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第二章 網路硬體設備介紹

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本章綱要2-1 前言 2-2 網路傳輸媒介 雙絞線、同軸電纜、光纖2-3 網路連接器 RJ-45接頭、 BNG接頭2-4 網路傳輸設備： 數據機、網路卡、中繼器、橋接器、集線器、

路由器、閘道器

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2-1 前言•網路定義 簡單的來說，網路就是由一群電腦彼此透過纜線與

傳輸介面連接而成，藉由這些設備與線路讓電腦能彼此傳送資料。

不同的網路架構也需要不同的網路設備，例如廣域網路需要利用路由器、閘道器等設備確保資料能正確的到達目的地

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2-2 網路傳輸媒介• 網路傳輸媒介的分類

– 有線傳輸– 無線傳輸

• 有線傳輸– 雙絞線 – 同軸電纜 – 光纖

• 無線傳輸

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有線媒體 (bounded media)• 同軸電纜(coaxial cable)

– 50 歐姆 RG-7 或 RG-11 ：使用在粗線乙太網路。50 歐姆 RG-58 ：使用在細線乙太網路。75 歐姆 RG-59 ：使用在有線電視。93 歐姆 RG-62 ：使用在 ARCNET 。

• 雙絞線 (twisted pair)• 無遮蔽式雙絞線 (Unshielded Twisted Pair) ：

– Category 1 ：使用在電話線路及低速傳輸資料上。Category 2 ：低速網路使用，速度只達 4Mbps 。Category 3 ：標準乙太網路使用，速度可達 16Mbps ，通常只用到10Mbps 。Category 4 ：用於遠距離傳輸，速度可達 20Mbps 。Category 5 ：用於高效率傳輸，速度可達 100Mbps 。

• 遮蔽式雙絞線 (Shielded Twisted Pair)• 光纖(fiber-optic cable)

– 單模光纖 (single mode)多模光纖 (multimode)

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2-2-1 雙絞線• 雙絞線（ Twisted-pair Wires ） 兩根銅線覆蓋這塑膠或橡膠兩兩捆在一起，像這樣的成對的

銅線共有四對組成一條雙絞線。 • 為什麼要互絞？ 因為銅線互絞能降低彼此所產生的電子干擾 • 雙絞線的種類（依有無細銅線與金屬箔）

– 遮蔽雙絞線（ STP ） 傳輸效果較好，成本較高– 無遮蔽雙絞線（ UTP ）

傳輸效果較差，成本較低• 就連線距離上來看，雙絞線防干擾的效果沒有同軸電纜

好，所以連接兩部電腦設備時，理論上最大只可以延伸到 100公尺。

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2-2-1 雙絞線等級

Category 3 UTP

Category 5 UTP

EIA/TIA Category 系統等級 適用範圍CAT 1 用於基本的通訊，速率 1~2Mbps

CAT 2 用於語音及低速率資料，速率 1~2Mbps

CAT 3用於 10BaseT 及 token ring 網路，速率可達 16Mbps ( 例：電話線 )

CAT 4 用於 10BaseT 及 token ring 網路，速率可達 20Mps

CAT 5 用於 100BaseT 或是多媒體的傳輸，速率可達 100Mbps

CAT 5e 用於 1000BaseT 的高速網路傳輸

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雙絞線

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UTP和 STP

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STP 與 UTP 線材

雙絞線接頭 - Rj-45 的外觀Cat 5e 等級的雙絞線

UTP 無遮蔽雙絞線 STP 在外層多了一層金屬薄層保護，可以抗干擾。

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• RJ-45接頭–雙絞線中 UTP線的接頭–有八個腳位（凹槽），其金屬接點有 8個，俗稱”8P8C” 。 P 為腳位， C 為接點

–用在 10-BaseT與 100-BaseT系列網路，只使用 1、2、 3、 6腳位。 1 、 2 腳位主要是傳送資料（ Tx+ 、 Tx- ），而 3與 6腳位則是接收資料（ Rx+ 、 Rx- ）。

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UTP 接頭56

8A的

排列

方式

：568B

的排

列方

式：

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2-2-2 同軸電纜• 同軸電纜（ Coaxial Cable ）結構

– 以單芯或多芯電纜為中心 用來傳送電子訊號– 在中心外層覆蓋一層絕緣體 防止電子干擾– 用銅線網包住絕緣體 阻斷外部電子訊號對中心銅線的干擾– 最後用塑膠外皮覆蓋在銅線網上 防潮、防止摩擦

