通讯网络入门

通讯网络入门计算机真的是个很方便的工具，它原先的作用在于协助我们处理一些简单、重复而单调的工作，随着各种计算机制造技术的突破，各种相关软件程序与硬件装置的开发，让计算机渐渐可以帮我们处理许多更为复杂的工作。不过如果没有「网络」（Networking）的发明，或许计算机尚无法在现代社会中，如此快速地普及到每个人的生活之中。第2页,共74页，2024年2月25日，星期天如果从较广义的范围来看，最古老的网络在我们日常生活中可是十分熟悉且常用的一项服务，它就是「公共交换电话网络」（PublicSwitchedTelephoneNetwork，PSTN）。基本上，网络目的本来就是在于交换讯息与数据之用，透过电话网络就可以与他人进行语音联络、传真讯息等等。第3页,共74页，2024年2月25日，星期天7-1网络简介最简单的网络定义，可以形容就是利用某种通讯传输媒介将两台以上的信息设备链接起来，藉以彼此分享数据，进行讯息交换、资源共享的目的第4页,共74页，2024年2月25日，星期天第5页,共74页，2024年2月25日，星期天7-1-1对等与服务器型网络服务器型网络 又称为主从式网络，如果是在中型或大型网络，可以采取这种服务器型的网络，它是将要共享的资源集中在几台服务器上加以管理，例如打印机服务器、文件服务器、邮件服务器等。第6页,共74页，2024年2月25日，星期天对等型网络 在对等型网络中，每台计算机上都提供有其它计算机有可能使用到的资源，这些资源散布在网络上的不同计算机上，每台计算机可能同时扮演着要求资源的「客户端」（client）与提供资源的「服务器」（Server）角色。第7页,共74页，2024年2月25日，星期天对等型网络的优点就是简单且设置成本便宜，只要具备网络线与网络卡，就可以将计算机彼此链接为一个网络，最常见的应用就是分享打印机了。对等网络的缺点是维护不易，只能使用于小型网络中，如果今日打印机从A计算机移至B计算机，则先前透过网络使用这台打印机的其它计算机，就必须重新设定才可以再使用这台打印机，想想看如果一个有20台计算机的办公室，一旦打印机移动位置，要为其它19台计算机重新设定打印机资源共享会是多麻烦的事。第8页,共74页，2024年2月25日，星期天7-2网络拓朴网络拓朴（Topology）简单地说，就是实体网络连接后的形状，常见的网络拓朴有总线式（bus）拓朴、星状（star）拓朴、环状（ring）拓朴、网状（mesh）拓朴，分别说明如下。第9页,共74页，2024年2月25日，星期天7-2-1总线式拓朴总线式拓朴是最简单，成本也最便宜的网络拓朴安排方式，其外观如下所示：第10页,共74页，2024年2月25日，星期天总线式网络的优点是如果要在网络中加入或移除计算机装置都很方便，所使用的材料也颇为便宜，适用于刚起步的小型办公室网络来使用。不过使用总线式网络的缺点是维护不易，由于整个网络是串接在一起的，如果某段线路有问题，整个网络就无法使用，且需逐段检查以找出发生问题线段并加以更换。第11页,共74页，2024年2月25日，星期天7-2-2星狀拓樸 在星狀拓樸中，個別的電腦會使用各自的線路連接至一台中間連接裝置，這個裝置通常是集線器（Hub），這樣的網路從集線裝置往外看起來，就像是放射形的星狀：第12页,共74页，2024年2月25日，星期天7-2-3环状拓朴 环状拓朴的网络连接就是网络的外观像是一个圆环，如下图所示：第13页,共74页，2024年2月25日，星期天使用环状拓朴的网络型态还有「光纤分布式数据接口」（FiberDistributedDataInterface，FDDI），它与符记环网络类似，不过它多了一个环，也就是双环结构，两个环的数据传送并不相同，如下图所示：第14页,共74页，2024年2月25日，星期天7-2-4网状拓朴 网状拓朴，则是一台计算机装置至少与其它两台装置进行连接：第15页,共74页，2024年2月25日，星期天7-3网络传输媒介

