连线传输技术课件.ppt
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1、課前指引當個人電腦剛開始出現在企業界,軟體應用只設計用於單一使用者,但隨著電腦在企業與組織間的普遍化,以電子傳輸兩部電腦資料的網路通訊,就成為電腦科技的主要焦點,後來網際網路的快速成長也同時激勵了資料通訊的普遍化。因此網路科技已成為整個電腦產業中最為急遽成長的領域,不論是公司、學校或者日常生活的食衣住行中,都可以發現網路通訊的相關應用。備註:可依進度點選小節 1-1 網路簡介網路簡介 1-2 資源共享架構簡介資源共享架構簡介 1-3 區域網路連結模式區域網路連結模式 1-4 承載訊號與傳輸方式承載訊號與傳輸方式 1-10 網路連線裝置網路連線裝置 1-11 認識無線網路認識無線網路 1-12
2、無線廣域網路無線廣域網路 1-13 無線都會網路無線都會網路 1-5 連線傳輸技術連線傳輸技術 1-6 網路傳輸媒介網路傳輸媒介 1-7 網路參考模型網路參考模型 1-8 認識通訊協定認識通訊協定 1-9 有線區域網路有線區域網路 1-14 無線區域網路無線區域網路 1-15 無線個人網路無線個人網路 1-16 App的快速發展的快速發展 1-17 無線射頻辨識技術無線射頻辨識技術(RFID)31-1 網路簡介 網路系統的作用就是利用媒介體將不同得電腦系統及週邊設備連接起來,再配合適當的軟體和硬體,建立電腦和電腦間的聯繫管道。資源共享、傳遞訊息 41-1 網路簡介 最早的網路系統 電話網路網路
3、的目的本來就是在於交換訊息與資料之用,透過電話網路,您就可以與他人進行語音聯絡、傳真訊息等等。51-1 網路簡介 網路的形式依據規模、距離遠近與架設範圍來區分區域網路、都會網路、廣域網路6區域網路(LAN)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 7都會網路(MAN)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。8廣域網路(WAN)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 91-2 資源共享架構簡介將網路依照
4、資源共享架構來區分主從式架構(Client/Server)對等式架構(Peer-to-Peer)10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 11伺服器型網路優點管理方便權限控制版本控制缺點專用伺服器專人管理成本較高 12對等型網路 對等型網路結構示意圖 網路上所有的電腦節點彼此都有相等的關係,並且全部有類似的軟體,用來支援共享資源。13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,
5、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。141-3 區域網路連結模式 網路拓樸 網路透過實體或是邏輯排列形狀,亦可說網路連線的型狀。網路連結型態也就是指網路的佈線方式。匯流排、星狀、環狀、網狀15最簡單也是最便宜的網路拓墣安排方式單一管線,所有裝置都連接到這條線上匯流排式拓樸 匯流排式拓樸 16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
6、問題線段並加以更換。17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 18星狀拓樸 優點單一線路問題不會影響其他線路移除與加入裝置容易缺點佈線成本較高集線器故障19環狀拓樸 環狀網路示意圖 以環狀的方式相連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。20環狀拓樸 優點網路上的每台電腦都處於平等的地位,缺點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。21網狀拓樸 網狀拓樸示意圖 一台電腦至少與其他
7、兩台裝置進行連接。22網狀拓樸 優點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。缺點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。231-4 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:241-4 承載訊號與傳輸方式 類比訊號轉成數位訊號取樣與失真25資訊傳輸的工作模式 在裝置之間進行資訊傳輸,可一期工作模是區分成三類:單工半雙工全雙工
8、26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。27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。28全雙工傳輸 在全雙工傳輸(Full-duplex Transmissio
9、n)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。29頻寬與寬頻簡介 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:30頻寬與寬頻簡介 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
10、寬頻傳輸。311-5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。32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。33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(S
11、tore 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。341-6 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 35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(
12、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 36雙絞線 遮蔽式雙絞線金屬箔片細導線37光纖電纜 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 續下頁續下頁38 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(As
13、ynchronous 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。39無線電波依照波長來區分地波天波直線傳送(LOS:Line of Sight)401-7 網路參考模型 OSI參考模型 41 OSI參考模型應用層 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。42 OSI參考模型表現層 主要功能是讓各工作站間資料格
14、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。43 OSI參考模型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。44 OSI參考模型傳輸層 主要工作是提供網路層與會談層一個可
15、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。45 OSI參考模型網路層 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。46 OSI參考模型資料連結層 由於IP位址只是邏輯上的位
16、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。47OSI參考模型實體層是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
17、我們常見的集線器(Hub),也都是屬於典型的實體層設備。48 DoD參考模型 DoD模型是個業界標準(de facto),並未經公信機構標準化,但由於推行已久,加上TCP/IP協定的普及,因此廣為業界所採用,DoD模型的層次區分如下圖所示:續下頁續下頁49 處理層這一層的工作相當於OSI模型中的應用層、表現層與會議層三者的負責範圍,只不過在DoD模型中不若OSI模型區分地這麼詳細。主機對主機層主機對主機層所負責的工作,相當於OSI模型的傳輸層,這層中負責處理資料的確認、流量控制、錯誤檢查等事情。續下頁續下頁50網際網路層 相當於OSI模型的網路層與資料連結層,例如IP定址、IP路徑選擇、MAC
18、位址的取得等,都是在這層中加以規範。網路存取層相當於OSI模型的實體層,將封裝好的邏輯資料以實際的物理訊號傳送出去。續下頁續下頁51 OSI模型、DoD模型與TCP/IP協定套件 52 1-8 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。53 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
19、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。54 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。55 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
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