第三章 數據傳輸基本概念 3-1 連線與傳輸 3-2 傳輸訊號：類比、數位 3-3 傳輸模式：單工、半雙工、全雙工

Presentation on theme: "第三章 數據傳輸基本概念 3-1 連線與傳輸 3-2 傳輸訊號：類比、數位 3-3 傳輸模式：單工、半雙工、全雙工"— Presentation transcript:

1 第三章 數據傳輸基本概念 3-1 連線與傳輸 3-2 傳輸訊號：類比、數位 3-3 傳輸模式：單工、半雙工、全雙工
第三章 數據傳輸基本概念 3-1 連線與傳輸 3-2 傳輸訊號：類比、數位 3-3 傳輸模式：單工、半雙工、全雙工 3-4 傳輸方式：序列、並列 3-5 網路傳輸媒介 3-6 網路傳輸設備

2 3-1 連線與傳輸 實體層 負責讓資料（一連串的電子訊號）能夠在兩個相連接的機器間經由傳輸線路做資料傳送。經由此一運作層的通訊協定，資料位元(bits)最後轉換為電子訊號在兩部電腦之間經由傳輸媒介傳遞時才有一共同遵循的標準。

3 數據的傳輸 資料來源 (Data source) 資料發送者 (Transmitter)
通訊通道 (Communication channel) 資料接收者 (Receiver) 資料目的 (Data sink) 資料來源 資料發送者 通訊通道 資料接收者 資料目的

4 傳輸設備 數據通訊設備 (DCE :Data Communication Equipment)
「資料發送者」與「資料接收者」 透過通訊通道建立傳訊雙方的實體網路連結 數據終端設備 (DTE :Data Terminal Equipment) 「資料來源」與「資料目的」 負責資料的連結

5 電腦的連線方式 透過電話撥接與電話公司連線，再經由電話公司與其他電 腦連線 專屬(dedicated) 建立公司內部電腦間的固定連線
租用專線(leased / private) 向電話公司租用傳輸線，建立電腦的連線 撥接(switched / dial-up) 透過電話撥接與電話公司連線，再經由電話公司與其他電 腦連線

6 3-2 傳輸訊號:類比訊號(Analog) 資料可分為兩種基本的型態，分別為數位資料與類比資料，電腦所產生的資料稱為數位資料，以0與1來傳遞訊號；使用像聲波狀的電子訊號來做傳遞訊號則為類比資料。 類比訊號是屬於一種連續且變化之電磁波。利用類比訊號，可以用來傳遞類比資料或數位資料。

7 數位訊號 (Digital Signal) 數位訊號是一連串不連續之電壓脈波（Voltage Pulse） ，主要是以不同的電位狀態來表示 。一般是以固定之正值電壓（+5伏特）來代表二進位值’1’；而以固定之負值電壓（-5伏特）來代表二進位值’0’，數位訊號亦可用來傳遞類比資料與數位資料。

8 類比訊號和數位訊號的比較

9 1. 基頻傳輸與寬頻傳輸 基頻 (Baseband) 傳輸 寬頻 (Broadband) 傳輸 『直接控制傳輸訊號狀態』的傳輸技術。
數位資料以數位方式傳輸 寬頻 (Broadband) 傳輸 『控制載波 (Carrier) 訊號狀態』的傳輸技術。 數位資料以類比方式傳輸

10 基頻訊號的發送與接收

11 載波訊號的調變與解調

12 載波訊號的調變與解調 將資料放上載波的動作稱為『調變 (Modulation) 』。
執行調變動作的裝置或程式稱為『調變器 (Modulator) 』。 而將資料與載波分離的動作稱為『解調 (Demodulation) 』。 執行解調變動作的裝置或程式稱為『解調器 (Demodulator) 』。

13 2. 數位資料以數位訊號傳輸 在電腦世界中只懂0與1兩種符號，為了要讓電腦表示出我們平常所用的數與字，必須利用編碼的原則將0與1編碼組合，來表示這些數與字。 最常使用的編碼原則為ASCII（American Standard Code for Information Interchange）與EBCDIC（Extended Binary Coded Decimal Interchange Code）。 在ASCII中可分為兩種，一種為7位元碼，另一種為8位元碼，7位元碼可表示128個字元，而8位元碼可以表示256個字元 EBCDIC為IBM所訂定的8位元碼，可表示256個字元。

