網路傳輸媒介

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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。