Chapter 1 Networking Components

Chapter 1 Networking Components

2

Overview

網路簡介 網路拓樸 (Topology) 網路架構設計範例 網路模型與 TCP/IP 協定 Demonstration Network

3

何謂網路 藉由一群的電腦電腦，透過彼此共同的實體媒介（纜線或無線

傳輸媒介）互相連接在一起，以達到資源 ( 印表機、儲存體、 CPU 、記憶體及檔案…等等 ) 共享的目的

4

網路的連接性 (Connectivity)

基本元素連結 ( link ) ：

纜線或無線傳輸介質節點 ( node ) ：

一般電腦或特定功能的電腦 ( 設備 )

存取方式點對點 ( point-to-point ) ：獨享頻寬多重存取 ( multiple-access) ：共用頻寬

5

網路的連接性 (cont.)

連接方式點對點 ( point-to-point ) ：直接相連 ( 實體相

連 )

端點對端點 (End-to-End) ：間接相連 ( 跨網路相連 )

6

傳輸模式 Unicast ( 單點傳輸 ) Multicast ( 群播 ) Broadcast ( 廣播 )

unicast

multicast

broadcast

7

交換網路 (Switched Network)

電路交換 (circuit-switched) 電話系統、專屬電路

分封交換 (packet-switched) 電腦網路 將待送資料切成許多封包 (p

acket) 送出，到目的地再進行資料重組

store-and-forward

8

多工 (Multiplexing)

同步分時多工(Time-Division Multiplexing, TDM)

分頻多工(Frequency-Division Multiplexing, FDM)

9

多工與解多工示意圖

10

網路拓樸 (Topology)

匯流排 ( Bus ) 網路 星狀 ( Star ) 網路 環狀 ( Ring ) 網路

11

匯流排 ( Bus ) 網路

12

匯流排 ( Bus ) 網路 (cont.)

13

星狀 ( Star ) 網路

14

星狀 ( Star ) 網路 (cont.)

15

環狀 ( Ring ) 網路

16

環狀 ( Ring ) 網路 (cont.)

網路架構設計範例

18

家庭兩台以上電腦，由 ADSL 上網

19

小型網路含無線網路架構，無連上 Internet 之功能

20

具有上網功能的小型網路架構

21

具有上網功能的中型網路架構 (T1專線式 )

22

校園網路架構

23

企業 VPN 架構範例

24

OSI 7 Layer Reference Model

ISO 的 OSI 7 Layer Reference Model 是目前共同的網路設計參考模型 ISO 指 International Organization for Standar

dizationOSI 表示 Open System Interconnection ， O

SI 7 Layer 將網路運作概分為七層，然而 TCP/IP 網路實際上並沒有分得如此詳細

25

模型的用途 一個適當的模型能將複雜的事情具體化、

簡單化。而網路上的工作錯綜複雜 , 倘若能利用一個好的模型來說明 , 肯定能對學習有正面的幫助。然而網路模型的設計 , 實無定法 , 各家的模型皆有所長。

26

OSI 模型的 7 層架構簡介

27

OSI 模型的 7 層架構簡介

28

第 1 層：實體層 實體層主要是負責實體傳輸媒介的規格訂

定 例如纜線 (Cable) 、光纖 (Fiber) 、雙絞線

(Twisted Pair) 以及連接端的規格，其中亦包括了傳輸的訊號種類及轉換等

29

第 1 層：實體層 無論何種通訊 , 最終得透過實體的傳輸介

質來連接。所以數位資料在傳送之前 , 可能會經過轉換 , 轉變為光脈衝或電脈衝以利傳輸 , 這些轉換及傳輸工作便是由實體層負責。此外 , 決定傳輸頻寬、工作時脈、電壓高低、相位 ... 等等細節 , 也都是在此層規定。

30

連接不同 Layer 1 的網路

31

第 2 層：鏈結層 同步偵錯制定媒體存取控制的方法

32

第 2 層：鏈結層確保節點與節點間 (node-to-node) 透過實

體層能夠正確有效的傳輸

33

第 2 層：鏈結層 資料鏈結層負責將最初步的資料編碼與資

料封裝為傳送框訊 (Frame)每一 Ethernet 網卡中有一唯一的 48 bits 的編號，稱之為實體層位址 (MAC Address 或是 Physical Address)MAC 代表 Media Access Control

34

MAC Frame Format

35

MAC Frame Format (Cont.)

