第 1 章 網路基礎 著作權所有 © 旗標出版股份有限公司.

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1 第 1 章 網路基礎 著作權所有 © 旗標出版股份有限公司

2 本章提要 網路基本概念 網路類型 對等式與主從式網路 網路作業系統 OSI 模型 DoD 模型

3 何謂網際網路(互聯網路, Internet)
何謂網路？ 網路是指由物件或人所組成之錯綜複雜的連結系統 網路是將一群電腦透過纜線 (或其他無線傳輸媒體) 互相連接起來, 好讓彼此可以分享資訊。 何謂網際網路(互聯網路, Internet) Internet是由一大群橫跨世界各大洲之相連接網路所組成的網路統稱；用英文來說明就是「 Networks of Networks 」。

4 網路基本概念 個人電腦大約從 1980 年代開始, 逐漸普及於家庭與辦公室。有了電腦之後, 接著便會面臨電腦之間必須交換資訊的問題。就像在辦公室裏, 同事之間總是會因職務所需, 彼此交換公文、文件、便條等等, 電腦與電腦之間有時也必須相互交換資訊。

5 網路上常分享的資源 檔案 訊息 週邊裝置 應用程式

6 檔案 網路上最常見的作業便是交換檔案。檔案交換的基本原理雖然簡單, 但卻衍生許多種應用, 從 Window 平台上的『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。 分享檔案等於是讓其他使用者可以存取這些儲存裝置上的檔案系統。

7 訊息 網路上有許多種形式的訊息, 但目前最流行的便是電子郵件 (Electronic Mail, )。早期的電子郵件只能傳送文字, 現在大部份都可以附帶傳送影像、聲音、動畫等各類檔案，讓郵件內容更為豐富、多樣化。

8 週邊裝置 網路上的電腦也可以分享其他的週邊裝置, 其中最常見的便是印表機。只要網路上有一部電腦安裝了印表機, 其他電腦便可透過網路使用該印表機。 除了印表機之外, 只要作業系統支援, 許多週邊裝置也都能在網路上分享。例如：傳真機、掃瞄器等等。

9 應用程式 電腦可透過網路分享彼此的應用程式。例如：A 電腦經由網路從遠端執行 B 電腦上的應用程式,B 電腦再將執行結果傳回 A 電腦。
應用程式的分享機制通常較為複雜, 作業系統與應用程式都必須支援才行。

10 網路類型 區域網路 都會網路 廣域網路

11 區域網路 區域網路 (Local Area Network, LAN) 為規模最小的網路, 範圍通常在 2 公里內, 例如：同一層樓的辦公室, 或是同一棟建築物內的網路。

12 都會網路 都會網路 (Metropolitan Area Network, MAN) 的範圍在 2 至 10 公里左右, 大概是一個都市的規模。都會網路可視為是數個區域網路相連所組成, 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。都會網路比區域網路稍慢, 設備也比較昂貴。

13 都會網路

14 廣域網路 廣域網路 (Wide Area Network, WAN) 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：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。 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。

15 廣域網路

16 三種網路類型的比較 以上分類方式經常因人而異。例如：因為都會網路的規模介於區域網路與廣域網路之間, 彼此的分界並不是很明確, 所以有些人在區分網路類型時, 只分成區域網路與廣域網路兩類, 而略過都會網路。

17 對等式與主從式網路 網路依作業的方式可分為對等式 (Peer-to-peer) 與主從式 (Client-to-server) 兩種網路。主從式網路中的電腦可分為用戶端與伺服器, 用戶端可對伺服器要求資源。對等式網路則是每部電腦可同時扮演用戶端與伺服器的角色, 可提供資源給其他電腦, 也可以向其他電腦要求資源。 雖然理論上可區分上述兩種網路作業方式, 不過在實務上, 大多數的網路系統都結合了這兩種方式, 可稱為混合式網路。

18 對等式網路

19 對等式網路的優缺點 優點：對等式網路最大的優點在於架設容易, 且成本低廉。適合用在 10 部電腦以下的小型網路。
缺點：當網路規模大於 10 部電腦時, 對等式網路便會露出左支右絀的窘境。此外, 在對等式網路中, 每個使用者都必須了解分享資源的方法, 教育訓練的工作勢必大為增加。

20 主從式網路

21 主從式網路的優缺點 優點：由於主從式網路的資源集中放在伺服器上, 無論是存取或管理, 都比對等式網路來得容易。對於網路管理員而言, 只要設定好為數有限的伺服器, 即可管理網路上所有的資源。 缺點：主從式網路的主角是伺服器。一般而言對於伺服器的要求較高, 因此, 伺服器等級的電腦也都較為昂貴, 對於許多企業來說, 是一筆不小的負擔。

