Networking for Home and Small Businesses – Chapter 3

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1 Networking for Home and Small Businesses – Chapter 3
連接網路 Networking for Home and Small Businesses – Chapter 3

2 課程目標 說明網路連線的概念及網路的優點. 說明通訊協定的概念 說明如何跨越本地網路進行通訊 說明存取層的設備及區域乙太網路的通訊技術
說明分散層的設備及網路間的通訊技術 規劃、安裝及檢驗區域網路

3 網路簡介 網路有許多不同的類型，為我們提供各種服務
在一天的生活中，我們可能要打電話、看電視、聽收音機、上網搜索資料，甚至與另一個國家的人玩視訊遊戲 所有這些活動都要依賴穩定、可靠的網路來完成。網路將世界各地的人和設備連接在一起 人們在使用網路時，並不需要知道網路的運作原理，也無法想像沒有網路的世界會是什麼樣子。

4 網路連線及其優點 不同型態的網路

5 網路連線及其優點 網路沒有規模大小之限制，它可以是小到兩台電腦所組成的小型網路，也可以是大到連接數百萬台設備的大型網路
安裝在小型辦公室、家裏和家庭辦公室內的網路稱為 SOHO 網路。SOHO 網路可以在多部本地電腦之間共享資源 企業網路和 SOHO 網路通常提供連接到 Internet 的連接

6 網路連線及其優點 不同規模的網路 2008/09/26 進修四技二甲 end

7 網路連線及其優點 基本網路構成元件: 主機、週邊設備、網路設備、網路傳輸媒體

8 網路連線及其優點 電腦的不同角色 (Client-Server)

9 網路連線及其優點 電腦的不同角色 (Peer-to-Peer)

10 網路拓樸 – 實體拓樸

11 網路拓樸 – 邏輯拓樸

12 通訊協定 任何網路的主要用途都是提供資訊交流的管道 所有通訊方式都有三個共同的要素
第一個要素是訊息的來源 source 或稱為傳送端 sender 。訊息來源是需要向其他人或設備傳達訊息的人或設備 第二個要素是訊息的目的地或接收端 receiver。目的端接收並解讀訊息 第三個要素稱為通道 channel，是訊息從來源端傳送到目的的路徑

13 通訊協定 在兩個人的交談中，雙方必須遵守許多規則或協定，才能順利傳達自己的消息並為對方所理解
通訊協定由訊息的來源、路徑和目的端所決定。透過某種通訊媒體（如電話）通訊時採用的規則不一定適用於另一種通訊媒體（如信件）

14 通訊協定 在發送訊息時，首先要執行的步驟之一是對訊息進行編碼，編碼是將欲傳達的內容轉換成語言、符號或聲音以便於傳輸的過程

15 通訊協定 訊息格式

16 通訊協定 訊框 (frame) 之格式

17 通訊協定 訊息的大小 人們在交談或傳遞資訊時，他們傳送的訊息通常會分成較小的部分或較短的句子。這些句子的大小限於接收方一次可以處理的大小
同樣，將一筆大資料透過網路從一部主機傳送到另一部主機時，也必須將其分為許多小片段 控制網路中傳送的資料片段（訊框）大小的規則非常嚴格，並且不同的網路技術有不同的規則。 訊框太長或太短都無法傳送 訊框大小限制規則要求來源電腦將大資訊分割為符合最小與最大長度要求的多個資料片段。每個片段都單獨封裝在包含位址資訊的訊框中，並透過網路傳送。在接收端電腦上，這些資料將被解封裝並重新組合，以供解讀

18 通訊協定 訊息的大小 資網二乙 end 18

19 通訊協定 時間也是影響接收端接收和解讀資料的因素之一。人們透過時間來確定講話的時機、講話的速速以及等待回應的時間長短。這些都是約定的規則
三個重要的時間有關參數 存取方法 Access Method 流量控制 Flow Control 回應逾時 Response Timeout

20 通訊協定 存取方法 Access Method 流量控制 Flow Control 回應逾時 Response Timeout
決定可以發送訊息的時間 網路主機需要存取方法來確定可以開始傳送訊息的時間以及在出錯時回應的方式 流量控制 Flow Control 可以傳送的訊息量和傳送速度 來源電腦與目的電腦使用流量控制來協商可成功通信的正確流量 回應逾時 Response Timeout 網路主機使用規則來設定等待回應的時間長短，以及在回應逾時的情況下執行什麼動作

21 通訊協定 不同的傳輸模式 Unicast Multicast Broadcast

22 通訊協定 協定根據來源端、傳輸通道和目的端，對資料格式、資料大小、時間、封裝、編碼和傳輸模式等問題作出詳細規定

23 跨越本地網路的通訊 本地網路定義為所有主機必須 “講同一種語言”（相同通訊協定）的區域 本地網路中最常用的通訊協定為乙太網路技術
乙太網路協定定義了本地網路通信的許多規則，包括：訊框格式、訊框大小、時間參數、編碼和傳輸模式等