14 各種數位編碼方式示意圖

15 3. 寬頻調變技術- 數位資料以類比方式傳輸 數位訊號欲以類比方式傳送訊息，則此傳送系統內部必須有一基準訊號，稱之為載波訊號(Carrier Signal)，或簡稱為載波，此載波是一連續訊號，且擁有固定的頻率，當數位資料傳入時，可以使用改變載波的振幅(Amplitude)、頻率(Frequency)、或相位(Phase)方式，以表示出相對之數位資料。

16 類比訊號具有三個重要的特性 波幅 (amplitude) 波頻 (frequency) 相位 (phase) 訊號的強度或波形的大小
單位時間內的週期數 相位 (phase) 代表不同的電波在時序上的相對狀態

17 類比訊號的調變處理 將類比訊號以二進位值表示來進行編碼 波幅調變 波頻調變 相位調變 ASK；Amplitude Shift Keying
FSK；Frequency Shift Keying 相位調變 PSK；Phase Shift Keying

18 振幅調變技術 （Amplitude Shift Keying ASK）
利用不同振幅的高低來表示不同的二進位值來表示，振幅較高為1；振幅較低為0。當傳輸裝置欲傳送一個1位元時，必須送出一高振幅的波，因為傳送時是以波的振幅做為位元判斷，所以變動振幅法在傳輸時比起變動頻率法及變動相位法較易受到雜訊干擾影響傳輸品質。

19 頻率調變技術

20 相位調變技術（Phase Shift Keying PSK）
利用觀察相位是否有變化來代表二進位值(相位差的改變)，相位角180°時為0；相位角0°時為1。（相位角0°：即波正從水平線出發欲往高峰走時，相位角180°：即波正從水平線出發與往低峰走。）

21 4. 類比資料以數位方式傳輸 編譯碼器(CODEC)：
當發送端欲傳送類比資料經由數位網路傳遞時，必須先透過編碼器（Coder）將類比資料轉換成一連串的二進位數值，再以數位訊號透過數位網路傳遞，當此數位訊號傳至接收端時，則會透過解碼器（Decoder）將數位訊號所傳遞之資料還原成類比資料，此編碼（Coder）與解碼(Decoder)的裝置合稱為CODEC。 編碼 解碼

22 5. RS-232 數位線路 RS-232纜線用在電腦方面，可以用來連接各種序列裝置，其25條信號線中，只有兩條用來收發資料，其他的各有其特殊的控制用途。傳送資料時是以派衝的方式進行的，若是要控制狀態，則可利用電壓的高低來傳遞信號。 在RS-232標準中有兩種裝置，一種是資料終端裝置（DTE），另一種是資料通訊裝置（DCE），電腦可以充當兩著的角色，但是數據機則必定是DCE 。

23 6. 數據機 目前的電話網路是使用類比訊號來傳遞資料，所以發送端電腦所產生的數位資料要透過電話網路來做傳遞，必須先經過將數位資料轉換為類比訊號的裝置傳送，在接收端上同樣有用來將類比訊號轉換為數位資料的裝置再由電腦接收，而這樣的一個裝置就是我們所稱的數據機，其全名為”調變器/解調器”（Modulator/DEModulator），將數位資料轉換為類比訊號的裝置稱之為Modulator（調變器）；而將類比訊號所傳遞之資料還原成原來的數位資料稱之為Demodulator（解調器），因此，這兩種設備合稱為MODEM（數據機）。

24 調變器執行調變(Modulation)工作
解調器執行解調（Demodulation）工作

25 數據機的作業方式

26 電腦與數據機經由RS-232連線 電腦與電腦經由RS-232連線

27 3-3 傳輸模式 線路被用來設計做為資料傳送時使用，而資料傳送的方式可以分為三種，單工式（simple）、半雙工式（half-duplex）及全雙工式（full-duplex）。 選擇資料流方式，由所使用的應用軟體來決定。若資料一定是由一方傳輸到另一方，可選擇單一式的方式；若由一方送去的資料必需等對方處理完後，再送回本方，則傳輸可選擇半雙工的方式；若雙方皆有一定量的資料必須在同時間內傳輸，則可採用全雙工的方式。

28 單工 (Simplex) 通訊雙方只能進行單向的數據傳輸
發送端與接收端角色分得很清楚。發送端只能發送訊息出去，不能接收訊息；接收端只能接收訊息，不能發送訊息出去。 例如收音機、電視機，只能接收電視台的節目，但無法發出訊號給電台。