22 混合式網路

23 網路作業系統 個人電腦上的網路作業系統 (Network Operating System, NOS) 最早只是附加在既有的作業系統上, 以提供網路通訊的功能。因此, 早期的網路作業系統其實不能算是真正的作業系統, 只是外掛在作業系統上的通訊軟體。例如：可外掛在 DOS 或 Windows 3.x 上的 Lan Manager, 算是這類網路作業系統的代表。

24 較常見的網路作業系統 Windows XP Windows 2000/2003 Windows Vista Mac OS X Linux

25 OSI 模型 模型的用途 OSI 模型的 7 層架構簡介 OSI 模型的 7 層運作方式 OSI 模型的優點

26 模型的用途 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。然而網路模型的設計, 實無定法, 各家的模型皆有所長。

27 OSI 模型的 7 層架構簡介

28 OSI 模型的 7 層架構簡介

29 第 1 層：實體層 傳輸資訊的介質規格 將資料以實體呈現並傳輸的規格 接頭之規格

30 第 1 層：實體層 無論何種通訊, 最終得透過實體的傳輸介質來連接。所以數位資料在傳送之前, 可能會經過轉換, 轉變為光脈衝或電脈衝以利傳輸, 這些轉換及傳輸工作便是由實體層負責。此外, 決定傳輸頻寬、工作時脈、電壓高低、相位...等等細節, 也都是在此層規定。

31 第 2 層：鏈結層 同步 偵錯 制定媒體存取控制的方法

32 同步 網路上可能包含五花八門、不同廠牌的裝置, 沒人敢肯定所有裝置都能同步作業。因此鏈結層協定會在傳送資料時, 同時進行連線同步化, 期使傳送與接收雙方達到同步, 確保資料傳輸的正確性。

33 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。檢查錯誤的方法有許多種, 在鏈結層最常用的是：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, 並將這個碼隨著資料一起傳過去。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, 與對方傳過來的相比較, 即可判定收到的資料是否完整無誤。

34 制定媒體存取控制的方法 當網路上的多個裝置都同時要傳輸資料時, 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 (Media Access Control Method, MAC Method)。

35 第 3 層：網路層 定址 選擇傳送路徑

36 定址 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。

37 選擇傳送路徑

38 傳送的可能路徑

39 第 4 層：傳輸層 編定序號 控制資料流量 偵錯與錯誤處理

40 編定序號 當所要傳送的資料長度很大時, 便會將其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。

41 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 (Congestion) 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。換言之, 就像交通指揮員, 控制資料流 (Data Flow) 的順暢。

42 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。例如：TCP 協定會要求對方重送, 但 UDP 協定則不要求對方重送。

43 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。

44 第 6 層：表達層 內碼轉換 壓縮與解壓縮 加密與解密

45 內碼轉換 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, 可是早期的電腦卻可能採用 EBCDIC 碼為內碼, 於是這部電腦的 0 可能變成另一部電腦的 9, 如此勢必天下大亂。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。

46 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。

47 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。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。

48 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, 大多是化身為成套的應用程式, 例如：Internet Explorer、Netscape、Outlook Express 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某一層。

49 OSI 模型的 7 層架構簡介 在以上 7 層中, 應用層是最接近使用者的層級, 屬於此層的都是使用者較熟悉、可直接操作的軟體。而愈往下層則距離使用者的操作愈遠, 反而與硬體的關聯愈大。例如：鏈結層所負責的工作, 幾乎都是由網路卡控制晶片和驅動程式來做；至於實體層的工作, 那更是由硬體設備一手掌控, 使用者完全無法干涉。

50 OSI 模型的 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, 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。

51 OSI 模型的 7 層的運作方式

52 OSI 模型的 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 Payload (資料承載)。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。

53 OSI 模型的優點 分工合作, 責任明確 對等交談 逐層處理, 層層負責

54 分工合作, 責任明確 性質相似的工作劃分在同一層, 性質迥異的工作則劃分到不同層。如此一來, 每一層所負責的工作範圍, 都區分地很清楚, 彼此不會重疊。萬一出了問題, 很容易判斷是哪一層沒做好, 就應該先改善該層的工作, 不至於無從著手。

