但不像現在從桌上電腦到手持裝置, 有線或無線網路介面已是標準配備, 當時網路卡等設備價格都仍偏高,一般個人電腦都不會配備網路卡。

16 另類資料交換方式：Sneakernet 然而在多人使用電腦的環境, 免不了會面臨交換資料的問題。就像在辦公室裏, 同事之間總是會因職務所需, 彼此交換文件、檔案等等。還好那時候大部份個人電腦都有軟碟機, 使用者可將資訊儲存在磁碟片上, 再透過人工方式來交換磁碟片, 因此就有人以 Sneakernet (運動鞋網路) 稱呼此種傳送資料的方式。

17 另類資料交換方式：Sneakernet

18 另類資料交換方式：Sneakernet 雖然現今軟碟機早已被淘汰, 網路也相當普及, 然而Sneakernet依然歷久不衰,現在Sneakernet 這個名詞可泛指任何未使用通訊網路來傳送資料的方式。 當遇到網路頻寬不足、需傳輸的資料量很大等情況, Sneakernet 就會派上用場, 例如常見有人以隨身碟、隨身硬碟將資料從一台電腦移到另一台電腦。

19 隨堂練習 1.請大家來討論電腦網路如何改變我們的生活？它帶來哪些正面或負面的影響？例如：網路訂位、網路購票、網路 ATM、網路色情、垃圾郵件氾濫與傳播電腦病毒等等。 2.有人建議要立法來管制網路的使用, 請問您是否贊成？說明其理由。

20 10-2 電腦網路的類型 依據規模大小, 電腦網路可區分成以下 3 種類型： 區域網路 (LAN, Local Area Network)
都會網路 (MAN, Metropolitan Area Network) 廣域網路 (WAN, Wide Area Network)

21 區域網路 區域網路 (LAN, Local Area Network) 所涵蓋的範圍大約在 2 公里內, 常見的情形是：同一層樓的不同辦公室, 或是同一棟大樓內的不同樓層。由於區域網路技術已經相當成熟, 所用的設備也算是價廉物美, 所以一般中小企業、SOHO (Small Office,Home Office) 族或個人, 都可以自己動手架設專屬的區域網路。目前最普及的區域網路為『乙太網路 (Ethernet)』 (或下一章介紹的 無線網路) , 凡是討論到區域網路, 莫不以乙太網路為代表。

22 區域網路

23 都會網路 都會網路 (MAN, Metropolitan Area Network) 的範圍在 2〜10 公里左右, 大概是一個都市的規模。都會網路可視為數個區域網路相連而成, 例如：一所大學內各個校區分散在整個城市各處, 將這些網路相互連接起來, 便形成一個都會網路。都會網路的傳輸速率通常比區域網路稍慢, 設備也比較昂貴。

24 都會網路

25 廣域網路 廣域網路 (WAN, Wide Area Network) 為規模最大的網路, 涵蓋的範圍可以跨越都市、國家甚至洲界。例如：某跨國企業在台北、紐約、東京皆設立分公司, 這些分公司的區域網路彼此相互連接即形成廣域網路。廣域網路的連線距離極長, 連線速度通常低於區域網路或都會網路, 使用的設備也都相當昂貴。

26 廣域網路

27 三種網路類型的比較 下表總結區域、都會, 與廣域三種網路類型的特性：

28 三種網路類型的比較 以上的分類方式可能因人而異, 例如：都會網路與廣域網路的分界並不是很明確, 所以有些人在分類時, 只分成區域網路與廣域網路兩類, 而略過都會網路。

29 為何沒提到個人網路？ 關於網路的分類, 有些文件還會提到個人網路 (PAN, Personal Area Network) , 為何在本節卻沒介紹呢？ 顧名思義, 個人網路的規模約略就是個人在電腦前的活動範圍內, 通常不超過 10 公尺。常見的應用幾乎都是兩部裝置互相交換資料, 例如：用 USB 傳輸線連接電腦與電腦或電腦與PDA 等等。

30 為何沒提到個人網路？ 雖然理論上而言, 兩部裝置就可以形成網路, 可是這種網路實在太陽春了, 在功能上或架構上都談不上有什麼特色, 因此我們略過不提。 不過近年來, 由於『藍牙』 (Bluetooth) 產品日漸普及, 有些人用它來架構無線個人網路 (WPAN, Wireless Personal Area Network) , 這才又提升了『個人網路』這個名詞的知名度,詳情請參考第 11 章。

31 對等式網路與主從式網路 若依據網路的作業方式來區分, 可分為主從式 (Client-to-server) 與對等式 (Peer-to-peer) 兩種網路。

32 主從式網路 主從式網路又稱為 Server-based 網路, 其中的電腦區分為兩種角色－『伺服器』 (Server) 與『用戶端』 (Client) 。簡而言之, 伺服器代表『提供資源或服務』的電腦；用戶端則代表『使用資源或服務』的電腦。 舉例來說, 假如 A 電腦提供自己的資料庫給 B、C 電腦查詢, 那麼 A 電腦便扮演了資料庫伺服器的角色；至於 B、C 這兩部使用資料庫的電腦, 則是扮演用戶端的角色。

