Transcript 1 - 民生家事商業職業學校

第二章 電腦網路的構成
講師 駱宏順
民生高級家事商業職業學校
2010.11.08
說明流程
2-1 網路簡介
2-8 認識通訊協定
2-2 網路組成架構簡介
2-9 有線區域網路
2-3 區域網路連結模式
2-10 網路連線裝置
2-4 承載訊號與傳輸方式
2-11 無線傳通訊輸
2-5 連線傳輸技術
2-12 無線區域網路通訊標準
2-6 網路傳輸媒介
2-13 行動通訊系統
2-7 網路參考模型
備註：可依進度點選小節
2-1 網路簡介
網路的目的本來就是在於交換訊息與資料之
用，透過電話網路，就可以與他人進行語音
聯絡、傳真訊息等等。
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區域網路
是一種最小規模的網路連線方式，可以只包
含兩或三部彼此連線而共享資源的個人電腦
，它也可以包含數百部不同種類的電腦。
區域網路示意圖
4
都會網路
是一個較大型的網路，將一些小型的區域網
路使用了橋接器、路由器等裝置連接而成為
較大型的區域網路。
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廣域網路
連接無數個區域網路與都會網路，可能是都
市與都市、國家與國家，甚至於全球間的聯
繫。
廣域網路示意圖
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2-2網路組成架構簡介
伺服器型網路
伺服器型網路不僅包含電腦節點，也包含一部中
央電腦，並具有當作共享儲存設備的高容量硬碟
。
採用伺服器型網路，各伺服器會有專門
管理的資源
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對等型網路
優點
簡單且設置成本便宜，只要具備網路線與網路卡
，就可以將電腦彼此連結為一個網路，最常見的
應用就是分享印表機了。
缺點
維護不易，只能使用於小型網路中，如果今日印
表機從A電腦移至B電腦，則先前透過網路使用這
台印表機的其它電腦，就必須重新設定才可以再
使用這台印表機。
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對等型網路結構示意圖
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2-3 區域網路連結模式
匯流排式拓樸
優點
如果要在網路中加入或移除電腦裝置都很方便，所使用
的材料也頗為便宜，而且比任何網路拓樸都使用比較少
的纜線適用於剛起步的小型辦公室網路來使用。
缺點
維護不易，如果某段線路有問題，整個網路就無法使用
，且需逐段檢查以找出發生問題線段並加以更換。
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匯流排式拓樸
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星狀拓樸
在星狀拓樸中，個別的電腦會使用各自的線
路連接至一台中間連接裝置，這個裝置通常
是集線器（Hub），所有的節點被連接至集線
器並透過它進行溝通。
星狀拓樸示意圖
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環狀拓樸
環狀拓樸一般較不常見，使用環狀拓樸的網
路主要有IBM的「符記環」（Token Ring）網
路，符記環網路使用「符記」(token)來進行
資料的傳遞。
優點
是網路上的每台電腦都處於平等的地位，
缺點
是當網路上的任一台電腦或線路故障，其它電腦部會受
到影響。
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環狀網路示意圖
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網狀拓樸
由於每個裝置至少與其它兩個裝置進行連接
，所以網狀拓樸的網路會具備有較高的容錯
能力，也就是如果此條線路不通，還可以用
另外的路徑來傳送資料。
但網狀拓樸的成本較高，要連接兩台以上的
裝置也較為複雜，所以建置不易，一般還是
很少看到網狀拓樸的應用。
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網狀拓樸示意圖
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2-4 承載訊號與傳輸方式
通常資料的承載訊號可分成「數位」與「類
比」兩種。「數位」就如同電腦中階段性的
高低訊號，而「類比」則是一種連續性的自
然界訊號(如同人類的聲音訊號)。如下圖所示
：
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單工傳輸
在單工傳輸模式(Simplex Transmission
Mode)的環境中，發送端是做為傳送資料的工
作，而接收端就只能做接收資料的工作。
