Transcript 網際網路TCP/IP

國立清華大學資訊基礎教育
教學改進計畫
認識網際網路
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電腦網路系統的分類
傳輸媒體分類
區域網路
網際網路: 環球之路
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電腦網路系統的分類
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電腦網路系統的分類
電腦網路系統依據它所涵蓋的範圍可以分
為以下4種類型：

個人域網路(Personal Area Network, PAN)
 涵蓋範圍通常僅有數公尺, 主要用途是連接個人所
使用的資訊及3C相關設備。

區域網路(Local Area Networks, LAN)
 涵蓋的範圍為單一的地理區域
 一般而言, 區域網路的建置與管理是屬於單一組織
的, 它不使用公眾通訊網路系統
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電腦網路系統的分類(續)

都會域網路(Metropolitan Area Networks,
MAN)
 涵蓋範圍以單一都會區為主

廣域網路(Wide Area Networks, WAN)
 涵蓋多個不同的地理區域
 基本上它是藉由公眾通訊網路系統結合數個區域網路及都會
域網路系統而形成
 目前全球最大的廣域網路系統就是網際網路(Internet)。
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傳輸媒體分類
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傳輸媒體分類
有線傳輸媒體(Wired media)

傳輸媒體是可見的, 包括光纖、同軸電纜。
無線傳輸媒體(Wireless media)

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傳輸媒體是不可見的, 例如紅外線及射頻
(RadiFrequency, RF)
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常見有線傳輸媒體
同軸電纜(Coaxial Cables)
雙絞線(Twisted Pairs)
光纖(Fiber Optics)
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同軸電纜(Coaxial cable)
同軸電纜的結構




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一組細銅線組成中心導體, 用於負載電子訊號。
中心導體外面包覆一層絕緣體。
絕緣體外再包覆一層金屬網(稱為外層導體) , 用
於接地及傳送中心導體的參考電壓。
最外層則為一層絕緣體及以塑膠材質為主的外
皮, 用來保護電纜。
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同軸電纜(Coaxial cable)
與雙絞線相比較, 同軸電纜的優缺點
優點

提供較好的絕緣與抗干擾能力。
缺點


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佈線施工及維護的成本較高
同時也因容易旁接線路, 而造成資訊安全的漏
洞。
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雙絞線(Twisted Pairs)
一根雙絞線纜線是由數對雙絞線組合而成,
每一對雙絞線是由兩根以絕緣體包覆的銅
線對絞
在單位距離內對絞次數越多, 效果越好
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雙絞線(Twisted Pairs)
雙絞線依據構造可分為以下三



有遮蔽雙絞線(Shield Twisted Pair, STP)
防護型雙絞線(Screened Twisted Pair, ScTP)
無遮蔽雙絞線(Unshielded Twisted Pair, UTP)
http://mesun.myweb.hinet.net/wire.html
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RJ-45
A端
B端
網路線連接法
A端
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B端
跳線連接法
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光纖(Fiber Optics)
光纖所傳送的訊號是光訊號而不是電子訊號。


光纖是圓柱形的介質波導，應用全反射原理來
傳導光線。
光纖的結構大致分為裏面的核心部分與外面的
包覆部分。為了要局限光信號於核心，包覆的
折射率必須小於核心的折射率
光從介質1進入另一不同折射率
之介質2時，其入射角的正弦
（θ ）與其折射率（n）之乘積
會相等：
n1sinθ1 = n2sinθ2
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光纖(Fiber Optics)
光纖的構成



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一根以玻璃或塑膠材質所製成極細小的中空管, 光訊
號就在中空管中傳送。
中空管的外層包覆另一層玻璃或塑膠物質, 以產生光
的反射作用, 使得光訊號能沿著內層中空管傳送。
光纖最外層則是塑膠製外皮用於保護脆弱的反射層物
質與中空管。
P-15
光纖的優缺點
優點


由於光纖所傳送的訊號為光訊號, 並且材質皆為非導
體, 所以不會受到電磁及射頻訊號干擾, 因此適合用
於戶外。
光纖的另一優點是它所能提供的頻寬在理論上是沒有
上限的, 所以可提供極高的訊號傳送速度。
缺點