Preamble: synchronization Start Frame Delimiter (SFD): Frame being received Destination Address Source Address Length (minimum = 64, maximum = 1518 ) LLC (Logical Link Control) Packet PAD: Bytes added (length of frame <64 bytes) FCS (Frame Check Sequence)

36

制定媒體存取控制的方法 當網路上的多個裝置都同時要傳輸資料時 ,

如何決定其優先順序？是讓大家公平競爭、先搶先贏？或是賦予每個裝置不同的優先等級？這套管理辦法通稱為媒體存取控制方法 (Media Access Control Method, MAC Method) 。

37

同步 網路上可能包含五花八門、不同廠牌的裝置 , 沒人敢肯定所有裝置都能同步作業。因此鏈結層協定會在傳送資料時 , 同時進行連線同步化 , 期使傳送與接收雙方達到同步 , 確保資料傳輸的正確性。

38

偵錯 接收端收到資料之後 , 會先檢查該資料的正確性 , 才決定是否繼續處理。檢查錯誤的方法有許多種 , 在鏈結層最常用的是：傳送端對於即將送出的資料 , 先經過特殊運算產生一個 CRC (Cyclic Redundancy Check) 碼 , 並將這個碼隨著資料一起傳過去。而接收端也將收到的資料經過相同的運算 , 得到另一個 CRC 碼 , 與對方傳過來的相比較 , 即可判定收到的資料是否完整無誤。

39

連接不同 Layer 2 以下的網路

40

第 3 層：網路層 定址選擇傳送路徑

41

第 3 層：網路層 主要功能為 Packet 的繞送 (Routing) 與選擇路

由 (Route) ，封包的切割 (Fragmentation) 等。 此層中最著名的例子是 TCP/IP 中的 IP (Internet

Protocol) 在網路層中，有一最重要的位址觀念： IP Addres

s 此層是使用 connectionless ，所以僅以 best effor

t 方式傳送資料，不保證資料會送達，以方便上層( 傳輸層 TCP/UDP) 來控制

42

定址 在網路世界裡 , 所有網路裝置都必須有一

個獨一無二的名稱或位址 , 才能相互找到對方並傳送資料。至於究竟採用名稱或位址？命名時有何限制？如何分配位址？這些工作都是在網路層決定。

43

選擇傳送路徑

44

傳送的可能路徑

45

連接不同 Layer 3 以下的網路

46

第 4 層：傳輸層編定序號控制資料流量偵錯與錯誤處理

47

第 4 層：傳輸層 連線建立與解除 (Connection Establishme

nt /Tearing Down)如 TCP (Transmission Control Protocol)

端點對端點 (End-to-End) 、流量控制 (Flow Control) 不是 Node-to-Node Flow Control

壅塞控制 (Congestion Control)

48

編定序號 當所要傳送的資料長度很大時 , 便會將其

切割成多段較小的資料 , 而每段傳送出去的資料 , 未必能遵循先傳先到的原則 , 有可能先傳後到 , 因此必須為每段資料編上序號 , 以利接收端收到後能組回原貌。

49

控制資料流量 如同日常生活中難免遇到塞車 , 網路傳輸也會遇到壅塞 (Congestion) 情形。此時傳輸層協定便負責通知傳送端：「這裡塞住了 , 請暫停傳送資料！」等到恢復順暢後 , 再告知傳送端繼續傳送資料。換言之 , 就像交通指揮員 , 控制資料流 (Data Flow) 的順暢。

50

偵錯與錯誤處理 這裡所用的偵錯方式 , 可以和鏈結層相同

或不同 , 兩者完全獨立。一旦發現錯誤 , 也未必要求對方重送。例如： TCP 協定會要求對方重送 , 但 UDP 協定則不要求對方重送。

51

Peer-to-Peer 通訊

52

第 5 層：會議層 負責通訊的雙方在正式開始傳輸前的溝通 ,

目的在於建立傳輸時所遵循的規則 , 使傳輸更順暢、有效率。溝通的議題包括：使用全雙工模式或半雙工模式？如何發起傳輸？如何結束傳輸？如何設定傳輸參數？ ... 等等。就像兩國元首在見面會商之前 , 總會先派人談好議事規則 , 正式談判時就依據這套規則進行 , 才不至於擦槍走火、場面失控。

