電腦網路

NCKUCSIESue c.c.

學習目的學習目的 明瞭網路的基本組成元件 解釋不同的傳輸方式，包含各種傳輸模式中的的訊號、調變及選擇

分辨不同種類的通訊連結方式及評估所需的通訊協定

說明各種網路的架構 明瞭區域網路的組成元件、類型及通訊協定 評估網路的複雜度 熟悉網路架構的範例

內容內容 資料通訊 網路 資料傳輸 通訊媒體 網路拓樸 區域網路 廣域網路 資源的組織方式 通訊協定 軟體 通訊應用程式

資料通訊資料通訊

藉由通訊線路來傳送及接收資訊

集中式資料處理集中式資料處理

所有的處理動作、軟體、硬體，都放在一個中心位置

沒有效率 不方便

分散式資料處理分散式資料處理 其它電腦離中央電腦有一段距離 可以做一些自己的工作 可以存取中央電腦

分散式資料處理分散式資料處理

網路網路 使用通訊設備將兩台或兩台以上的電腦及其資源連線在一起

以 PC 為主 區域網路 (LAN) – 近距離的使用者之間互相共用資料與資源

廣域網路 (WAN) – 遠距離的使用者之間互相共用資料

基本元件基本元件傳送設備通訊線路接收設備

網路設計的考量網路設計的考量 資料傳輸 媒體 拓樸 –元件的實體線路佈置 通訊協定 –定義傳輸規則 距離

• LAN• WAN

技術• 點對點• 檔案伺服器• 主從架構

資料傳輸資料傳輸 數位傳輸

• 以相互分開的 pulse 來傳送資料• 需要數位線路

類比傳輸• 以電波形式傳送連續性的電子訊號• 需要從數位轉換成類比• 電話線、同軸電纜線、微波線圈

類比傳輸類比傳輸改變載波的型式 振幅 – 波的高度，將電波的高度增加代表 1

頻率 – 它是在一段時間內波動的次數，頻率的增加代表 1

數據機數據機 調變

• 從數位轉換成類比 解調變

• 從類比轉換成數位 速度達到 56,000 bps (56K))

數據機數據機傳輸過程 調變 – 將電腦數位訊號轉換成類比訊號

經由類比電話線路傳送

解調變 – 將類比訊號轉換回數位訊號

數據機的種類數據機的種類

直接連接式• 外接式• 內接式

PCMCIA• Personal Computer Memory Card

International Association 的縮寫• 適用於筆記型電腦和膝上型電腦

數位用戶專屬線路數位用戶專屬線路((Digital Subscriber Digital Subscriber

LineLine ，， DSL)DSL) 使用傳統的電話線 使用多重頻率來模擬許多數據機同時傳輸 沒有業界標準

• 成本• 速度

電腦和通話可以共用一條電話線路

纜線數據機纜線數據機 使用銅軸電纜 不會干擾有線電視收訊 速度可達一千萬 bps 一直在上線中 使用者可能必須與別的使用者共用其容量 安全方面的問題

行動數據機行動數據機 透過行動電話系統 速度慢

整體服務數位網路整體服務數位網路((Integrated Services Digital NetworkIntegrated Services Digital Network ，， ISDN)ISDN)