• 因為抗干擾的特性較好，在連接兩部電腦時，最大可以延伸到 185 公尺，而仍然可以保持訊號的正常傳輸。

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同軸電纜 •細同軸電纜及粗同軸電纜，細同軸電纜由內而外分成中央銅線、塑膠絕緣體、導體網、 外皮等四層 •粗同軸電纜構造，由內而外可分為中央銅線塑膠絕緣體、鋁箔、導體網、鋁箔、導體網、外皮等七層，從外觀上看來，是很明顯的黃色纜線，它所使用的終端 電阻稱為 N 型終端電阻。

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同軸線

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• BNG 接頭 –用在 RG-58 –中間有一根金屬針，用來連接同軸電纜的中心導線

–需要三個額外器材•T 接頭 是與電腦網路卡上的 BNC接頭直接連接的設備 •1 接頭 1 接頭則是讓同軸電纜直接串接起來，純粹延長纜線用

•終端電阻 在纜線最後的地方作組抗匹配與接地的功能

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BNC 接頭

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2-2-2 同軸電纜 • 同軸電纜分類（依中心直徑大小）

– 粗同軸電纜 中心直徑10mm，依特性組抗不同可分為

• RG-11：特性阻抗為50歐姆。常用在10Base5類型的乙 太網路或長途電話。 • RG-59：特性阻抗為75歐姆 。一般家裡的有線電視所 裝設的纜線就是此種電纜 。

–細同軸電纜 中心直徑0.18英吋，可分成單芯與多芯兩種

• RG-58：特性阻抗為50歐姆 ，用在10Base-2的乙太網 路。 • RG-58A/U：特性阻抗為50歐姆 ，用在10Base-2的乙太 網路。

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2-2-3 光纖 • 利用電子訊號傳送資料的缺點

– 易被雷擊– 易被電子干擾（外部與內部本身）– 訊號衰弱– 所需能量較高

• 光纖（ Otical Fiber ）結構–由一根高純度玻璃纖維組成 ( 比頭髮細 )–媒介物質是光–纖維外包裹折射率較小的物質–最外層用不透光的保護層覆蓋，避免被外部光線干擾

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光纖 • 光纖傳輸三個重要元件

– 光線來源– 傳輸界質– 光線偵測器

• 優點– 傳輸資料量大– 傳輸距離遠– 抗干擾能力特強– 難遭到竊聽

• 資料傳送距離能達 100Km 之後才會有訊號減低的現象

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光纖

fibre_transmit

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光纖結構

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光纖纜線接頭

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2-2-3 光纖 • 光纖傳送資料原理 光線在行進時若遇到不同介質時會產生折射，當介質密大相差很大時會產生全反射。利用這項特性可以傳送資料

圖 2.2 光纖中光線行進圖

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2-2-3 光纖 • 多膜光纖 光線以類似波浪的方式傳送資料，可分成兩種。

– 多模，階梯指數 (Step-index Multimode Fiber)• 介質密度為固定，因此行進距離會不同• 中心直徑為 50～ 100μm，外圍直徑則為 125～ 140μm •優點：製造成本低廉、施工與維修費用低。 • 缺點：傳送距離不一樣，傳送距離較短（約兩公里），傳 送速率較低，約 140Mbps 。

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2-2-3 光纖 –多模，平滑指數 (Graded-index Multimode Fiber)：

•介質密度為漸進式，行進距離幾乎一樣•中心直徑與外圍直徑和 Step-index Multimode Fiber 差不多

•傳送距離較大

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2-2-3 光纖 • 單膜光纖 ( Mesh Topology ) 光線以直進的方式傳遞資料。

–傳送距離較遠（ 20～ 30公里以上）–成本高、維修與施工費較高–中心直徑為 5～ 10μm，外圍直徑為 125μm 。

單膜光纖中光線行進方式

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2-2-3 光纖 • 光纖的優點

–頻道寬度高、速率快 –正確性與安全性高： –重量輕、體積小、安裝容易與測試、使用期限可達 40年

• 缺點–價格高昂–維修與施工成本高

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2-2-4 無線傳輸• 電磁波依波長順序可分為 γ 射線、 X 射線、紫外線、可見光、紅外線與無線電波 ( 彧稱射電波 ) 。

