Transcript 網路傳輸媒介
網路傳輸媒介 49517061 劉尚維 49517069 王仲銘 網路傳輸媒介 • 導向式介質(Guided Media) 雙絞線 同軸電纜 光纖 • 非導向式介質(Unguided Media) 無線電 微波 紅外線 衛星 導向式介質(Guided Media) • 實體可見的線材，也是目前大多數的電 腦網路在建立與連接時所使用的介質。 •資料傳輸速率： 光纖(155Mbps) ＞同軸電纜(電話,4,10,16,100Mbps) ＞雙絞線(10Mbps) 雙絞線 是電話網路常用的介質，由絕緣的銅線纏繞而成的，一對雙 絞線就可以形成一個通訊的管道；雙絞線是目前傳送數位與 類比訊號最常用的介質，成本低廉，但傳送距離、頻寬與負 載有限。可分為遮蔽式STP與非遮蔽式UTP兩種線材 EIA與NEMA訂定雙絞線的五個等級：分別是CAT1-5。級數 越高，表示其抗干擾能力越強，傳輸速度也越快。CAT5等級 被指定可以用在FDDI網路上面，定義如何將銅線與光纖在同 一網路環境的整合。 無遮蔽雙絞線的類別表 Category (類別) 特性阻抗 傳輸速率 使用環境 1 100歐姆 1-2 Mbps 2 100歐姆 4 Mbps 4 Mbps Token Ring網路 3 100歐姆 16 Mbps 10 Mbps Ethernet網路，最多可高達16 Mbps 4 100歐姆 20 Mbps 16 Mbps Token - Ring網路，最多可高達20Mbps 5 100歐姆 100 Mbps 100 Mbps FDDI/CDDJ網路，最多可高達100 Mbps 6 100歐姆 1000 Mbps 622 Mbps ATM或Gigabit – Ethern網路，最多可高達 1000Mbps 一般基本語音通訊 同軸電纜 • 粗同軸電纜 由兩條同軸的導線所組成，導線之間填充了絕 緣物質。一般有線電視的租用者，連接電視的 纜線，就是一種同軸電纜。其頻寬大於雙絞線， 用途很廣，傳輸的負載遠大於雙絞線且成本合 理。一般線材阻抗分為50歐姆與75歐姆兩種， 50歐姆為區域網路使用，屬於基頻同軸電纜， • 而75歐姆則是有線電視使用，屬於寬頻同軸電 纜 RG-11 RG-59 細同軸電纜 RG-58 RG-58A/U 光纖 早期用多於長途通訊網中。光纖是細長的玻璃或塑膠 纖維，其圓柱形的管道，可以傳送光波。光纖的頻寬 與負載都遠大於前面兩種介質。由於質量輕形狀小， 衰減率低，光纖做為網路主幹所需的相對成本低。光 纖是薄而有彈性的介質，可以傳導光射線。光纖可以 由各種玻璃與塑膠材料製成。光纖將在頻寬及高速網 路中扮演重要的角色 光纖 • 優點：頻寬高、訊號減損率低 、資料位元錯誤率很低 、可在 惡劣環境使用。 • 依其光線在玻璃纖維核心所行進方式之差異，可區分為單模 及多模兩類。 多模光纖(Multimode Fiber) 在多模光纖中，光束會折射，乃利用發光二極體為主要光源 多模梯階指數光纖 多模平滑指數光纖 單膜光纖 ( Mesh Topology ) 在單模光纖中，光束不會折射，乃因為使用雷射光為主要光 源。以效能來比，單模光纖效能最高。 光纖和雙絞線與同軸電纜比較起來， （光纖）有下列優點： • 頻寬高：光纖在較長的距離可以提供較高的頻寬 • 光纖體小質輕：在佈線時，光纖由於體積小、質量輕， 不需要很多結構上的支撐，施工較容易 • 減率低：光纖所傳送的訊號，可以經長距離而不衰減。 雙絞線和同軸電纜則缺乏這樣的特性 • 電磁干擾的免疫力：光纖系統不會受電磁場的干擾， 同時不容易被抄截，安全性較高 • 訊號接續器之間的距離比較長，可以降低成本，而且 減少佈線的工作量。光纖己應用在長途電信網主幹、 都會網路主幹、城郊主幹、區域迴路、以及區域網路 中 非導向式介質(Unguided Media) • 非實體的線材。 • 目前網路最主要的非導向式介質是空氣， 而其訊號的傳送則是以電磁波為主，這 些訊號是經由天線(Antenna)來發射的。 微波 • 可輕由碟形天線與人造衛星收受訊號；常用的頻率在2 到40GHz 之間。頻率越高則頻寬與資訊傳輸速率也越高。目前，微波通訊 主要使用於視訊的傳播、長途電話與部分的商業網路中 • 屬於一種有向的（line-of-sight）傳輸方式，在傳送與接收端間 不能存有障礙物體阻擋。 • 微波傳輸的衰減必須考慮到氣候、風速、雨量以及實際所使用的 頻段。 無線電 • 非導向式介質的一種，與微波的主要差異在於傳播的方向性。微 波傳送是單一方向的，而無線電傳播則是向各方傳播。主要用於 廣播通訊，優點是訊衰減低，缺點是資訊傳輸速率低 • 無線電波的發射功率越高，則所能傳送的距離也就越遠。 • 適合陸上、海上、空中與行動式的網路。 • 無線電也可以同時使用數個頻率來進行傳輸。 無線電頻段的傳輸特性 頻段 類比資料 調變方式 低頻 LF 中頻 MF 高頻 HF AM AM,SSB 甚高頻 VHF AM,SSB, FM 數位資料 頻寬 調變方式 頻寬 應用環境 罕用 ASK,FSK, MSK 0.1-100 bps 無線電信標或導航電波探測器 4 KHz ASK,FSK, MSK 10-1000 bps 調幅電台、潛艇無線電、無線電波 指向搜尋系統或緊急救護頻率 10-3000 bps 業餘無線電(火腿族)、民用頻帶(CB) 無線電、國際廣播、軍用通訊、 長程航空與船運通訊、電話、 電報或傳真 4 KHz ASK,FSK, MSK 5KHz-5 MHz FSK,PSK 100 Kbps VHF電視機、調頻電台、航空器調 幅無線電、航空器導航輔助 特高頻 UHF FM,SSB 20 MHz PSK 10 Mbps UHF電視機、行動電話機、蜂巢式 無線電、呼叫、微波鏈結 超高頻 SHF FM 500 MHz PSK 100 Mbps 地球和衛星的微波、雷達通訊 極高頻 EHF FM 1 GHz PSK 570 Mbps 雷達、衛星、實驗的通訊 紅外線 IrDA • 應用於筆記型電腦或是不須經由接觸而直接產生連線效果的通訊 模式，使用IrDA通訊協定，可傳輸距離在1公尺之內，例如應用 於列表機，或是兩台近距離的筆記型電腦互傳資料 • 依據傳送方式可以分為點對點及廣播式兩種型態。 點對點紅外線傳輸 廣播式紅外線傳輸 藍芽 Bluetooth • 芽技術不但傳輸量每秒鐘可達1MB，同時可以設定加 密保護，每分鐘變換頻率一千六百次，因而很難截收， 也不受電磁波干擾。 藍芽比一般傳統式紅外線傳輸更 快，且不用點對點的成一直線，即可有高效的無線傳 輸效果。這就是藍芽科技在傳輸方面的好處，它能夠 允許兩個裝置，在不排成一直線的狀態下，還能夠以 無線的方式傳送資料。不像紅外線傳輸，你必須對準 兩個傳輸埠成一直線才有辦法傳送資料。藍芽傳輸甚 至無視於牆壁、口袋、或公事包的存在而可以順利進 行。而且藍芽的資料傳輸速度比紅外線傳輸還要快， 每秒鐘高達1MB。 紅外線與藍芽的比較 • 紅外線有方向性(要對準才能傳)而藍芽無視方向性 • 紅外線有1m距離限制而藍芽可達10m • 紅外線傳送中間不能有障礙物，藍芽沒有差 • 藍芽比一般傳統式紅外線傳輸更快 衛星 • 發射到與地面間隔一定距離的高空，並且其衛星的公轉時間與地 球自轉時間一致的同步運轉，類似於地表固定高度不變的接收與 發送訊號的轉撥器 • 利用全球通訊衛星方式上網。 • 因為衛星與地面電台之間的距離高達35000多公里，因此會有通 訊延遲的問題。 • 利用衛星傳送資料容易受到地面微波、飛機、太陽等因素之干擾 而影響傳輸品質。 