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電腦網路原理與應用
黃正傑
編著
目錄
第一章
第二章
第三章
第四章
第五章
第六章
第七章
網路概論
網路基本元件與區域網路的架設
網路運作原理
網際網路與應用軟體
網路安全及管理
網際網路實務
電子商務實務
第三章 網路運作原理
第一節
第二節
第三節
第四節
通訊協定介紹
網路運作原理
網路作業系統簡介
大型網路設備與架構
本章目的
本章進一步介紹網路運作的基本原理;讓讀者
進一步瞭解網路運作的方式與資料傳送的原理。
同時瞭解網路協定的概念以及不同的功能。
瞭解網路作業系統的功用與一些常見作業系統
功能。
同時瞭解大型網路設備的功能與運作方式。
第一節 通訊協定介紹
通訊協定(Protocol) : 用來用來溝通不同電腦
的一種標準的架構。
資料交換的步驟 :
•
•
•
•
•
辨識資料。
將資料切割成可管理的單位。
將每一個可管理單位將上發送者與目的方的位址。
增加時間戳記與錯誤檢查碼。
將資料放在網路上，並送出。
第一節 通訊協定介紹
ISO/OSI 參考模型 :並不是一個『通訊協定』，
而是一個提供各家廠商發展通訊協定的模型。
利用所謂『層級架構』(Layered Architecture)，
來明確的定義每一個動作的範圍與作用。
分為七層架構 :應用層 (Application Layer ),表
述層 (Presentation Layer ),會議層 (Session
Layer ),傳輸層 (Transport Layer ),網路層
(Network Layer ),資料鏈結層 (Data Link
Layer ),實體層 (Physical Layer )
第一節 通訊協定介紹
每一層的工作旨在提供下一層資料與服務，而將上一
層的資料包裝起來。來源電腦
目的電腦
7. 應用層
7. 應用層
6. 表述層
6. 表述層
5. 會議層
5. 會議層
虛擬連結
4. 傳輸層
4. 傳輸層
3. 網路層
3. 網路層
2. 資料鏈結層
2. 資料鏈結層
1. 實體層
1. 實體層
網路
第一節 通訊協定介紹
每一層僅與在同一電腦的上一層作溝通，資料
經過一層層增加各層所附加的控制訊息而送到
目的電腦。目的電腦再從最底層如同剝洋蔥般，
將每層資料剝出、解譯、丟棄，一層一層的往
上，直到送給應用程式為止。
第一節 通訊協定介紹
電腦B
電腦A
資料
7
6
…….
6
5
5
4
4
3層控制碼
3
2
1
7
資料
2層控制碼
資料
網路
資料
3
2
1
第一節 通訊協定介紹
第1層- 實體層 : 它用來處理關於電子訊號、
實體媒體與網路設備進行連結的功能。
實體層應用標準協定 :
區域網路
FDDI
10
0
BaseT
80
2
3
.
OSI 模型
IEE
實體層
Ethernet
資料鏈結層
EIA/TIA-232,449
V.24 V.35
X.21bis SIP
廣域網路
第一節 通訊協定介紹
第2層- 資料鏈結層 :資料鏈結層(Data Link
Layer)則提供資料在實體線路傳輸的可靠性。
為了資料傳送的管理與控制，在這一層會將資
料分割成一段段的區段，稱為『資料框架』
(Data Frames)；資料框架的順序則提供目的
電腦辨認框架的順序，而將之組合回原本完整
的資料。
第一節 通訊協定介紹
資料鏈結層分成兩個子層：邏輯鏈結層(LLC)、
媒體存取層(MAC)。邏輯鏈結層主要在處理連
接導向(Connection-Oriented) 與非連接導向
(Connectless)資料的連結。媒體存取層則在
定義上層的協定如何透過本層存取網路實體媒
體；在此層就定義了各種拓樸協定的運作方式；
也定義了區域網路卡、設備的硬體位址，稱之
為：MAC 位址。
第一節 通訊協定介紹
資料鏈結層分成兩個子層：邏輯鏈結層(LLC)、媒體存
取層(MAC)。
邏輯鏈結層(LLC)
802.1 Internetworking
802.2 LLC
資
料
鏈
結
層
802.3 CSMA/CD
媒體存取層(MAC)
802.4 Token bus
802.5 Token Ring
802.6 Demand priority
第一節 通訊協定介紹
第3層- 網路層 : 網路層(Network Layer)負責處
理邏輯位址(相對於資料鏈結層定義的實體位
址)的定義與溝通；因此，網路層將處理如何
選擇路徑傳送與尋找網路上的設備。
第4層- 傳輸層 : 傳輸層(Transport Layer)最主
