區域網路設備－ 收發器 中繼器 集線器 橋接器 交換器 路由器

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1 區域網路設備－ 收發器 中繼器 集線器 橋接器 交換器 路由器
第 3-1 章 區域網路設備簡介 區域網路設備－ 收發器 中繼器 集線器 橋接器 交換器 路由器 資訊網路

2 以規模大小區分網路－區域網路 網路依規模大小可區分成三種類型： 區域網路(Local Area Network，LAN)
高速、低錯誤率且涵蓋地理範圍較小（最大到數千公尺）的數位網路 規模最小的網路，範圍通常在 2 公里內 例如：同一層樓的辦公室，或同一棟建築物的網路 範圍較小，可使用品質較高、速度較快的傳輸纜線 設備也比較便宜，一般小型企業甚至個人都可負擔得起 資訊網路 第 3-1 章

3 以規模大小區分網路－都會網路 都會網路(Metropolitan Area Network，MAN)
範圍在 2 至 10 公里，大概是一個都市的規模 可視為是數個區域網路相連所組成 如：連接一所大學各個校區，便形成一個都會網路 都會網路比區域網路稍慢，設備也比較昂貴 資訊網路 第 3-1 章

4 以規模大小區分網路－廣域網路 廣域網路 (Wide Area Network，WAN) ：
規模最大的網路，涵蓋的範圍可跨越都市、國家甚至洲界 例如：大型企業在全球各個城市皆設立分公司，將各分公司的區域網路相互連接， 即形成廣域網路 連線距離極長，連線速度通常低於區域網路或都會網路 使用的設備都相當昂貴 資訊網路 第 3-1 章

5 三種網路類型的比較 資訊網路 第 3-1 章

6 區域網路設備 OSI模型 主要網路設備 其他設備 第四層以上（傳輸層以上） 主機、伺服器、網路閘道 第三層 （網路層）
路由器（使用第三層位址來判斷傳送封包的最佳路徑） 主機、伺服器 第二層 （資料鏈結層） 橋接器、交換器（使用第二層位址來判斷是否轉送訊框） 網路卡（存在MAC位址） 路由器 第一層 （實體層） 主動式設備，需要電源，只處理位元資料：收發器、中繼器、集線器 被動式設備，不需要電源，只提供通道：連接電纜線、連接面板（patch panel）、及其他內部連接元件 網路卡（處理訊號及編碼作業） 橋接器、交換器（執行位元及媒體互動） 資訊網路 第 3-1 章

7 第一層設備 第一層設備分為： 被動式： 主動式： 不需要供給電源 如：插頭、插座、連接器、接頭、連接纜線、實體媒體 需要供給電源
如：收發器、中繼器（Repeater）、集線器 資訊網路 第 3-1 章

8 第一層設備－中繼器 中繼器(Repeater) ： 中繼器缺點： 將接收到的訊號重整、重新產生後再向前推送 又稱訊號還原器、訊號增益器
無法過濾網路的資料流，不能紓緩網路的交通流量 資訊網路 第 3-1 章

9 第一層設備－中繼器圖示 資訊網路 第 3-1 章

10 第一層設備：集線器 功能和中繼器一樣，又稱多埠中繼器 埠（ Port ）： 特點：連接＋集中，提升網路的可靠性
集線器上的 RJ-45 插槽稱為 Port 常見：4 Ports 到 32 Ports Concentrator： 採用模組化架構，插入一片類似介面卡的集線器模組， 就能擴充數十個 Port，這種集線器稱為 Concentrator 特點：連接＋集中，提升網路的可靠性 資訊網路 第 3-1 章

11 第一層設備：集線器分類方法 集線器分類方法： 主動式與被動式集線器： 智慧型與傻瓜型集線器： 主動式：
現代集線器大都這種，由電源供應器取的能源來重新產生網路訊號 被動式： 不需要電源 訊號分給多個使用者 例如：撥放音樂的光碟機使用分叉線，接上更多組耳機，不重新產生位元訊號，不能延伸纜線長度 智慧型與傻瓜型集線器： 智慧型：有控制埠，可程式化來管理網路資料流量 傻瓜型：只接收網路訊號，重複傳給另一埠，不執行管理作業 資訊網路 第 3-1 章

12 第一層設備：收發器 收發器（Transceiver）： 接收器和發送器的合併裝置 主動式設備 功能：將訊號從一種形式轉換為另一種形式
常見應用方式是將AUI埠轉換成RJ-45埠或BNC埠 收發器常內建於集線器或網路卡 網路卡上的收發器稱為傳訊元件 需要供給電源 50Ω粗同軸電纜：使用AUI介面分接（用於10Base5） 50Ω細同軸電纜：使用BNC介面串接 （用於10Base2） 雙絞線：使用RJ-45埠介面串接 （用於10Base T） 資訊網路 第 3-1 章

