1、網 路 概 論,網路定義與乙太網路,Justin, Chia-Wei Chen,Outline,什麼是網路網路的歷史乙太網路簡介乙太網路的工作原理,什麼是網路,網路 ( network ) 是由一群通訊裝置(像是電腦、印表機等)所組成的。一個互連網路 ( internet )是指兩個或更多能互相通訊的網路。,網路的歷史,最有名的互連網路就是所謂的網際網路 ( Internet )。它是由數以萬計的網路所組成，超過100個國家的各種組織使用網際網路，包括政府單位、學校、團體、公司、圖書館，而個別使用者更是數以億計。,乙太網路簡介,乙太網路的命名規則10 Mbps 乙太網路100 Mbps 乙太網
2、路Gigabit 乙太網路網路設備網路架構HUB VS. VLAN,乙太網路簡介 - (1/17)乙太網路的命名規則,負責制定乙太網路標準的 IEEE 802.3 委員會, 使用一種簡易的命名方法, 來表示各種規格的乙太網路。其格式為XBaseY, 其中X表示頻寬, Y若為數字則表示最大傳輸距離, 若為英文字母則表示傳輸媒介, Base表示基頻。例如：10Base5, 表示該乙太網路的頻寬為 10 Mbps, 以基頻傳輸, 最大傳輸距離為 500 公尺；而 10BaseT 表示頻寬為 10 Mbps, 以基頻傳輸, 傳輸媒介為雙絞線。,乙太網路簡介 - (2/17)10 Mbps 乙太網路,各
3、種 10 Mbps 乙太網路的規格整理如下表：,乙太網路簡介 - (3/17)100 Mbps 乙太網路,100 Mbps 的乙太網路與原先 10 Mbps 乙太網路最大的不同, 在於頻寬及線材品質的提升, 我們將規格整理如下表：,乙太網路簡介 - (4/17)Gigabit 乙太網路,相信在今年內, Gigabit 乙太網路可望成為新一代區域網路的掌門人,乙太網路簡介 - (5/17)網路設備-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, 然後繼續傳送下去, 如此訊號就可以傳得更遠。也由於中繼器的功能極為單純, 因此對應到 OSI 模
4、型裡, 中繼器是位在最底層實體層 (Physical Layer) 工作。,乙太網路簡介 - (6/17)網路設備-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。,乙太網路簡介 - (7/17)網路設備-橋接器,在乙太網路上, 訊號傳遞是採用廣播, 然而某些訊號只需在網路的某個區域內傳遞, 假使傳到不必要的區域, 只是影響整體效能。為了合理限制網路訊號的傳送, 我們會使用橋接器 (Bridge) 適當切割網路。以橋接器的功能來看, 可對應到 OSI 模型中的鏈結層 (Data Link Lay
5、er) 中。,乙太網路簡介 - (8/17)網路設備-第 2 層交換器,第 2 層交換器 (Layer 2 Switch) 屬於鏈結層 (Data Link Layer) 的設備, 又稱為交換式集線器 (Switching 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。第 2 層交換器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。,乙太網路簡介 - (9/17)網路設備-
6、路由器,路由器 (Router) 係工作於 OSI 模型中的網路層 (Network Layer)。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。,乙太網路簡介 - (10/17)網路設備-第 3 層交換器,第 3 層交換器 (Layer 3 Switch) 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。第 3 層交換器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網路設備。我們知道, 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