• 無線電波又可進一步細分成微波、超短波、短波和長波。

• 紅外線有時也細分為近紅外線、遠紅外線與次毫米波。

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無線傳輸 (1)

•以光為媒介–需考量光的特性：

•無法穿越障礙物，且會有折射與散射現象•光的行進為直線

–例子：紅外線 (Infrared)，雷射(Laser)

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無線傳輸 (2)•以無線電波為傳輸媒介

–穿透力強–不侷限方向–不用佈線–例子：

•窄頻微波•802.11無線區域網路•藍芽 (Bluetooth)•通訊衛星

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微波傳輸• 微波是電磁波的一個頻段，波長在 1 毫米和 1 米之間

• 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

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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)

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衛星及微波傳輸

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2-4 網路連接設備 • 數據機 (Modem)• 網路卡• 中繼器(Repeater)

• 橋接器(Bridge)

• 集線器 (Hub)• 第二層交換器(Switch)

• 路由器 (Router)• 閘道器 (Gateway)• 頻寬分享器

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2-4-1 數據機 •數據機（ Modem ）

– 調變； Modulation 把電子訊號轉換成類比訊號傳送出去 – 解調； DEModulation 把接收到的類比訊號轉換成電腦看得懂得電子訊號 – 使用介面為 RS232串列介面

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2-4-2 網路卡• 網路卡（ Network Card ） 一般小型區域網路、 ISDN等不需要透過電話線來

連接上網時，網路與電腦的連接介面

•網路卡的種類–乙太網路卡、高速乙太網路卡– FDDI網路卡

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2-4-3 中繼器• 中繼器 (又稱增益器 ) （ Repeater ） 當雙絞線或同軸電纜在傳送電子訊號時，會有訊

號衰減的問題，因此當訊號想要傳送到遠方時必須要有一個訊號加強器中繼器。中繼器在訊號衰減到一定程度之前將訊號加強傳送出去。

中繼器使用情形

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中繼器• Repeater

– 脈衝訊號 – 雙向傳輸 – 不具有通訊協定的處理功能 – 基頻網路之延伸距離 – 連接介面的轉換 (目前主要用途 )

Repeater

A

B

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中繼器連接同一條 LAN 的區段。

附註附註 ::

41

中繼器轉送每一個訊框，它沒有過濾的功能。

附註附註 ::

42

中繼器是再生器，不是放大器。

附註附註 ::

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中繼器的功能

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2-4-4 橋接器• 橋接器（ Bridge ）

–主要將大型網路切割成較小型的一些子網路 – 常用在乙太網路– 處理 OSI 架構中第一層與第二層，具有中繼器與集線器的功能

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2-4-4 橋接器

圖 2.9 橋接器使用情形

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橋接器的學習功能• 橋接器之過濾與轉送功能

– 位址辨識功能 – 學習功能 (Learning) – 過濾功能 (Filtering) – 前送功能 (Forwarding) ：儲存後前送 (Store-and-Forward)

目的位址為 11-20 可通過

目的位址為1-10 可通過

目的位址為 21-30 可通過

B網路 11-20工作站

C網路 21-30工作站

A網路 1-10工作站

橋接器

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橋接器有一個過濾決策表。

附註附註 ::

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橋接器

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學習的橋接器

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橋接器迴路問題• 造成學習困擾 • 實例：

– 迴路造成橋接器 X 和 Y 上學習得到埠口 1 及 2 都擁有工作站 A 和 B 。

– 工作站 A 傳送訊框給工作站 B ，橋接器 X (Y) 判斷屬於埠口 1 之工作站而不予轉送，則訊框無法到達 B 。

X橋接器

Y橋接器

A B

1

1

2

2

M網路 N網路

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迴圈問題

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未應用延展樹之前

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應用延展樹 • 找一根橋接器 (B1)

• 其餘每台橋接器標記一個根埠 ( 一個★ ) ，根埠選取規則是連線至跟橋接器 B1 的最低成本：最少跳躍數 (經過最少連線設備 ) 、最大頻寬、最低延遲。

• 每個 LAN選擇一個指定的橋接器最為主要通道 ( 兩個★★ ) ，選擇最低成本通道方式與上述 2相同。

• 有星號的為轉送埠 (forward port) ，其他阻塞埠 (blocking port) 不傳送訊號。

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轉送埠和阻塞埠

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2-4-5 集線器• 集線器（ Hub ）

–有許多資料傳輸埠（ Port ），讓每台電腦都可與集線器連線

– 可避免一條網路線故障整個網路就會癱瘓的問題– 常用在星狀網路架構中

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集線器– 共通匯流排 (Common Bus)