正如电力必须透过电线才能传送至城市的每一个角落，数据如果要透过网络来传送，也必须透过网络联机媒介才能完成，网络所使用的联机媒介可以分为两种：「引导式媒介」（GuidedMedia）与「非引导式媒介」（UnguidedMedia）。 引导式媒介指的就是有实体线路链接的媒介，例如同轴电缆、双绞线、光纤电缆等，而非引导式媒介指的是不使用实体线路就可传送讯号或数据，例如微波、红外线等无需透过实体线路就可以传递。第16页,共74页，2024年2月25日，星期天7-3-1同轴电缆 同轴电缆（CoaxialCable）是相当常用的线材之一，一般有线电视用来传送讯号的线材就是使用同轴电缆。同轴电缆是由内外两层导体构成，所使用的材质通常是铜导体，内层导体为了避免断裂常会以多蕊的铜导体集结而成，而外层导体形成网状围绕内层导体，因此具有遮蔽的效应，可以减低电磁方面的干扰，两层导体之间以绝缘体加以隔绝，最外层则为塑料套第17页,共74页，2024年2月25日，星期天同轴电缆所使用的口径度量单位是RG值，RG值越大表示中央导线越小，RG值越小表示中央导线越粗，而在阻抗的度量单位上使用「奥姆」值，10Base5与10Base2以太网络所使用的同轴电缆其阻抗值皆为50奥姆，而有线电视所使用的同轴电缆其阻抗值则为75奥姆。在网络应用的实体连接上，同轴电缆又可以分为「粗同轴电缆」（ThickNet）与「细同轴电缆」（ThinNet）。第18页,共74页，2024年2月25日，星期天粗同轴电缆十分的笨重，每段传输距离限制最长为500公尺其直径，约为细同轴电缆的两倍，施工上较为不易，在新的网络布在线已不再使用。至于细同轴电缆的成本较为便宜，且施工方便，现在新施工的网络如果是使用同轴电缆，都是采用细同轴电缆，不过细同轴电缆信号衰减较快，每段限制最长只能达185公尺。第19页,共74页，2024年2月25日，星期天7-3-2双绞线 双绞线（TwistedPair）就是将两条线路相互绞绕在一起，这么做的原因在于利用相互的遮蔽效应减小噪声的干扰或串音发生，双绞线通常由二对或四对导体所形成，日常生活所使用的电话线路就是由两对双绞线组成，而下图所示为网络连接用的双绞线，当中包括了四对相互绞绕的线路：第20页,共74页，2024年2月25日，星期天

双绞线所使用的接头称之为RJ接头，其中网络线所使用的接头称之为RJ-45接头，而电话线路上所使用的接头为RJ-11接头，RJ-45有八个孔（Position）、八个接触点（Contact），所以俗称8P8C，而RJ-11上则为6P2C：第21页,共74页，2024年2月25日，星期天7-3-3光纤电缆 光纤电缆（Fiber-OpticCable）中传递的讯号是光讯号，光纤电缆的中心材质为玻璃纤维，外部则为反射物质，而最外层为保护的塑料外套，藉由光线不断地于玻璃纤维中反射，就可以将讯号传送至另一个接收端，如下图所示：第22页,共74页，2024年2月25日，星期天7-3-4红外线 波长在1毫米到770纳米之间，在光谱上位于红色光外侧。也是一种电磁波，只是波长比可见的红光更长。我们人的肉眼无法看得见，目前的红外线传输只能传送几公尺，无线网络最常见的应用就是红外线传输，红外线的频率介于可见光与无线电波間.数据传输的速率大约是4Mbps，不受电磁的干扰，但会受到障碍物与光源的影响。现在的笔记本电脑、PDA间的短距离、点对点传送大都使用红外线传输。如下图所示：第23页,共74页，2024年2月25日，星期天第24页,共74页，2024年2月25日，星期天7-3-5微波 微波是电磁波的一种，其波长在2cm～300cm之间，频率范围在0.1GHz～30GHz。属于一种高频的无线电讯号，以空气作为传输媒介，只能做直线传输，因为其信号不能弯曲，容易受到外在障碍物、地球曲面或者天候不佳的影响。所以传送数据时，必须倚靠微波转换站或卫星通讯系统做点对点的广播。如果使用微波站传输的过程中不能有任何的障碍物阻挡，因此要在如大楼顶端或山顶等较高的位置设置中继站，且每30～40公里就要设中继站。第25页,共74页，2024年2月25日，星期天7-4网络参考模型与通讯拹定7-4-1网络参考模型的由来 设立模型的目的就是为了树立共同的规范或标准，由于网络是个运行于全世界的信息产物。如果不制定一套共同的运作标准，整个网络也无法推动起来，而且网络结合了软件、硬件等各方面的技术，在这些技术加以整合时，如果没有共同遵守的规范，所完成的产品，就无法达到彼此沟通、交换信息的目的。第26页,共74页，2024年2月25日，星期天7-4-2OSI参考模型

