电脑网路概论.ppt

1、2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,1,電腦網路概論,主講人：系統部 莊明躍,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,2,版權宣告,本文件僅為教學宣導使用,文件中提及之商標或軟體,則為該公司所有,若需其相關資訊,請逕洽詢該公司. CopyLeft(L) 2002 All Right Released ！,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,3,Computer Network 電腦網路,定義： 連接在一起的通訊設備所形成的架構 能讓使用者用來相互溝通的平台 為什麼需要電腦網路？ 功能 資源共享 資訊傳遞 加速計算 負載平衡 . 資訊高速公路 虛擬社會,20

2、20/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,4,電腦網路的性質,特性： 通訊性(Communication) 可跟別人交談 連接性(Connectivity) 由nodes,links跟paths組成 擴展性(Scalability) 可隨時加機器且不影響效能 實在性(Realiability) 一台機器當掉沒關係 分享性(Resource sharing) 資源分享,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,5,通訊元件,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,6,通訊介質同軸電纜,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,7,通訊介質雙絞線,2020/7/23,

3、國立中正大學 校園網路策進會,8,通訊介質雙絞線,/faqs/LANs/cabling-faq/,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,9,通訊介質雙絞線,AT&T 258A RJ-45 connection, EIA/TIA-568B standard .tw/info.nsf/82db8ae3cb1bf43e482567e40032f934/a38e988f9da109cf482568ee006adc93/Description/0.2ac?OpenElement&FieldElemFormat=gif,2020/7/23,國立中正大學 校園

4、網路策進會,10,通訊介質光纖,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,11,通訊介質光纖,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,12,通訊介質Access Point (AP),2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,13,Communication 通訊服務,通訊分類 電報通訊 Telegram Communication 電信通訊 Telecommunication 數據通訊 Data Communication 服務分類 連線導向服務 Connection-oriented Service Call-Setup 程序 非連線導向服務 Connection

5、less Service,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,14,網路分類,個人網路 Personal Area Network, PAN 家庭網路 Home Area Network, HAN 區域網路 Local Area Network, LAN 都會網路 Metropolitan Area Network, MAN 廣域網路 Wide Area Network, WAN,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,15,網路分類,個人網路 Personal Area Network, PAN 藍芽 Bluetooth / USB / IEEE 1394 FireW

6、ire 家庭網路 Home Area Network, HAN 電力網路 HomePlug 1.0, IEEE 802.11 CSMA/CA, 14Mbps 電話網路 HomePNA2.0, IEEE 802.3 CSMA/CD, 10Mbps,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,16,網路分類,區域網路 Local Area Network, LAN IEEE 802.3/高速Fast/超高速Gigabit 以太網路 Ethernet: 10/100/1000 IEEE 802.11/a/g/b: 2/54/22(54)/11 Mbps, 2.4/5/2.4/2.4 GHz 都

7、會網路 Metropolitan Area Network, MAN 日規Personal Handy-phone System, PHS, 1900 MHz 歐規Digital European Cordless Telephone, DECT, 1900 MHz,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,17,網路分類,廣域網路 Wide Area Network, WAN 歐規Global System for Mobile Comm, GSM 900/1800/1900 MHz 整合封包無線電服務General Packet Radio Service, GPRS 公眾交換電話

8、網路Public Switched Telephone Network, PSTN 電話, 數據機Modem (56/64 kbps) 專線Leased Line: T1 (1.5 Mbps), E1 (2 Mbps), T3 (45 Mbps ), etc. X.25, 訊框轉送Frame Relay 整體服務數位網路Integrated Service Digital Network, (N-)ISDN 2B+D, 23B+D, 30B+D 寬頻-整體服務數位網路Broadband-ISDN, B-ISDN 非同步傳輸模式Asynchronous Transfer Mode, ATM 非對

9、稱數位用戶迴路Asymmetric Digital Subscriber Line, ADSL 有線電視網路Cable TV Network 纜線數據機Cable Modem 智慧型網路Intelligent Network, IN,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,18,Node,Link and Path,Node: host or gateway Host:主機 Gateway:主機間的通道閘 Link: point-to-point or broadcast Point-to-point: 兩端點 Broadcast: 廣播 Path: routed or switch