– 傳輸速率： 10 Mbps (10BaseT Hub) 、 10/100 Mbps (100BaseT Hub) ： 100/1000 Mbps (1000BaseT Hub)

– 傳輸方式：半雙工方式 (CSMA/CD 協定 )

– 共享頻寬 – 傳輸媒介： Cat-3 、 Cat-5 UTP 或 Fiber

– 網路範圍：約 500 公尺 – 連接埠口： 4/8/16/24 埠口

A B

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集線器 (Hub)• 集線器 (Hub) 之特性

– 傳輸速率： 10 Mbps (10BaseT) 、 10/100 Mbps (100BaseT) 、 100/1000 Mbps (1000BaseT) 。

– 半雙工傳輸 – 共享頻寬

• 集線器之內部結構概念圖 Hub ( )內部結構 共享頻寬

A B

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集線器• 堆疊式集線器

A

C

B

背板

連結匯流排

連結匯流排

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第二層交換器• Layer 2 Switch (Ethernet Switch)

– Multi-port Bridge • 具有學習的功能 • 具有儲存後前送 (Store-and-Forward) 的功能

–每一埠口可紀錄 1024  個 Ethernet Address –埠口之間不具有 CSMA/CD 協定的規範 –每一埠口為一獨立的 CSMA/CD 網路

• 碰撞網域 (Collision Domain) • 工作群組網域 (Workgroup Domain)

– 為目前 Ethernet 網路佈線的主要設備

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第二層交換器• Switch/Hub 網路架構

Ethernet Switch X10/100 Mbps

Ethernet Hub Ethernet Switch Y10/100 Mbps

A碰撞網域

Ethernet Hub

B碰撞網域

Ethernet Hub

C碰撞網域

100 Mbps100 Mbps100 Mbps 專屬頻寬

( )伺服器群組

100 Mbps

100 Mbps10 Mbps

共享頻寬( )工作群組

100 Mbps100 Mbps

工作群組網域

工作群組網域

FTP Server

SQL Server Web Server

File Server

[ ] 最新版 網路概論 葉乃菁 陳 世維 文魁資訊

L2 Switch (Layer 2 Switch)

控制處理機(Control Processor)

工作站 埠A 1

C 3

F 6G 7

位址對照表(Routing Table)

Port 1 Port 8

A HGFEDCB

交換平台 Switch Fabric

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L2 Switch (Layer 2 Switch)Switch 1

Switch2 Switch3

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2-4-6 路由器• 路由器（ Router ）

–連接不同網路的裝置 – 選徑（ Routing ）；使用路由表，依據目前網路使用情況動態的傳送資料，使得網路傳送達到最佳化

– 處理 OSI 架構中第一、第二與第三層通訊協定– 可讓不同的網路架構相連接在一起

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2-4-6 路由器

路由器使用情形

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路由器繞徑

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繞徑 (routing)• 封包丟進網路後 , 由路由器的繞境演算法找出封包要往目的位址的最佳路徑 , 經由每一個路由器接力傳輸 , 封包最終才能順利抵達

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2-4-7 閘道器• 閘道器（ Gateway ）

–可讓不同網路架構連接在一起（比路由器更強）– 可監視網路上傳送的資料是否安全– 可過濾資料的傳送，確保內部網路的安全，並且提供相關的網路服務（ WWW 、 FTP…. ）具有此功能的閘道器又稱為“代理伺服器（ Proxy ”）

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2-4-8 單純的寬頻分享器•如果您有數台電腦 , 之間早已透過集線器連接形成一個完整的區域網路 , 要共用 ADSL 連線時 , 就只需購買最陽春的寬頻分享器。

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內建集線器功能的寬頻分享器

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具備無線傳輸功能的寬頻分享器

• 若您想透過寬頻分享器將有線網路與無線網路串連起來 , 這時就可以選購具備無線傳輸功能的寬頻分享器 , 價錢雖然較為高昂 , 但為了提昇產品的總體價值 , 多半還會整合其他網路設備功能 , 例如有些還整合了列印伺服器功能。