要的工作在於提供網路品質、錯誤的控制。
第5層- 會議層 : 會議層(Session Layer)允許兩
個來自不同電腦的應用程式進行溝通、中斷連
結，這個連結叫做會議。
第一節 通訊協定介紹
第6層- 表述層 : 表述層(Presentation Layer)用
來格式化傳送的資料內容。所以也可叫做網路
的轉譯器。
第7層- 應用層 :應用層(Application Layer) 為
直接透過軟體程式與使用者接觸的。它提供了
應用程式如何去使用網路資源、建立連接；所
有應用程式想要利用網路溝通都會直接參考到
這一層。
第一節 通訊協定介紹
資料格式 :
•
框架指的是資料鏈結層這層的資料；它包含了資料
鏈結層的位址(即實體位址)、資料鏈結層的控制資
訊(標頭與標尾)、以及從上一層傳下來的資料。
框架
資料鏈結層標頭
上層資料
資料鏈結層標尾
第一節 通訊協定介紹
•
•
•
•
封包則是由網路層的標頭、標尾與上一層資料的組
合。
資料流則通常代表包含非連接導向的資料的網路層
資料。
區段則指著包含傳輸層的標頭、標尾與上層的資料。
訊息則指明應用層的資料。
第一節 通訊協定介紹
位址
•
•
實體位址 : 實體位址定義在資料鏈結層，它用來定
義實體網路設備。它提供一層的定址方式以及預先
建立的固定位址。MAC位址獨一於所有區域網路
的設備。
網路層位址 :網路層定義的位址又稱邏輯位址；因
為它相對應於實體位址，是後來使用者定義的，並
非預定的硬體位址。IP位址即是其中一種網路層位
址。
第一節 通訊協定介紹
階層與單層位址
•
•
階層 : EX : IP 位址
單層 : EX : MAC 位址
階層式的定址
單層式的定址
A
A.A
A.B.
A.A.A
A.C.
A
B
C
D
A.A.C.a
A.A.B
A.A.C.b
A.A.C.c
第一節 通訊協定介紹
協定的運作
•
傳送方電腦



•
將資料分成一小小的資料區段，便於協定可以處理。
增加位址的資訊，以便傳送到對方。
將資料傳送到網路卡，並準備送入纜線。
接收方電腦




將資料從纜線中接收。
將資料從網路卡中取出。
將資料的標頭、標尾等控制資訊取出。
將去除控制資訊的資料段依序組合成應用程式可用的資料。
第一節 通訊協定介紹
連結程序
協定G
協定D
協定F
協定E
協定B
協定C
協定A
連結程序A
連結程序B
第一節 通訊協定介紹
其它著名的協定
OSI參考模式
7. 應用層
6. 表述層
5. 會議層
4. 傳輸層
3. 網路層
2. 資料鏈結層
1. 實體層
Windows NT
Redirectors
網際網路協定組
Server
SMTP,SNMP,FTP,Telnet
TDI
TCP/IPP NWLinkP NBT
NDIS 3.0
TCP
IP
NDIS Wrapper NDIS
Drivers
Physical
LAN Drivers
Media Access Control
Physical
第二節 網路運作原理
驅動程式 : 驅動程式是用來協調電腦系統與某
個周邊設備進行溝通的軟體。
網路驅動程式運作 :
網路軟體
驅動程式
網路卡
第二節 網路運作原理
資料運送原理 :
•
•
•
進行資料切割、合併已符合資料傳送的效率。
將資料內容進行編碼以符合不同的電腦系統。
加入各層的控制資訊，包括：標頭與標尾，以便各
層服務的實施；包括：定址、錯誤檢查、區段識別
順序、流量控制等等功能。
第二節 網路運作原理
網路運作實例
•
步驟1：與印表機伺服器建立
印表機伺服器
電腦B
電腦A
第二節 網路運作原理
•
步驟2：電腦A準備資料
03705b211345
01C07b201555
目地電腦位
址:03705b211345
來源電腦位
址:01C07b201555
其它控制資訊
第二節 網路運作原理
•
步驟3：判別接收的電腦位址
03705b211345
電腦B
045755CC2341
目地電腦位
址:03705b211345
01C07b201555
來源電腦位
址:01C07b201555
第二節 網路運作原理
•
步驟4：印表機伺服器網路卡將資料讀入
03705b211345
03705b211345
第二節 網路運作原理
•
步驟5：印表機伺服器將資料區段還原成文件列
印
03705b211345
第二節 網路運作原理
存取模式 :所謂存取模式(Acess Methods)即
定義了電腦如何將資料放置纜線以及如何將
資料從纜線中取出的規則。
資料碰撞 :
第二節 網路運作原理
CSMA/CD 存取模式 :
1.