13 第一層設備：數據機 數據機 (Modem) ： 又稱調制解調制器 功能： Modulation：數位訊號變成類比訊號的設備
Demodulation：類比訊號變成數位訊號的設備 數據機與電腦的連接方式分為內接式及外接式： 內接式： 又稱數據卡 安裝時要拆卸主機外殼才能安插到主機版上 資訊網路 第 3-1 章

14 第一層設備：外接式數據機（1、2） 外接式： 傳統外接式數據機連接到電腦 RS232 連接埠 (又稱 COM 連接埠) 採用 USB 介面：
資訊網路 第 3-1 章

15 第一層設備：外接式數據機（3、4） 外接式： 纜線數據機 (Cable Modem) ADSL 數據機 資訊網路 第 3-1 章

16 第一層設備：其他數據機 其他數據機：（數位區域網路連接到外面廣域網路）
CSU/DSU （Channel Service Unit/Data Service Unit）： T1、E1、E3、T3 類比訊號線，所用的CSU/DSU T1與T3線路：美日規格的廣域網路連線 T1速率：1.5Mbps T3速率：45Mbps E1與E3線路：歐洲及紐澳規格的廣域網路連線 E1速率：2Mbps E3速率：34Mbps CSU/DSU： 用於上述四種線路之ㄧ與區域網路連接 TA/NT1： 連接ISDN線路所用的TA/NT1 資訊網路 第 3-1 章

17 第二層設備 第二層的網路設備，包括： 網路卡、橋接器、和交換器 共同的特徵： 注意： 同時具有第一層與第二層功能的裝置，通常被視為第二層裝置
使用及檢查媒體存取位址和訊框 注意： 同時具有第一層與第二層功能的裝置，通常被視為第二層裝置 資訊網路 第 3-1 章

18 第二層設備：網路卡 網路介面卡(Network Interface Controller ，NIC) ： 功能：處理主機存取網路媒體的動作
發送端： 將上層的封包封裝成訊框，再編碼成訊號傳送到網路 接收端： 將接收到的訊號，解碼成為位元，再組合成訊框，送往OSI模型的上層設備處理 網路卡的接頭有 3 種： AUI 接頭：連接RG-11 纜線（粗同軸電纜） BNC 接頭：連接RG-58 纜線（細同軸電纜） RJ-45 接頭：連接雙絞線 (UTP 及 STP) Cisco 2500路由器 : 只有AUI連接器 若要連接到 UTP Cat5 乙太網路電纜時，就需使用接收器 資訊網路 第 3-1 章

19 第二層設備：網路卡的匯流排介面 網路卡： 網路卡分為 4 種介面：
透過匯流排(Bus) 與電腦溝通 網路卡分為 4 種介面： ISA (Industry Standard Architecture) 介面： 8 Bits 和 16 Bits 兩種，ISA 網路卡已經沒有人用 PCI (Peripheral Component Interconnect)介面： Intel 主導，支援 32 Bits 及 64 Bits 的傳輸 USB (Universal Serial Bus) 介面 PCMCIA （Personal Computer Memory Card International Association，個人電腦記憶體卡國際協會）介面： 膝上型/筆記型電腦所用的網路卡 現稱為PC Card 常見16-bit PC Card 和 CardBus 兩種類型的產品 只有 CardBus 的網路卡，才支援 100 Mbps 乙太網路 資訊網路 第 3-1 章

20 第二層設備：橋接器 橋接器（bridge）： 乙太網路訊號的傳遞採用廣播方式： 網路上每增加一個電子設備，就產生一個新區段
網路任何訊號，每一台電腦都收得到 網路上每增加一個電子設備，就產生一個新區段 橋接器連接網路區段，判斷是否要將訊號傳給下一個區段 橋接器目的： 分隔網路區段，過濾區域網路的資料流量 將區域性資料限制在區域內 橋接器優點： 透通的（Transparent）： 其功能對網路其他設備是透通的（Transparent） 它的存在不會造成網路不通，或影響高層的通訊 提高網路效能： 橋接器將流量區段化 排除不必要的流量，減少碰撞，提高網路效能 資訊網路 第 3-1 章

21 第二層設備：橋接器圖示 橋接器原理： 分析收到的訊框，依訊框的MAC位址資訊判斷是否要轉送
MAC位置表：（ 又稱轉送表格，Forwarding Table ） 記錄直接連到橋接器每一個埠的MAC位址 包含每個網路設備的MAC位址，及設備所在的區段 資訊網路 第 3-1 章