10、ed Routed: 直接傳送(stateless) Switch: 分別傳送(stateful),2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,19,Node: Host or Gateway,Host 主機、個人電腦、手提電腦、機上盒等 可當 客戶端 也可當 伺服器端 機器 Gateway 集線器 (Hub ) 、 交換機 (switch ) 、 路由器 (router ) 、 通道閘 (gateway) , etc. 嵌入式的 IC 可用來加快速度，或降低成本,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,20,Link: Point-to-point or Broadcase,

11、存取型式 Point-to-Point Simplex , half-duplex , full-duplex WANs Broadcast Multiple access LANs, ALOHA 媒介型式 Wired Twisted pair Coaxial cable Fiber optics Wireless Radio(104108Hz) Microwave(1081011HZ) Infrared(10111014Hz),2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,21,Path between two nodes,Path (route path) 指兩點通訊之間的一條順序的路

12、由，這路由是由一些nodes跟links組成 Routed Path Stateless concatenation 無關連接 Switched Path Stateful concatenation 連接相關 Network topology,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,22,網路拓撲 Network Topology,完全連結Full Connected (網狀Mesh) 點對點 Point-to-Point,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,23,網路拓撲 Network Topology,集中式Centralized (星狀Star),2020/7

13、/23,國立中正大學 校園網路策進會,24,網路拓撲 Network Topology,串接式Cascade/階層式Hierarchy(樹狀Tree) 骨幹Backbone,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,25,網路拓撲 Network Topology,分享媒體Shared Media (Bus),2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,26,網路拓撲 Network Topology,分享媒體Shared Media (環狀Ring) 容錯, 迴圈Loop 問題,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,27,網際網路的樣子,2020/7/23,國立中正

14、大學 校園網路策進會,28,網際網路的樣子,FDDI,LAN,MAN,WAN,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,29,OSI/ISO Reference Model,國際標準組織: 開放系統互連參考模型 OSI Open Systems Interconnection ISO International Standards Organization,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,30,分層建制網路架構,為何需要分層? 如果不分層的話會如何? 一個人要負責很多事情 校長兼工友 Make things “simple”:模組化(官僚化) 不同層負責不同工作 不同

15、官員有不同工作 各層負責特定的功能 各階級的官員各有任務 需要跨層處理的服務需要限制 越級報告的狀況要限制 某一層之更換不影響上下層之工作 官員換人不能影響運作,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,31,分層建制網路架構,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,32,分層建制網路架構,OSI(Open System Interconnection)七層 由ISO ( International Standards Organization)在1980年代制定 實體層,資料鏈結層,網路層,傳輸層,會議層(session),表識層與應用層 TCP/IP四層 只有host t

16、o network,IP層,傳輸層與應用層,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,33,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,34,通訊協定,包含封包格式與其內各項訊號意義的規則與實施的規範 協定的規範必須是運作在兩方同一層 資料流(data flow) 資料在各通訊協定間資料的傳遞的過程 規範資料的處理方式,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,35,資料流,每層的資料處理單位定義皆不同 處理資料時的主要動作 連線建立 流量控制 錯誤控制 封裝與解封裝 封裝時會加入些各通訊協定特有的資料欄位 資料分割與重組 與最大傳輸單位有關,2020/7/23,國立中正

17、大學 校園網路策進會,36,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,37,switching,線路轉換(circuit switch) 連線預先建立 可以保證服務品質 網路資源為單一使用者所專用 封包轉換(packet switching) 儲存與遞送(store and forward) 網路資源(頻寬)為許多使用者共享 不能保證服務品質 提高網路使用效率 網路流量為爆炸性(bursty)流量,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,38,TANET考古,TANET（台灣學術網路） 1991/12：64Kbps 1992/12：256Kbps 1994/10：512Kbp

18、s 1995/12：T1 1997/5：T3 台灣網路現況 T3環島網路 T3專線由中正大學直達教育部 次世代網際網路(1999/6),2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,39,實體層,雙絞線(twisted pair) 兩條絕緣導線互絞 多對雙絞線以防止電磁波干擾 較便宜，但錯誤率較高 速度：1.5Mbps 100公尺內可提升至100Mbps,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,40,實體層,光纖(fiber optic) 利用發光二極體(LED)與雷射二極體做光源 利用反射傳遞資料 無電磁波干擾問題 頻寬大,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,41