OSI参考模型是由「国际标准化组织」（InternationalStandardOrganization，ISO）于1988年的「政府开放系统互连草案」（GovernmentOpenSystemsInterconnectProfile，GOSIP）所订立，当时虽然有要求厂商必须共同遵守，不过一直没有得到厂商的支持，但是OSI订立的标准有助于了解网络装置、通讯协议等的运作架构，所以倒是一直被教育界拿来作为教学讨论的对象。第27页,共74页，2024年2月25日，星期天OSI模型共分为七层，如图所示：第28页,共74页，2024年2月25日，星期天应用层 在这一层中运作的就是我们平常接触的网络通讯软件，例如浏览器、文件传输软件、电子邮件软件等，它的目的在于建立使用者与下层通讯协议的沟通桥梁，并与联机的另一方相对应的软件进行数据传递。 通常这一层的软件都采取所谓的主从模式，「主」就是指「伺服端」（Server），也就是被联机的一方，例如网页服务器、文件传输服务器等，而「从」就是指「客户端」（Client），例如浏览器、ICQ等网络通讯软件。第29页,共74页，2024年2月25日，星期天表现层 主要功能是让各工作站间数据格式能一致，包含字码的转换、编码与译码、数据格式的转换等。例如全球信息网中有文字、各种图片、甚至声音、影像等数据，而表现层顾就是负责订定联机双方共同的数据展示方式，例如文字编码、图片格式、视讯档案的开启等等。第30页,共74页，2024年2月25日，星期天会议层 会议层的作用就是在于建立起联机双方应用程序互相沟通的方式，例如何时表示要求联机、何时该终止联机、发送何种讯号时表示接下来要传送档案，也就是建立和管理接收端与发送端之间的联机对谈形式。例如在联机游戏时，就不能发生客户端单击箭头键表示要移动游戏中的人物1格，伺服端却认为这是要移动人物10格，这就是会议层中应该实作的规范。第31页,共74页，2024年2月25日，星期天传输层 主要工作是提供网络层与会谈层一个可靠且有效率的传输服务，例如TCP、UDP都是此层的通讯协议。传输层所负责的任务就是将网络上所接收到的数据，分配（传输）给相对应的软件，例如将网页相关数据传送给浏览器，或是将电子邮件传送给邮件软件，而这层也负责包装上层的应用程序数据，指定接收的另一方该由哪一个软件接收此数据并进行处理。第32页,共74页，2024年2月25日，星期天网络层 网络层的工作就是负责解读IP地址并决定数据要传送给哪一个主机，如果是在同一个局域网络中，就会直接传送给网络内的主机，如果不是在同一个网络内，就会将数据交给路由器，并由它来决定数据传送的路径，而目的网络的最后一个路由器再直接将数据传送给目的主机。第33页,共74页，2024年2月25日，星期天数据链路层 由于IP地址只是逻辑上的地址，而真正的网络是以实际的硬件装置来链接，实体的地址与逻辑的地址这中间转换的工作是由数据链路层负责这项工作，它可以透过「地址解析协议」（AddressResolutionProtocol,ARP）来取得网络装置的「媒体访问控制地址」（MediaAccessControlAddress，MAC），MAC地址是网络装置的实体地址，像是网络卡就是直刻录在EEPROM上的网络卡卡号。ARP会询问网络上所有的装置，看看某个IP地址是属于哪个装置，符合这个IP地址装置会传送回MAC地址，之后发送数据的一端会将这份MAC地址包装在数据中传送出去：第34页,共74页，2024年2月25日，星期天物理层 物理层的工作，就是将所有的数字逻辑数据转换为实际的物理讯号，也就是定义了网络传输设备实体接口的规格，建立实际的联机机制。第35页,共74页，2024年2月25日，星期天7-4-3DoD参考模型