數位傳輸 速度為 128,000 bps 可同時連線與通話 需要

• 介面卡• 已升級的電話服務

初始成本高 每個月的費用也可能很高 在某些地區無法使用

傳輸傳輸非同步與同步非同步與同步

接收設備和傳送設備必須一起合作才能完成傳輸

非同步傳輸非同步傳輸

又稱為開始 / 停止傳輸• 一個代表開始的特殊訊號• 一組資料位元 – 通常是一個字元• 一個代表停止的特殊訊號

適用於低速傳輸

同步傳輸同步傳輸 一次傳送一整塊資料

• 傳送一組開始位元•讓負責接收及傳送的設備兩者的內部時鐘達成同步

• 傳送資料• 傳送錯誤檢查位元

比較複雜 比較貴 傳輸速度較快

單雙工傳輸的設定單雙工傳輸的設定 資料的傳輸方向 單工

• 只允許單方向傳送• 例如電視的傳播• 機場內顯示起飛到達時間的螢幕

半雙工• 兩個方向都可以傳輸，但一次只能以一個方向傳輸• 例如對講機• 銀行先送出存款資料，接收到的電腦再傳回一個確認訊息

全雙工• 允許雙向同時傳輸• 例如用電話交談

通訊媒體通訊媒體

傳輸時所使用的實體物質 頻寬

• 媒體所能負載的頻率範圍• 一種衡量線路容量的測量單位

網路纜線網路纜線 雙絞線 (Twisted pair) 同軸電纜線 (Coaxial cable) 光纖纜線 (Fiber optic cable) 無線傳輸

• 使用紅外線或低功率的無線電波傳送• 不用纜線• 容易架設與重新設定• 傳輸速率較慢• 節點之間的距離短

雙絞線雙絞線金屬線對金屬線對

便宜 容易受到干擾 ( 雜訊 ) 用在電話系統上 物理特性

• 傳輸電子訊號需要兩條導線• 將這兩條導線絞在一起以降低電子干擾• 塑膠外皮

遮蔽型的雙絞線• 具保護作用的外皮• 減少雜訊• 增加速度

同軸電纜線同軸電纜線 頻寬較大 比較不怕干擾 用在有線電視系統上 物理特性

• 將內導線放在中央• 外包一層絕緣體• 外面再包一層更寬的外導線•最外面是具保護作用的外皮

光纖光纖 用光束來傳輸 頻寬較大 便宜 不受電子雜訊干擾 更安全 – 較容易發現任何想要欄截訊號的嘗試 物理特性

• 用玻璃纖維所製成• 非常細 ( 比人的頭髮更細 )• 媒介物質是光

微波傳輸微波傳輸 以直線的形式傳送 高速 成本低 架設容易 容易受天氣狀況的干擾 物理特性

• 資料訊號是穿透大氣層傳送• 這種訊號無法隨著地表曲線彎曲• 需要中繼站

衛星傳輸衛星傳輸 使用衛星當做中繼站 距離長 元件

• 地面轉接站 – 負責傳送與接收訊號• 收發機 –衛星

接收從地面轉接站傳來的訊號 (uplink)擴大訊號 改變頻率再將資料重新傳回地面接收站 (downlink)

衛星及微波傳輸衛星及微波傳輸

混合及匹配混合及匹配實例 – 美國東西岸： 發出請求

• 在東岸地點使用在電話線路中的雙絞線• 用微波和人造衛星傳輸橫跨整個國家• 在西岸地點使用在電話線路中的雙絞線

傳送資料• 在西岸地點使用在電話線路中的雙絞線• 用微波和人造衛星傳輸橫跨整個國家• 在東岸地點使用在電話線路中的雙絞線

網路拓樸網路拓樸 網路實體上的連結方式

• 星形• 環狀• 匯流排

節點 –所有連接在網路上的設備• 伺服器• 電腦• 印表機• 其它週邊設備

星形星形 有一台中央電腦 所有的訊息都需經過這台中央電腦 中央電腦防止衝突的發生 節點失敗 – 不會影響到整個網路 中央電腦損壞 – 整個網路就會損壞

環狀環狀 繞著環形做單一固定方向的傳輸 節點會檢查任何通過的資料

•我是否為收件者？•如果不是我，將資料傳送到下一個節點

沒有衝突的問題 只要有個節點壞了 – 整個網路就無法通行

匯流排匯流排

單一路徑 所有的節點都連到這個路徑上 如果發生碰撞所有傳送中的節點就重新傳送

若某個節點壞了 – 不會影響到整個網路的運作

區域網路區域網路((Local Area NetworkLocal Area Network ，， LAN)LAN)

經由通訊媒體來傳輸的短距離連線

元件

PC網路纜線

網路介面卡 (NIC)

網路介面卡網路介面卡((Network Interface Network Interface

CardCard ，， NIC)NIC)