33 對等式網路 對等式網路的特色為：每部電腦可以是用戶端兼伺服器, 自己不但可提供資源給其它電腦, 也可以使用其它電腦提供的資源。究竟誰當伺服器、誰當用戶端, 並無一定的規則,經常是同時兼具兩種角色。

34 對等式網路 例如：執行 Windows 7 的電腦, 既可以當作檔案伺服器, 提供檔案給別人, 也可以使用別人提供的檔案。在對等式網路裡, 伺服器和用戶端其實只是一種相對的角色扮演而已, 在某方面自己扮演伺服器, 但是在另一方面則扮演著用戶端。

35 對等式網路

36 對等式網路 以上圖為例, A 電腦將自己的印表機分享出來, 所以是印表機伺服器；但是當它讀取C 電腦分享出來的資料夾時, 卻算是用戶端。所以, 從共享列印的角度來看, A 電腦是伺服器；但是從共享檔案的角度來看, 它則成了用戶端。

37 隨堂練習 1.請各位同學回想一下, 自己的電腦平常是扮演伺服器的機會較多？或是扮演用戶端的機會較多？扮演不同的角色時, 在操作上或軟硬體的配置上, 有什麼不同的地方？ 2.如果要為公司採購一部電腦作為檔案伺服器, 在規格上要加強哪一方面的功能？例如：CPU、硬碟容量、記憶體等等。

38 10-3-1 模型的用途 10-3 網路的運作方式－用 OSI 模型說明 且讓我們先舉一個例子來說明模型的用途。
假設小陳是某社區開發案的專案負責人, 要在發表會上說明整個專案的背景、設計理念與特色。如果, 小陳僅以書面資料和口頭報告, 儘管說得天花亂墜, 可是聽眾的反應卻很冷淡。因為小陳所講的都是看不到、摸不著、很抽象的畫面, 而且每個人所想像的畫面可能完全不同, 所以自然激不起共同、熱烈的迴響。

39 模型的用途 然而小陳若將社區的設計尺寸按等比例縮小, 製作一個栩栩如生的模型, 再利用該模型逐一講解。由於聽眾能夠具體地看到各種設施的外觀、位置, 因此能充分了解整個設計的優點, 必然給予較正面的回應。 由此得知 , 一個適當的模型能將複雜的事情具體化、簡單化。而網路上的工作錯綜複雜, 倘若能利用一個好的模型來說明, 肯定能對學習有正面的幫助。

40 模型的用途 然而網路模型的設計實無定法, 各家的模型皆有所長。以下所要介紹的模型, 是被公認為最著名、最具影響力的網路參考模型－OSI 模型 (OSI Model, Open Systems Interconnection Model) 。

41 OSI 模型的 7 層架構簡介 ISO (International Organization for Standardization, 國際標準組織) 於 1984年發表了 OSI 模型, 將整個網路系統分成 7 層 (Layer) , 每層各自負責特定的工作, 如下圖：

42 OSI 模型的 7 層架構簡介

43 第 1 層：實體層 此層的工作主要包含以下 3 項： 制訂傳輸介質 (網路線、電磁波) 的規格。 制訂將資料轉換為電子訊號或光訊號時的規格。
制訂接頭之規格。

44 第 1 層：實體層 無論何種通訊, 雙方最終得透過實體的傳輸介質來連接, 例如：同軸電纜、雙絞線、電磁波、紅外線等等。而不同的介質有不同的特性, 所以 0 與 1 的數位資料在傳送之前, 可能會經過轉換, 將數位資料轉變為光訊號或電子訊號以利傳輸, 這些轉換及傳輸工作便是由實體層負責。

45 第 1 層：實體層 此外, 決定傳輸速率、工作時脈、電壓高低、相位...等等細節, 也都是在此層規定。在個人電腦上廣泛運用的 RS-232 (正式名稱應為 EIA-232) , 及數據機的 V.90、V.92 等等, 皆是此層著名的標準。

46 第 2 層：鏈結層 此層的主要工作包含以下 3 項： 同步
網路上可能包含五花八門、不同廠牌的裝置, 為了確保所有裝置都能同步作業。因此鏈結層協定會在傳送資料之前, 先送出一小段同步訊號, 使得傳送與接收雙方達到同步,而後才開始傳送資料。

47 第 2 層：鏈結層 偵錯 接收端收到資料之後, 會先檢查該資料的正確性, 才決定是否繼續處理。
在鏈結層最常用的檢查方式為：傳送端對於即將送出的資料, 先經過特殊運算產生一個CRC (Cyclic Redundancy Check) 碼, 並將這個 CRC 碼隨著資料一起傳過去。

48 第 2 層：鏈結層 而接收端也將收到的資料經過相同的運算, 得到另一個 CRC 碼, 將這個 CRC 碼與對方傳過來的 CRC 碼相比較, 即可判定收到的資料是否完整無誤。 其實接收端在許多層都會做偵錯工作, 但鏈結層是把守第一關, 若是過不了這一關, 通常這份資料就直接被捨棄。至於是否通知對方再重送一份, 則是因協定 (Protocol) 而異, 有的自己做, 有的交給上層的協定來處理。

