CH04 電腦網路

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認識網路對於人類生活的影響

學習網路與通訊的基本概念了解網路傳輸的基本原理

4-1 網路通訊與生活

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網路通訊與生活

通訊定義訊息的傳輸與交換

通訊無所不在古代：烽火台、擊鼓、驛站 .. 現代：網路電話、 e-Mail、MSN

網路通訊與生活

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通訊的進行必須經由某種管道或是媒介來進行有線的方式無線的方式

通訊是透過電子訊號來進行，而訊號分為兩種類比訊號數位訊號類比訊號數位訊號

訊號強度訊號強度

時間時間

無線網路有線網路

Internet

影響通訊網路好壞的兩個主要因素1. 訊號的品質

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網路與通訊基本概念

傳送者與接收者必須在相同頻道才能互相溝通

網路與通訊基本概念

影響通訊網路好壞的兩個主要因素2. 傳輸媒介

有線媒介：雙絞線、同軸電纜、光纖等實體路徑無線媒介：透過天線經由空氣、水或真空來傳送訊號

雙絞線diytrade.com

Source: http://www.njhsgq.com/Source: http://www.dahsan.com.tw

光纖

網路傳輸原理

OSI網路分層傳輸模型便於技術改進各層皆獨立作業

傳送

接收

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網路傳輸原理

OSI模型傳輸方式階層獨立作業

傳送

接收

Source: http://120.118.165.46/tsnien/network/chap1/chap1-5/chap1-5.htm

網路傳輸原理

OSI模型觀念

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第七層：應用層 -Application Layer 提供網頁瀏覽、電子郵件、檔案傳輸等應用服務

(介面 )給使用者。

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OSI七層

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第六層：表達層 -Presentation Layer 內碼轉換 -現今電腦大多是ASCII碼為內碼，可是早期電腦是採用 EBCDIC(Extended Binary Coded Decimal Interchange Code)碼為內碼，所以表達層會作內碼轉換的工作。

壓縮與解壓縮 -傳送端在傳輸資料前先壓縮，接收端收到資料後再解壓縮，但現在都以應用層軟體來做此工作，很少以表達層來做。

加密與解密 -加密的次數越多、方法越複雜，被破解的機率就越低，但耗費的時間就越多，效率也會下降。所以一種好的表達層協定，要能在安全與效率之間取的平衡，才能可靠快速地執行加密任務。

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OSI七層

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第五層：會議層 -Session Layer 負責通訊的雙方在正式開始傳輸前的溝通。是要使用全雙工或半雙工模式？

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OSI七層

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第四層：傳輸層 -Transport Layer 切割並重組 -當所要傳送的封包資料太大，便會將其切割多段較小的資料，但每段傳送出去的資料，未必『先傳先到』，有可能『先傳後到』，因此必須位資料編上序號，以利接收端收到後能組回原貌。

控制資料流量 -網路傳輸會遇到壅塞 (Congestion)情況。所以需要控制資料流 (Data Flow)的順暢。

偵錯與錯誤處理 -如： TCP協定會要求對方重送，但 UDP協定則不要求對方重送。

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OSI七層

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第三層：網路層 -Network Layer 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。

路由 -選出最短最佳的路徑。

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OSI七層

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第二層：資料鏈結層 -Data Link Layer 同步 -傳送資料時，同時進行連線同步化，使傳送與接收雙方達到同步，確保資料傳輸的正確性。

偵錯 -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CRC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，如果雙方的CRC碼都一樣，就表示正確無誤。其實很多層都會做偵錯的工作，只是資料鏈結層是把守第一關。

制定媒體存取控制的方法 (Media Access Control Method，MAC Method)：資料傳輸時，是公平競爭還是先搶先贏目前最普遍的區域網路－乙太網路

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OSI七層

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第一層：實體層 -Physical Layer 實體的傳輸介質，如：同軸電纜、雙絞線、光纖、無線電波、紅外線等等。不同的介質有不同的特性，所以 0和 1的數位資料在傳送之前，可能會經過轉換，將數位資料轉變為光脈衝或電脈衝以利傳輸，此外，決定傳輸頻寬、工作時脈、電壓高低、相位…等等，都是實體層的規定。

