Chapter 1 Networking Components

1. Chapter 1 Networking Components

2. Overview • 網路簡介 • 網路拓樸 (Topology) • 網路架構設計範例 • 網路模型與TCP/IP協定 • Demonstration Network

3. 何謂網路 • 藉由一群的電腦，透過彼此共同的實體媒介（纜線或無線傳輸媒介）互相連接在一起，以達到資源(印表機、儲存體、CPU 、記憶體及檔案…等等)共享的目的

4. 網路的連接性(Connectivity) • 基本元素 • 連結( link )： • 纜線或無線傳輸介質 • 節點( node )： • 一般電腦或特定功能的電腦(設備) • 存取方式 • 點對點( point-to-point )：獨享頻寬 • 多重存取( multiple-access)：共用頻寬

5. 網路的連接性 (cont.) • 連接方式 • 點對點( point-to-point )：直接相連(實體相連) • 端點對端點(End-to-End)：間接相連(跨網路相連)

6. unicast multicast 傳輸模式 • Unicast (單點傳輸) • Multicast (群播) • Broadcast (廣播) broadcast

7. 交換網路(Switched Network) • 電路交換 (circuit-switched) • 電話系統、專屬電路 • 分封交換 (packet-switched) • 電腦網路 • 將待送資料切成許多封包(packet)送出，到目的地再進行資料重組 • store-and-forward

8. 多工(Multiplexing) • 同步分時多工(Time-Division Multiplexing, TDM) • 分頻多工(Frequency-Division Multiplexing, FDM)

9. 多工與解多工示意圖

10. 網路拓樸 (Topology) • 匯流排 ( Bus ) 網路 • 星狀 ( Star ) 網路 • 環狀 ( Ring ) 網路

11. 匯流排 ( Bus ) 網路

12. 匯流排 ( Bus ) 網路 (cont.)

13. 星狀 ( Star ) 網路

14. 星狀 ( Star ) 網路 (cont.)

15. 環狀 ( Ring ) 網路

16. 環狀 ( Ring ) 網路 (cont.)

17. 網路架構設計範例

18. 家庭兩台以上電腦，由ADSL 上網

19. 小型網路含無線網路架構，無連上Internet之功能小型網路含無線網路架構，無連上Internet之功能

20. 具有上網功能的小型網路架構

21. 具有上網功能的中型網路架構(T1專線式)

22. 校園網路架構

23. 企業VPN 架構範例

24. OSI 7 Layer Reference Model • ISO 的 OSI 7 Layer Reference Model 是目前共同的網路設計參考模型 • ISO 指 International Organization for Standardization • OSI 表示Open System Interconnection，OSI 7 Layer 將網路運作概分為七層，然而TCP/IP 網路實際上並沒有分得如此詳細

25. 模型的用途 • 一個適當的模型能將複雜的事情具體化、簡單化。而網路上的工作錯綜複雜, 倘若能利用一個好的模型來說明, 肯定能對學習有正面的幫助。然而網路模型的設計, 實無定法, 各家的模型皆有所長。

26. OSI 模型的 7 層架構簡介

27. OSI 模型的 7 層架構簡介

28. 第 1 層：實體層 • 實體層主要是負責實體傳輸媒介的規格訂定 • 例如纜線(Cable) 、光纖(Fiber)、雙絞線(Twisted Pair)以及連接端的規格，其中亦包括了傳輸的訊號種類及轉換等

29. 第 1 層：實體層 • 無論何種通訊, 最終得透過實體的傳輸介質來連接。所以數位資料在傳送之前, 可能會經過轉換, 轉變為光脈衝或電脈衝以利傳輸, 這些轉換及傳輸工作便是由實體層負責。此外, 決定傳輸頻寬、工作時脈、電壓高低、相位...等等細節, 也都是在此層規定。

30. 連接不同Layer 1的網路

31. 第 2 層：鏈結層 • 同步 • 偵錯 • 制定媒體存取控制的方法

32. 第 2 層：鏈結層 • 確保節點與節點間(node-to-node)透過實體層能夠正確有效的傳輸

33. 第 2 層：鏈結層 • 資料鏈結層負責將最初步的資料編碼與資料封裝為傳送框訊(Frame) • 每一Ethernet網卡中有一唯一的 48 bits的編號，稱之為實體層位址 (MAC Address 或是 Physical Address) • MAC 代表 Media Access Control