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造價及佈線成本較前述兩種線材高出許多。
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光纖(Fiber Optics)
華裔科學家高錕因提
出光纖可作長距離通
訊而獲頒2009年的
諾貝爾物理學獎。
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常見無線傳輸媒體
無線電波(Radio Frequency, RF)
微波(Microwave)
紅外線(Infrared)
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無線電波(Radio Frequency, RF)
無線電波(Radio Frequency, RF)



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頻率為3 Hz 至300 GHz的電磁波。
可以穿透過普通辦公室環境的大多數障礙物,
如桌椅、玻璃等。
主要應用範圍包含無線電廣播、行動通訊等。
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微波(Microwave)
微波(Microwave)



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頻率為1GHz以上的電磁波
提供較高的頻寬
主要應用範圍包含無線個人網路、無線區域
網路、無線都會網路、寬頻無線網路、無線
廣域網路
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紅外線(Infrared)
紅外線(Infrared)



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頻率高於無線電波, 但低於可見光的電磁波
無法穿透過障礙物, 同時也有發射角度的限制
一般的電視遙控器即是採用紅外線傳送控制
訊號, 也常用於電腦與行動電話、PDA等數位
產品或筆記型電腦之間通訊
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區域網路
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P-22
網路拓樸(Network topology)
所謂網路拓樸就是指網路系統中各項設備
藉由有線傳輸媒體連接的方式。
常見的網路拓樸



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匯流排(Bus topology)
星狀(Star topology)
環狀(Ring topology)
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網路拓樸(Network topology)
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P-24
區域網路通訊協定
以IEEE 802委員會所制定的協定為主











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IEEE 802.1：高層區域網協議（Bridging (networking) and Network
Management）
IEEE 802.2：邏輯鏈路控制（Logical link control）
IEEE 802.3：乙太網路（Ethernet）
IEEE 802.4：令牌匯流排（Token bus）
IEEE 802.5：符記環狀（Token-Ring）
IEEE 802.6：都會區域網路（MAN, Metropolitan Area Network）
IEEE 802.7：寬頻TAG（Broadband LAN using Coaxial Cable）
IEEE 802.8：光纖分佈數據介面（FDDI）
IEEE 802.9：綜合業務區域網（Integrated Services LAN）
IEEE 802.10：區域網網路安全（Interoperable LAN Security）
IEEE 802.11a/b/g/n：無線區域網（Wireless LAN & Mesh）
P-25
MAC位址
MAC位址為區域網路中辨識主機的所採用
的機制。
不同的區域網路系統標準所定義的MAC位
址格式不盡相同。
MAC位址是嵌入在網路介面卡內, 而不是
如IP位址存放在終端設備的硬碟及記憶體
中。
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MAC位址(續)
每一個IEEE 802.3標準的MAC位址由6個位
元組組成



前三個位元組為網路介面卡製造商的編號(該
編號由製造商向IEEE申請)
後三個位元組則為製造商所設定的網路介面
卡序號
例如：00-26-18-A0-68-C3
 在windows xp、7中，在命令提示字元中，輸入
ipconfig /all，即可看到MAC address
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MAC位址(續)
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網際網路: 環球之路
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網際網路: 環球之路
Internet 的發展簡史
Internet 的通訊協定
TCP/IP通訊協定架構
IP Address
Internet 的世界
上路之前…
個人電腦所帶來的快樂和危險，很大的部
分是來自於網際網路的潛力。
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Internet 的發展簡史
網際網路的發明是歸因於對核子戰爭的恐懼。

“原始的構想，是建造一個在核子事件中，仍可以傳
送軍事和政府資訊的網路。”
ARPARNet計畫


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由美國國防部(US Department of Defense, US DoD)
所屬的先進研究計畫總署(Advanced Research
Project Agency, ARPA) 進行的一個網路建置
希望建立一個在戰爭發生的情況下, 仍能維持通訊能
力的網路通訊系統, 並藉由此一系統將各研究單位電
腦內儲存的資訊互相分享
P-31
ARPANet計畫
ARPANet計畫



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於1960年代中期開始進行
Leonard Kleinrock於1961年提出的封包交換
(Packet Switching) 技術建置網路系統。
讓不同類型的網路可以共同運作，並且擁有
再失去了一個或多個資料傳輸的路徑後，仍
能正常的運作。
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ARPANet計畫(續)
ARPANet於1969年底有了初步的成果, 當
時將底下各校的主機連結起來。