49 第 2 層：鏈結層 這裡所說的『協定』, 代表網路設備溝通時所用的共通語言, 藉由它才能在各種網路設備之間建立連線。 制定媒體存取控制的方法
當網路上的多個裝置要同時傳輸資料時, 如何決定其優先順序？是讓大家公平競爭、先搶先贏？或是賦予每個裝置不同的優先等級？這套管理辦法通稱為媒體存取控制方法 (MAC Method, Media Access Control Method)。

50 第 3 層：網路層 此層的主要工作包含以下兩項： 定址
在現實生活中, 每棟房子都會有一個唯一的地址, 以方便郵差遞送信件, 或是外地訪客找到位置。在網路世界裡, 所有網路裝置都必須有一個獨一無二的名稱或位址, 才能相互找到對方並傳送資料。至於究竟採用名稱或位址？命名時有何限制？如何分配位址？這些工作都是在網路層決定。

51 第 3 層：網路層 選擇傳送路徑 若從傳送端到接收端有許多條路徑, 要如何決定走哪一條呢？我們以下圖為例：

52 第 3 層：網路層

53 第 3 層：網路層 從 A 傳資料到 D 有多達 5 條路徑：

54 第 3 層：網路層 乍看之下, 似乎以第 1 號路徑距離最短, 因為它沒經過其它節點, 所以傳輸速率最快。然而實際上卻未必如此, 還應該考慮線路品質、可靠度、使用率、頻寬、成本等因素, 才能決定誰是最佳路徑。

55 第 4 層：傳輸層 此層的主要工作包含以下 3 項： 編定序號
當所要傳送的資料量很大時, 便會予以切割成多段較小的資料, 而每段傳送出去的資料,未必能遵循『先傳先到』的原則, 有可能『先傳後到』, 因此必須為每段資料編上序號,以利接收端收到後能組回原貌。

56 第 4 層：傳輸層 控制資料流量 如同日常生活中難免遇到塞車, 網路傳輸也會遇到壅塞 (Congest ion) 情形。此時傳輸層協定便負責通知傳送端：「這裡塞住了, 請暫停傳送資料！」等到恢復順暢後, 再告知傳送端繼續傳送資料, 就像是交通指揮員在管制車流一樣。

57 第 4 層：傳輸層 偵錯與錯誤處理 這裡所用的偵錯方式, 可以和鏈結層相同或不同, 兩者完全獨立。一旦發現錯誤, 也未必要求對方重送, 完全看通訊雙方所使用的協定如何規定, 例如：TCP 協定會要求對方重送, 但 UDP 協定則不要求對方重送。

58 第 5 層：會議層 負責通訊的雙方在正式開始傳輸前的溝通, 目的在於建立傳輸時所遵循的規則, 使傳輸更順暢、有效率。溝通的議題包括：使用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。 就像兩國元首在見面會商之前, 總會先派人談好議事規則, 正式談判時就依據這套規則進行, 才不至於擦槍走火、場面失控。

59 第 6 層：表達層 表達層的主要工作包含以下 3 項： 轉換內碼
我們在鍵盤上輸入的任何資料, 到了電腦內部都會轉換為代碼, 這種內部用的代碼稱為『內碼』。現今絕大多數的電腦都是以 ASCII 碼為內碼, 可是有些電腦卻可能採用EBCDIC 碼為內碼, 所以這部電腦的 『0』 可能變成另一部電腦的 『9』, 如此勢必天下大亂。

60 第 6 層：表達層 遇到這種情形, 表達層協定就可以在傳輸前或接收後, 將資料轉換為接收端所用的內碼系統, 以免解讀有誤。

61 第 6 層：表達層 壓縮與解壓縮 為了提升傳輸效率, 傳送端可在傳輸前將資料壓縮, 而接收端則在收到後予以解壓縮,恢復為原來資料, 這個壓縮、解壓縮工作可由表達層協定來做。但是在實作上, 有些應用層的軟體卻能做地又快又好, 廣受大眾青睞。 因此壓縮、解壓縮的工作反而較少由表達層協定來做。

62 第 6 層：表達層 加密與解密 網路安全一直是令人頭疼的問題, 沒人敢擔保在線上傳輸的資料不會被竊取。因此在傳輸敏感性資料前, 應該予以加密。如此即使駭客截取到該資料, 也未必能看懂真正的內容。 理論上來說, 加密的次數愈多、加密的方法愈複雜, 被破解的機率愈低, 可是這樣也會耗費較多的時間, 所以效率會下降。一種好的表達層協定, 便能在安全與效率之間取得平衡, 可靠又快速地執行加密任務。

63 第 7 層：應用層 直接提供檔案傳輸、電子郵件、網頁瀏覽等服務給使用者。在實作上, 大多是化身為應用程式, 例如：IE 、Firefox、Windows Live Mail 等等。 而且有些功能強大的應用程式, 甚至涵蓋了會議層與表達層的功能, 因此有人認為OSI 模型上 3 層 (第 5、6、7層) 的分界已然模糊, 往往很難精確地將產品歸類於其中一層。