確認有沒有載波在纜線上；
沒有-->傳送
2.
3.
傳送資料
確認有沒有載波在纜線上；
有-->等待
第二節 網路運作原理
乙太網路 :乙太網路(Ethernet)於1975年首度
發表，它定義了參照OSI模式實體層與資料鏈
結層的規格；主要的基礎基於IEEE 802.3的規
格(CSMA/CD)。
•
•
•
•
•
•
傳統拓樸：線狀匯流排
其他拓樸：星狀匯流排
存取模式：CSMA/CD
規格：IEEE 802.3
傳輸速率：10M或100Mbps
纜線型態：銅軸電纜、雙絞線
第二節 網路運作原理
乙太網路堆疊舉例
OSI參考模式
7. 應用層
常見的協定堆疊
FTP,SMTP
6. 表述層
5. 會議層
TCP
4. 傳輸層
IP
3. 網路層
2. 資料鏈結層
1. 實體層
D-link驅動程式
CSMA/CD
UTP,RJ-45
乙太網路定義
第三節 網路作業系統簡介
作業系統作為分配與協調硬體資源予以軟體系
統使用。網路作業系統為因應網路處理作業而
產生；除了原本作業系統的功能，網路作業系
統還協調網路相關硬體資源與應用程式的互動，
如：網路卡與網路應用程式的溝通；包括第一
節介紹將多種協定『連結』的功能。
網路作業系統在於如何 (1) 協助一般使用者(人)
去使用網路上的資源、以及(2) 協助管理者(人)
去控管一般使用者使用網路資源的能力。
第三節 網路作業系統簡介
網路作業系統功能面 :
•
•
•
管理帳號
管理資源
使用者對資源的使用權限
授權
管
理
帳號
使用權限
網路作業系統
資源
管
理
第三節 網路作業系統簡介
Windows NT 的網域模式
帳號、資源、
資料庫 權限等資料
Data
PDC
Data
BDC
BDC
網域
獨立伺服器
win98
工作站
win98
工作站
第三節 網路作業系統簡介
網域的信任 :『跨網域』的取用資源，NT利用所謂
『信任關係』來作為處理
Data
信任
網域A
網域B
第三節 網路作業系統簡介
群組的使用 :群組是用來邏輯組織一群帳號，
使得管理工作可以針對群組而不是每一個帳號。
好處 :
•
•
使用群組，增加一個帳號自動賦予權限
使用群組，增加新的權限只要設定一次
第三節 網路作業系統簡介
NT將群組分為兩種，一為『通用群組』、一
為『區域群組』。『通用群組』用來組織帳號、
『區域群組』用來設定權限。
第三節 網路作業系統簡介
老師
老師通
用群組
社團社長,美編
成員
社團美
編通用
群組
加入區域群組
PDC
美編處理區
域群組
權限
網域
權限
繪圖機
權限
掃描器
高階印表機
第三節 網路作業系統簡介
NT伺服器環境
PDC
DNS伺服器
BDC
網域
WINS伺服器
工作站
DHCP伺服器
工作站
IIS伺服器
第三節 網路作業系統簡介
DNS伺服器：處理IP位址與領域名稱的對映
WINS伺服器：處理電腦名稱與IP位址的對映，透過
這個伺服器你可以較快速的用微軟電腦名稱找到該
台電腦(例如：用網路芳鄰尋找電腦)。
DHCP伺服器：透過她，你不用在每個工作站設IP位
址；找要該工作站指到她，DHCP伺服器在該工作站
上網時，自動會將IP位址、子網路遮罩、預設閘道
等煩人的設定自動設好，不必再人工設定。
IIS伺服器：NT提供的網站伺服器；透過她您可以輕
鬆的建立網站，讓網際網路上其他人看您的首頁。
第三節 網路作業系統簡介
其它網路作業系統
•
Novell Netware
NDS伺服器
列印伺服器
檔案伺服器
Novell Client Novell Client
第三節 網路作業系統簡介
Novell Netware NDS :
階層式目錄服務,目前
Windows 2000 也以
Active Directory 取代網