單工傳輸模式只能遵循著一種方向來進行資
料傳送。
例如一般廣播系統中，電波發射器只能做發
射訊號動作，而收音機就只能做接收訊號的
動作一樣。
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半雙工傳輸
在半雙工傳輸模式(Half-duplex Transmission)
的環境中，發送端與接收端一次只能做一種
傳輸動作，當發送端在進行資料傳輸時，接
收端便不能做傳送動作。
例如一般市面上火腿族所用的無線電就是一
種半雙工的傳輸設備。
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全雙工傳輸
在全雙工傳輸(Full-duplex Transmission) 環
境中，發送端與接收端可同時做傳送與接收
的動作。
例如日常生活上，電話就是最常見的全雙工
傳輸設備，當我們在向對方發話的同時，對
方也能夠同步發話給我們。
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頻寬與寬頻簡介(1)
「頻寬」
以每秒能夠傳輸資料量的多寡來表示資料的傳輸
速率，計算的單位則是用每秒多少位元來計算，
也就是一般所見的「bps」（bits per second）。
數據機的傳輸速率單位如下：
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頻寬與寬頻簡介(2)
寬頻(Broadband)
在傳輸媒介上可同時傳送數個頻道資料的傳輸方
式，已就是讓許多節點同時共用一條線路，好比
是多線道路的高速公路，汽車可以同時平行前進
一樣，例如 ISDN(整合式服務數位網路)、ADSL(
非對偁數位用戶專線)等，都屬於寬頻傳輸。
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2-5 連線傳輸技術
電路交換
由於所建立的線路為兩個主機獨自擁有，因此不
會有資料擁塞的問題。
如果兩個主機一直要使用此連線，那這個線路就
會一直由它們所擁有，不過在建立兩端的連線時
會多花上一點時間，而且無法讓其他節點使用正
在連線的線路，另外費用也較貴，連線時間也較
緩慢。
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訊息交換
以「先儲存再發送」（Store and Forward）
的方式進行。
當資料傳送到每一節點時，還會進行錯誤檢
查，傳輸錯誤率低。
缺點是傳送速度也慢，需要較大空間來存放
等待的資料，另外即時性較低，重新傳送機
率高，較不適用於大型網路。
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封包交換
是一種結合電路交換與訊息交換優點的交換
方式，利用電腦儲存及「前導傳送」（Store
and Forward）的功用，將所傳送的資料分為
若干「封包」（packet）。
優點
節省傳送時間，並可增加線路的使用率。對遠距
離且短時間的傳送，分封交換網路是一種高效率
與可靠度的網路。
缺點
是由於封包傳送順序不一，需要花費封包重組的
成本。
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2-6 網路傳輸媒介
同軸電纜
是由內外兩層導體構成，所使用的材質通常是銅
導體，內層導體為了避免斷裂常會以多蕊的銅導
體集結而成，而外層導體形成網狀圍繞內層導體
，因此具有遮蔽的效應，可以減低電磁方面的干
擾，兩層導體之間以絕緣體加以隔絕，最外層則
為塑膠套：
同軸電纜外部與內部構造圖
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雙絞線
將導線成對絞在一起的目的是為了防止雜訊
（Noise）干擾與串音（Crosstalk）現象。
藉由兩條導線相互絞在一起，則可以降低外
部電磁場的干擾（並無法完全消除此干擾）
，絞繞的次數越多，抗干擾的效果越好，但
相對地成本也會較高。
雙絞線外觀圖
RJ-11與RJ-45接頭外觀圖
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光纖電纜(1)
傳遞原理是當光線在介質密度比外界低的玻
璃纖維中傳遞時，如果入射的角度大於某個
角度（臨界角），就會發生全反射的現象，
也就是光線會完全在線路中傳遞，而不會折
射至外界，如下圖所示：
光纖剖面圖
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光纖電纜(2)
光纖的傳輸速率極快，其最高速率可達2Gbps
，所以其應用主要是在高速網路上，例如
100BaseFX高速乙太網路、「非同步傳輸模
式」網路（Asynchronous Transfer Mode，
ATM）、「光纖分散式介面」（Fiber
Distributed Data Interface ，FDDI）、海底電
纜等高速網路上。