53

第 5 層：會議層 因上層應用的需求而建立的邏輯上的連結 (Logic

al Link) 例如： Microsoft NetMeeting 、 MSN 等多人會談的 S

ession 觀念。 然而 OSI 7 layer只是 reference Model ，事實上 Microsoft Ne

tMeeting 、 MSN 主要使用 H.323 ， SIP (Session Initiation Protocol, RFC 3261) ，在這些標準中並沒有提到這是 OSI Session Layer

建立 Session 的目的在於決定參與這 Session 的設備能夠應用影音與文字通訊做正常的溝通及決定資料的壓縮與編碼方法

54

第 6 層：表達層內碼轉換 壓縮與解壓縮加密與解密

55

第 6 層：表達層 主要使應用層能了解與解譯傳送的資料內涵

例如不同的字元集 (Character Sets) ，不同的文字編碼方式例如 Base64 、 Uuencode 或 MIME type ，或不同的檔案結構 (File Structure) 、不同的加解密方法等

XDR (External Data Representation) 表示在應用層的應用程式 NFS (Network File System) 必須了解遠端網路的檔案結構，才能將遠端的網路檔案經由 Presentation Layer 解析結構掛入本地的 (Local) 檔案結構中

56

內碼轉換我們在鍵盤上輸入的任何資料 , 到了電

腦內部都會轉換為代碼 , 這種內部用的代碼稱為內碼。

現今絕大多數都是以 ASCII 碼為內碼 , 早期的可能採用 EBCDIC 碼為內碼 , 於是這部電腦的 0 可能變成另一部電腦的 9, 如此勢必天下大亂。

表達層協定就可以在傳輸前或接收後 , 將資料轉換為接收端所用的內碼系統 , 以免解讀有誤。

57

壓縮與解壓縮 為了提升傳輸效率 , 傳送端可在傳輸前將

資料壓縮 , 而接收端則在收到後予以解壓縮 , 恢復為原來資料 , 這個壓縮、解壓縮工作可由表達層協定來做。但是在實作上 , 有些應用層的軟體卻能做地又快又好 , 廣受大眾青睞。因此壓縮、解壓縮的工作反而較少由表達層協定來做。

58

加密與解密 網路安全一直是令人頭疼的問題 , 沒人敢擔保在線上傳輸的資料不會被竊取。因此在傳輸敏感性資料前 , 應該予以加密。如此即使駭客截取到該資料 , 也未必能看懂真正的內容。理論上來說 , 加密的次數愈多、加密的方法愈複雜 , 被破解的機率愈低。一種好的表達層協定 , 便能在安全與效率之間取得平衡 , 可靠又快速地執行加密任務。

59

第 7 層：應用層 直接提供檔案傳輸、電子郵件、網頁瀏覽等服務給使用者。在實作上 , 大多是化身為成套的應用程式 , 例如： Internet Explorer 、Netscape 、 Outlook Express 等等。而且有些功能強大的應用程式 , 甚至涵蓋了會議層與表達層的功能 , 因此有人認為 OSI 模型上 3 層 ( 第 5 、 6 、 7 層 ) 的分界已然模糊 , 往往很難精確地將產品歸類於某一層。

60

第 7 層：應用層科技始終來自於人性，有應用與需求，傳

輸資料才有用 - Layer 7 以下大都是為了 Layer 7 而設計HTTP (HyperText Transfer Protocol)SMTP (Simple Mail Transport Protocol)FTP (File Transfer Protocol)VoIP (Voice over IP)

61

OSI 模型的 7 層架構簡介 在以上 7 層中 , 應用層是最接近使用者的

層級 , 屬於此層的都是使用者較熟悉、可直接操作的軟體。而愈往下層則距離使用者的操作愈遠 , 反而與硬體的關聯愈大。例如：鏈結層所負責的工作 , 幾乎都是由網路卡控制晶片和驅動程式來做；至於實體層的工作 , 那更是由硬體設備一手掌控 , 使用者完全無法干涉。

62

OSI 模型的 7 層的運作方式 資料由傳送端的最上層 ( 通常是指應用程式 ) 產生 , 由上層往下層傳送。每經過一層 ,都會在前端增加一些該層專用的資訊 , 這些資訊稱為表頭 (Header), 然後才傳給下一層 , 不妨將加上表頭想像為套上一層信封。