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OSI七層

4-2 電腦與網路

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電腦的出現不僅為我們的生活帶來了便利，也增添了許多的趣味。我們已經習慣使用電腦來從事文書的處理、製作影片，或者玩遊戲等等。雖然這些工作只要一台電腦就可以處理得很好，但隨著資訊交換風氣的盛行，電腦網路已經成為我們生活當中不可或缺的一部分。

電腦網路

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利用線路將多台電腦連接起來，使得相連接的電腦或網路裝置能夠相互交換數據，透過網路無遠弗屆的連結，使得人與人的距離更加接近，因此電腦網路的發展對於當今這個資訊爆炸的資訊社會而言，是相當重要的。

只要將兩台電腦透過線路連接起來，就能形成最簡單也最基本的網路。

電腦與網路

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當多台電腦相連形成網路時，由於電腦的距離可能很遠、數目可能很多，因此我們通常會根據電腦所涵蓋的地理範圍，將網路分為下列三種

區域網路廣域網路都會網路

電腦與網路

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區域網路（ Local Area Network， LAN），通常是指小範圍的網路架構。當電腦數目不只一部，且網路所連結的電腦位置是位於同一棟建築物的不同辦公室，或者同一個公司、學校的不同建築物中，這樣所形成的網路就稱為區域網路。

區域網路

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當電腦的數目不只一部，且所在的位置可能在不同的城鎮、國家，甚至是不同洲時，例如許多的大型企業，公司的部門分布在不同的城市或是國家，那麼將這些不同區域的電腦連結起來，所形成的網路就稱為廣域網路（Wide Area Network，WAN）。

廣域網路

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都會網路（Metropolitan Area Network，MAN）的涵蓋範圍大小介於區域網路與廣域網路之間，使用與區域網路類似的技術連接位於不同辦公室或是城鎮的電腦，所以都會網路可能是連接數個區域網路所形成的較大網路或單一網路。

都會網路

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一般來說，區域網路泛指範圍在 10公里以內的網路，都會網路泛指 10至 100公里的網路，廣域網路則泛指 100公里以上的網路。

區域網路 V.S. 都會網路 V.S. 廣域網路

區域網路（ LAN）

都會網路（ MAN）

廣域網路（WAN）

範圍 10公里以內 10至 100公里

100公里以上

傳輸速率佳中慢傳輸品質佳中差傳輸設備成本低中高

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利用線路，我們可以將電腦與各種網路裝置連接起來，使其能形成網路。

由於線路連接方式的不同，可以形成各種不同的網路架構。為了區分各種不同的連結方式，網路拓樸（ Network Topology）即是描述電腦或網路設備連接的架構與方式。

網路上的電腦或是網路裝置都被視為一個節點，又稱為網路節點（ Network Node）。

電腦網路拓樸

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匯流排拓樸（ Bus Topology），是利用一條中心的網路線路，來連結所有電腦或網路設備的架構。這條被連接的中心網路線路通常被稱為匯流排（ Bus）或者主幹線（ Back-bone）。

由於所有的線路都連接到了匯流排，因此當匯流排發生斷線時，整個網路都會受到影響。

匯流排拓樸

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星狀拓樸（ Star Topology），是將所有的電腦或網路裝置連結至一個中心的集線裝置。

星狀拓樸的好處是架設容易且成本較低，但是與匯流排拓樸相似之處，便是當中心的集線裝置故障時，所有的網路便會停擺。

星狀拓樸

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環狀拓樸（ Ring Topology），是將所有的電腦和網路裝置兩兩串連，形成一個封閉的迴圈式網路。

由於每個網路裝置與電腦都與其左右兩個裝置或電腦直接連結，因此當環狀網路中有一台電腦或裝置故障時，整個網路就會受到影響。

環狀拓樸

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網狀拓樸（Mesh Topology），是將所有的電腦與網路裝置彼此連結。

在網狀拓樸下，當與某個網路節點的連線中斷時，仍可透過其他網路節點的轉送，使得資料能夠順利傳送至目的端，因此在這樣的網路架構下，架設的成本也較為昂貴。

網狀拓樸

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混合式拓樸（ Hybrid Topology），又被稱為樹狀拓樸（ Tree Topology），主要是結合下列兩種拓樸的網路拓樸。