64 OSI 模型 7 層的運作方式 前面雖然簡介了 OSI 模型, 但是並非要求讀者死背這 7 層的名稱。而是請讀者首先要明白資料在這 7 層之間的傳遞方式。如果不明白這個道理, 那無異是入寶山而空手歸來。在此, 我們先說明這 7 層的運作方式。

65 OSI 模型 7 層的運作方式 資料由傳送端的最上層 (通常是指應用程式) 產生, 由上層往下層傳送。每經過一層,都會在前端增加一些該層專用的資訊, 這些資訊稱為『表頭』 (Header) , 然後才傳給下一層, 讀者不妨將『加上表頭』想像為『套上一層信封』。 因此到了最底層時, 原本的資料已經套上了 7 層信封。而後透過網路線、電話線、光纖等媒介, 傳送到接收端。

66 OSI 模型 7 層的運作方式 接收端收到資料後, 會從最底層向上層傳送, 每經過一層就拆掉一層信封 (亦即去除該層所認識的表頭) , 直到了最上層, 資料便恢復成當初從傳送端最上層產生時的原貌。

67 OSI 模型 7 層的運作方式

68 OSI 模型 7 層的運作方式 若以網路的術語來說, 這種每一層將原始資料加上表頭的動作, 便是資料的封裝 (Encapsulation) , 而封裝前的原始資料則稱為資料承載 (Payload) 。 在傳送端, 上層將資料傳給下層, 下層將上層傳過來的資料當成 Payload, 再將Payload 封裝成新的資料, 繼續傳給更下一層去封裝, 直到最底層為止。

69 OSI 模型 7 層的運作方式 其實在第 2 層 (鏈結層) 除了加上表頭之外, 還會在資料的尾部加上一些資訊, 這些資訊稱為『表尾』 (Trailer) 。由於表頭與表尾的運作原理相同, 故只以前者為例說明。

70 隨堂練習 1.OSI 網路模型將整個網路分成 7 層, 您覺得是否分得太多層或太少層？層數的增加或減少, 各有什麼優缺點？

71 10-4 網路拓樸 網路既然是由電腦互相連接而成, 那麼連接的方式是否有一定的限制呢？當然有囉！試想當老師要求一群小朋友手拉手坐下來時, 如果沒有講清楚要排成什麼形狀, 小朋友們就搞不清楚是該一字排開、連成一條長龍？或是圍成一個圓圈？

72 10-4 網路拓樸 同理, 將電腦連成一個網路時, 通常依所連成的『幾何形狀』加以分類, 若以網路術語來說, 這個幾何形狀就是所謂的拓樸 (Topology) 。說得再白話一點, 就是整個網路的『長相』。目前已發展出來的網路拓樸, 大致分成以下 4 種：

73 10-4 網路拓樸 匯流排 (Bus) 網路 星狀 (Star) 網路 環狀 (Ring) 網路 網狀 (Mesh) 網路

74 匯流排網路 匯流排 (Bus) 架構的主要特性, 就是『以一條網路線來連接所有電腦』, 不過這種說法其實是不精確的。因為它並非真的是用『一條』很長的網路線, 其實是『很多條較短』的網路線、一段一段地接起來的。 所以從巨觀角度來看, 它像是一長條網路線；但是從微觀角度來看, 應該是許多段網路線所銜接成的：

75 匯流排網路

76 匯流排網路的優缺點 匯流排網路在早期非常盛行, 因為它具有成本低廉和佈線簡單的優點。只要買足了網路線、接頭和網路卡, 不需要其它額外的網路設備, 就可以架起匯流排網路。 不過在簡單的架構背後, 難免存在一些缺失：首先是只要其中任何一段線路故障,整個網路就癱瘓了, 而且在追查故障線路時比較麻煩；其次是要加入或減少一部電腦時,也會使網路暫時中斷, 這兩項主要缺點使得匯流排網路逐漸消失在網路舞台上。

77 星狀網路 星狀 (Star) 網路是繼匯流排網路之後迅速崛起的網路架構, 此種網路不再是手牽手、前一個接後一個, 而是所有電腦都連到一個特殊裝置, 早期, 該裝置通常是『集線器』 (Hub) ；現在則大多採用『交換器』 (Switch) , 透過集線器或交換器將訊號轉送到各電腦。換言之, 以集線器或交換器為中心, 向外呈星狀放射, 因此稱為星狀網路。

78 星狀網路

79 星狀網路的優缺點 其實星狀網路的優點也正是彌補匯流排網路的缺點：
局部線路故障只會影響局部區域, 不會導致整個網路癱瘓。除非整個網路只有一部集線器, 而碰巧問題出在集線器, 這樣才會整個網路都停擺。 追查故障點時相當方便, 通常從集線器的燈號便能很快得知。 新增或減少電腦時, 不會造成網路中斷。

80 星狀網路的優缺點 至於它的唯一缺點, 便是必須增加一筆購買集線器或交換器的成本, 但是由於這類裝置已經是價廉物美, 使得這個缺點的影響很小, 所以星狀網路可說是目前區域網路的主流。