19、,資料鏈結層,負責相鄰兩節點間資料傳輸之可靠性 IEEE 802.x 先將此層細分成二部份 邏輯鏈結控制子層（上層） 控制訊息的交換 資料流量控制 解釋命令 發出回應 失誤問題處理（如遺失、順序不對、等）,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,42,資料鏈結層,媒體存取控制子層（下層，Medium Access Control, MAC） 媒體存取管理：控制傳輸媒體分享的規則或程序。這是區域網路主要的技術。 做框：利用特殊的符號作為標題和結尾，以便辨識信息的開 定址：決定每一節點之位址以辨識收發裝置。 錯誤偵測：檢查及確保訊息是否正確地傳送和接收。,2020/7/23,國立中正大學

20、 校園網路策進會,43,媒體存取控制子層,封包的觀念 資料在傳送過程中有可能發生錯誤 公平問題,過大的資料佔用過久媒體使用 框架 資料由MAC層送往下層的單位 會有框頭及框尾記號 字元組為主（ byte-oriented ） 字元為主（ bit-oriented ）,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,44,媒體存取控制子層,byte stuffing及 bit stuffing 利用特殊記號當框頭及框尾時，有可能在資料中也會出現與此兩記號完全相同的情形,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,45,媒體存取控制子層,定址 MAC address 錯誤偵測 奇偶同位檢查

21、 利用一多餘的位元使資料中所有位元和是奇數 利用checksum,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,46,媒體存取控制子層,Cyclic Redundance Checks (CRC) 將 n-bits 資料視為 (n-1) 次方之多項式 M(x) 之係數 將 k-bits 之 FCS , F(x) 放在原資料後面 T(x) 為 (n+k) bits 之傳送資料 T(x) = xkM(x) + F(x) G(x) 為 (k+1) bits 之 generator F(x) 即為 xkM(x) 除以 G(x) 之餘數 M=1010001101G=110101FCS is 5 bi

22、tsxkM = 101000110100000則F(x)=01110T=101000110101110,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,47,媒體存取控制子層,CRC 特點： 可偵測出 1 bit 的錯誤。 如果 F(x) 中 3 項以上的因式，則可偵測出 2 bits 的錯誤。 如果 F(x) 含有 (x + 1) 的因式，則可偵測出奇數個的錯誤。 可偵測出長度比 FCS 小的連續錯誤。 可偵測出大部分較長的連續錯誤。 無法偵測出資料前頭或尾被加入一串零的錯誤。,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,48,邏輯鏈結控制子層,多工處理 不同網路層通訊協定對應不同之

23、服務點(SAP),2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,49,網路層,提供網路上任何兩節點間資料傳輸 提供傳輸層服務 選徑（routing） 群播（multicasting） 流量控制（flow control）擁塞控制（congestion control） 可hop-by-hop 或 end-to-end,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,50,網路層,提供傳輸層服務 虛擬電路(virtual circuit) 連接導向的服務 提供了完全可靠的傳輸 資料包傳遞(datagram) 非可靠服務的非連接導向服務 最大傳輸效能(Best effort)方式傳送資料,2

24、020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,51,網路層,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,52,選徑,延展性（scalability） 異質網路間的連結 錯誤處理，自動恢復 支援服務品質保證（QOS） 提升效能 負責選徑工作的網路設備為router(選徑器或路由器) 選徑協定可分為動態與靜態,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,53,流量控制,目的 使送端與收端的傳輸速度一致,擁塞控制,目的 控制送端的傳輸速度以達到最好效能,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,54,Internet protocol (IP),提供非連線性，資料包式的服務 設

25、計要點 定址(addressing)(IP address) 子網路(subnet)與路由 封包格式 封包分割與重組(fragmentation and reassembly) 錯誤控制,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,55,Internet protocol (IP),2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,56,Internet protocol (IP),IP位址 唯一性 階層性 Class A：這類位址是給大網路使用，一個網路可以有16777216 台機器。此類網路編號為 0 到 127 Class B：這類位址是給中型網路使用，一個網路可以有65536 台