24 跨越本地網路的通訊 在網路的早期發展階段，每個廠商都使用自己專用的方法來連接網路設備和網路協定
不同廠商的設備之間無法通信 隨著網路的不斷普及，用來跨不同廠商設備的通訊規則也逐漸開發出來。這些標準給網路帶來多方面的益處： 方便設計 簡化產品開發 促進競爭 提供一致的互連方式 便於教育訓練 客戶有更多的廠商可以選擇 Ethernet技術成為 de facto 的標準 日四技二甲 end

25 跨越本地網路的通訊 通訊協定的標準化

26 跨越本地網路的通訊 IEEE 委員會主要負責審閱和維護網路連接標準、通訊媒體及通信協定。每項技術標準都有一個編號，負責乙太網路標準的委員會是 802.3 乙太網路標準自 1973 年建立以來，經歷了多次發展，每個乙太網版本都有相關的標準 BASE-T 代表使用雙絞線的 100 Mbps乙太網路標準 100 是以Mbps為單位的速度 BASE 代表基頻傳輸 T 代表電纜類型 (雙絞線)

27 乙太網路的發展歷程

28 跨越本地網路的通訊 1973 Ethernet 1980 DIX Ethernet II 1983 IEEE 802.3 (10Base5)
1985 IEEE 802.3a (10Base2) 1990 IEEE 802.3i (10BaseT) 1993 IEEE 802.3j (10BaseF) 1995 IEEE 802.3u (100BaseTX) 1998 IEEE 802.3z (1000BaseSX/LX) 1999 IEEE 802.3ab (1000BaseTX) 2000 IEEE 802.3ae (10G Fiber) 2006 IEEE 802.3an (10G Twisted-Pair)

29 跨越本地網路的通訊 乙太網路的實體位址

30 跨越本地網路的通訊 乙太網路的訊框格式

31 跨越本地網路的通訊 在乙太網路中，主機的 MAC 位址表示某一主機的獨特身份，而非指示主機在網路中的位置
為幫助主機通信，乙太網路技術會造成大量的廣播流量 由許多主機組成的大型乙太網路通常效率極低。因此，最好將大型網路分割成更便於管理的多個小型網段，其方法之一是使用階層式設計模型

32 跨越本地網路的通訊

33 跨越本地網路的通訊 在網路中，階層式設計用於將設備分組到多個以分層方式構建的網路。它包括更小、更易於管理的組，可讓區域流量保留在區域內。只有預定流向其他網路的流量進入更高的層

34 跨越本地網路的通訊 階層式網路架構

35 跨越本地網路的通訊 邏輯位址 (IP位址)

36 跨越本地網路的通訊 存取層為端末電腦設備連接到網路提供連接點，允許多部主機透過網路設備連接到其他主機。一般而言，同一個存取層中所有設備的 IP 位址都有相同的網路部分 根據 IP 位址的網路部分，如果某訊息的傳送目的是區域主機，則該訊息會保留在區域內。如果傳送目的主機是位在不同的網路，則會上傳到分散層 集線器和交換器為本層較常使用的網路設備

37 跨越本地網路的通訊 分散層為不同的存取層網路提供連接，並且控制資訊在不同網路之間的流動。它通常包含比存取層功能更強大的交換器，以及用於在網路之間路由的路由器 核心層是包含多重備援線路的高速核心網路。它負責在多個終端網路之間傳輸大量的資料。核心層設備通常包含非常高階的高速交換器和路由器。核心層的主要目標是快速傳輸資料

38 存取層設備與通訊方法 集線器Hub

39 存取層設備與通訊方法 乙太網路集線器一次僅能傳送一個訊框，連接到同一部集線器的電腦有可能會同時嘗試發送訊框。此時，組成訊框的電子信號會在集線器中造成碰撞 (Collision) 碰撞會造成訊框的損壞，無法讓電腦所解讀。集線器不會對訊框進行解碼，因此無法檢測到訊框是否已損壞，於是它在所有埠重複該訊框並發送出。電腦可以接收因碰撞而損壞的訊框之網路區域稱為碰撞領域 (Collision Domain) 在碰撞網域內之電腦收到損壞的訊框時 (CRC錯誤)，就會檢測到發生了碰撞。每部傳送電腦都會等待一段時間，然後再次嘗試傳送該訊框。當連接到集線器的電腦數量增加時，碰撞的機率也會增大。碰撞越多，重新傳送的次數也越多。過多的重新傳送會造成網路壅塞，降低網路通訊效率。因此，必須限制碰撞領域的大小