22 第二層設備：橋接器的功能 學習（learning）： 接收到訊框，記下來源 MAC位址 所對應的連接埠
過濾（filtering）： 訊框的目的地和來源屬於同一區段(連接到同一個連接埠) 不理會 轉送（forwarding）： 訊框的目的地和來源屬於不同區段(連接到不同的連接埠) 轉送到目的地的區段 緩衝（buffering）： 兩個連接埠所連接的區段，它們的傳輸速率(頻寬)不同時 橋接器可作為轉送時的緩衝區 資訊網路 第 3-1 章

23 第二層設備：橋接器建立MAC位置表 橋接器問題： 產生廣播風暴：
某設備要連絡另一個不知位址的設備，所產生的廣播封包 (Broadcast packet) 因不會指定收件者，橋接器會予以加乘和散播，造成網路交通擁塞，效能減低 廣播風暴形成的主要原因： 實體連接造成一個迴路(loop) 解決迴路的問題： 大部份的設備皆採取擴展樹(Spanning Tree)演算法 網路變慢： 橋接器只支援儲存後轉送(Store-and-Forward Switching) : 須檢查整個訊框無誤後才會轉送 資訊網路 第 3-1 章

24 第二層設備： Linux實作橋接器 A Bride 的三個 port 資訊網路 第 3-1 章

25 轉送表格(Forwarding Table)
port no(連接埠號)： 代表該筆紀錄是記錄哪一個連接埠的資料 mac addr(實體位址)： 表示由該連接埠所學習得到的實體位址 也就是該連接埠本身或是所連接電腦的實體位址 is local?(是否為橋接器本身的連接埠)： 若為yes，表示該筆紀錄是橋接器本身的網路介面卡資訊 若為no，表示該筆紀錄是該連接埠所連接的電腦 ageing timer(老化時間)： 老化時間是一個計時器 ( timer ) 『橋接器』學得此資訊後，就開始計時，超過一定的時間後 該筆紀錄就從『forwarding table』去掉，重新學習新的資訊，得以反應網路狀態的改變 資訊網路 第 3-1 章

26 Windows實作橋接器 Windows實作橋接器步驟： 必須先有多張NIC 點選 [開始] → [設定] → [網路連線]
將所要加入橋接器的『實體網路介面卡』 ( 區域連線1、區域連線2及區域網路3 ) 點選起來 按滑鼠的右鍵，選擇『橋接器連線(G)』項目 此處的『實體網路介面卡』 ( 區域連線1、區域連線2以及區域網路3 )，如同前一個使用 Linux作業系統的範例 中eth0、eth1以及eth2 一樣 資訊網路 第 3-1 章

27 Windows實作橋接器（續） Windows實作橋接器步驟： 產生一個『網路橋接器(網路橋接器)』的項目
『網路橋接器(網路橋接器)』如同在前一個Linux作業系統的實作中的『myBridge』一樣的概念 這樣就可以利用Windows XP來架設出一台『橋接器』，完成後將如圖所示，會多出一個『網路橋接器』的項目 資訊網路 第 3-1 章

28 第二層設備：交換器 交換器(Switch) ： L3交換器(L3 Switch) : 第 2 層交換器 (Layer 2 Switch)
又稱交換式集線器 (Switching Hub) 或多埠橋接器 (Multi-port Bridge) 微區段(Micro-segmentation) : 交換器可把一個網路區隔成很多個網段 類似橋接器，任何兩個連接埠(port) ，可把網路區隔成兩個網段（Segment），亦即兩個碰撞領域 L3交換器(L3 Switch) : 支援至第三層的交換器 提供VLAN (Virtual LAN)的功能 資訊網路 第 3-1 章

29 第二層設備：交換式乙太網路 交換式乙太網路： 每個連接埠都能使用該網路區段的全部頻寬 配合全雙工的模式，傳送和接收分別有100%的頻寬
則資料傳輸可使用整個頻寬的兩倍 一台N Port 100Mbps 交換器，若每兩個 Port 以全雙工模式互傳資料 每對 Port 傳輸資料擁有 200 Mbps 頻寬，可獲得理論上最大傳輸頻寬為 100 × N Mbps 資訊網路 第 3-1 章

30 第二層設備：交換式乙太網路－例外情形 無法使用最大傳輸頻寬： 若多個 Port 的封包皆送到相同目的地，會發生搶用的情形
例： A 、C 和 D 電腦都要傳資料給 B 電腦 就回到傳統式集線器情形 3 台電腦搶用 100 Mbps 頻寬 資訊網路 第 3-1 章