因此到了最底層時 , 原本的資料已經套上了 7 層信封。而後透過網路線、電話線、光纖等媒介 , 傳送到接收端。

63

OSI 模型的 7 層的運作方式

64

OSI 模型的轉換

65

實體層 (Physical Layer) 的功能

The McGraw-Hill Companies, Inc., 2003

66

實體層 (Physical Layer)

　實體層所關心的有以下幾點：

介面和媒體的實際特性： 位元表示法： 資料速率： 位元的同步： 線路配置： 實際的拓撲： 傳輸模式：

The McGraw-Hill Companies, Inc., 2003

67

資料鏈結層 (data link layer) 的功能

The McGraw-Hill Companies, Inc., 2003

68

資料鏈結層 (data link layer)

　資料鏈結層詳細的職責有以下幾點：

訊框包裝： 實體定址： 流量控制： 錯誤控制： 存取控制：

The McGraw-Hill Companies, Inc., 2003

69

資料鏈結層功能釋例

The McGraw-Hill Companies, Inc., 2003

70

網路層 (network layer) 的功能

The McGraw-Hill Companies, Inc., 2003

71

網路層 (network layer)

　網路層詳細的職責有以下幾點：

邏輯定址 (logical addresses) 路由

The McGraw-Hill Companies, Inc., 2003

72

網路層功能釋例

The McGraw-Hill Companies, Inc., 2003

73

傳輸層 (transport layer) 的功能

74

傳輸層 (transport layer)

　傳輸層詳細的職責有以下幾點：

服務點定址 切割與再組合 連線控制 流量控制 錯誤控制

The McGraw-Hill Companies, Inc., 2003

75

傳輸層功能釋例

76

會期層 (session layer) 的功能

77

會期層 (session layer)

　會期層詳細的職責有以下幾點：

交談控制 同步

The McGraw-Hill Companies, Inc., 2003

78

展現層 (presentation layer) 的功能

79

展現層 (presentation layer)

　展現層詳細的職責有以下幾點：

翻譯 加密 壓縮

The McGraw-Hill Companies, Inc., 2003

80

應用層 (application layer) 的功能

The McGraw-Hill Companies, Inc., 2003

81

應用層 (application layer)

　應用層提供的服務詳述如下：

網路虛擬終端機 檔案存取與管理 (FTAM) 郵件服務 目錄服務

The McGraw-Hill Companies, Inc., 2003

82

各層功能摘要

The McGraw-Hill Companies, Inc., 2003

83

TCP/IP 協定組 (TCP/IP protocol suit

e) TCP/IP（ Transmission Control Protocol/Internetworking Protocol, 傳輸控制協定 /

網網互連協定）的協定組並不與 OSI 模型的各層相對應。

TCP/IP 協定組由五層構成：實體、資料鏈結、網路、傳輸和應用。

TCP/IP 協定組前四層提供實體的標準、網路介面、網網互連作業以及傳輸功能，與 OSI 模型的前四層相呼應。

TCP/IP 單一個應用層則涵蓋了 OSI 模型最上面三層的功能 。

84

TCP/IP 協定組和 OSI 模型 ( 前四層 )

85

TCP/IP 協定組 ( 應用層 )和 OSI 模型

The McGraw-Hill Companies, Inc., 2003

86

OSI 7 Layer 與 TCP/IP Protocol Stack

87

TCP/IP Suite 示意圖

88

OSI 模型的 7 層的運作方式 若以網路的術語來說 , 這種每一層將原始

資料加上表頭的動作 , 便是資料的封裝 (Encapsulation), 而封裝前的原始資料則稱為 Payload ( 資料承載 ) 。在傳送端 , 上層將資料傳給下層 , 下層將上層傳過來的資料當成 Payload, 再將 Payload 封裝成新的資料 , 繼續傳給更下一層去封裝 , 直到最底層為止。

89

OSI 模型的優點 分工合作 , 責任明確 對等交談逐層處理 , 層層負責

90

分工合作 , 責任明確 性質相似的工作劃分在同一層 , 性質迥異

的工作則劃分到不同層。如此一來 , 每一層所負責的工作範圍 , 都區分地很清楚 , 彼此不會重疊。萬一出了問題 , 很容易判斷是哪一層沒做好 , 就應該先改善該層的工作 , 不至於無從著手。