26、機器。此類網路編號為 128 到 191 Class C：這類位址是給小型網路使用，一個網路可以有256 台機器。此類網路編號為 192 到 223 Class D：Internet 保留了網路編號 224 到 239 給一對多連線（multicast）使用 Class E：網路編號 240 到 255 目前暫時保留不用,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,57,Internet protocol (IP),2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,58,Internet protocol (IP),子網路與子網路遮罩 子網路 把class A或class B的IP位址分

27、成許多子網路 子網路遮罩則用來分辨一個子網路的範圍 例子 .tw: .tw: Subnet mask: 特殊的IP位址 0(指子網路),255(指廣播封包),2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,59,Address Resolution,在 IP 決定將封包交給第二層送出時，需要包裝成第二層的格式 查表或藉由發送封包詢問 ARP:IP-MAC RARP:MAC-IP Why need address resolution?,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會

28、,60,ICMP,TCP/UDP/IP 協定若有錯誤情形發生時，會利用 Internet Control Message Protocol（ICMP）協定來送錯誤訊息 。雖然 IP 用 ICMP 來送錯誤訊息，但是 ICMP 的封包卻是利用 IP 來包裝與傳送。,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,61,ICMP,回應請求(echo request)與回應回報(echo reply) Echo request:type=8,code=0 Echo reply:type=0,code=0 目的地無法到達 type=3 壅塞的控制訊息:type=4,code = 0 路由轉送(rou

29、ting redirect) IP header錯誤 傳送時間超過 Ping 與 tracerouter,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,62,IP and MAC,17要將封包傳給17時,處理過程是如何呢? 101.217先做netmask判別是否在同一subnet 用ARP取得101.0的router的MAC address 101.217將dest. MAC填入ethernet封包送給router 101.0的router經過routing table將封包傳送到103.0的router 103.0的router發送A

30、RP詢問103.217的MAC address Router將103.217的MAC填入封包送給host,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,63,傳輸層,在不可靠的傳輸連線上提供可靠的傳輸服務 流量控制與擁塞控制 連線管理 多工處理與定址 分割與組裝 服務品質保證,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,64,傳輸層,利用 sequence number，acknowledgement，retransmission，及timer可以在非可靠傳輸的網路層上提供可靠的傳輸 終端點對終端點的傳輸 服務類別 可靠性與非可靠性傳輸 因網路中斷之錯誤恢復 多工 效能保證,2020

31、/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,65,傳輸層,連線管理 連線建立 雙向握手法(two way handshaking) 三向握手法(three way handshaking) 連線撤除 計時器式之三向握手法,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,66,三向握手法,送端收端 連線要求(X) 連線回應(X+1，Y) 送端回應(X+1，Y+1) 連線完成,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,67,Transmission control protocol(TCP),傳輸控制協定 提供終端點對終端點的可靠傳輸 多工處理(host，port) 連線管理 三向握手法建

32、立 三向握手法撤除加上計時器機制 資料重送 支援位元次序性的傳輸,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,68,TCP封包格式,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,69,TCP在非可靠傳輸的IP層上提供可靠的傳輸,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,70,TCP擁塞控制,送端維持一個擁塞控制視窗 遇到擁塞時 慢速啟動(slow start) 倍數遞減(multiplicative decrease) 網路暢通時 慢速啟動(slow start) 擁塞避免(congestion avoidance),2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,71,U

33、ser datagram protocol(UDP),提供非連線性，資料包式的服務 直接使用IP來傳送資料，但增加分辨不同目的地(port)的能力,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,72,Physical Layer,處理在傳輸介質上位元資料傳輸 如何知道什麼是 0, 1 ？ Bitstream 以bit為單位的串流 Bitstream delivery 如何知道是否產生 error ？ Error detection Error correction,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,73,Data Link Layer,處理傳輸介質上點對點傳輸 Provid

34、e error-free transmission Framing Addressing Error detection Error control Flow control Medium access control,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,74,Network Layer,處理網路上任兩點傳輸 封包路由(packet routing) Congestion control 收錢 Accounting Address translation,2020/7/23,國立中正大學 校園網路策進會,75,Transport Layer,處理提供可靠的資料傳輸 Privide error-free “end-to-end” transmission 來自上層的多樣傳輸問題控制 Multiplexing/demultiplexing Flow control,2020/7/23,國立中正大學 校園網路