域架構
[Root]
全華
台北
檔案伺服器A
Charles
檔案伺服器A的
SYS硬碟
高雄
檔案伺服器B
檔案伺服器B的
SYS硬碟
系統管理者
第三節 網路作業系統簡介
UNIX : UNIX最先由AT&T Bell 實驗室發展，
利用高階的C語言發展；由於利用高階語言撰
寫核心，使得UNIX可以很容易到不同的平台
(NT 、Netware都受限在PC個人電腦)。
UNIX的特點 :
•
可攜性,多工系統,層式的檔案系統,眾多的公用程式,
電子郵件,軟體發展工具,命令直譯器,網路通訊系統,
使用者介面
第四節 大型網路介紹
光纖網路
•
•
•
•
光纖網路即利用光的反射原理來傳設光波。
所以光纖網路可傳送的距離較為長、適合大型骨幹
網路。
光纖網路另一個特性在於它的線路是屬於『單工』
的線路。
佈設光纖網路時，必須佈設成對的線材，一條光纖
線作為傳送資訊、一條作為接收資訊用。
第四節 大型網路介紹
•
•
單模(Single-Mode)光纖較常用在大型網路骨幹的
系統佈設，單模光纖的佈設距離可以從1公里到15
公里都可實現的技術。(比起UTP的100公尺差了
150倍!!)
多模光纖(Multimode)則常佈在較大型的大樓，連
接各辦公室的區域UTP線路的大樓骨幹。可佈距離
在1-2公里。
第四節 大型網路介紹
集線器所連接的的範圍稱為一個『碰撞區域』
(Collision Domain)。原因是在這個集線器下
所連接的設備、電腦在CSMA/CD技術下會彼
此『競爭』訊號的傳送、一旦此集線器下的電
腦、設備增多便會造成碰撞嚴重而造成網路效
率大減。
第四節 大型網路介紹
集線器所集合的碰撞區域
Hub
Hub
collision domain
第四節 大型網路介紹
橋接器將網路分割成兩個碰撞區域
Hub
橋接器
Hub
collision domain A
collision domain B
第四節 大型網路介紹
交換器 : 每埠下分成不同碰撞區域
交換器
集線器
collision domain A
集線器
collision domain B collision domain C
collision domain D
第四節 大型網路介紹
路由器的運作方式
Router
g1
g2
子網路1
Hub
子網路2
Switch
B
A
Hub
第四節 大型網路介紹
路由器
大型網路範例
網際網路
管理學院路由器
行政大樓路由器
工學院路由器
計算機中心交換器 行政交換器
資管系交換器
集線器
企管系交換器
集線器
資工系交換器
機械系交換器
集線器
第五節 趨勢一
ATM全名為非同步轉換模式(Asynchronous
Transfer Mode) 。
ATM即提供了某種程度的服務品質，她能根據
你所傳遞的是資料、聲音、影片給予不同的服
務品質；並且視情況需要還能丟棄一些資料片
段。
ATM網路是連接導向(Connection-Oriented)的
網路，在傳遞資料之前便與目的端建立聯繫，
以建立服務品質的確認。
第五節 趨勢一
乙太網路的框架(Frame)的長度並不固定，從
64到1518 bytes都可以。而ATM的資料段長度
每一個一定是53bytes，其中5個Bytes 為控制
資訊，稱之為細胞(cells)。
第五節 趨勢一
ATM協定堆疊，定義在實體層與資料鏈結層
OSI 模型
應用層
表述層
會議層
傳輸層
網路層
資料鏈結層
實體層
ATM 參考模型
上層
ATM介面層
ATM層
實體層
第五節 趨勢一
ATM 常見介面
介面種類
傳輸介質
距離
傳輸速率
OC-3(STS-3)
UTP Cat 5 雙絞線
單模光纖
多模光纖
銅軸電纜
100M
2KM
15KM
268M.