91

對等交談 所謂對等是指所處的層級相同 , 對等交談

意即同一層找同一層談 , 例如：第 3 層找第 3 層談、第 4 層找第 4 層談 ..., 依此類推。所以我方的第 N 層只要操心對方的第 N 層 , 是否收到、解讀自己所送出的訊息就好 , 完全不必操心對方的第 N-1 層或第 N+1 層會怎麼做？因為那是我方的第 N-1 層與第 N+1 層會處理、擺平的事。

92

對等交談平常在企業管理上不也是合乎同樣的精神嗎？

這樣的最大好處是簡化了每個層級所負責的事情。因為總經理不必處理秘書層的行政庶務 , 經理不必涉入總經理層級的運籌帷幄 , 而秘書也省得參與上層的闢室密談。

因此 , 有人會特別強調：通訊協定應該說是對等個體通訊時的一切約定。

93

對等交談

94

對等交談 TCP 通訊協定用來聯繫用戶端與伺服器端的同

一層 (TCP 層 ),IP 通訊協定則用來聯繫用戶端與伺服器端的同一層 (IP 層 ) 。對於不同端、相同層的溝通約定 , 稱之為『協定』；至於在同一端、不同層的溝通程序 , 而是稱為『介面』。

但是 OSI 模型不是用介面這個名詞 , 而是用 SAP (Service Access Point, 服務存取點 ) 代替。換言之 , 各層之間都是透過 SAP 對上、對下溝通。

95

逐層處理 , 層層負責既然層級分的很清楚 , 處理事情時當然應該按部就班、逐層處理。因此 , 第 N 層收到第 N-1 層傳上來的資料後 , 一定先把該辦的事辦得妥妥當當 , 才會將資料向上送給第 N+1 層；倘若它收到第 N+1 層傳下來的資料 , 也是處理無誤後才向下傳給第 N-1 層。任何一層收到資料時 , 都可以相信上一層或下一層已經做完它們該做的事 , 毋需自己操心。

96

標準 (Standard) 的制訂方式一般可分成以下兩類： 具有公信力的國際性機構所制訂的『國際標準』（ International Standard ）。

有些廠商自訂的規格 , 在歷經市場競爭後 , 廣為業界普遍採用 , 雖然未經國際性機構認可 , 卻儼然也形成一種標準 , 這種標準便稱為『業界標準』（ De facto Standard ）。

97

DoD 模型 OSI 模型雖然廣受支持 , 但是部份網路系

統並未參考它 , 例如目前當紅的網際網路就是典型的例子。因為網際網路採用 TCP/IP 協定 , 而 TCP/IP 協定的誕生早於 OSI 模型 , 所以自然無法參考 OSI 模型囉。

98

TCP/IP 協定組合 TCP/IP 協定組合 (TCP/IP Suite) 包含了

與 TCP/IP 相關的數十種通訊協定 , 例如：SMTP 、 DNS 、 ICMP 、 POP 、 FTP 、Telnet... 等等。所謂的 TCP/IP 通訊協定 , 其背後真正的意義就是指 TCP/IP 協定組合 , 而非單指 TCP 和 IP 兩種通訊協定。

99

DoD 模型的 4 層簡介

100

DoD 模型的 4 層功用簡述應用層

定義應用程式如何提供服務 , 例如：瀏覽程式如何與 WWW 伺服器溝通、郵件軟體如何從郵件伺服器下載郵件等等。

傳輸層又稱為主機對主機 (Host-To-Host) 層 , 負責傳

輸過程的流量控制、錯誤處理、資料重送等工作 , TCP 和 UDP 為此層最具代表性的通訊協定。

101

DoD 模型的 4 層功用簡述 網路層

又稱為網際網路層 , 決定資料如何傳送到目的地 , 例如：編訂位址、選擇路徑等等。 IP 便是此層最著名的通訊協定。

連結層又稱為網路介面層 , 負責對硬體的溝通。例如

網路卡的驅動程式或廣域網路的 Frame Relay 便屬於此層。

102

DoD 模型 由於網際網路最初起源於軍事用途 , 因此

這個模型便以美國國防部 (DoD, Department Of Defense) 來命名 , 稱為 DoD 模型 , 但是也有文件直接稱為 TCP/IP 模型。而雖然 DoD 模型與 OSI 模型各有自己的架構 , 但是大體上兩者仍能互相對應。