29 半雙工 (Half Duplex) 雖然通訊端可以接收與發送資料雙向傳輸，但是一次只能做一種動作，不能同時進行收發。
例如：無線電對講機，只能由一方發話，另一方則只能聽，當此方發話完畢後，才能由另一方做回覆。

30 全雙工 (Full Duplex) 同一時間之內，兩方通訊端能夠同時做資料的接收與發送傳輸。雖說使用全雙工的方式可以在同一時間做傳輸，但相對的也表示傳輸的容量必須減半，一半用作傳送；另一半用作接收。 例如：電話

31 3-4 傳輸方式 序列傳送 ( Serial ) 並列傳送 ( Parallel )
將位元組中一個一個位元依序送出，當然接收端也會依序收到各位元 並列傳送 ( Parallel ) 將位元組中之各位元同時發出，在理想狀況下接收端會同時收到各位元

32 序列與並列傳送方式之比較

33 3-5 網路傳輸媒介 網路傳輸媒介的分類 有線傳輸 無線傳輸 雙絞線 同軸電纜 光纖

34 有線傳輸媒體介質 有線媒體通常是在中央的導體外包上一層保護層，在網路中常使用，雖然有長度的限制，不過其傳輸速度快，且保密性佳，價格便宜。
選用時考慮之特性：成本、速度、安裝、衰減、抗電磁干擾

35 1. 雙絞線（Twisted Pair） 雙絞線其材質屬於銅線或鍍銅鋼線，可用以傳遞訊號並且減少阻抗，而鋼線則可加強線材的強韌度，雙絞線顧名思義就是一組線成有規則之螺旋狀彼此纏繞，這種纏繞可以減少電訊的干擾。 雙絞線可用以傳輸數位訊號或類比訊號 當用以傳遞類比訊號時，約隔5~6公里就需要一個放大器 若傳遞的是數位訊號，則約每隔2~3公里就需要一個轉發器 可適用於點對點或多點式架構，當運用於點對點式時，距離最遠可達15公里。

36 雙絞線 在雙絞線與網路卡連接時必須要有一個接頭，此接頭外形與一般電話線接頭相似，不過較寬，此接頭稱為RJ-45接頭，它使用四對雙絞線，而一般的電話接頭所使用的為RJ-11接頭只用到2對雙絞線。

37 雙絞線的種類 有屏蔽雙絞線（Shielded twisted pair, STP）
在線的外圍包有金屬箔以隔絕雜訊 傳輸效果較好，成本較高 無屏蔽雙絞線（Unshielded twisted pair, UTP） 傳輸效果較差，成本較低 是最常用的網路纜線，常用於傳送聲音或資料。

38 無遮蔽雙絞線分類 （依ANSI的EIA/TIA分類）

39

40 2. 同軸電纜 (Coaxial Cable) 最內層是實心銅線為導體中心 在中心外層覆蓋一層絕緣體 接下來是一層銅線網包住絕緣體為導體網
用來傳送電子訊號 在中心外層覆蓋一層絕緣體 防止電子干擾 接下來是一層銅線網包住絕緣體為導體網 阻斷外部電子訊號對中心銅線的干擾 最外層是一層保護性的絕緣體 防潮、防止摩擦 雜訊免疫性較佳於雙絞線但成本也較雙絞線為高。

41 同軸電纜分類:依傳輸方法 寬頻電纜（Broadband） 基頻電纜（Baseband）
75歐姆電纜，常用於CATV所採用之標準規格，主要是以類比訊號傳遞，頻率範圍可從300Hz到400Hz，而有線電視每一頻道約佔用6MHz之頻寬，可傳遞5Mbps~6Mbps之資料，而一般CD品質的聲音約需1.4Mbps，數位視訊約需3Mbps，故有線電視與資料可以混合在一條纜線中傳輸。 基頻電纜（Baseband） 50歐姆電纜或稱之為則用於傳遞數位訊號。只能用於數位訊號的傳遞，傳輸速率可達10Mbps

42 依直徑大小分 粗同軸電纜 細同軸電纜 中心直徑10mm，依特性組抗不同可分為
RG-11：特性阻抗為50歐姆。常用在10Base5類型的乙太網路或長途電話。 RG-59：特性阻抗為75歐姆 。一般家裡的有線電視所裝設的纜線就是此種電纜 。 細同軸電纜 中心直徑0.18英吋，可分成單芯與多芯兩種 RG-58：特性阻抗為50歐姆 ，用在10Base-2的乙太網路。 RG-58A/U：特性阻抗為50歐姆 ，用在10Base-2的乙太網路。