OSI模型是在1988年所提出，但是网络的发展却是早在1960年代就开始，当然不可能是按照OSI模型来运作，在OSI模型提出来之前，TCP/IP也早就于1982年提出，当时TCP/IP的架构又称之为TCP/IP模型，同年美国国防部（DepartmentofDefense）将TCP/IP纳为它的网络标准，所以TCP/IP模型又称之为DoD模型。第36页,共74页，2024年2月25日，星期天DoD模型是個業界標準（defacto），並未經公信機構標準化，但由於推行已久，加上TCP/IP協定的普及，因此廣為業界所採用，DoD模型的層次區分如下圖所示：第37页,共74页，2024年2月25日，星期天处理层 所谓的处理层顾名思义，就是程序处理数据的范围，这一层的工作相当于OSI模型中的应用层、表现层与会议层三者的负责范围，只不过在DoD模型中不若OSI模型区分地这么详细。主机对主机层 主机对主机层所负责的工作，相当于OSI模型的传输层，这层中负责处理资料的确认、流量控制、错误检查等事情。第38页,共74页，2024年2月25日，星期天因特网层 因特网层所负责的工作，相当于OSI模型的网络层与数据链路层，例如IP寻址、IP路径选择、MAC地址的取得等，都是在这层中加以规范。网络存取层 网际存取层所负责的工作，相当于OSI模型的物理层，将封装好的逻辑数据以实际的物理讯号传送出去。请各位注意到之前在说明OSI模型时，曾使用到IP地址、ARP协议等来作为印证，其实这些协议是属于DoD模型中所规范的，也就是TCP/IP协议组合中运作的机制，只不过两者之间可以相互对应，下图列出OSI模型、DoD模型与TCP/IP三者的对应关系：第39页,共74页，2024年2月25日，星期天第40页,共74页，2024年2月25日，星期天7-4-4常见的通讯协议 在网络世界中，为了让所有计算机都能互相沟通，就必须制定一套可以让所有计算机都能够了解的语言，这种语言便成为「通讯协议」(protocol)。在此将为各位介绍几种常见的通讯协议。

第41页,共74页，2024年2月25日，星期天有线通讯协议

通讯协定名称

特色与说明IP协定要是存在DoD网络模型的「网际层」，而IP协议可以完全发挥网际层的功用，并完成IP封包的传送、切割与重组。TCP协定是一种「面向连接」的数据传递方式。TCP的数据传送是以「字节流」(Bytestream)来进行传送，数据的传送具有「双向性」。UDP协定UDP则是一种非连接型的传输协议，允许在完全不理会数据是否传送至目的地的情况进行传送，当然这种传输协议就比较不可靠，不过它适用于广播式的通讯。也就是UDP还具备有一对多数据传送的优点，这是TCP一对一联机所没有的。IPX/SPX协定适用于Novel公司的NetWare网络。NetBEUI协定微软与IBM针对局域网络所设计的一种简易通讯协议。ICMP协定是用来侦测网络状态的协议，可以产生与IP相关的测试封包，例如Ping指令就是传送一个ICMP封包给某部主机，以侦测该主机的状态。ARP协定地址解析协议，主要将IP地址对应到实体地址(MACAddress)。第42页,共74页，2024年2月25日，星期天

无线通信协议

通讯协定名称

特色与说明IEEE802.11标准是由「美国电子电机学会」（IEEE），在1990年11月制订出一个称为「IEEE802.11」的无线区域标准，采用2.4GHz的频段，数据传输速度可达11Mbps。