傳輸媒介評估 媒體 UTP STP 同軸 光纖 無線電 微波 紅外線 衛星 藍芽 成本 低 適中 適中 高 適中 高 高 高 傳輸速率 電磁干擾 1~100 Mbps 1~150 Mbps 1 Mbps~1 Gbps 10 Mbps~2 Gbps 1~10 Mbps 1 Mbps~10 Gbps 100Kbps~16Mbps 1 Mbps~10Gbps 高 適中 適中 低 高 高 低 高 每秒鐘可達1Mbps 不受干擾 衰減 高 高 適中 低 低-高 可變的 低 可變的 安全性 低 低 低 高 低 適中 適中 適中 高 網路連接器 • RJ-45 雙絞線用 • BNC接頭 同軸電纜用 RJ-45 網路線製作 • 無論是電腦連線對戰或是使用 ADSL 寬頻上網都會使用到網路 線，這條網路線可能廠商會附贈， 如果沒有當然市面上也有現成的 可以購買，但是現代人精打細算 之下如果自己 DIY 的話那可以省 下約 5 成的費用 • • • • • • • 網路線學名叫無遮蔽雙絞線，是由 四對線每對自行互絞構成，互絞的 作用是避免傳輸干擾及衰減。至於 電話線的8P也是呈互絞排列，但 是其互絞的作用是避免在外皮剝開 後排序混亂，互絞的程度也沒UTP 線來的圈數多。 由於UTP線互絞是有意義的，故在 做RJ45接頭時是不可以隨便接的。 UTP線主要靠第一、二、三、六線 處理收發資料。 568B色序-->橙白、橙、綠白、藍、 藍白、綠、棕白、棕。 568A色序-->綠白、綠、橙白、藍、 藍白、橙、棕白、棕。 UTP線的兩端皆相同為568B或 568A，稱為平行線。 UTP線的兩端不同，一端為A另一 端為B，稱之為跳線。 圖1 網路傳輸設備 網路傳輸設備 網路卡 數據機 中繼器 集線器 交換器 路由器 橋接器 閘道器 網路介面卡 • 網卡 是一塊被設計用來允許計 算機在網路上進行通訊的硬體。 • 每一個網卡都有一個被稱為MAC 地址的獨一無二的48位序列號， 它被寫在卡上的一塊ROM中。 • 在網路上的每一個計算機都必須 擁有一個獨一無二的MAC地址。 • 主機板通常都有內建網路卡 數據機Modem • 它是一個將數位訊號調製到類比載波信號上進行傳輸， 並解調收到的類比信號以得到數位資訊的電子裝置。 根據不同的應用場合，數據機可以使用不同的手段來 傳送類比信號, 比如使用光纖或電話線等。 • 常見的數據機還包括用於寬頻資料接入的有線 電視電纜數據機，DSL數據機。 數位行動電 話實際上也是一種無線數據機。 數據機的原理 • 數據機是一種轉換數位訊號和類比訊號的裝置，它是由調變器和 解調器兩種設備組合而成。 • 傳送資料時，調變器將數位訊號調變為類比訊號， 接收資料時，解調器將類比訊號轉換回數位訊號。 • 所以，數據機真正的名稱應該稱為調變解調器。 以波形表示的數位訊號與類比訊號 中繼器Repeater • 中繼器可以在訊號衰減到一定程度之前 將訊號恢復修整成原本之外觀後再傳送 出去。 集線器HUB • 集線器可讓網路上的電腦進行通訊。每台電腦以纜線插 入集線器，然後將資訊透過集線器從一台電腦傳送到另 一台電腦上。集線器無法識別所接收資訊的來源或預計 目的地，因此它會將資訊傳送到其連接的所有電腦，包 括傳送資訊的那台電腦。集線器可以傳送或接收資訊， 但是不能兩者同時進行。因此集線器的速度比交換機慢。 集線器是這些裝置當中，最單純且最便宜的。 集線器可分為 • 被動型集線器，集線器不需連接電源，因此網路訊號隨距離衰減，只適用於 短距離的網路連接。 • 主動型集線器，集線器需連接電源，可加強訊號強度（整波放大）。 IP分享器 IP 分享器的功能和集線器類似，但是 IP 分享器主 要多了簡單處理器，主要處理撥號及接通 internet 等 功能，可使多台 PC 分享同一個 IP。 安裝集線器就只有八部電腦可以同時上網，但是若 安裝了 IP 分享器，理論上就可以讓 254 部電腦同時 上網了。 交換機 Switch • 交換機的運作方式與集線器相同，但是可以識別所接 收資訊的預計目的地，因此它只會將資訊傳送到應該 接收資訊的電腦。