34. MAC Frame Format

35. MAC Frame Format (Cont.) • Preamble: synchronization • Start Frame Delimiter (SFD): Frame being received • Destination Address • Source Address • Length (minimum = 64, maximum = 1518 ) • LLC (Logical Link Control) • Packet • PAD: Bytes added (length of frame <64 bytes) • FCS (Frame Check Sequence)

36. 制定媒體存取控制的方法 • 當網路上的多個裝置都同時要傳輸資料時, 如何決定其優先順序？是讓大家公平競爭、先搶先贏？或是賦予每個裝置不同的優先等級？這套管理辦法通稱為媒體存取控制方法 (Media Access Control Method, MAC Method)。

37. 同步 • 網路上可能包含五花八門、不同廠牌的裝置, 沒人敢肯定所有裝置都能同步作業。因此鏈結層協定會在傳送資料時, 同時進行連線同步化, 期使傳送與接收雙方達到同步, 確保資料傳輸的正確性。

38. 偵錯 • 接收端收到資料之後, 會先檢查該資料的正確性, 才決定是否繼續處理。檢查錯誤的方法有許多種, 在鏈結層最常用的是：傳送端對於即將送出的資料, 先經過特殊運算產生一個 CRC (Cyclic Redundancy Check) 碼, 並將這個碼隨著資料一起傳過去。而接收端也將收到的資料經過相同的運算, 得到另一個 CRC 碼, 與對方傳過來的相比較, 即可判定收到的資料是否完整無誤。

39. 連接不同Layer 2 以下的網路

40. 第 3 層：網路層 • 定址 • 選擇傳送路徑

41. 第 3 層：網路層 • 主要功能為Packet 的繞送 (Routing) 與選擇路由 (Route)，封包的切割 (Fragmentation) 等。 • 此層中最著名的例子是TCP/IP中的IP (Internet Protocol) • 在網路層中，有一最重要的位址觀念：IP Address • 此層是使用connectionless，所以僅以best effort方式傳送資料，不保證資料會送達，以方便上層(傳輸層TCP/UDP)來控制

42. 定址 • 在網路世界裡, 所有網路裝置都必須有一個獨一無二的名稱或位址, 才能相互找到對方並傳送資料。至於究竟採用名稱或位址？命名時有何限制？如何分配位址？這些工作都是在網路層決定。

43. 選擇傳送路徑

44. 傳送的可能路徑

45. 連接不同Layer 3 以下的網路

46. 第 4 層：傳輸層 • 編定序號 • 控制資料流量 • 偵錯與錯誤處理

47. 第 4 層：傳輸層 • 連線建立與解除 (Connection Establishment /Tearing Down) • 如TCP (Transmission Control Protocol) • 端點對端點 (End-to-End)、流量控制 (Flow Control) • 不是Node-to-Node Flow Control • 壅塞控制 (Congestion Control)

48. 編定序號 • 當所要傳送的資料長度很大時, 便會將其切割成多段較小的資料, 而每段傳送出去的資料, 未必能遵循先傳先到的原則, 有可能先傳後到, 因此必須為每段資料編上序號, 以利接收端收到後能組回原貌。

49. 控制資料流量 • 如同日常生活中難免遇到塞車, 網路傳輸也會遇到壅塞 (Congestion) 情形。此時傳輸層協定便負責通知傳送端：「這裡塞住了, 請暫停傳送資料！」等到恢復順暢後, 再告知傳送端繼續傳送資料。換言之, 就像交通指揮員, 控制資料流 (Data Flow) 的順暢。

50. 偵錯與錯誤處理 • 這裡所用的偵錯方式, 可以和鏈結層相同或不同, 兩者完全獨立。一旦發現錯誤, 也未必要求對方重送。例如：TCP 協定會要求對方重送, 但 UDP 協定則不要求對方重送。