81 環狀網路 『棒棒接力』的特性 顧名思義, 環狀 (Ring) 網路是將電腦連成一個環形, 每部電腦依照位置不同而有一個序號, 訊號會依照該序號以『接力』方式傳遞, 傳到最後一棒時再傳給第一棒。 以下圖為例, X 電腦欲傳送資料給 Z 電腦時, 必須先傳給 Y 電腦, Y 電腦收到訊號後、發現不是給自己的, 於是再傳給 Z 電腦。

82 『棒棒接力』的特性 在正常情況下, 每部電腦都是靠前一部電腦 (序號較小的電腦) 傳來資料, 並送給下一部電腦 (序號較大的電腦) , 不能跳過相鄰的電腦、直接傳送給較遠的電腦：

83 『棒棒接力』的特性

84 環狀網路的優缺點 匯流排網路和星狀網路都有一個共同的缺點, 那就是可能有兩部或多部電腦同時傳送資料, 這種情形稱之為碰撞 (Collision) , 會導致整個網路暫停工作。 但是環狀網路就不會有這個問題, 因為在環狀網路上的電腦要傳送訊號前, 必須先取得『令牌』 (Token) ,擁有令牌的電腦才准傳送, 而令牌只有一張, 並且是按照順序編號輪流傳遞, 所以不會發生碰撞情形。

85 環狀網路的優缺點 至於其缺點, 則是因為在目前市場上僅有 IBM 公司採用此網路架構 (其名稱為Token Ring) , 所以大部份的軟體與硬體都得向它購買, 成本相對較高, 連帶影響到其普及性。 另外, 除非在施工時就多架設了一條備援線路, 否則環狀網路的任一線路或節點故障, 便會癱瘓整個網路。

86 環狀網路的邏輯拓樸與實體拓樸 環狀網路的另一項特點, 在於邏輯拓樸與實體拓樸的不同。邏輯拓樸指的是其訊號傳輸方式, 實體拓樸指的則是實際佈線的模樣。下圖是標準的環狀網路, 實體拓樸與邏輯拓樸模樣都相同：

87 環狀網路的邏輯拓樸與實體拓樸

88 環狀網路的邏輯拓樸與實體拓樸 不過, 有時候我們會看到實體拓樸長得像星狀網路, 但是其訊號傳輸的方式卻是環狀的網路, 如下圖：

89 環狀網路的邏輯拓樸與實體拓樸

90 環狀網路的邏輯拓樸與實體拓樸 所以在了解網路拓樸時, 記得不要只從佈線方式來看, 也必須由邏輯拓樸上觀察, 才能正確地判斷出到底是何種拓樸模式喔！

91 網狀網路 網狀 (Mesh) 網路的特色是『每個節點之間可以有多條連結路徑』, 如下圖：

92 網狀網路

93 網狀網路 在上圖中, 從 A 電腦傳資料到 C 電腦有 A→B→C、A→C、A→D→C 等多條路徑；同理, 從 B 電腦傳資料到 D 電腦、從 C 電腦傳資料到 D 電腦等等, 也都有多條傳輸路徑, 這些密密麻麻的路徑宛如組成一張大網, 也正是網狀 (Mesh) 之名的由來。

94 網狀網路 在圖 中, 各節點都與其它節點直接相連, 這種網狀網路又稱為完全連結式網狀網路 (Fully Connected Mesh Network) ；不是完全連結的網狀網路則稱為部分連結網狀網路 (Partially Connected Mesh Network) 。

95 網狀網路 網狀網路的最大優點是『容錯』(Fault Tolerance) ：當其中一條路徑中斷時, 還可以循其它路徑傳輸。不像先前提過的匯流排網路和星狀網路, 每個節點都只仰賴一條路徑傳輸, 一旦該路徑中斷, 此節點就成了孤島。

96 網狀網路 然而, 傳輸路徑多也意味著佈線成本高, 所以網狀網路的缺點就是架設成本較高。幸虧網路線材與設備的價格逐年下滑, 淡化了網狀網路的缺點, 因此目前不少 ISP、學校網路和知名企業, 都採用網狀網路架構, 以避免網路全面斷線的危機。

97 混合式網路 在實際佈線時, 網路架構通常不會如上述一般, 純粹是一種拓樸模樣, 如下圖便是可能遇到的一種網路拓樸：

98 混合式網路

99 混合式網路 上圖就是由匯流排網路和星狀網路所組合出來的混合式網路, 不過萬變不離其宗, 無論鋪設的網路多麼複雜, 通常也只是上述 4 種拓樸的組合。所以當我們了解 4 種基本的網路拓樸後, 再去研究其它較為複雜的網路拓樸時, 應該都不成問題。

100 隨堂練習 1.請以學校的網路環境為例, 分析它的拓樸是屬於匯流排？星狀？環狀或混合式？實體拓樸與邏輯拓樸是否有差異？

101 10-5 常見的網路設備 網路的運作必須依賴眾多網路設備的分工合作, 因此認識網路設備可說是學習網路的第一步。不過由於網路設備繁多, 實在無法一一介紹, 因此我們將重點置於個人有機會接觸到的設備, 其中又以『乙太網路設備』佔大宗－畢竟乙太網路是目前最普及的區域網路。 至於廣域網路設備大多藏在電信業者的機房中, 一般人無緣一睹真面目, 所以就不在本節說明。