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加州洛杉磯分校(University of California –Los Angel,
UCLA)
史丹福研究所(Stanford Research Institute, SRI)
加州聖塔巴巴拉分校(University of California –Santa
Barbara, UCSB)
猶他大學(University of Utah)
P-33
ARPANet計畫(續)
1983年初正式在ARPANet上全面採用TCP/IP協
定群組, 並完整架構成一個連接多個獨立發展網
路系統的連網系統(Internetwork)
TCP/IP通訊協定群組植入發展中的UNIX BSD作
業系統。
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ARPANet計畫(續)
1980年代中期, 美國國家科學基金會(National
Science Fundation, NSF) 投資建置NSFNET，並
採用TCP/IP通訊協定群組來建置該網路系統。
同時NSF也選擇支持ARPA所建置的連網系統基
礎架構, 使得NSFNET與ARPANet兩大系統相容。
同時美國聯邦政府也制定且落實相關政策, 使得
這個連網系統塑身成為今日的網際網路。
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P-35
Internet 的發展簡史
台灣Internet的三個重要網路


台灣學術網路-TANET: 學術研究用途
資策會的種子網路-SEEDNet: 提供許多資料
庫
 如今已商業化，成為數位聯合公司所擁有。

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中華電信數據所的HiNet: 以商業導向的網路
系統
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Internet 的通訊協定
不同的機器間怎麼能夠彼此溝通?

通訊協定 : 通訊協定是一種軟體，用以指揮網路的運
作與資訊的傳輸。
Internet上的通訊協定

TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet
Protocol)
TCP/IP



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它是由一些通訊協定 (TCP, UDP, IP等) 所組成的
TCP以及UDP是用來切割資料，TCP會要求資料被正
確送達，UDP將此一驗證工作留給最上層的應用程式
IP則是底層的通訊協定
P-37
Internet 的通訊協定
Internet上的機器編號


IP Address
140.114.88.177
IP Address不易記憶


Name Address
www.nthu.edu.tw
領域名稱系統 (DNS, Domain Name
System)

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可用來將name address轉換成IP address
P-38
其他常見的通訊協定
「簡易郵件傳輸協定」

（SMTP，Simple Mail Transfer Protocol）：用來傳送
電子郵件（email）
「郵局協定」

（POP，Post Office Protocol）：用來接收用電子郵件
「超文件傳輸協定」

（HTTP，Hyper Text Transfer Protocol）：用來傳輸
WWW格式HTML（Hyper Text Markup Language）資
料
「簡易網路管理協定」

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（SNMP，Simple Network Management Protocol）：
從事網際網路管理
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TCP/IP通訊協定架構圖
A p p licatio n
F TP
WWW
Teln et
TCP
IP
N e tw o rk
In te rface
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Ro u tin g
M AC A d d ress
• TCP：
end-to-end
communication
提供可靠的傳輸、
流量控制、錯誤控
制
• IP：routing
讓packet能夠到達正
確的目標
P-40
TCP/IP與Internet
IP ( Internet Protocol)

司機 --- 找到路線以把你送到下一站
TCP (Transmission Control Protocol)

導遊 --- 確定每個旅客都能安全到達
Internet並不是一個實際存在的東西，
Internet並不是一個可以被擁有的東西，
Internet得靠大家通力合作才得以存在。
合作機制 : TCP/IP
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P-41
TCP/IP與Internet
telnet
ftp
telnet
ftp
TCP
TCP
IP
IP
Network Access
Protcol
Physcial
Network Access
Protcol
Physcial
路由器
IP
網路甲
Network Access
網路乙
Physcial
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P-42
IP Address分級
st
2
nd
C lass A
1 byte
0 網路位址
byte
C lass B
10
網 路 位 址 (netw o rk id )
C lass C
110
網 路 位 址 (netw o rk id )
C lass D
1 1 1 0 群 播 位 址 (m u lticast ad d ress)
rd
3 byte
主 機 位 址 （ ho st id ）
4
th
byte
主 機 位 址 （ ho st id ）
主機位址
C lass E 1 1 1 1 保 留
A：0.0.0.0 ~ 127.255.255.255
B：128.0.0.0 ~ 191.255.255.255
C：192.0.0.0 ~ 223.255.255.255
D：224.0.0.0 ~ 239.255.255.255
E：240.0.0.0 ~ 255.255.255.255
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P-43
IP Address分級
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P-44
解決IPv4位址不足問題
由於網際網路的迅速擴充, 造成IPv4
位址的定址空間嚴重不足, 解決方案