交換機可以同時傳送和接收資訊， 所以它傳送資訊的速度比集線器快。如果您的家用網 路擁有四台或以上的電腦，或者您的網路需要在電腦 之間傳送大量資訊 (如玩網路遊戲或共享音樂)，則應 該使用交換機而不是集線器。交換機的價格比集線器 高一點。 路由器Router • 路由器可讓電腦進行通訊，而且可以在兩個網路之間傳遞資訊— 例如在家用網路與網際網路之間。路由器這個名稱是取自於其管 理網路流量導向的功能。路由器可以是有線或無線。如果只是要 連結您的所有電腦，集線器與交換機就很適用；不過，如果是要 讓您的所有電腦共用一個數據機來存取網際網路，請使用路由器。 路由器通常也會提供內建安全性，如防火牆。 • 路由器的價格比集線器與交換機的價格都高。 • 路由器與交換機(Switch)在概念上有一定重疊但也有不同：交換 機泛指工作於任何網路層次的數據中繼設備，而路由器則更專註 於網路層。 • 一個比較直觀的理解路由器與交換機區別的例子是這樣：交換機 好比是鄰近的街道，而路由器則是街道的交匯點。一個街區的每 一間房都有它自己的地址，也就是說，交換機連接的不同的設備 也有它們自己的IP位址。 OR 交換機 橋接器Bridges • 橋接器是在網路系統中，連接兩個使用相同通 訊協定網路的設備。它是連接兩個網路的「橋 樑」，其主要功能在決定是否讓資料訊框通過 橋接器，到另一端網路上。當橋接器接收到遠 端傳來的訊框後，橋接器會將訊框目的地的硬 體位址與橋接器表單做對照，如果表單中能找 到符合的位址，則進一步確認封包是否來自同 一區段網路。如果不是同一區段網路，橋接器 就會把訊框傳至目的地的機器所在區段。 閘道器 • 能讓不同的網路架構的資料互相交流。 • 當閘道器架設在內部區域網路與外部網路之間時， 能夠過濾來往的資料，查驗是否有心懷不軌的第三 者或者有破壞力的資料要傳送到內部網路，以確保 內部網路的安全。 網路通訊協定 49517069王仲銘 • 通 訊協定 • • • • 由於網路的迅猛發展﹐出現了許多供網路使用的軟體和硬體﹐為了讓 它們都能夠有效的溝通﹐我們需要建立一些規則。 在這一章裡面﹐我會向大家介紹目前比較通用的網路通訊協定﹐和模 擬數據是如何的從一個節點傳送到另一個節點﹐從功能上面看看通訊 協定的定義。 何為通訊協定﹖ 一個比較好理解的講法是﹕通訊協定就是一些標準和規則。例如﹐我 們看到紅燈就要停、綠燈才可以走，者就是一種協定了。若是彼此使 用不同的協定，那就會造成混亂：澳洲(或英聯邦)開車考左行使、台 灣則靠右。只要所在國家不變，那麼該協定就可以運作，但是當到達 協定不一樣的國家，就得進行協定上的轉換了。否則，不出車禍才怪！ 在網路通訊中，如果主機 A 要將一個 packet 送給主機 B﹐它們就必 須使用相同的通訊協定。 • TCP/IP • 若說起歷史，TCP/IP 也算得上是個冷戰時代的 產物，它是應美國國防部的戰爭考量而提出開 發的。TCP/IP 當初是用來配合 來處理不同硬 體之間的連接問題的。 • 事實上，TCP/IP 所指的是一整套龐大的通訊協 定家族，其中以 (TCP) 及 (IP) 這兩套協定最具 代表性。IP 協定工作於網路層(以後會繼續和大 家探討 OSI 的網路層級)﹐它提供了一套標準 讓不同的網路有規則可循。當然﹐前提是您想 使用 IP 從一個網路將封包路由到另一個網路。 IP 在設計上可用來在 LAN-LAN 及 PC-PC 之間 進行傳輸的。 • 首先﹐TCP 會在這兩個平臺建立起一個可 以提供全雙工檢錯(對雙向的數據都進行錯 誤檢測)的連接。 • 接著﹐IP 制定好 Mac 和 PC 之間的溝通規 則，TCP 與上層協定制定用以連接的埠 ( port )。到這裡為止﹐Mac 端已經準備好 數據了﹐如果數據太大﹐就將之分拆成幾 份較小的封包﹐並且在封包上面加上一個 新的 header (內含轉送位址)﹐確保封包會 被正確傳送。