蓝芽技术是由「易利信」公司于1994年发展出来，并且在1998年推出「Bluetooth1.0」标准。对于目前所使用的各种信息产品，如手机、PDA等。只要加上了具有蓝芽技术芯片后，就能够利用无线传输方式来整合这些设备，传输速率约为1Mbps。WAPWAP(无线应用协议)是一种开放式的无线应用通讯协议。手机或PDA可透过此通讯协议，就可以连结到因特网上来存取数据。第43页,共74页，2024年2月25日，星期天7-5轻松建构局域网络7-5-110Base2与10BaseT实体链接简介 早期的网络卡上会同时制作有UTP埠与BNC接头，不过基本上10Base2以太网络已经较少人在使用，而网络卡制造厂商为了降低成本，通常也只会制作UTP端口（可以节省一个转接器芯片的设计），不过本节中还是将10Base2与10BaseT的实体链接一并加以说明。第44页,共74页，2024年2月25日，星期天10Base2以太网络第45页,共74页，2024年2月25日，星期天10BaseT以太网络第46页,共74页，2024年2月25日，星期天7-5-2TCP/IP设定

NetBIOS是网络芳邻中用来识别计算机装置的名称，局域网络中的计算机其NetBIOS名称不可以与其它计算机重复。在WindowsXP中有支援NetBIOSoverTCP/IP的功能，只要适当地设定一个虚拟的IP协议，就可以使用网络芳邻的功能，请至控制面板的「网络联机」中，并如下进行设定：第47页,共74页，2024年2月25日，星期天第48页,共74页，2024年2月25日，星期天第49页,共74页，2024年2月25日，星期天

另一个设定使用网络芳邻的方法，就是新增「IPX/SPX/NetBIOS兼容通讯协议组件」，有些游戏会使用IPX/SPX协议来进行网络联机，也会需要安装这个组件，请如下进行操作：第50页,共74页，2024年2月25日，星期天第51页,共74页，2024年2月25日，星期天7-6认识以太网络7-6-1以太网络存取技术 以太网络对数据的「媒体访问控制」（MediaAccessControl）方式为CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection），中文译之为「载波侦测多重存取/碰撞侦测」，也就是局域网络中用来检查与处理数据是否冲突的方式，是属于OSI7层中数据链路层的功能。其实若拆成三个部份来研究，就可以清楚的明了其作用的方式：第52页,共74页，2024年2月25日，星期天载波侦测（CarrierSense） 在网络的运作中，数据在同轴电缆、双绞线等线路中传送时，其实就是依赖电位的变化来产生各种不同的信号，所以当某台计算机装置送出讯号至网络上时，网络上所有的计算机装置将会侦测到这个电位变化：第53页,共74页，2024年2月25日，星期天

如果有两台计算机试图同时送出数据，当双方所发出的电位变化相遇在一起时，就会使得波形信号无法辨识，导致数据的传送失败，这个情况称之为「碰撞」（Collision）：第54页,共74页，2024年2月25日，星期天

多重存取（MultipleAccess） 网络中通常会有数台的计算机彼此连接，这些计算机对于网络媒介的存取权是相同的，在线路空闲下来的时候，每台计算机都有相同的机会去「竞争」（Contention），争取使用线路的机会，多重存取就是这样的道碰撞侦测（CollisionDetection） 网络中的计算机在使用线路之前，会先侦测线路目前是否仍有其它装置正在使用，如果没有其它装置正在使用线路才会将数据送上网络，当然也有可能在线路空闲的时候，两台（或多台）计算机同时将数据送上网络，这时候也会发生「碰撞」（Collision），这时候双方（或多方）的数据传输就会失败。第55页,共74页，2024年2月25日，星期天7-6-2以太网络类型介绍10Mbps以太网络项目IEEE规格通过年份最大区段长度传输媒体网络拓朴10Base5802.31983500公尺粗同轴电缆总线（bus）10Base2802.3a1988185（约200）公尺细同轴电缆总线（bus）10BaseT802.3i1990100公尺Category3以上UTP线星状（star）10BaseF802.3j1992500/1000/2000公尺单/多模光纤星状（star）第56页,共74页，2024年2月25日，星期天10Base5以太网络