102 網路卡 目前只要一提到網路卡, 其實都是指『乙太網路卡』, 而它的分類方式至少有以下兩種： 以傳輸速率區分 以傳輸介面區分

103 以傳輸速率區分 目前乙太網路卡的傳輸速率包括 10 Mbps、100 Mbps 和 1 Gbps (1000 Mbps) 3 種, 一般家庭和中小企業的網路大多使用 100 Mbps 或 1 Gbps的網路卡。 而且高速網路卡都可以降速使用, 亦即 100 Mbps 網路卡可支援 10 Mbps 的傳輸；同理, 1Gbps 的網路卡也能降速跑 10 Mbps 或 100 Mbps。所有調整速率的動作, 都是由網路卡本身自動執行, 毋須人工設定。

104 以傳輸速率區分

105 以傳輸介面區分 目前乙太網路卡所使用的傳輸介面, 主要有以下 3 種： PCI 介面
PCI (Peripheral Component Interconnect) 是由 Intel 所主導的匯流排規格, 可以支援 32 Bits 及 64 Bits 的傳輸。市面上 PCI 介面網路卡以 32 Bits 居多, 也是佔有率最高的類型。雖然現今個人電腦主機板都內建網路晶片, 當需用到多個網路介面時, PCI 網路卡仍是常見的選擇。

106 以傳輸介面區分 USB 介面 USB 網路卡由於具有『可隨身攜帶』和『免拆機殼即可安裝』兩大優點, 因此在近幾年頗受青睞。目前主流的 USB 介面為 USB 2.0, 其理論最大傳輸速率可達 480 Mbps；已可達到 100 Mbps 網路卡的水準；而新的 USB 3.0, 其理論傳輸率可達5Gbps, 將可有效支援更快速的網路技術。

107 以傳輸介面區分

108 網路線 雙絞線 一般的電線多為外覆絕緣材料的兩條平行銅線, 而雙絞線 (Twisted Pair) 卻是由成對外覆絕緣材料的銅線對絞而成。為何要對絞呢？因為傳送電子訊號時, 線路周圍會感應產生電磁場, 進而形成電磁干擾 (EMI, Electro Magnetic Interference) 。『兩兩對絞』能使方向相反的電磁場互相抵銷, 而且對絞的次數愈多、效果愈好。

109 雙絞線

110 雙絞線 從結構來看, 雙絞線可分為 STP (Shielded Twisted Pair, 遮蔽式雙絞線) 和UTP (Unshielded Twisted Pair, 無遮蔽式雙絞線) 兩種, 以下我們就分別來探討它們的特點：

111 雙絞線 遮蔽式雙絞線 (STP) STP 的特色是在絞線和外皮間夾有一層銅網或金屬作為遮蔽, 因此能抑制外來的電磁干擾, 擁有較好的傳輸品質。但是這樣的結構也使得其線徑較粗、施工較不易, 價錢也較昂貴。

112 雙絞線 無遮蔽式雙絞線 (UTP) 與 STP 相較之下, UTP 在絞線和外皮間沒有銅網或金屬遮蔽層, 因此抵抗電磁干擾的能力比較差。但是其線徑較細、施工簡單, 再加上價錢低廉, 所以使用率遠大於 STP 。除了在少數對於電磁干擾相當在意的環境之外, 我們平常見到的雙絞線大多是 UTP：

113 雙絞線

114 雙絞線 一般的電話線也可以算是一種雙絞線, 不過只有 1〜 2 對絞線。 依照雙絞線的品質差異, 可以區分成以下的等級：

115 雙絞線

116 雙絞線 此外, 根據 EIA/TIA 568B 的標準, 雙絞線的每條線都有特定的顏色, 如下表：

117 光纖 光纖 (Optical Fiber 或 Fiber Optics, 簡稱為 Fiber) 是一條極細的玻璃纖維管或塑膠管, 彈性很好 (不過, 再怎麼好, 超過一定的折角還是會斷裂的) , 有極高的光線反射率, 因此很適合傳輸光訊號：

118 光纖

119 光纖 軸芯 (Core) ：極細小的中空玻璃纖維管, 用來傳送光波訊號。
被覆層 (Cladding) ：以反射率高、折射率低的材質所製成。當光波訊號在軸芯傳送時, 可能碰觸到被覆層, 藉由不斷的反射而前進。 外皮 (Coating) ：不透光的材質, 用以隔絕外在的干擾源, 也能保護脆弱的軸芯。

120 光纖的優缺點 光纖擁有以下 3 項主要優點： 傳輸速率高：光纖的傳輸速率可以超過 2 Gbps, 為目前所有網路線之冠。
電磁干擾低：光波在光纖內移動時所感應產生電磁場非常低, 因此不會干擾其它裝置,也不受外來電磁干擾的影響。