匯流排拓樸星狀拓樸結構

若匯流排拓樸的主幹線損壞或斷線時，星狀拓樸構成的網路仍可正常運作。星狀拓樸發生問題時，也不會影響其他星狀拓樸網路的運作。

混合式拓樸

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過去由於資料通訊系統涉及了複雜的軟硬體，而且沒有統一的標準，使得通訊軟體不僅龐大複雜，而且不容易測試、修改與分享。

網路通訊協定的概念

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在網際網路出現之前，有許多的團體或商業組織都試著建立屬於自己的網路標準，但是經過幾年的發展後，這些不同區域性的網路都發生不同區域網路間無法通訊的問題。

在網際網路上發展出許多的通訊協定 TCP/IP通訊協定 Apple Talk通訊協定 IPX/SPX通訊協定

通訊協定

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將個人資料留在網路上真的安全嗎？是不是有人可以破解我的密碼來取得我的電話及地址呢？

使用者帳號與密碼容易聯想的密碼不要不使用中文密碼英文密碼區分大小寫密碼長度越長越好

訊息的保密措施

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HTTPS超文件傳輸協定安全 HTTPS稱為超文件傳輸協定安全（ Hypertext Transfer Protocol

Secure），是 HTTP和 SSL/TLS的組合，用以提供加密通訊及對網路伺服器身份的鑒定。

訊息的保密措施

數據機調變解調器（Modem）於電腦內部的資料是由「數位」訊號 0與 1組成，但一般公眾電信交換網路則是藉由「類比」電波傳送聲音

傳送時，將數位訊號透過調變（Modulation）轉換成類比訊號

接收時，將收到的類比訊號經過解調變（ Demodulation）轉換為數位訊號

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常見的網路設備

網路卡將電腦內部的資料轉換成傳輸媒介能傳送的訊號，例如電波或是光

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中繼器克服網路的長距離傳輸訊號衰減的問題中繼器為一單純的實體層裝置，不會對封包進行任何的處理

將接收到的訊號放大加強再次傳送出去

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集線器透過多個通訊埠連接多台電腦

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無線網路基地台 Wireless Access Point

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橋接器（ Bridge）連接不同區域網路形成一個大型的區域網路

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路由器(Router)

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閘道器連結多個網路形成一個大型網路閘道器主要用來轉換不同的通訊協定

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隨著資訊科技一日千里，企業可以透過網路，將市場拓展到全球，即使是名不見經傳的小公司，也可以擁有來自全球的消費者。

在未來，企業組織的轉變除了要整合運用網路外，企業組織不再像過去採垂直集中式，認為遵循標準作業程序（ Standard Operating Procedure，SOP）就可以了，而是須提供許多細部的選項，讓客戶挑選，因此強大的資訊系統是必須的。

除此之外，為了能夠應付這樣多變的作業程序，辦公室內透過網路的資訊交流等等，也都會經過像是辦公室自動化系統（Office Automation System，OAS）來協助秘書、會計、辦公人員、繪圖人員等資料工作者處理資料與檔案，並掌握企業的文件流向，以提升企業的生產力。

網路的整合運用與未來趨勢

網際網路

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集中式網路架構

網際網路之起源

電腦中心

大型主機

辦公室 A

辦公室 B

辦公室 C

辦公室 D

辦公室 E

辦公室 F

終端機

終端機

終端機終端機

終端機

終端機

需要處理之資料

結果

訊息訊息

若大型主機被破壞

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電腦中心

大型主機

辦公室 A

辦公室 B

辦公室 C

辦公室 D

辦公室 E

辦公室 F

終端機

終端機

終端機終端機

終端機

終端機

需要處理之資料

結果

訊息訊息

APPANET 1960年代美國國防部高級研究計劃署（ ARPA）要創立一個在發生像核子戰等災難時，在部分大型主機或終端機損壞或摧毀的情况下，其餘的系統仍然能夠運作

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史丹佛研究院

加州大學洛杉磯分校加州大學聖塔芭芭拉分校

猶他大學

多個不同的網路出現 MILNET ….