103

組合的對照

104

DoD 模型與 OSI 模型主要差異 DoD 模型的應用層對應到 OSI 模型的第 5 、

6 、 7 三層。 DoD 模型的連結層對應到 OSI 模型的第 1 、

2 層。畢竟 DoD 模型的分工比較粗略 , 不像OSI

模型那麼精密與周延。在實作上 , DoD 模型比較簡單和有效率；在學習上 , 則以參考 OSI 模型較容易釐清各層的職責。

105

DoD 模型與 OSI 模型主要差異 此外 , DoD 模型的網路層對應 OSI 模型的網

路層、 DoD 模型的傳輸層對應 OSI 模型的傳輸層 , 雙方不但功能相同 , 連名詞都一樣 , 很容易記得。

但是 , 有人主張以不同的稱呼區分兩種模型 , 例如：將 DoD 模型的第 2 層稱為『網際網路』層；第 3 層稱為『主機對主機』層。以避免雙方雖然都是講網路層或傳輸層 , 實際上卻是參考不同的模型。

106

Demonstration of Network

107

AUI 接頭

108

BNC 接頭

109

RJ-45 接頭

110

Communication Media

111

Network Devices

Repeater: extending the length of a LAN Hub: physical layer device

Bridge: providing the simplest form of traffic control, preventions of errors and collisions Transparent

The same media access control Translating

Different MAC layer specifications

Switch Multiport bridge

112

Network Devices (Cont.)

Router Isolating network segments into collision

domainsRouting table: a list of mappings of network

address to portsRouting protocols

RIP (Routing Information Protocol) (30 seconds) OSPF (Open Shortest Path First)

113

Hypothetical Routing Table

Destination (IP Network Address)

Maskfor

Distance (hops)

Route(IP Interface Address)

Network 1 Network 1 0 A

Network 2 Network 2 0 B

Network 3 Network 3 1 C

Network 4 Network 4 1 D

Network 5 Network 5 2 E

Network 6 Network 6 3 F

Network 4 Network 4 2 G

114

中繼器 中繼器 (Repeater) 主要的功能就是將收到的訊

號重新整理 , 使其恢復原來的波形和強度。 由於中繼器的功能極為單純 , 因此對應到 OSI

模型裡 , 中繼器是位在最底層─ 實體層 (Physical Layer) ─ 工作。

因為中繼器只是單純的把訊號重新整理再送出去 , 所以不管中繼器兩端連接的線材為何 , 只要是相同的網路架構 , 都可以利用中繼器加強訊號 , 延長傳輸距離。

115

中繼器像下面這台中繼器就可以將雙絞線和光纖、

同軸電纜線連接起來：

116

中繼器 而下面這台中繼器則可連接使用 AUI 纜線、雙絞

線與同軸電纜線的網路：

117

集線器集線器 (Hub) 是 10BaseT 和 100BaseTX 網路都會用到的設備 , 在本質上它也是一種中繼器 , 所以也是位於實體層的設備。

集線器上面的 RJ-45 插槽通常稱為 Port, Port 數目的多寡並沒有一定 , 從 4 Ports 到 32 Ports 皆屬常見 , 更大型的集線器甚至採用模組化架構 , 每插入一片類似介面卡的集線器模組 , 就能擴充數十個 Port, 這種集線器又稱為 Concentrator 。

118

集線器

119

集線器的種類除了以 Port 數量多寡來區分集線器之外 , 另一項非常重要的考慮因素為所適用的頻寬 , 如同網路卡一樣 , 集線器也分為適用於 10 Mbps 、100Mbps 和 1000 Mbps 3 種頻寬。