121 光纖的優缺點 傳輸安全性高：要偷接線路、竊取光波訊號的難度相當高, 因為截斷的光纖要再接合時, 斷裂處必須經過研磨、融合和校準等特殊處理, 所需的設備和技術都很費錢費時,因此很容易被發現。 不過光纖的優點也算是缺點, 因為它的接頭都得特殊處理, 架設與分接線路時也很麻煩, 而且相關設備的價格相對較高, 所以不適合家庭或中小企業的區域網路使用。

122 同軸電纜 在早期的區域網路中, 比較常見的同軸電纜 (Coaxial Cable) 為 RG58 A/U 同軸電纜, 它的外觀很像有線電視用的電纜, 但是電氣特性不同, 其構造如下：

123 同軸電纜

124 同軸電纜 中心導體 (Conductor) ：標準的 RG58 A/U 中心導體應為多芯銅線
絕緣體 (Insulator) ：用來隔絕中心導體和導電網, 避免短路。 導電網 (Shield) ：環繞中心導體的一層金屬網, 這層導電網係用來接地, 也可以用來當作中心導體的參考電壓 外皮 (Cover) ：用來保護導電網, 避免受到天氣 (濕氣、高溫) 影響而氧化或損壞。

125 同軸電纜的優缺點 同軸電纜因為有雙層的保護 (金屬銅網和絕緣外皮) , 較不易受電磁干擾和天氣的影響, 因此使用壽命較長。不過它的致命傷在於資料傳輸速率不夠高, 無法達到目前的低標準－100 Mbps, 所以注定被淘汰。

126 交換器與集線器 交換器 (Switch) 屬於鏈結層 (Data Link Layer) 的設備, 又稱為交換式集線器 (Switching Hub) 或 L2 交換器 (Layer 2 Switch)。它會記憶每個連接埠所連接的網路卡 MAC 位址, 並據以判斷該將資料送往那個連接埠, 其它不相關的連接埠則不受影響, 可以繼續互相傳送資料。

127 交換器與集線器 對一部有 N 個連接埠的 100 Mbps 交換器而言, 假如每兩個連接埠都以 100 Mbps 的傳輸速率互傳資料 (全雙工傳輸) , 則可以獲得理論上的最大傳輸速率為 100 × N Mbps。

128 交換器與集線器

129 集線器已經在市場上銷聲匿跡！ 集線器 (Hub) 因為沒有記錄每個連接埠所連接的位址, 所以只要收到資料就送給其它『所有的』連接埠, 等於干擾了不是目的地的連接埠, 因此導致網路的整體效率會比較差。 由於交換器的價格日益下降, 壓縮了集線器的生存空間。現在除非去找二手商品, 否則已經很難買得到集線器了。

130 數據機 數據機 (Modem, Modulation and Demodulator) 是用來將電腦產生的數位訊號轉換為類比訊號, 然後透過電話線傳送出去, 或者從電話線接收類比訊號後, 轉換為電腦可以讀取的數位訊息。所以透過數據機, 電腦便可以藉由電話線連上網路。

131 撥接式數據機 早期的數據機都是撥接式數據機, 它的主要功能是讓我們可以利用電話線傳輸數據資料 (電話線原本只能傳送語音資料) 。由於在建立連線之前會有撥號動作, 如同我們拿起話筒撥號一樣, 所以被稱為撥接式數據機。根據它與電腦的連接方式可分為『內接式』 (亦稱為數據卡) 和『外接式』兩種。

132 撥接式數據機

133 撥接式數據機 由於撥接式數據機在工作時會使電話線路處於忙線中, 導致其它電話無法撥入, 而且傳輸速率慢 (最高僅有 56 Kbps) , 目前已被淘汰。

134 ADSL 數據機與纜線數據機 除了撥接數據機之外, 還有一種外接式數據機是透過網路線和主機連接, 也是目前寬頻上網的主流設備：ADSL 數據機和纜線數據機 (Cable Modem)。它們在建立連線時都不會產生撥號動作, 不會佔用電話線路, 所以利用寬頻上網時仍可以同時講電話。

135 ADSL 數據機與纜線數據機

136 VDSL 數據機 (光世代) 目前各 ISP 正在推廣的光世代服務 (FTTx, Fiber To The Building 或 Fiber To The Home 等等) , 雖然號稱光纖上網, 實際上光纖通常只有連線到大樓的配線箱或住家附近的光化交接箱, 各用戶則是透過 VDSL (Very High Data Rate DSL) 數據機經由電話線和光纖連接。 同樣的,VDSL 數據機正確名稱應該是VTU-R (VDSL Transceiver Unit-Remote) , 不過大家仍然習慣以數據機稱之。

137 VDSL 數據機 (光世代)

138 路由器 路由器 (Router) 是屬於 OSI 模型網路層 (Network Layer) 的設備, 不過『路由器』這個名詞不夠清楚, 因為許多人還是不懂何謂『路由』？不如將它譯為『路徑選擇器』來的貼切, 因為它最主要的功用, 就是為封包『選擇一條最佳的傳輸路徑』。 這裡所說的『最佳』, 並不一定是指距離最短, 而可能代表著『成本最低』、『速率最快』或『傳輸品質最好』等等意義。以下圖為例, 從 LAN1 傳資料到 LAN2 網路有兩條路徑：