不同網路間無法彼此交流文頓 ·瑟夫（ Vinton Gray Cerf）以及羅伯特 ·卡恩

(Robert Elliot Kahn)設計出了網路交流協議，稱為傳送控制協議／網際網路協議（ TCP/IP），透過不同網路都使用 TCP/IP通訊協定，使得不同網路間能彼此交流

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台灣學術網路（ Taiwan Academic Network, TANet）仿效美國 NSFNET的網路架構

TANET的三的層級骨幹網路地區性網路校園網路

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台灣學術網路

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台灣學術網路

網路服務的類型主從式架構 (Client-Server Model)

全球資訊網服務點對點架構 (Peer-to-Peer Model)

eMule檔案傳輸

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網路中的各種服務

主從式架構 (Client-Server Model)

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伺服器 (Server)

客戶端 (Client)

客戶端 (Client)

客戶端 (Client)

Internet網際網路

Request(要求 )

Response(回應 )

Request(要求 )

Response(回應 )

伺服器端之特色：被動性角色等待來自用戶端 (Client)的要求處理用戶端 (Client)的要求並傳回結果

客戶端之特色：主動性角色對伺服器端 (Server)發送要求等待直到收到回應

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點對點架構 (Peer-to-Peer Model)

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客戶端 (Client)

客戶端 (Client)

客戶端 (Client)

客戶端 (Client)

客戶端 (Client)

客戶端 (Client)


Request(要求 )

Response(回應 )

Request(要求 )

Request(要求 )

Request(要求 )

Request(要求 )

Response(回應 )

點對點架構 (Peer-to-Peer Model) 沒有伺服器端 (Server)端每一個客戶端 (Client)既扮演客戶端 (Client)的角色又扮演伺服器端 (Server)端的角色

增加了防故障的健壯性不會出現因伺服器故障而停止服務之現象

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全球資訊網 (World Wide Web) 主從式架構服務透過瀏覽器閱讀超文件 (Hypertext) 超文件 (Hypertext)中具以許多的超連結 (Hyperlink)

以 HTML(超文字標記語言 )撰寫透過點擊超連結切換不同頁面使用 http通訊協定

Hyper-Text Transfer Protocol

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網路中各種瀏覽器

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每一個網頁都會給予一個全球資源位址 (Universal Resource Locator, URL ) 透過 URL來辨識網際網路中網頁伺服器的位置透過 URL來辨識網頁伺服器檔案的位置

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通訊協定://伺服器名稱[:通訊埠] /網頁位置http://foreign.tku.edu.tw:80/chinese/brief.aspEX.

通訊協定指定 URL所連結之服務所欲採用之通訊協定

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通訊協定網路服務實例http 網頁服務 http://

www.google.comhttps 加密網頁服務 https://

www.google.comftp 檔案傳輸服務 ftp://ftp.tku.edu.twmailto 傳送 mail給特定使用

者mailto:[email protected]

news 新聞群組 news: netnews.hinet.net

telnet 登入遠端服務 telnet://ptt.cc

伺服器名稱提供服務之伺服器位置，可以使用 IP位置表示或是採用網域名稱系統

通訊埠用來指定 TCP/IP協定中通訊所使用之通訊埠編號默認值

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通訊協定默認之通訊埠編號FTP 21Telnet 23SMTP 25HTTP 80POP 110

電子郵件服務透過網際網路進行書寫、發送和接收的信件主從式服務架構

電子郵件位置

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tkucs＠mail.tku.edu.tw帳號名郵件伺服器名稱

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寄件者郵件伺服器

收件者郵件伺服器


寄件者使用電子郵件撰寫程式撰寫

欲寄給 [email protected]

透過網際網路送至寄件者郵件伺服器

(mail.tku.edu.tw)

根據收件者郵件位置找尋收件者郵件伺服器

將郵件送至收件者郵件伺服器

等待收件者到其郵件伺服器上收取郵件

其他常見之服務遠端登入服務 (Telnet)