7、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。在實際應用中, 第 3 層交換器由於路由速度快, 兼具第 2 層交換器的功能, 價格又比路由器便宜, 因此特別受到網管人員的歡迎。,乙太網路簡介 - (11/17)網路架構-匯流排（Bus）網路,匯流排架構的主要特性, 就是以一條共用的網路線來連接所有電腦, 不過這種說法是有語病的, 因為它並非真的是一條很長的網路線, 其實是很多條較短的網路線所接起來的。,乙太網路簡介 - (12/17)網路架構-星狀（Star）網路,星狀網路是繼匯流排架構後興起的網路架構,
8、此種網路不再是手牽手, 前一個接後一個, 而是所有電腦都接到一個特殊裝置, 該裝置通常是集線器（Hub）, 藉由集線器在各電腦間傳遞訊號。星狀網路的優點就是局部線路故障時只會影響局部區域, 不會導致整個網路癱瘓。除非整個網路只有一部集線器, 而碰巧問題出在集線器, 這樣才會使整個網路都停擺。且追查故障點時相當方便, 通常從燈號便能很快得知。另外, 當新增或減少電腦時, 不會造成網路中斷。至於它的唯一缺點, 便是必須增加一筆購買集線器的成本, 但是由於集線器的價格日益滑落, 使得這個缺點的影響逐漸縮小, 因此星狀網路已成為目前小型區域網路的趨勢。,乙太網路簡介 - (13/17)網路架構-環狀（
9、Ring）網路,環狀網路是將電腦連成一個環 (Ring), 每部電腦依照位置不同而有一個順序編號, 訊號會依照該順序編號以接力方式傳遞, 傳到最後一棒時再傳給第一棒。其缺點則是環狀網路的軟硬體設備成本較高, 連帶影響到其普及性。另外, 若任一線路或節點故障, 則整個環狀網路便會癱瘓, 不過這個問題可以採用備援線路的方式解決：,乙太網路簡介 - (14/17)網路架構-網狀 (Mesh) 網路,網狀（Mesh）網路的特色是每個節點之間可以有多條連結路徑且各節點都與其它節點直接相連, 這種網狀網路又稱為完全連結式網狀網路（Fully Connected Mesh Network）。不是完全連結的網
10、狀網路則稱為部分連結網狀網路（Partially Connected Mesh Network）。優點是容錯（Fault Tolerance）, 當其中一條路徑中斷時, 還可以循 其它路徑傳輸。然而, 傳輸路徑多 也意味著佈線成本高, 所以缺點 就是架設成本較高。,乙太網路簡介 - (15/17)VLAN(1/3),VLAN (Virtual LAN, 虛擬區域網路) 有 3 個主要的功能：將交換器上的連接埠賦予不同的 VLAN ID (VLAN Identifier, VLAN 識別碼), 相同的 VLAN ID 隸屬於相同的 VLAN 群組。廣播封包傳送時, 只會在該連接埠所屬的群組內傳送
11、, 不同群組的連接埠不會收到, 如此可減少不必要的干擾。除了以連接埠編號來設定外, 有的交換器可使用 IP 位址或網路卡的 MAC 位址來設定 VLAN ID 。,乙太網路簡介 - (16/17)VLAN(2/3),無論電腦的實體位置 在何處, 具有相同 VLAN ID 的電腦就 屬於相同群組, 方便管理及配置 硬體設備。,乙太網路簡介 - (17/17)VLAN(3/3),將多個交換器分割成不同的群組, 並且限制不同群組間的資料存取權限, 提高管理的安全性。以下圖為例, 便是設定： A 群組不能存取 B 群組的資料, 但是 C 群組則可以存取 B 群組的資料。,乙太網路的工作原理,訊號的廣播
