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建構區域網路的基礎

建構區域網路的基礎. IP Class CIDR (Classless Inter-Domain Routing) Network/Mask 網路遮罩的計算 Subnet 子網段的切割 Topology 網路拓樸的設計 設備界接的注意事項 路由基本原理. IP Class. Class A: 遮罩 255.0.0.0 ，每單位 256^3 = 16777216 組合 00000000 => 0.0.0.0 01111111 => 127.255.255.255

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建構區域網路的基礎

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  1. 建構區域網路的基礎 • IP Class • CIDR (Classless Inter-Domain Routing) • Network/Mask 網路遮罩的計算 • Subnet 子網段的切割 • Topology 網路拓樸的設計 • 設備界接的注意事項 • 路由基本原理

  2. IP Class • Class A: 遮罩 255.0.0.0，每單位 256^3 = 16777216 組合 • 00000000 => 0.0.0.0 • 01111111 => 127.255.255.255 • Class B: 遮罩 255.255.0.0，每單位 256^2 = 65536 組合 • 10000000 => 128.0.0.0 • 10111111 => 191.255.255.255 • Class C: 遮罩 255.255.255.0，每單位 256 組合 • 11000000 => 192.0.0.0 • 11011111 => 223.255.255.255 • Multicast: • 11100000 => 224.0.0.0 • 11101111 => 239.255.255.255

  3. CIDR (Classless Inter-Domain Routing) • 非固定限制長度的Network-ID與Mask • 破除 IP Class A/B/C 的限制 • 多單位共用A/B等級，避免浪費 • 收斂路由總數 • 縮小碰撞領域

  4. Network/Mask 網路遮罩的計算 • IP位址經過遮罩過濾之後，剩下來的部分就是網路位址(Network-ID) 140.110.96.123 AND邏輯運算 ---------------- 1 AND 1 = 1 1 AND 0 = 0 0 AND 0 = 0 速記法： 只有兩個1相遇 才會成1，其他 情況都是0 先轉成二進位數字來看 10001100 01101110 01100000 01111011 跟遮罩 255.255.255.0 做 AND 邏輯運算 11111111 11111111 11111111 00000000 結果就是 Network-ID 網路位址 10001100 01101110 01100000 00000000 轉回十進位數字來看 140.110.96.0

  5. 網路遮罩的計算(續) • 可以把遮罩想像成一個洞洞濾網，1的位置就是有開洞，0的位置就是封住沒開洞，所以經過1的會無條件通過，遇到0的就全部歸零 重要原則： 遮罩只能左邊1、右邊0 不能有任何一個1在0的右邊 X X X X

  6. 網路遮罩的計算(續) • 網路遮罩兩種表示法：例:255.255.255.128 • X.X.X.X：將四個Byte各別算成十進位數字來表達 • 11111111.11111111.11111111.10000000 • ----255---.----255----.----255---.----128---- • /數字：在正斜線後面寫十進位數字，表示位元為1的個數 • 例如 /25 • 11111111.11111111.11111111.10000000 • ------------一共有 25 個 1 ---------

  7. Subnet 子網段的切割 • 將一個IP網段分割使用，就是子網段切割，此動作稱為Subnet • 例如 192.192.192.0/24，欲切分八份，就將遮罩增加3位元成 192.192.192.0/27，也就是說，原本為0的遮罩部分左邊將被搶走三個位元改成1 每個子網段能有幾個IP？ 5個位元表示2的5次方也就是2^5=32 每個子網段可配得32個IP 可以分成幾個子網段？ 3個位元表示2的3次方 也就是2^3=8 可切成8個網段

  8. Subnet 子網段的切割(續) • 每個子網段都有兩個IP必須保留不可給任何設備使用： • 第一個IP：做為網路位址(NetworkID)的代表 • 例：140.110.96.0/24 的 140.110.96.0 • 最後一個IP：做為廣播位址(Broadcast) • 例：140.110.96.0/24 的 140.110.96.255 • 閘道器(gateway)至少需要一個IP • 因此每個子網段可給一般使用者的IP數量得先扣掉以上三個

  9. LAN區域網路拓樸的設計 • 以下兩點是矛盾的，必須權衡評估 • 縮小碰撞領域（Collision Domain） • 減少IP浪費 • 設備的選擇 • Hub 集線器 • Switch 切換器 • Gateway 閘道器（Router 路由器） • 以上之比較