40 碰撞

41 碰撞領域

42 交換器的功能 乙太網路交換器是一種用於存取層的裝置。像集線器一樣，交換器也可將多台主機連接到網路。但與集線器不同的是，交換器可以轉寄訊息到特定的主機。當一台主機傳送訊息到交換器上的另一台主機時，交換器將接受並解碼訊框，以讀取訊息的實體 (MAC) 位址部份。 交換器上含有一個 MAC 位址表，其中列出了包含所有使用中的連接埠以及與交換器相連主機的 MAC 位址。當訊息在主機之間傳送時，交換器將檢查該表中是否存在目的 MAC 位址。如果存在，交換器就會在來源連接埠與目的連接埠之間建立一個臨時連接，稱為電路。這一新電路為兩台主機的通訊提供一個專用通道。連接到該交換器的其他主機不會共用此通道的頻寬，也不會接收那些並非傳送給它們的訊息。主機之間的每一次通訊都會建立一條新的電路。這些獨立的電路使多個通訊可以同時進行，而不會發生碰撞。

43 交換器的功能 交換器 Switch 二乙 end

44 存取層設備與通訊方法 交換器上有一個 MAC 位址表，其中列出了包含所有運作中之埠以及與交換器機相連電腦的 MAC 位址
如果存在，交換器就會在來源埠與目的埠之間產生一個臨時連線，稱為電路 Circuit，為兩台電腦間的通信提供一個專用通道。連接到該交換器的其他主機不會分享此電路的頻寬，因此不會接收到並非傳送給它們的訊框。主機之間的每一次通訊都會建立一條新的電路。這些獨立的電路使多個通訊可以同時進行，而不會發生碰撞 如果目的地 MAC 位址不在表格中，交換器無法確定目的主機的位置時，就會採用“泛流 flooding”處理方式將訊框轉送到其他所有連接埠上

45 存取層設備與通訊方法 新電腦的 MAC 位址如何加入 MAC 地址表中
當有新電腦傳送訊框或回應 “泛流 flooding”式訊息時，交換器就會立即學習到其 MAC 位址及其連接的埠。交換器每次學習到新的來源 MAC 位址時，位址表都會自動更新。透過這種方式，交換器可以迅速學習到所有相連的電腦的 MAC 位址

46 存取層設備與通訊方法 若交換器連接另一集線器時，可以增加連接的電腦數量。
當一台集線器連接到一部交換器之埠時，交換器會將連接到該集線器的所有電腦的 MAC 位址與交換器的相對應埠進行關聯結合 當集線器上的一部電腦傳送訊框到連接同一集線器的另一部電腦。在這種情況下，交換器將接收該訊框並檢查位址表，如果來源電腦與目的電腦位於同一個埠，交換機就會丟棄該訊框 (blocking) 當集線器連接到交換器，集線器會將因碰撞而損壞的訊框轉送到所有埠。交換器會接收到損壞的訊框，但與集線器不同的是，它不會轉送該因碰撞而損壞的訊框。因此，每個交換器的埠都會自成一個獨立的碰撞網域

47 存取層設備與通訊方法 在本地網路中，會有某台主機需要將訊息同時傳送給所有其他主機的情況
這可以利用 “廣播 broadcast” 該訊框來達成 一個訊框只能有一個目的地的 MAC 位址，因此當要將訊息同時傳送給所有其他主機的情況時，需利用特殊的MAC位址來代表目的電腦 廣播 MAC 位址實際上是一個全部由 1 組成的 48 位位址 MAC 位址通常用十六進位表示: FFFF.FFFF.FFFF或FF-FF-FF-FF-FF-FF

48 存取層設備與通訊方法 廣播網域

49 存取層設備與通訊方法 在區域乙太網路中，僅當訊框所包含的目的地位址是廣播 MAC 位址或者與網路卡的 MAC 位址相同，網路卡才會接受該訊框。 但大多數網路應用程式依靠邏輯目的 IP 位址來識別伺服器和用戶端的位置。 如果傳送端主機只有目的主機的邏輯 IP 位址，發送主機如何得知在訊框中放入哪一的目的 MAC 位址？ 透過位址解析協定 (ARP) 的 IP 協定來尋找同一本地網路中任何主機的 MAC 位址

50 存取層設備與通訊方法 ARP 要求

51 存取層設備與通訊方法 ARP 回覆

52 分散層設備與通訊方法 分散層連接獨立的本地網路，並且控制它們之間的流量

53 分散層設備與通訊方法 路由器為用於連接不同本地網路的網路設備
路由器與交換器一樣，都可以解碼和讀取所收到的訊框。但交換器只能解碼（解封裝）包含 MAC 位址資訊的訊框，而路由器可以解讀訊框中所封裝的封包。 封包格式包含來源與目的主機的 IP 位址，以及在它們之間傳送的資料。路由器讀取 IP 位址的網路部分，並用它來詢找轉送該資料到目的主機的最佳路徑。 如果來源主機和目的主機的 IP 位址的網路部分不相同，就必須利用路由器來轉送資料。路由器在收到資料後，將先解封裝以讀取目的 IP 位址，然後根據目的IP位址進行路徑判斷，接著再將封包重新封裝為訊框，將訊框轉送往目的位址 路由器不會轉送目的地址為廣播 MAC 位址的訊框。因此，本地網路廣播不能跨過路由器傳送到其他網路網段