139 路由器

140 路由器 乍看之下, 封包要從 LAN1 到 LAN2 當然該走 C→D (因為 2 Mbps 比 512Kbps 快) ；但是若考量到路由器處理所造成的延遲, 似乎以 A→B 較佳 (因為只經過兩台路由器) , 那麼到底走那一條路徑會比較好呢？

141 路由器 其實要判斷出最佳路徑, 必須考慮傳輸速率、線路品質、使用率、路由器數量數、成本等等因素。想當然爾, 這些計算不可能用人工來處理, 否則一定造成瓶頸, 所以選擇最佳路徑的工作便交給路由器來執行, 這也就是我們為何也稱它為『路徑選擇器』的原因。 不過由於路由器的價格不菲, 有些公司為了省錢, 會用 Unix 伺服器或 Windows Server 2003/2008 伺服器來當成路由器。

142 路由器

143 路由器 平常較可能用到路由器的場合, 是在透過專線或固定制 ADSL 連接網際網路時, 從公司或家中的區域網路要先連到路由器, 再經過路由器接到網際網路。換言之, 以路由器當成區域網路與網際網路的橋樑。 在固定制 ADSL 架構中, ADSL 數據機扮演路由器的角色, 可將它視為一部簡單型路由器。

144 隨堂練習 1.如果要架設一個小型辦公室網路, 電腦數量不超過 10 部, 請列出會用到哪些網路設備？

145 特別企劃 其它型態的網路 － 電話線網路、電力線網路
在大多數人的印象中, 要架設網路當然得用網路線, 所以如何施工佈線便成為頭痛的問題。其實, 除了網路線之外, 我們還可以考慮其它的傳輸媒介, 例如： 無線電波－ a/b/g/n 無線網路 電話線－HomePNA 網路 電源線－HomePlug 網路

146 特別企劃 無線電波－802.11 a/b/g/n 無線網路

147 特別企劃 電話線－HomePNA 網路 HomePNA (Home Phoneline Networking Alliance, 家庭電話線網路聯盟) 成立於 1998 年,致力於推廣利用電話線來架設區域網路。它的構想很單純：既然大多數家庭都已經佈設了電話線, 乾脆直接用電話線連接成網路, 何必還要額外佈設網路線呢？

148 特別企劃 電話線－HomePNA 網路 於是 HomePNA 先後推出 1.0 版、2.0 版、3.0 和 3.1 版 4 種標準, 最大傳輸速率也由 1Mbps 大幅提昇到 320 Mbps。 不過許多人初次接觸 HomePNA 產品時, 第一個念頭就想到：「會不會佔用電話線路？」或「會不會干擾語音的品質？」其實, 雖然電話機、傳真機、ADSL 數據機和 HomePNA 都在電話線傳送電子訊號, 但彼此所使的頻率不同, 因此不會互相影響。

149 特別企劃 電話線－HomePNA 網路 關於 HomePNA 的詳細規格與最新資訊, 請瀏覽 網站。

150 特別企劃 電源線－HomePlug 網路 HomePlug 由 HomePlug Powerline Alliance (家庭電源線網路聯盟) 所主導的規格, 其目的就是要直接利用家家戶戶必備的電源線做為網路媒介, 省下重新佈線的成本。 這個點子看起來比 HomePNA 還更方便, 因為未必每一家都有電話線, 但是一定有電源線－如果沒電, 當然就甭提上網了！

151 特別企劃 電源線－HomePlug 網路 HomePlug 1.0 版的最大傳輸速率為 14 Mbps, 最大傳輸距離為 300 公尺, 最多可連接15 部電腦, 大約與 HomePNA 2.0 相當。2005 年及 2011 年推出的 HomePlug AV 及AV2 規格, 則將傳輸速率分別提升到 200Mbps 及 600Mbps。

152 特別企劃 電源線－HomePlug 網路 此外, 在廣域網路上也可以運用HomePlug 技術, 相對應的標準是 HomePlug Access BPL (Broadband PowerLine) 技術 , 使得遍布大街小巷的電線不只傳送電力, 也同時傳送資料。

153 特別企劃 電源線－HomePlug 網路

154 特別企劃 電源線－HomePlug 網路 要架設 HomePlug 網路時, 必須先連接網路卡與 HomePlug 橋接器 (HomePlug Bridge) , 再將該橋接器的電源線插到電源插座, 就完成了安裝, 其連接示意圖如下：

155 特別企劃 電源線－HomePlug 網路

156 特別企劃 電源線－HomePlug 網路 在標準方面, 國際電信聯盟 (ITU) 近期已正式通過 G.hn 家庭網路 (Home Network) 標準, 這是個整合同軸電纜、電話線、電力線等多種媒介來建立家庭多媒體網路的規格, 目前已有晶片廠商推出 G.hn 網路晶片, 預計不久將會在市場上看到 G.hn 的產品。 另一方面 IEEE 也正以 HomePlug AV 為基礎, 發展其 P1901 電力線網路規格草案。