用來登入遠端主機，進而存取該主機上之資源使用在電子佈告欄 (BBS)系統中缺點 :

明碼傳送不安全多使用 SSH來代替傳統的 Telnet

防止遠端管理過程中的資訊泄露問題

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其他常見之服務檔案傳輸服務 (FTP)

透過 FTP的客戶端軟體登入遠端的 FTP伺服器，將自己電腦的上傳到該伺服器或從該伺服器下載回自己的電腦

新聞群組針對某一特定主題進行探討類似於網際網路上的討論區使用者可以針對該新聞群組的主要主題發表文章，也可以透過新聞群組回覆文章參與討論

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其他常見之服務網路語音服務 (VOIP)

將聲音數位話，然後透過網際網路的通訊協定傳送語音資料常見之 VOIP軟體

SKYPE

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IP位址 (IP Address) 網路的世界中，每一台電腦的獨一無二的編號電腦所送出的資料能按照 IP位址找到目標電腦分為 IPv4標準與 IPv6標準

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網際網路中的地址 -IP Address

IPv4標準 32個 2進位數字所構成八個數字會變轉換為 10進位，方便記憶

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進位方式第一組第二組第三組第四組

2進位 10100011 00001101 00000001 00111100

10進位 163 13 1 60

網路地址的結構網路號碼主機編號根據主機數量多寡分為五種等級網路

A級網路 B級網路 C級網路 D級網路 E級網路

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A級網路

0網路號碼 (7位元 ) 主機號碼 (24位元 )

B級網路

1 網路號碼 (14位元 ) 主機號碼 (16位元 )0

C級網路

1 網路號碼 (21位元 ) 主機號碼 (8位元 )1 0

D級網路

1 多點傳送位址 (28位元 )1 1 0

E級網路

1 保留使用 (28位元 )1 1 1 0

五種等級

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網路等級 IP分佈範圍可用網路組可連結主機數目A 0.0.0.0~127.0.0.0 126組 16,777,214

B 128.0.0.0~191.255.0.0 16383組 65,534

C 192.0.0.0~223.255.255.0 2,097,152組

254

D 224.0.0.0~239.255.255.255

E 240.0.0.0~255.255.255.255

子網路 A、 B等級網路可以連接的主機數目高達 16,777,214以及 65,534，但這們多主機不太可能同時位於一個實體網路，為了提昇網路的效能，遂有人提出子網路(Subnet)的概念

將主機號碼在細分為子網路編號主機號碼

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1 網路號碼 (14位元 ) 主機號碼0 子網路編號

1 10100011 00001101 00 000000010 000001

1 10100011 00001101 00 000000010 000010

子網路 1

子網路 2…

…

163.13.4.1

163.13.8.1

子網路遮罩 11111111 11111111 11111100 00000000 255.255.252.0

網路地址的演進 (IPv4 to IPv6) IPv4使用 32位元來作為 IP位址，因此位址空間中只有 4,294,967,296個位址

IPv4位址枯竭 IP位址不足的原因

網際網路使用者的急速增長總是開著的網路裝置行動裝置

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IPv6標準位址長度從 IPv4的 32位元增長到了 128位元約有 2128（約 3.4 ×1038）個位址 IPv6二進位制下為 128位元長度，以 16位元為一組可以分為 8組，每組以十六進制方式表示

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2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344

IP位址可以用四組十進位的數字表示不容易記憶轉換成有意義之文字用有意義的英文來代表 IP位址

網域名稱對應系統 (Domain Name System, DNS) 將服務將網域名稱與 IP位址互相進行轉換

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網際網路中的地址翻譯器 -網域名稱對應系統

DNS系統結構分散式架構

網際網路上的電腦數量相當的多，若採用集中式作法向某一個 DNS伺服器查詢，則為了應付網際網路大量的使用者，此一 DNS伺服器需要運算能力強大，要不然反應查詢的速度就會相當慢

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www.cs.tku.edu.tw

區域名稱類別名稱

組織名稱

主機名稱子組織名稱

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ROOT

………

………

………

jp tw cn

educom gov ……… org

tkuntu nctu

cs ee

www ftp mail want

查詢www.cs.tku.edu.tw

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