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2-7 網路參考模型
OSI參考模型
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OSI參考模型(1)
應用層
在這一層中運作的就是我們平常接觸的網路通訊
軟體，例如瀏覽器、檔案傳輸軟體、電子郵件軟
體等，它的目的在於建立使用者與下層通訊協定
的溝通橋樑，並與連線的另一方相對應的軟體進
行資料傳遞。
通常這一層的軟體都採取所謂的主從模式。
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OSI參考模型(2)
表現層
主要功能是讓各工作站間資料格式能一致，包含
字碼的轉換、編碼與解碼、資料格式的轉換等。
例如全球資訊網中有文字、各種圖片、甚至聲音
、影像等資料，而表現層顧就是負責訂定連線雙
方共同的資料展示方式，例如文字編碼、圖片格
式、視訊檔案的開啟等等。
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OSI參考模型(3)
會議層
是在於建立起連線雙方應用程式互相溝通的方式
，例如何時表示要求連線、何時該終止連線、發
送何種訊號時表示接下來要傳送檔案，也就是建
立和管理接收端與發送端之間的連線對談形式。
例如在連線遊戲時，就不能發生客戶端按一下方
向鍵表示要移動遊戲中的人物1格，伺服端卻認為
這是要移動人物10格，這就是會議層中應該實作
的規範。
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OSI參考模型(4)
傳輸層
主要工作是提供網路層與會談層一個可靠且有效
率的傳輸服務，例如TCP、UDP都是此層的通訊
協定。
傳輸層所負責的任務就是將網路上所接收到的資
料，分配（傳輸）給相對應的軟體，例如將網頁
相關資料傳送給瀏覽器，或是將電子郵件傳送給
郵件軟體，而這層也負責包裝上層的應用程式資
料，指定接收的另一方該由哪一個軟體接收此資
料並進行處理。
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OSI參考模型(5)
網路層
是負責解讀IP位址並決定資料要傳送給哪一個主
機，如果是在同一個區域網路中，就會直接傳送
給網路內的主機，如果不是在同一個網路內，就
會將資料交給路由器，並由它來決定資料傳送的
路徑，而目的網路的最後一個路由器再直接將資
料傳送給目的主機。
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OSI參考模型(6)
資料連結層
由於IP位址只是邏輯上的位址，而真正的網路是
以實際的硬體裝置來連結，實體的位址與邏輯的
位址這中間轉換的工作是由資料連結層負責這項
工作，它可以透過「位址解析協定」（Address
Resolution Protocol, ARP）來取得網路裝置的「
媒體存取控制位址」（Media Access Control
Address，MAC），MAC位址是網路裝置的實體
位址，像是網路卡就是直燒錄在EEPROM上的網
路卡卡號。
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OSI參考模型(7)
實體層
是OSI模型的第一層，所處理的是真正的電子訊
號，主要的作用是定義是實際定義網路資訊傳輸
時的實體規格，包含了連線方式、傳輸媒介、訊
號轉換等等，也就是對數據機、集線器、連接線
與傳輸方式等加以規定。例如我們常見的「集線
器」（Hub），也都是屬於典型的實體層設備。
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2-8 認識通訊協定
TCP協定
TCP的資料傳送是以「位元組流」來進行傳送，
資料的傳送具有「雙向性」。
建立連線之後，任何一端都可以進行發送與接收
資料，而它也具備流量控制的功能，雙方都具有
調整流量的機制，可以依據網路狀況來適時調整
。
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IP協定
是TCP/IP協定中的運作核心，存在DoD網路
模型的「網路層」(network layer)，也是構成
網際網路的基礎，是一個「非連接式」
(Connectionless)傳輸，主要是負責主機間網
路封包的定址與路由，並將封包(packet)從來
源處送到目的地。
IP協定可以完全發揮網路層的功用，並完成IP
封包的傳送、切割與重組。也就是說可接受
從傳輸所送來的訊息，再切割、包裝成大小
合適IP封包，然後再往連結層傳送。
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UDP協定
對於一些小型但頻率高的資料傳輸，這些工
作都會耗掉相當的網路資源。
UDP則是一種非連接型的傳輸協定，他允許
在完全不理會資料是否傳送至目的地的情況
進行傳送，當然這種傳輸協定就比較不可靠
。
不過它適用於廣播式的通訊，也就是UDP還