TCP/IP 還會加上標籤說明數 據的種類及其長度。 • 再下來﹐IP 協定將負責將封包傳送給 PC。 • 最後﹐在 PC 上面的 TCP 將封包解碼並 翻譯成 PC 能夠懂的格式﹐也就是它自 己所使用的網路協定。 • TCP/IP 可說是現行協定中用途最廣的 協定之一﹐它嘗試在所有硬體上實現所 有事情。然而，由於 TCP/IP 在設計上 可供多種硬體部件使用﹐所以它是一個 可路由協定。 • OSI 模型 • 有好幾個主要電腦廠家﹐如 IBM﹑DEC﹑Burroughs 等﹐都有設計它們各自的 網路結構和通訊協定﹐如果採用這些設計的機器﹐ 在其各自的網路上面運作良好﹐但卻不能在不同廠 家的機器之間進行溝通。為了解決這個問題﹐ (ISO) 於 1978 年開始開發一套標準架構﹐終於成 功推出 (OSI) 作為其標準﹐它提供了一個很有用的 模型去解釋各個不同層面的網路協定。 • OSI 模型共有七個層面﹐且它們可以被劃分為兩 組﹕ • 網路群組﹕由實體層﹑資料連接層﹑和網路層組成。 • 使用者群組﹕由傳送層﹑會談層﹑表現層﹑和應用 層組成。 • 前面我們集中討論的就是其中的底層協定﹐也就是網路協 定﹐這些功能是保障數據在網路中能夠迅速且準確的轉送。 • 實體層 • 在這層裡面您必須作出一些機械和電子方面的決定﹐也就 是要定義出在終端和網絡之間要使用的設備。同時﹐採用 何種佈線也要在這裡決定出來。 • 資料連接層 • 在這層指定了要採用的信息單元是什麼﹐通常在 LAN 上 面的信息單元被稱為 frame 。以及它們的格式﹑和如何穿 越網路。每一個 packet 都會被賦予一個位址碼和偵錯監 測值。有一個 協定﹐會判定出一個封包如果在丟失的情況 下﹐要等待多久會被重新發送﹐這個協定也是在這層裡面 定義。 • 總體來說﹐這層的工作就是保證一個無錯誤的物理上的數 據傳輸。 • 網路層 • 這層就好比是一個中間人界乎於網絡功能和使用者功能之間。它 會定義出封包在網路中移動的路由和其處理過程﹐這層還決定了 網路是如何進行管理功能的﹐比如﹐發送狀態信息給接點和規範 封包的流動等。 • 一個有趣的事情是﹐網路層還能將底層協定(網路功能)對上層協 定(使用者功能)隱藏起來。這樣﹐在網路的使用者就可以使用不 同種類的硬體了。假如您用來建置網的材料都不盡相同的話，這 是非常好的事情。 • 在底下的三層之上﹐還有四層是屬于使用者功能範圍的﹐不過它 們也常常會被整合在一起。您要記住的一點是﹕無論程式設計者 如何定義這些協定﹐這四層在實際上都會被執行的。 • 傳送層 • 在這層﹐將會設定節點位址的傳達﹐還有錯誤檢測和修正的方法。 • • • • 會談層 這層定義了如何連接和掛斷連接﹐和在網路上面的數據如何交換。 表現層 在這層﹐定義了數據的語法﹑變更﹑和格式。當應用程式的語法 和格式都不同的時候﹐這層還將定義了如何翻譯這些不同。 • 應用層 • 這是最後一層了﹐它定義了應用程式是如何進入 OSI 模式進行 傳送。它自己並不屬於應用程式﹐但它支持使用者的應用程式﹐ 如﹕檔案傳送﹑密碼驗證﹑和網路工具等。 • 以上所列舉的協定層並非是他們的詳細定義﹐只是一個框架而已。 您可以把 OSI 模型當成是大體的骨架﹐當您套上這個框架之 後﹐您就差不多可以描繪出大致形狀了﹐雖然外表會有所不同﹐ 但骨子裡還是一樣的。 • ICMP協定 • ICMP稱為網際控制訊息協定 • 為了避免路由器發生緩衝區溢出之類的問題，所以必須在 IP層有相對必要之處理，而ICMP就是為了補償IP層可靠 性功能的缺點。 • 當發生路由器緩衝區溢出而造成廢棄資料片時，路由器內 的ICMP模組就會向傳送端發出資料片已廢棄的通知，同時 還會送出要求減緩傳送速度的ICMP訊息。 • ICMP的位置是在IP的上層，也就是說，ICMP訊息是被附 加在IP標頭送出，所以兩者是不可分離的。