10Base5以太网络使用RG-11A/U粗同轴电缆，在名称上，数字10表示其传输速率为10Mbps，而5表示单一个网络区段最长可达500公尺，如果要超过500公尺以上，则必须使用中继器再生讯号，而为了避免讯号多次再生后变得难以辨识，最多不得使用超过「四」个中继器，其中虽然有「五」个网络区段，但是其中两条是用来延伸线段之用，所以只要有「三」个线段可以连接计算机，这就是著名的5-4-3原则，如下图所示：第57页,共74页，2024年2月25日，星期天10Base5的网络使用「收发器」（transceiver）與15-pinDIX接头与计算机连接，收发器彼此之间不得短于2.5公尺，而收发器由于本身也有讯号再生的功能，所以分支线最长可以达50公尺，收发器与网络卡的连接如下图所示：第58页,共74页，2024年2月25日，星期天第59页,共74页，2024年2月25日，星期天10Base2以太网络

10Base5以太网络使用RG-11A/U的粗同轴电缆线，施工不易且成本昂贵，于是3Com公司推出10Base2以太网络，改采RG-58A/U细同轴电缆，其单一个网络区段最长可以达185公尺（约200公尺，也就是2这个数字的由来），使用T型接头来连接计算机装置，而各连接装置之间必须间隔0.5公尺以上，在前一个章节最后所架设的简易局域网络，就是10Base2细同轴电缆。第60页,共74页，2024年2月25日，星期天10BaseT以太网络

10BaseT以太网络使用22AWG的无遮蔽式双绞线作为联机，名称中的T所指的就是双绞线（Twistedpair），在10BaseT以太网络中，所有的计算机都连接至集线器上，而形成星状网络拓朴，因此即使其中一条线路发生了问题，也不至于影响其它的线路。不过如果集线器发生问题，就会使得整个网络就无法运作。使用双绞线与集线器连接的网络，每个装置距离集线器最短不得少于2.5公尺，最长不得超过100公尺，集线器如果埠数不够，或是需要延伸长度，则通常不超过四个集线器，连接的方式如下图所示：第61页,共74页，2024年2月25日，星期天10BaseF以太网络

10BaseF以太网络较不为人所熟悉，它使用光纤来作为数据传送的线材，F就是表示光纤（Fiber），光纤的种类上可以使用「单模」（Singlemode）或「多模」（multimode）光纤，单模光纤所指的是只有一个路径可以传递光讯号，多模光纤所指的是有多个路径可以传递光讯号。第62页,共74页，2024年2月25日，星期天高速以太网络项目IEEE规格通过年份最大区段长度传输媒体网络拓朴100BaseTX802.3u1995100公尺Category5以上UTP星状（star）100BaseFX802.3u1995150/412/2000公尺单/多模光纤星状（star）100BaseT4802.3u1995100公尺Category3以上UTP星状（star）100BaseT2802.3y1997100公尺Category3以上UTP星状（star）第63页,共74页，2024年2月25日，星期天超高速以太网络项目IEEE规格通过年份最大区段长度传输媒体网络拓朴1000BASE-SX802.3z1998550公尺四对多模光纤星状（star）1000BASE-LX802.3z1998550/5000公尺四对多模光纤（500公尺）或单模光纤5000公尺星状（star）1000BASE-T802.3ab1999100公尺Category5UTP四对星状（star）第64页,共74页，2024年2月25日，星期天7-7网络联机装置要形成一个网络，并不是随意地将计算机与线路加以链接即可运作，不同的网络类型或需求，通常会使用不同的联机装置，有的是为了让衰减的讯号再生，以进行更长距离的传送。有的是为了转送网络上的封包，使其能够到达正确的目的地；而有的是用来转换不同的通讯协议，使世界各地不同的网络都能相互沟通第65页,共74页，2024年2月25日，星期天7-7-1中继器

为了让讯号能够传送更长的距离，可以使用中继器（repeater）来再生讯号，所使用的中继器最多不超过三台。第66页,共74页，2024年2月25日，星期天7-7-2集线器 集线器（Hub或Concentrator）主要使用于星状