具備有一對多資料傳送的優點，這是TCP一
對一連線所沒有。
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ARP協定
是在『探測』封包內加入此IP擁有者的要求，
然後針對網路上所有的實體位址進行廣播
(Broadcast)。
一旦擁有此IP的電腦收到封包時，就會回覆對
方，告訴自己的實體位址。
「位址解析協定」會有一份對照清單，用來
記錄IP與實體位址，因此無須每次都要送出探
測封包來找尋實體位址。
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ICMP協定
「網際網路控制訊息協定」(Internet Control
Message Protocol,ICMP)
是用來偵測網路狀態的協定，主要是用來報
告網路上的錯誤狀況，可以產生與IP相關的測
試封包，例如Ping指令是傳送一個ICMP封包
給某部主機，以偵測該主機的狀態。
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2-9 有線區域網路
乙太網路(1)
是目前最普遍的區域網路存取標準，通常用於匯
流排型或星型拓樸。
由於它具備有傳輸速度快、相關設備組件便宜與
架設簡單等特性，使得中小企業或學校的辦公室
中，大部份都是採用此種架構來建立區域網路。
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乙太網路(2)
乙太網路架構圖
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乙太網路(3)
乙太網路起源於1976年全錄公司將乙太網路
正式轉為實際的產品，1979年Xerox、DEC、
Intel三家公司試圖將10-Mbps Ethernet規格交
由IEEE協會(電子電機工程師協會)制定成標準
。常見的三種規格如下：
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乙太網路(4)
高速乙太網路
1995年IEEE 正式通過802.3u規格定義了高速乙
太網路（Fast Ethernet），將10Mpbs的乙太網路
提昇為100Mbps。常見的兩種規格如下：
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乙太網路(5)
超高速乙太網路
1995年IEEE開始研究傳輸速率可達1000Mpbs的
乙太網路標準，並於1996年正式成立802.3z小組
著手制定超高速乙太網路標準。
1998年6月底IEEE 802.3z標準委員會通過傳輸速
率高達1Gigabit（即1000Mbps）的超高速乙太網
路。
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記號環網路
由IBM 在1980年代所發展的區域網路技術，
網路相關資訊則規範於IEEE 802.5標準中，
它的存取速度有4Mbps與16Mbps兩種。
標準傳輸速度為4Mbps。
利用記號傳遞(Token Passing) 來做媒介存取
控制，傳送資料時毋須做碰撞偵測動作，不
過傳送資料之前，電腦必須先取得記號封包
。
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光纖分散式資料介面網路
是由ANSI與ISO於1990年代所制定的標準，
採用分離式雙環狀網路架構與環狀網路的結
構，不過是一種具備有「兩個環」的環狀網
路，也就是一個為「主環」與另一個為「次
環」。
可預留一個備份線路以防不時之需，即光纖
式網路，傳輸速率為100Mbps，主要是用來
作為骨幹網路或高性能的區域網路。
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ATM網路
它可以同時傳送聲音、影像與一般性資料等
內容，並且在OSI模型中屬於資料連結層的通
訊協定。
ATM網路主要應用於骨幹網路連結其它的區
域網路，如果有必要也可以架構成區域網路
或連結公眾網路來使用。
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2-10網路連線裝置
中繼器(1)
為了讓訊號能夠傳送更長的距離，可以使用中繼
器（repeater）來再生訊號，其可以將衰減的電
位訊號予以模擬放大，然後再傳送至下一個網段
中，不過由於是根據原來衰減過的訊號加以模擬
放大，與原訊號相比就有失真的情況，如果經過
長距離多次放大之後，訊號就會變得無法辨識了
，所以通常使用中繼器來進行再生訊號的話，所
使用的中繼器最多不超過三台。
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中繼器(2)
中繼器可以將訊號重新整理再傳送
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集線器
主要使用於星狀網路中，用來連接網路上不