31 第二層設備：交換式乙太網路優點 交換式乙太網路優點： 可用頻寬達到最大： 虛擬電路： 交換器將各區段連接成虛擬網路，只在有需要才存在
透過虛擬電路及專屬網段，使用者在無碰撞平行通訊，共享媒體的可用頻寬最大 虛擬電路： 交換器將各區段連接成虛擬網路，只在有需要才存在 改成交換式區域網路成本低廉 交換器及集線器都用RJ45，既有的硬體和纜線都可續用 管理者可輕鬆配置區域網路 資訊網路 第 3-1 章

32 第二層設備：交換器的功能 交換器兩個主要功能： 交換資料訊框： 維護交換作業： 橋接器通常使用軟體來交換訊框 交換器則使用硬體來交換訊框
交換器建立連接埠與MAC地址一覽表，稱做交換表 執行迴圈搜尋，來維護交換作業 資訊網路 第 3-1 章

33 第二層設備：交換器推送訊框的交換方式 儲存後轉送式 (Store-and-Forward Switching) ：
先接收整個訊框，檢查資料沒有傳輸錯誤 再把訊框轉送到目的地所在的連接埠 穿透式 (Cut-through Switching) ： 交換器讀取目的地位址後，就開始轉送作業 穿透式 (Cut-through Switching)分成兩種： 高速推送交換（Fast Forward Switching）： 接到目的地位址，立即推送封包； 延遲（Latency）時間最少，錯誤機率最高 延遲（Latency）：接收第一個位元起到傳送第一個位元出去的時間 無片段交換（Fragment Free Switching）： 開始推送前，過濾造成封包錯誤的碰撞片段 正常運作下，碰撞片段應小於64位元組 大於64位元組的封包都是有效的封包 資訊網路 第 3-1 章

34 第二層設備：交換器類型 高速推送交換 無片段交換 Fast Forward Switching
Fragment Free Switching 儲存後轉送式 Store-and-Forward Switching 資訊網路 第 3-1 章

35 交換器與集線器之比較 相同點： 不同點： 皆有許多連接埠，都做為網路的連接中心 交換器會根據MAC位址來做判斷，決定訊框送往何處
集線器不做決定 交換器將收到的資料送到連接目的地主機的連接埠，不干擾其他不相干的連接埠 集線器將收到的資料送到所有的連接埠，使得所有主機必須查看及處理所有的資料 交換器: 具有集線器的連接性 各連接埠又同時具有橋接器之調整流量的一個綜合設備 資訊網路 第 3-1 章

36 第三層設備：路由器 路由器(Router) ： 大型網路上最重要的流量管制設備 主要工作：
檢查收到的封包 (第三層資料) ，在網路上選擇最佳路徑 資訊網路 第 3-1 章

37 第三層設備：路由器連接不同的網路 路由器當成區域網路與廣域網路的橋樑 路由器可阻隔廣播封包，分隔廣播領域 資訊網路 第 3-1 章

38 路由器三個不同的連線情形 路由器三個不同的連線情形： A－[交換器]－B A－[交換器]－[路由器R1]－[路由器R2]－[集線器]－P
[路由器R2]再將訊息轉送至[集線器]，所有的主機(P、Q及R)都會收到此訊息 只有主機P會回應該訊息 A－[交換器]－[路由器R1]－X [路由器R1]將訊息解封裝再重新封裝成另一種實體網路看得懂的訊息 達到訊息轉換的功能 圖2-34 路由器之應用 資訊網路 第 3-1 章

39 不可路由的傳輸協定 傳輸協定可否路由 (Routable or Nonroutable) ： 可被路由器的協定： 不可路由的協定：
路由器是否會將這個傳輸協定資料傳送到其他網路區段 可被路由器的協定： TCP / IP、IPX / SPX 不可路由的協定： NetBUEI ： 需透過橋接器、集線器或中繼器傳送資料 資訊網路 第 3-1 章

40 第三層設備：路由器連接埠介面類型 路由器連接埠介面類型： V.35：連接到廣域網路 RS-232：連接到廣域網路
AUI：連接到區域乙太網路（10Base 5） RJ45：連接到區域乙太網路（10Base T） 控制埠（console port）：接到桌上或筆記型電腦，用反轉線 資訊網路 第 3-1 章

41 第 3 層交換器(Layer 3 Switch) 第 3 層交換器(Layer 3 Switch) ：
原本第 2 層交換器的功能外，另進行路由工作 可當做是路由器的簡化版 利用硬體處理路由，並加速路由的速度 路由器 : 由軟體處理路由工作 資訊網路 第 3-1 章