網路位址轉換(Network Address Translation ,
NAT)
 利用IP分享器轉換私有及公用IP位址

動態主機組態設定協定(Dynamic Host
Configuration Protocol, DHCP)利用DHCP伺服器
指派使用者端主機的IP位址

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IPv6協定
P-45
IP Address
IPv4

32位元 : 43億個網址
IPv6

128位元 : 每個人可以擁有6萬兆兆個
URL




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Uniform Resource location
Scheme // Scheme-specific part
http: , file: , mailto: , gopher: , ftp:
.com, .edu, .gov, .org, .net, .tw, .jp,…
P-46
網域名稱
網域名稱為一種便於使用者記憶及書寫的主機標
示方式
網域名稱不同於IP位址，它可以使用除了數字以
外的英文字母及標點符號
網域名稱的命名採用階層式命名方式


www.google.com
www.cs.nthu.edu.tw
網際網路上每一台主機的網域名稱必須是唯一的
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P-47
網域名稱的結構樹
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網域名稱服務應用
網域名稱服務(Domain Name Service，DNS)應
用為將主機的網域名稱轉換為對應的IP位址
DNS應用是藉由分散儲存於各個區域的名稱伺服
器(Name Servers) 的資料, 以階層式架構來進行
查找的工作
頂層網域(TLD) 的名稱伺服器的IP位址統一集中
儲存在全球的13台根名稱伺服器(Root Name
Servers) 上

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這13台伺服器的名稱為A到M
P-49
網域名稱伺服務器
網域名稱伺服器提供每一個區域內主機的網域名
稱與對應IP位址間轉換的工作
每一個區域內都必須架設至少一部網域名稱伺服
器
每一台網域名稱伺服器中儲存的資料包含



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該區域的相關資訊(例如該區域的網域名稱)
區域內每一台主機的網域名稱及IP位址對應表
該區域所屬各個下一層區域的網域名稱伺服器IP位址
P-50
Internet的世界
Internet 的三大基本功能



電子郵件 (E-Mail, Electronic Mail)
遠端上機 (Remote Login)
檔案傳輸 FTP (File Transfer Protocol)
Internet 的另類話題





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線上聊天 (On-line Talk)
電子佈告欄 (BBS, Bulletin Board System)
全球資訊網 (WWW, World Wide Web)
即時網路電話系統(Iphone, Telephony)
Intranet / Extranet
P-51
上網的必需品
撥接上網



電腦 / 上網軟體
一條電話線路、MODEM
(ISP)撥接帳號
利用學校網路(網路卡)上網




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電腦 / 上網軟體
RJ-45介面網路卡
未遮蔽雙絞線（UTP）網路線
申請IP Address
P-52
寬頻上網
何謂寬頻技術？

只要傳輸速度能夠高於V.90標準，也就是每秒傳輸五
萬六千字元56Kbps，就可以稱為寬頻。
Cable Modem (纜線數據機)



利用雙向有線電視網路 (Hyper Fiber Cable)
共享
36Mbps / 768Kbps－10Mbps
ADSL



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(Asymmetric Digital Subscriber Line)
利用現有電話線路
專線
1.6Mbps－6Mbps / 64Kbps－640Kbps
P-53
網路設定必須先收集的資料
IP Address
配接卡位址（MAC Address）：透過winipcfg查
詢
子網路遮罩：255.255.255.0
通訊閘：（Gateway）
DNS伺服器：140.114.64.10，140.114.63.10


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測試網路是否通暢：ping 自己確定網路卡是否ok
ping Gateway：確定網路是否暢通
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Homework
IN T E R N E T
撥接方式
比較撥接方
專線連接
IS P
與專線連接:
1. 特點 (優缺點)
電信局交換機
電信局交換機
2. 使用方式與時
機
數據機
R ou t e r / S w itc h
HUB
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3. 解釋數據機、
HUB、Router、
Switch與ISP
所扮演的角色
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