同的電腦裝置，集線器可以分為「被動式集
線器」與「主動式集線器」，被動式集線器
單純地用來連接電腦裝置，而主動式集線器
尚具備有中繼器的功能，可以將訊號再生後
再傳送至網路上。
集線器
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橋接器
橋接器是在OSI模型的實體層與資料連結層運
作，除了具備中繼器或集線器的功能外，也
還有「訊框」（Frame）過濾的功能，也就是
有過濾資料封包的能力。
橋接器可以連接兩個相同類型但通訊協定不
同的網路，並藉由位址表(MAC位址)判斷與過
濾是否要傳送到另一子網路，是則通過橋接
器，不是則加以阻止，如此就可減少網路負
載與改善網路效能。
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交換器(1)
交換器具有橋接器過濾封包的功能，所以若
不屬於另一個網段上的封包，則會過濾不予
通過。
所以若有一個電腦裝置連接至交換器，它將
會擁有該條線路上所有的頻寬，連接至交換
器上的電腦可以是伺服器，或是一整個區域
網路，通常為了提高伺服器的存取效率，會
將伺服器直連接至交換器上，而將其它個別
的網路以集線器連接後，再連接至交換器。
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交換器(2)
交換器使用示意圖
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路由器
又稱「路徑選擇器」，是屬於OSI模型網路層
中運作的裝置。
它可以過濾網路上的資料封包，且將資料封
包依照大小、緩急來選擇最佳傳送路徑，以
將封包傳送給指定的裝置。
除了具備中繼器、集線器、橋接器功能外，
它還具有「尋徑」（Routing）的功能。
路由器可在不同網路拓樸中選擇最佳封包路俓
57
閘道器(1)
閘道器可以運作於OSI模型的七個階層，所以
它可以處理不同格式的資料封包，並進行通
訊協定轉換的動作。
不論網路系統使用何種廠牌、硬體或軟體，
只要閘道器有支援都可以順利連接與轉換。
因此可以使用閘道器來連接不同通訊協定的
網路系統。
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閘道器(2)
閘道器可轉換不同網路拓樸的協定與資料格式
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2-11 無線通訊傳輸
光學傳輸(1)
以目前所知道的傳輸媒介中，光的傳播速率是最
快的。因此在無線通訊技術中，便利用光的特性
來進行資料的傳送，以提升資料傳輸的效率。目
前採用「光」方式來作為傳輸媒體的光線，有「
紅外線」（Infrared）與「雷射」（Laser）兩種
：
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光學傳輸(2)
紅外線（Infrared，IR）
紅外線傳輸乃是採取「點對點」（peer to peer）
的傳輸架構，其傳輸速率在9.6KBPS～4MBPS範
圍間。另外它的傳輸距離在1.5公尺以內，而且兩
設備（節點）間訊號的接收角度必須控制在±15度
內。
紅外線適合筆記型電腦間的傳輸
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光學傳輸(3)
雷射光（Laser）
雷射光較一般光線不同之處在於它會先將光線集
中成為「束狀」，然後再投射到目的地。
除了本身所具備的能量較強外，同時也不會產生
「漫射」的情形。
在光學無線網路傳輸的安全機制中，雷射就遠比
紅外線來的強，而且傳輸距離也較紅外線遠。
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無線電波傳輸
無線電波的「頻帶」（Band）在每一個國家
中都屬於相當珍貴的資源，通常會有相當嚴
格的使用管制。
不過依照國際慣例，一般會將2.4～2.4835
GHz的頻率範圍，定訂為「公用頻帶」區，
而不加以管制，以提供給國家內的工業、醫
療、科技等方面來使用。
而無線網路通訊中所使用的頻帶，也同樣是
這個開放的「公用頻帶」範圍。
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2-12 無線區域網路通訊標準
802.11a
採用一種多載波調變技術，稱為「正交分頻多工
技術」（Orthotgonal Frequency Division
Multiplexing,OFDM），工作於5GHz頻段上，最
大傳輸速率可達54Mbps，傳輸距離約50公尺，而
802.11a優勢在於傳輸速率快且受干擾少，但價格
相對較高。
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802.11g
802.11g標準結合了目前現有802.11a與
802.11b標準的精華，在2.4G頻段使用OFDM