43 同軸電纜 同軸電纜可用於點對點或多點式架構，50歐姆電纜每公里電纜可連接數百個設備歐姆電纜，最長距離為2.5公里； 75歐姆電纜則可連接數千個設備，可達數十公里。 50歐姆電纜線與電腦網路卡的接頭稱為BNC接頭（或稱為T形接頭）在接頭上有兩個公接頭與一個母接頭，兩個公接頭是用來連接相鄰的兩條同軸電纜，母接頭則用於連接電腦網路卡。

44 3. 光纖（Optical Fiber ） 利用電子訊號傳送資料的缺點
易被雷擊 易被電子干擾（外部與內部本身） 訊號衰弱 所需能量較高 光而非電來傳遞訊息，可以高速傳遞資料到非常遠的距離，通常具有幾微米的玻璃纖維核心，外圍是固體玻璃然後再加上最外面的保護層，所以當光傳導於核心內，如有碰及外層時，光線會被反射回核心，外層塑膠與其他材料之混合體，用來防止使用環境之不良狀況。

45 光纖 光纖的傳輸頻率為1014~1015Hz之訊號，其傳輸型態，可分為單模(single mode)與多模(multimode)兩類，單模的光纖核心只擁有一條光路徑，而多模則擁有多條光路徑，光纖大多用於點對點架構，多點式架構亦可採用光纖作為傳輸媒介，但其成本較高。傳輸距離可以達6~8公里且光纖不會受到電磁干擾或雜訊影響，但成本則較同軸電纜與雙絞線為高。

46 光纖傳送資料原理 光線在行進時若遇到不同介質時會產生折射，當介質密大相差很大時會產生全反射。利用這項特性可以傳送資料

47 光纖的優缺點 缺點 光纖的優點 頻道寬度高、速率快 正確性與安全性高： 重量輕、體積小、安裝容易與測試、使用期限可達40年 價格高昂
維修與施工成本高

48

49 4. 無線傳輸媒體介質

50 無線電波（Radio） 無線電資料傳輸與日常所使用的無線電傳輸是一樣的原理，在傳輸兩方的電腦上必須都安裝上一個無線電收發裝置，且必須設定在一個固定範圍的頻率內，才不會干擾商業廣播電台的無線電波，所採用的無線電波發報器的功率很小，必須在很短的距離中使用，普通的使用範圍約為150公尺，常用於手提式電腦中。

51 微波（Microwave） 微波的頻率範圍為109~1010Hz，微波不易受到環境的干擾而產生收訊不良的球況，但微波的方向性（Directional）低於紅外線與雷射，所以較易發生資料竊聽、資料插入或資料阻塞等安全性問題。 微波是一種電磁波，它不需要實體的介質就能傳輸，其資料傳輸量極大，通常還可以切割成許多子頻道來使用，近年來興起的衛星大哥大、Direct PC，都是利用衛星做為資料傳輸的新通訊工具。

52 紅外線（Infrared）與雷射 紅外線的頻率範圍為1011~1014Hz，紅外線容易因為環境因素（如雨水、霧）而造成收訊不良，但紅外線具有高度的方向性，故訊號必須再某一範圍角度內才能接收到，所以訊號比較不會被攔截、插入或阻塞，收發器必須置於可視直線之兩端，一般收發器是裝置於屋頂或相鄰兩棟大樓面對面的玻璃窗內。 雷射的頻率範圍為1014~1015Hz，雷射與紅外線相同，易受環境因素而造成收訊不良，雷射同樣與紅外線具有高度的方向性，雷射光由於會產生少量之輻射線，所以產生雷射光之設備需要加以適當之隔絕。

53 網路線的材質選擇 (1)網路的型態 (2)成本 (3)傳輸的距離 (4)保密性 (5)錯誤發生率 (6)傳輸速度

54 3-6 網路設備 網路介面卡 網路連接器 中繼器 數據機 集線器 橋接器與交換器 路由器 閘道器

55 1. 網路卡(NIC) 網路上的電腦必須有連到網路的介面，利用纜線或其他的無線訊號將資料傳送到其他系統。
最常見的網路介面是連接電腦擴充匯流排及網路纜線的配接卡，一般稱為網路介面卡 (NIC)。電腦上的 NIC 通常是可以拆裝的添購設備，但少數則內建於電腦的主機板。 一般小型區域網路、ISDN等不需要透過電話線來連接上網時，網路與電腦的連接介面