54 分散層設備與通訊方法 訊框與封包的封裝

55 路由器的功能 路由器上的每個連接埠或介面都連接到一個獨立的區域網路。每個路由器都包含一個表，上面列出了所有本機連接的網路及其使用的介面。這些路由表還可能包含有關路線或路徑的資訊，路由器使用這些路線通往其他非連接於本地的遠端網路 當路由器收到一個訊框時，就會對該訊框進行解碼，以開啟包含目的 IP 位址的封包，然後將目的位址與路由表中包含的所有網路進行比對，如果目的網路位址在表中，路由器就會將封包封裝在一個新的訊框中，然後將新的訊框從與路徑相關的介面轉寄至目的網路。轉寄封包到其目的網路的過程稱為路由 路由器不會轉寄目的位址為廣播 MAC 位址的訊息。因此，區域網路廣播不能透過路由器傳送到其他區域網路

56 路由器的功能

57 預設閘道 當主機需要傳送訊息到遠端網路時，則必須使用路由器。像前面一樣，主機仍將目的主機的 IP 位址包含在封包中。但當它將封包封裝到訊框中時，將使用路由器的 MAC 位址作為訊框的目的位址。這樣，路由器就會根據 MAC 位址接收並接受訊框。 來源主機如何確定路由器的 MAC 位址？主機透過其 TCP/IP 設定中設定的預設閘道位址獲取路由器的 IP 位址。預設閘道位址是連接到路由器主機所在網路的路由器介面的位址。區域網路上的所有主機都使用預設閘道位址傳送訊息到路由器。當主機知道預設閘道 IP 位址之後，便可以使用 ARP 確定 MAC 位址。然後，它將路由器的 MAC 位址加入要傳送到其他網路的訊框中。 必須在區域網路的每台主機上設定正確的預設閘道。如果沒有在主機 TCP/IP 設定中設定預設閘道，或者指定了錯誤的預設閘道，便無法將訊息傳送到遠端網路上的主機。

58 預設閘道 預設通訊閘的作用

59 分散層設備與通訊方法 路由器維護 Routing 及ARP 表格

60 分散層設備與通訊方法 區域網路 (LAN) 是指一個本地網路，或者一組相互連接、接受統一管理控制的本地網路

61 分散層設備與通訊方法 在本地或與遠端網路增加電腦的優缺點

62 分散層設備與通訊方法 使用 Packet Tracer

63 規劃、安裝及檢驗區域網路 大多數區域網路都採用乙太網路技術 網路規劃的第一步是收集有關網路使用方式的資訊，包括： 網路要連接的主機數目與類型
要使用的應用程式 共享與 Internet 連接要求 安全性和隱私保護事項 可靠性和正常運作時間預期 連接要求，包括有線和無線

64 規劃、安裝及檢驗區域網路 實體架構的規劃與文件紀錄

65 規劃、安裝及檢驗區域網路 邏輯架構的規劃與文件紀錄

66 建立原型 在記錄網路要求並且建立實體和邏輯拓樸之後，下一步是測試網路設計。測試網路設計的方法之一是建立網路的執行模型或原型。
隨著網路規模的擴大和複雜性的增加，原型設計非常必要。在投資購買裝置和安裝之後，網路管理者可以使用原型來測試規劃的網路是否能按照預期方式執行。文件應記錄原型設計過程的所有方面。 建立網路原型時可以使用各種工具和方法，包括實驗室環境中安裝的實際裝置、建模和模擬工具等。Packet Tracer 是可用來原型設計的一種模擬和建模工具。

67 規劃、安裝及檢驗區域網路 建立原型

68 規劃、安裝及檢驗區域網路 多功能之設備

69 規劃、安裝及檢驗區域網路 Linksys多功能之設備

70 規劃、安裝及檢驗區域網路 Linksys多功能之設備

71 規劃、安裝及檢驗區域網路 資源分享 (Windows 的網路芳鄰)

72 總結 電腦在資訊網路中扮演Client、Server腳色或同時具備來傳輸資料
所有電腦通訊均包括來源 source、目的 destination 以及傳輸通道 channel 稱為通訊協定的規則提供了電腦通訊服務 使用階層式設計將大型網路分割成較小而較易管理的區段 每一部網路電腦需要實體的 MAC 位址及邏輯的 IP 位址 良好的網路設計需要先有計畫

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