由於網路硬體技術不斷地進步 , 新一代產品幾乎都能支援前一代的規格。

所以支援 1000Mbps 的集線器也能支援 10Mbps 和 1000Mbps 兩種頻寬 , 而且都已經具備交換器 (Switch) 的功能。

120

集線器的種類 10 Mbps 集線器

10 Mbps 集線器當然適用在 10 BaseT 的網路架構 , 上頭通常標示著 "10BaseT Ethernet Hub" 或 "Ethernet Hub" 字樣。

100 Mbps 集線器由於當初制定 802.3u 標準時 , 將 100Base

TX 、 100BaseT4 和 100BaseFX都包括在內 , 所以購買 100 Mbps 集線器時最好說清楚採用何種規格。不過目前市面上大多數的產品 , 應該都是 100BaseTX 。

121

集線器的種類 10 + 100 集線器

為了吸引更多的顧客群 , 這種集線器能適用於 10Mbps 和 100Mbps 兩種網路 , 但是會以 RJ45 插槽限制。通常是大多數插槽適用於 10 Mbps, 僅有特定的少數插槽適用於 100Mbps 。

對於既有 10 Mbps 網路的公司行號來說 , 如果只想局部升級到 100 Mbps 網路 , 採用這種集線器不失為一個省錢方案。

122

集線器的種類 10/100 集線器

這種集線器也是通吃 10 Mbps和 100 Mbps 兩種環境 , 但是在 RJ45 插槽上沒有任何限制 , 每個插槽都可以連接 10 Mbps 或 100 Mbps 的網路卡 , 它會自動判斷並選擇最佳的傳輸頻寬。

套用行動電話的術語來說 , 這才是真正的全區雙頻。因此用起來最方便 , 但是價格也最貴。

123

集線器的種類

124

堆疊式集線器 (Stackable Hub)

堆疊式集線器背後通常有串接專用接頭 , 並且會附贈專用的 UTP 線 , 用來連接疊在上方 ( 或下方 ) 的堆疊式集線器 , 而且這些疊在一起的集線器視為 1 台大的集線器。

換言之 , 即使疊了 3 個集線器 , 但是在計算是否符合 5-4-3 原則時 , 只算是 1 個集線器而非 3 個集線器 , 因此在擴充上具有更大的彈性。

125

5-4-3 原則乙太網路最多只能使用 4 個中繼器 ( 包含集線器 ), 所以會形成 5 個區段 , 但只有 3 個區段可以連接電腦 , 其餘的 2 個區段只能用來延伸距離 , 故稱為 IRL (Inter Repeater Link) 。

126

橋接器 在乙太網路上 , 訊號的傳遞是採用廣播的

方式 , 任何訊號上了網路 , 每一台電腦都收得到 , 然而某些訊號只需要在網路的某個區域內傳遞 , 假使傳到不必要的區域 , 只是徒增干擾 , 影響整體效能。

為了合理限制網路訊號的傳送 , 我們會使用橋接器 (Bridge) 適當地切割網路。

127

橋接器

128

橋接器 當 A 電腦要傳資料給 B 電腦時 , 訊號廣播到橋

接器就會被攔住 , 當橋接器發現 A 、 B 電腦同在 1 區 , 表示此訊號沒必要傳到 2 區 , 便將該訊號丟棄 , 如此便能減少對 2 區的干擾；若 A 電腦要傳資料給 C 電腦 , 橋接器便讓訊號通過。

因此 , 如果 A 電腦經常傳輸的對象為 C 或 D 電腦 , 那麼幾乎所有訊號都得通過橋接器 , 等於是喪失了橋接器的過濾作用 , 由此可知橋接器的擺放位置很重要。

129

橋接器橋接器裡會有一張清單 , 裡面記載了每台電腦所在

的區域：

130

橋接器但是有一點我們要特別注意：橋接器並不會阻擋廣播封包 (Broadcast packet) 。

橋接器之所以能判斷是否要將資料轉送 , 是因為傳送資料的封包中 , 都會指定要由那台電腦來接收 , 但是廣播封包就像是現實社會中的廣告信一樣 , 並不會指定收件者。

在這種情況下 , 橋接器無法判斷收件者是誰 , 便會將封包轉送給所有的網路區段了。

131

路由器 路由器 (Router) 係工作於 OSI 模型中的網路層 (Network Layer)。

將它譯為路徑選擇器更為貼切 , 因為它最主要的功用 , 就是在不同的網路間選擇一條最佳的傳輸路徑。

132

路由器的路徑 以下圖為例 , 從 LAN1 傳資料到 LAN2 有兩條路徑：

133

路由器的路徑 其實要判斷傳輸當時那條路徑最快 , 要考慮到許多因素 , 包括頻寬、線路品質、使用率、所經節點數甚至成本 , 想當然爾 , 這些計算不可能用人工處理 , 所以選擇最佳路徑的工作便交給路由器來處理。