用來連結電腦及網路線 卡上的電路用來處理資料的

• 傳送• 接收•錯誤偵測

LAN LAN 與 與 LAN LAN 之間的連接之間的連接 橋接器 – 連接相似通訊協定的網路 路由器 – 指示最佳的通訊路徑 IP 交換器

• 取代路由器•較便宜•較快

閘道器• 連接相異通訊協定的網路•負責通訊協定的轉換

廣域網路廣域網路((Wide Area NetworkWide Area Network ，， WAN)WAN)

連接在地理位置上相距遙遠的電腦

通訊服務通訊服務 Common carrier 是由 FCC (Federal

Communications Commission) 所授權 交換式 / 撥號式服務

• 在兩點之間建立暫時性的連線• 範例：目前大眾使用的電話系統 (POTS)

專線式服務• 在兩點或更多點之間提供永久性的連線• 範例：建構自己的線路、承租專線

高容量數位線路高容量數位線路 T1

• 1.54 Mbps• 可負載 24 條語音連線同時通話

T3• 結合 28 條 T1 線路 • 43 Mbps

昂貴 高交通流量

多工器多工器 將來自數個較慢速的裝置的資料串流合併成單一資料串流

在高速線路上傳送 (如 T1 線路 ) 目的地端的多工器負責分解回原先的小資料串流

資源的組織方式資源的組織方式主從架構與檔案伺服器主從架構與檔案伺服器

用戶端

在網路上的其它電腦輕型用戶端 – 不做處理

伺服器

控制網路硬碟中儲存著共用檔案

資源的組織方式資源的組織方式主從架構與檔案伺服器主從架構與檔案伺服器

資源的組織方式資源的組織方式檔案伺服器檔案伺服器

伺服器傳送檔案到用戶端用戶端自己執行處理動作

資源的組織方式資源的組織方式主從架構主從架構

它的運作方式• 用戶端送出服務請求給伺服器• 伺服器處理該請求，再把結果傳送給用戶端• 某些情形下用戶端和伺服器可能會共同處理

優點• 降低資料流量• 每個用戶端都可以得到較快速的回應• 節點可以是比較便宜的電腦

資源的組織方式資源的組織方式對等式或點對點對等式或點對點

所有電腦都是平等的 需要時可以共用彼此的資料與設備 在十二台電腦以下的網路最常見 缺點 – 傳輸速度慢

包含各式不同的資源組織方式以達到傳輸速度與組織方式的最佳化

資源的組織方式資源的組織方式混合式混合式

通訊協定通訊協定 指揮資料交換的一組規則 協助通訊過程的協調 確認訊息是否正確接收 TCP/IP

• 全名為 Transmission Control Protocol / Internet Protocol

• Internet 的通用標準•世界上的所有電腦都可以用同一種語言溝通

EthernetEthernet

主宰市場的通訊協定

使用匯流排或星狀拓樸

使用 CSMA/CD

CSMA/CD全名為 Carrier sense multiple access with collision detection

• 盡量避免兩台或兩台以上的電腦同時傳輸

• 電腦在傳輸前先聽看看，等沒有人在使用線路時才傳送

• 當衝突發生時，所有的電腦先停止傳輸，等待一段隨機產生的時間後再重新傳輸

• 如果發生多次衝突會導致效能變差

記號環記號環 環形的網路拓樸 不會發生衝突 記號的傳遞

•權杖記號有個位址•當權杖記號通過時節點會看一下

是要給我的嗎？若是則擷取資料如果不是要給我的則繼續往後傳

• 傳送時 記號是空的嗎？若是則加上我要傳的訊息如果不是空的則繼續往後傳

檔案傳輸軟體檔案傳輸軟體

下載接收從其它電腦而來的檔案

上傳傳送檔案給其它電腦

終端機模擬軟體終端機模擬軟體

PC 可以模擬成終端機與大型主機溝通

微電腦對大型主機 (micro-to-mainframe) 連結

辦公室自動化辦公室自動化通訊應用程式通訊應用程式

電子郵件 傳真 (Fax) 群組工作軟體 電傳會議 視訊會議 提款機 (ATM)

電子轉帳 電子通勤 上網服務 Internet 電子資料交換

(EDI)