12、MAC 位址與定址碰撞CSMA / CD,乙太網路的工作原理 - (1/8)訊號的廣播,乙太網路是以廣播的方式傳輸。意思就是說, 在網路上任一部電腦送出的訊號, 其他相連的電腦都會收到。當 A 要傳資料給 B 時, 其送出的訊號會傳經由媒介傳到 B、C、D 三部電腦：,乙太網路的工作原理 - (2/8)MAC 位址與定址(1/2),傳輸資料前, 必需決定資料由誰接收, 就好像在大庭廣眾之下, 要跟某人講話會先叫他的名字。網路上的裝置也都有它用來識別的代號, 此代號便是網路位址。以乙太網路為例, 如下圖：,乙太網路的工作原理 - (3/8)MAC 位址與定址(2/2),上圖中的 0000E897
13、7381 是乙太網路卡的 MAC 位址, 每張乙太網路卡都會有一個 MAC 位址, 其前 3 Bytes 為廠商代號, 是由硬體製造商向 IEEE 統一註冊登記而來；後 3 Bytes 則是由製造商自行賦予的流水號。如此可使每個 MAC 位址保持全球獨一無二。當 A 要傳資料給 B, 會註明資料的目的端為 B 的 MAC 位址, 因此其他 MAC 位址不同的電腦對此資料都不予理會。在傳送的資料中記錄目的端與來源端的位址, 以決定資料的接收及回應對象, 這就是所謂的定址 (Addressing)。,乙太網路的工作原理 - (4/8)碰撞,定址雖然能解決在訊號廣播之下, 由誰來處理資料的問題, 但
14、是如果 A 傳資料給 B 的同時, C 也將資料傳給 D, 如下圖：兩個訊號交會, 破壞了原有的電氣特性, 這就是碰撞 (Collision)。,乙太網路的工作原理 - (5/8)使用橋接器可以分割碰撞領域,橋接器收到壅塞訊號時, 會丟棄該訊號, 不會將它傳到另一邊的網路, 所以即使這一邊的網路發生碰撞, 不會導致另一邊的網路也必須暫停。橋接器兩邊的網路可以各自有一部電腦在傳送訊框, 而不發生碰撞。也就是說, 橋接器可以將一個碰撞領域切割成兩個, 當網路發生太多碰撞時, 可藉由安裝橋接器來縮小碰撞領域, 以降低發生碰撞的機率。不過發生碰撞畢竟是乙太網路的正常現象, 我們雖然能降低發生的機率,
15、但是不敢保證可以完全沒有碰撞。,乙太網路的工作原理 - (6/8)使用中繼器只是擴大碰撞領域,由於中繼器只是單純地將收到的訊框, 原原本本地轉送出去, 完全沒有阻擋特定訊框的功能。所以它收到壅塞訊號時, 也同樣將壅塞訊號轉送到另一邊的網路, 使得兩邊的網路都必須暫停一下。換句話說, 兩邊的網路雖然被中繼器隔開, 但是仍然算是同一個碰撞領域。中繼器只是讓碰撞領域擴大, 無法分割碰撞領域。為了減少發生碰撞, 必須要有一個辨法用來管理、協調各電腦對媒介的使用, 以決定哪一部電腦可在媒介上傳輸訊號, 這就是媒介存取控制 (Media Access Control, MAC)。接著將介紹乙太網路的媒介存
16、取控制方式。,乙太網路的工作原理 - (7/8)CSMA / CD (1/2),乙太網路是以 CSMA / CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection, 載波偵測多重存取 / 碰撞偵測) 的方式來做媒介存取控制。在乙太網路上, 當 A 有資料需要送出時, 會先偵測媒介上是否已經有訊號？若然, 則耐心等待並繼續偵測；若偵測到有空檔, 且此空檔能持續 96 Bit Time, 才確定可以傳輸資料, 於是立即送出訊框。A電腦在訊號傳輸的過程中同時也偵測媒介上的訊號, 如果發現碰撞則立即停止傳送並送出一個擁塞訊號, 通知每一部電腦發生碰撞, 使得所有需要送出訊框的電腦等待一段隨機時間之後重新搶送資料。,乙太網路的工作原理 - (8/8)CSMA / CD (2/2),遭遇碰撞時所進行的一個程序會依據碰撞的次數而運算出一個隨機的時間值, 使所有電腦等待此時間之後再從頭開始, 以錯開再次碰撞的機會。碰撞次數愈多, 則平均等待的時間愈久。當連續碰撞 16 次之後, 便宣告失敗, 放棄這次傳送, 並向上層通知錯誤。完整的 CSMA / CD 傳送訊框流程如圖：,