調製技術，使數據傳輸速率最高提升到54
Mbps的傳輸速率。
802.11g穩定的效能與54Mbps的傳輸速率已
經成為無線區域網路的一項新標準，而且在
成本價格逐漸滑落的情況下，目前已成為無
線區域網路的主流產品。
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802.11n
IEEE 802.11n是一項新的無線網路技術，除
了可以加快連線速度，更可以傳送更遠的距
離。
其資料傳輸速度估計將達540Mbit/s，此項新
標準比802.11g快上10倍左右，許多廠商寄望
802.11n能成為數位家庭中主要的無線網路技
術，並做為數位影音串流的應用。
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藍芽技術
主要支援「點對點」（point-to-point）及「點
對多點」（point-to-multi points） 的連結方
式，它使用2.4GHz頻帶，目前傳輸距離大約
有10公尺，每秒傳輸速度約為1Mbps，預估
未來可達12Mbps。
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2-13 行動通訊系統
AMPS
是北美第一代行動電話系統，採類比式訊號傳輸
，即是第一代類比式的行動通話系統。
類比式行動電話的缺點是通話品質差、服務種類
少、沒有安全措施、門號容量少等。
在國內，類比式行動電話系統已經正式走入歷史
，例如早期耳熟能詳的「黑金剛」大哥大，原本
090開頭的使用者將自動升級為0910的門號系統
。
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GSM
是屬於無線電波的一種，因此必須在頻帶上
工作，由於各個國家所使用的GSM系統規格
上會有不同，因此GSM通常被使用在三種頻
帶上－900MHz、1800MHz、1900MHz。
GSM通訊系統的訊號傳送方式與傳統的有線
電話一樣，是屬於一種「電路交換」（Circuit
Switch） 式的傳輸技術。
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GPRS
GPRS採用的無線調變標準、頻帶、結構、跳
頻規則及「分時多重擷取技術」（Time
Division Multiple Access,TDMA）都與GSM
相同，但是GPRS允許兩端線路在封包轉移的
模式下發送或接收資料，而不需要經由電路
交換的方式傳遞資料。
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3G/3.5G/3.75G/4G
3G
主要目的是透過大幅提升數據資料傳輸速度，並
採用與Internet相同的IP技術，將無線通訊與網際
網路等多媒體通訊結合的新一代通訊系統。
除了2G時代原有的語音與非語音數據服務，還多
了網頁瀏覽、電話會議、視訊電話、傳送或下載
資料等多媒體動態影像傳輸。
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3G/3.5G/3.75G/4G
3.5G
主要用來加快用戶端設備(User Equipment, UE)
的下行傳輸速率，如今全球都在推行HSDPA，例
如3G基地台軟體升級成支援3.5G、HSDPA功能
擴充卡、支援HSDPA的新款手機或筆記型電腦內
建HSDPA等。
如果上網的地方未支援3.5G無線網路，3.5G無線
網路還會自動轉換為3G或GPRS無線網路。
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3G/3.5G/3.75G/4G
3.75G
由於HSDPA 上傳速度不足(只有 384Kb/s)，後來
又開發了高速上行分組接入(High Speed Uplink
Packet Access, HSUPA）的技術，又稱3.75G，
其上傳速度達 5.76Mb/s，3.75G提供了雙向視訊
或網路電話更佳傳輸速率的頻寬環境。
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3G/3.5G/3.75G/4G
4G
是指行動電話系統的第四代，它的願景是希望建
構完備的高速無線通訊系統，但目前尚未有確切
規格的概念，不過由於Intel大力推動WiMax（
Worldwide Interoperability for Microwave
Access, 微波存取全球互通）技術，因此受到手
機大廠及電信業者的支持，最有可能成為日後4G
技術的主流。
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WAP
主要用來制定在無線通訊設備上一種執行
Internet網路存取服務的開放標準。
有點類似HTTP對於Internet的協定，但WAP
最主要是針對無線通訊設備所開發，因為無
線通訊設備的頻寬相當有限，而且螢幕也較
小。
75
本章結束
Q&A討論時間
76