155.52Mbps
OC-12(STS-12)
單模光纖
多模光纖
2KM
2KM
622.08Mbps
第五節 趨勢一
超高速乙太網路
網路種類
100Base
TX
(高速乙
太)
100BaseFX
(高速乙太)
1000BaseT
1000BaseSX 1000BaseLX
(超高速乙太 (超高速乙太 (超高速乙太)
)
)
傳輸介質
UTP Cat
5
光纖
UTP Cat 5
多模光纖
單模光纖
距離
100M
多模：400m
單模：20KM
100M
500M
3KM
第五節 趨勢一
租用專線 (Leased Line) : 利用申請租用專線
來建立專屬私人網路是目前大型企業或是學校
的典型用法；利用租用的高速網路來連結總公
司與分公司、總公司與工廠等等都能形成一企
業的私人網路；以目前國內最常用的租用專線
為64Kbps專線數據機與T1(1.544Mbps)。
第六節 趨勢二
ISDN旨在提供整合式的數位線路，包括：電
話、傳真、數位資料等等都可以利用ISDN網
路服務實施。
CATV顧名思義為利用有線電視的銅軸電纜以
及新購的纜線數據機(cable modem )，來建構
的網路。
第六節 趨勢二
一般 CATV 的連接模式
上傳資料(10Mbps、傳統電話線)
電話數據機
纜線數據機
有線電視公司
下載資料(30Mbps、HFC光纖銅軸混
合線路)
電視
一般用戶的家
電腦
第六節 趨勢二
xDSL :這一系列技術都基於『數位化用戶迴路』
(Digital Subscriber Line,DSL)，亦即將機房到
用戶端這段的線路加以數位化而使得傳輸速率
加快。
•
•
ADSL(Asymmetric DSL)旨在提供個人連上網際網
路的方式;為目前寬頻上網的主流
HDSL(High data rate DSL)旨在提供區域網路與區
域網路間的連結，取代以往專線T1/E1的連結方式
本章回顧
通訊協定(Protocol) : 用來用來溝通不同電腦
的一種標準的架構。
ISO/OSI 參考模型分為七層架構 :應用層
(Application Layer ),表述層 (Presentation
Layer ),會議層 (Session Layer ),傳輸層
(Transport Layer ),網路層 (Network Layer ),
資料鏈結層 (Data Link Layer ),實體層
(Physical Layer )
本章回顧
位址分為單層與階層,單層舉例 : MAC位址;階
層 : IP 位址。
網路作業系統在於如何 (1) 協助一般使用者(人)
去使用網路上的資源、以及(2) 協助管理者(人)
去控管一般使用者使用網路資源的能力。
集線器所連接的的範圍稱為一個『碰撞區域』
(Collision Domain)。橋接器分成兩個碰撞區
域。集線器每個埠下分成不同碰撞區域。
本章回顧
路由器主要功能在處理封包的轉送,位於
ISO/OSI 第三層網路層上。
ATM網路是連接導向(Connection-Oriented)的
網路，在傳遞資料之前便與目的端建立聯繫，
以建立服務品質的確認。
租用專線申請租用專線來建立專屬私人網路是
目前大型企業或是學校的典型用法目前國內最
常用的租用專線為64Kbps專線數據機與
T1(1.544Mbps)。
本章回顧
xDSL 系列技術都基於『數位化用戶迴路』(D
將機房到用戶端這段的線路加以數位化而使得
傳輸速率加快。ADSL (Asymmetric DSL)旨在
提供個人連上網際網路的方式;為目前寬頻上
網的主流。