134

路由器 由於路由器的價格不菲 , 有些公司為了省錢 , 會用 Unix 伺服器或

Windows NT/2000/2003 伺服器來模擬 , 但是這種軟體模擬的效能畢竟比較差 , 僅適合用在教學研究上。

135

路由器的選購 選購路由器時首先要確定用來處理何種封包？例如有些路由器只處理 IP 封包；有些只處理 IPX 封包。當然也有能處理多種封包的路由器 , 不過價格也相對地提高不少。

136

路由器的使用 平常較可能用到路由器的場合 , 應該是在以專線或 ISDN 連接網際網路時 , 從公司 (或家中 ) 的區域網路要先連到路由器的區域網路連接埠；而專線或 ISDN 線路則連到路由器的廣域網路連接埠。

換言之 , 以路由器當成區域網路與廣域網路的橋樑。

137

路由器的另一項重要功能 阻隔廣播封包

只要是沒有指明收件者的封包 , 或是非路由器可以接受的封包格式 , 傳送到路由器時都會被丟棄 ,不會傳送到其他的網路區段。可以有效的減輕網路負擔。

但是如果網路上有使用到類似 NetBEUI 這種不可路由 (Nonroutable) 的傳輸協定時 , 該怎麼辦？新型的橋接路由器 (Bridging router, 或叫 Brouter) 解決了這個問題。

138

橋接路由器 提供了橋接器和路由器的綜合功能

如果網路中同時使用了 TCP/IP 和 NetBUEI 兩種協定 , 單用橋接器或路由器都不是最佳的解決方案。

最好的方式是使用橋接路由器 , 利用其路由器的功能傳送 TCP/IP 的封包 , 並使用橋接器的功能對 NetBUEI 封包進行橋接 , 轉送到不同網路區段。

139

第 2 層交換器 屬於鏈結層 (Data Link Layer) 的設備 ,又稱為交換式集線器 (Switch Hub) 或多埠橋接器 (Multi-port Bridge), 因為它同時具備了集線器和橋接器的功能。

會記憶哪個位址接在哪個 Port, 並據以決定該將封包送往何處 , 而不會送到其它不相關的 Port, 因此未受影響的 Port 可以繼續對其它 Port 傳送資料 , 突破了集線器只能有一對 Port 在工作的限制。

140

第 2 層交換器的頻寬

141

第 2 層交換器的頻寬 如果多個 Port 的封包要送到相同目的地時 ,

還是會發生搶用的情形。

142

第 3 層交換器 和路由器同在網路層 (Network Layer) 工作而且彼此關係密切。事實上 , 第 3 層交換器除了具有原本第 2 層交換器的功能外 , 還能進行路由工作。

可以當做是路由器的簡化版 , 是為了加速路由的速度而出現的一種新時代網路設備。

143

第 3 層交換器 路由器的功能非常強悍、完備 , 但也因此將路由的效能拖慢 (就像電腦同時執行許多工作一樣 ) 。

而第 3 層交換器則將路由工作接手過來 , 並改為利用硬體來處理 (路由器是由軟體處理路由 ), 加速路由的速度。

144

第 3 層交換器 並不能取代路由器 , 因為路由器還具有第

3 層交換器所缺乏的重要功能 , 例如：安全管理、與 WAN 的連接、優先權控制、支援多種協定封包等。

因此第 3 層交換器通常還是與路由器搭配使用 , 或者是在不需連接網際網路的環境中 , 取代路由器的位置。

145

Network Devices (Cont.)

Probes Monitoring the details of the communication between

devices Console RS-232

WAN RS-232

BNC Data/Mgmt

Mgmt Port

Monitor Port

Monitor Port

Console

146

Front of 3Com Hub

Back of 3Com Hub

AUI-to-BNC

147

Front of Cisco Catalyst 1900 Switches and Fastmeter

148

IP Addressing

149

IP Addressing

150

Subnet Addressing

151

ARP, RARP

ARP Address

Resolution Protocol

Establishing the mapping between and IP address and hard address

RARP Reverse Address

Resolution Protocol