56 網路介面卡的功能 網路介面配接卡加上網路配接卡驅動程式實作了用於電腦的資料鏈結層協定，例如乙太網路或記號環，以及部份的實體層。
NIC 也提供網路層協定之間的鏈結，實作上則完全由作業系統以及網路媒介 (通常是連接 NIC 的纜線) 負責。NIC 及其驅動程式執行了存取網路的電腦所需的基本功能。

57 家用與商用網路介面卡 NIC 市場發展最迅速的部份是家用和小型辦公室。許多家庭和中小企業老闆，甚至只有兩三部電腦，也開始意識到可以善用電腦網路的優點。多數的 NIC 主要製造商目前已有專屬的生產線來應付這個市場。這些生產線的基本方針是為經驗不足的網路使用者提供比較便宜，容易安裝和執行且功能尚可的 NIC。 有了 PCI 匯流排和 Windows 作業系統內建的隨插即用支援，NIC 的安裝更加容易了，一般只要將卡插入匯流排插槽即可。作業系統 (通常是 Windows 95 或 98) 會設定並安裝驅動程式，剩下的只是把電腦接到集線器 (屬於同一條生產線)，就可以建立最基本的網路。

58 2. 網路連接器 RJ-45接頭 與電腦等設備連接之前必須還要透過一個介面，這個介面就是“接頭”。 雙絞線中UTP線的接頭
有八個腳位（凹槽），其金屬接點有8個，俗稱”8P8C”。P為腳位，C為接點 用在10-BaseT與100-Base系列網路，只使用1、2、3、6腳位。1、2腳位主要是傳送資料（Tx+、Tx-），而3與6腳位則是接收資料（Rx+、Rx-）。

59 網路連接器 BNC接頭 用在RG-58 中間有一根金屬針，用來連接同軸電纜的中心導線 需要三個額外器材 T接頭
1接頭 1接頭則是讓同軸電纜直接串接起來，純粹延長纜線用 終端電阻 在纜線最後的地方作組抗匹配與接地的功能

60

61 3.中繼器（Repeater） 是用來連接兩個網路設備中最簡單的一種，不適用來連接兩個網路而是作為連接相同網路段以形成更大的延伸網路。
網路訊號在傳送的過程中，會因為傳輸線電阻抗的影響，導致訊號漸漸衰減終至無法接收，因此訊號重複器正負責將已衰減的訊號再放大至原來的大小。

62 訊號重複

63 4. 數據機 （Modem） 調變；Modulation 把電子訊號轉換成類比訊號傳送出去 解調；Ddmodulation
把接收到的類比訊號轉換成電腦看得懂得電子訊號 使用介面為RS232串列介面

64 5. 集線器（Hub） 有許多資料傳輸埠（Port），讓每台電腦都可與集線器連線 可避免一條網路線故障整個網路就會癱瘓的問題
常用在星狀網路架構中

65 6. 橋接器(Bridge)與交換器(Switch)
主要將大型網路切割成較小型的一些子網路 常用在乙太網路 處理OSI架構中第一層與第二層，具有中繼器與集線器的功能

66 橋接器與交換器

67 7. 路由器（Router） 連接不同網路的裝置
選徑（Routing）；使用路由表，依據目前網路使用情況動態的傳送資料，使得網路傳送達到最佳化 處理OSI架構中第一、第二與第三層通訊協定 可讓不同的網路架構相連接在一起

68 路由器

69 8. 閘道器（Gateway） 可讓不同網路架構連接在一起（比路由器更強） 可監視網路上傳送的資料是否安全
可過濾資料的傳送，確保內部網路的安全，並且提供相關的網路服務（WWW、FTP….）具有此功能的閘道器又稱為“代理伺服器（Proxy）”

70 SEEDNET網路 1990年SEEDNET誕生，為經濟部科技專案計劃下的產物。在「財團法人資訊工業策進會」(資策會)的孕育下，不斷吸引國內網路菁英加入。 1995年7月，鑑於實驗階段的成功，展開正式營運的階段，成為國內網際網路商業運用的先鋒。 1998年8月，為獲得更多的經營彈性與競爭力，SEEDNET由資策會中衍生獨立為「數位聯合電信股份有限公司」，在民營化與募集資金的過程中備受各界肯定與矚目。 以TCP/IP協定為基本的網路通訊協定，包含 、FTP及TELNET，和其他如電子討論廣場(NETNEWS)、資料庫服務及網路上經常用到之資訊服務皆可使用。

71 網路架構---Seednet聯外網路連線圖

72 網路架構---Seednet島內骨幹網路連線圖