55 對等交談 所謂對等是指所處的層級相同, 對等交談意即同一層找同一層談, 例如：第 3 層找第 3 層談、第 4 層找第 4 層談..., 依此類推。所以我方的第 N 層只要操心對方的第 N 層, 是否收到、解讀自己所送出的訊息就好, 完全不必操心對方的第 N-1 層或第 N+1 層會怎麼做？因為那是我方的第 N-1 層與第 N+1 層會處理、擺平的事。

56 對等交談 平常在企業管理上不也是合乎同樣的精神嗎？這樣的最大好處是簡化了每個層級所負責的事情。因為總經理不必處理秘書層的行政庶務, 經理不必涉入總經理層級的運籌帷幄, 而秘書也省得參與上層的闢室密談。 因此, 有人會特別強調：通訊協定應該說是對等個體通訊時的一切約定。

57 對等交談

58 對等交談 TCP 通訊協定用來聯繫用戶端與伺服器端的同一層 (TCP 層),IP 通訊協定則用來聯繫用戶端與伺服器端的同一層 (IP 層) 。對於不同端、相同層的溝通約定, 稱之為『協定』；至於在同一端、不同層的溝通程序, 而是稱為『介面』。 但是 OSI 模型不是用介面這個名詞, 而是用 SAP (Service Access Point, 服務存取點) 代替。換言之, 各層之間都是透過SAP 對上、對下溝通。

59 逐層處理, 層層負責 既然層級分的很清楚, 處理事情時當然應該按部就班、逐層處理。因此, 第 N 層收到第 N-1 層傳上來的資料後, 一定先把該辦的事辦得妥妥當當, 才會將資料向上送給第 N+1 層；倘若它收到第 N+1 層傳下來的資料, 也是處理無誤後才向下傳給第 N-1 層。任何一層收到資料時, 都可以相信上一層或下一層已經做完它們該做的事, 毋需自己操心。

60 DoD 模型 OSI 模型雖然廣受支持, 但是部份網路系統並未參考它, 例如目前當紅的網際網路就是典型的例子。因為網際網路採用TCP/IP 協定, 而 TCP/IP 協定的誕生早於 OSI 模型, 所以自然無法參考 OSI 模型囉。

61 TCP/IP 協定組合 在許多文件中, 時常會提到 TCP/IP 協定組合 (TCP/IP Suite) 這個名詞。它除了代表 TCP 與 IP 這兩種通訊協定外, 更包含了與 TCP/IP 相關的數十種通訊協定, 例如：SMTP、DNS、ICMP、POP、FTP、Telnet...等等。其實我們平常口語所謂的 TCP/IP 通訊協定, 其背後真正的意義就是指 TCP/IP 協定組合, 而非單指 TCP 和 IP 兩種通訊協定。

62 DoD 模型的 4 層簡介

63 DoD 模型的 4 層功用簡述 應用層 定義應用程式如何提供服務, 例如：瀏覽程式如何與 WWW 伺服器溝通、郵件軟體如何從郵件伺服器下載郵件等等。 傳輸層 又稱為主機對主機 (Host-To-Host) 層, 負責傳輸過程的流量控制、錯誤處理、資料重送等工作, TCP 和 UDP 為此層最具代表性的通訊協定。

64 DoD 模型的 4 層功用簡述 網路層 又稱為網際網路層, 決定資料如何傳送到目的地, 例如：編訂位址、選擇路徑等等。IP 便是此層最著名的通訊協定。 連結層 又稱為網路介面層, 負責對硬體的溝通。例如網路卡的驅動程式或廣域網路的 Frame Relay 便屬於此層。

65 DoD 模型 由於網際網路最初起源於軍事用途, 因此這個模型便以美國國防部 (DoD, Department Of Defense) 來命名, 稱為DoD 模型, 但是也有文件直接稱為TCP/IP 模型。而雖然 DoD 模型與 OSI 模型各有自己的架構, 但是大體上兩者仍能互相對應。

66 組合的對照

67 DoD 模型與 OSI 模型主要差異 DoD 模型的應用層對應到 OSI 模型的第5、6、7 三層。

68 DoD 模型與 OSI 模型主要差異 此外, DoD 模型的網路層對應 OSI 模型的網路層、DoD 模型的傳輸層對應 OSI 模型的傳輸層, 雙方不但功能相同, 連名詞都一樣, 很容易記得。 但是, 有人主張以不同的稱呼區分兩種模型, 例如：將 DoD 模型的第 2 層稱為『網際網路』層；第 3 層稱為『主機對主機』層。以避免雙方雖然都是講網路層或傳輸層, 實際上卻是參考不同的模型。