  10. 路由基本原理

  11. 路由基本元素 • Network 網路號碼 • 通常是網段描述的第一個IP位址 • Mask 網路遮罩 • Cisco只接受x.x.x.x的寫法，其他廠牌大多還能接受 /number 的寫法 • Next Hop 下一跳 • 為此路由所指定的下一個轉送站的IP位址（不一定在本路由器上），或是本路由器上的某個介面 • 若下一跳的IP並非本路由器的介面，則必須有另外一行包含此下一跳IP在範圍內的路由存在以指明如何到達下一跳 • Distance • 範圍從 1-255 之間的整數 • 數字越小的路由優先權越高 • 一般用來做異種路由協定之間的比較 • Metric • 第二個路由優先權數值，可大於255 • 數字越小的路由優先權越高 • 一般用來做同種路由協定之間的比較

  12. 路由基本元素（續） • Router# sh ip route • Codes: C - connected, S - static, I - IGRP, R - RIP, M - mobile, B - BGP • D - EIGRP, EX - EIGRP external, O - OSPF, IA - OSPF inter area • N1 - OSPF NSSA external type 1, N2 - OSPF NSSA external type 2 • E1 - OSPF external type 1, E2 - OSPF external type 2, E - EGP • i - IS-IS, su - IS-IS summary, L1 - IS-IS level-1, L2 - IS-IS level-2 • ia - IS-IS inter area, * - candidate default, U - per-user static route • o - ODR, P - periodic downloaded static route • Gateway of last resort is 211.79.59.21 to network 0.0.0.0 • B 192.68.132.0/24 [200/0] via 211.79.48.130, 00:56:29 • B 203.254.52.0/24 [20/0] via 140.109.251.90, 10:27:13 • B 192.236.46.0/24 [200/260] via 211.79.48.131, 10:22:57 • B 207.157.86.0/24 [200/847] via 211.79.48.131, 10:23:46 • B 192.55.243.0/24 [200/0] via 211.79.48.130, 2w2d • 140.109.0.0/16 is variably subnetted, 3 subnets, 3 masks • S 140.109.251.243/32 [1/0] via 140.109.251.90 • S 192.168.0.0/16 [1/0] via 192.168.7.1 • 210.200.45.0/27 is subnetted, 1 subnets • i L2 210.200.45.0 [115/30] via 211.79.59.21, TenGigabitEthernet3/1 • 192.150.29.0/24 is variably subnetted, 2 subnets, 2 masks • i L2 192.150.29.156/30 [115/80] via 211.79.59.21, TenGigabitEthernet3/1 • i L2 192.168.12.0/24 [115/30] via 211.79.59.21, TenGigabitEthernet3/1 211.79.60.0/24 is variably subnetted, 13 subnets, 2 masks • i L2 211.79.60.129/32 [115/40] via 211.79.59.21, TenGigabitEthernet3/1 • i L2 211.79.60.144/30 [115/40] via 211.79.59.21, TenGigabitEthernet3/1 • i L2 211.79.60.148/30 [115/40] via 211.79.59.21, TenGigabitEthernet3/1 network mask Next Hop 下一跳 distance / metric 距離數值

  13. Route＆Routing • Route 路由： • 名詞，每一筆路由可以想像為資料庫一筆記錄(Record)，此記錄具有多個欄位，每個欄位各有其意義，不同的路由協定有不同的欄位與格式 • Static Route 靜態路由：由管理者在本機手動設定，非從其他路由器學來的路由 • Dynamic Route 動態路由：從其他路由器交換學來的路由 • Routing： • 動詞，乃指路由器根據路由表來決定網路封包該如何轉送的動作過程

  14. Routing Table ＆ Forwarding Table ＆ Flow Table • Routing Table 路由表： • 各種路由協定都有一個路由表 • 同一個目的地可能會出現在不同的路由表中 • 有重疊時，依照各路由的距離值來選擇其中之一 • 如果一切條件都相當，則通通入選 • Forwarding Table 轉送表 • 上述各個路由表經過規則淬選之後，將最後收斂結果放置入 Forwarding Table • 每當有某種路由表更新時，本表必須重新產生 • Flow Table 流道表 • 當路由器根據前表決定好傳送路徑時，會依照「來源IP/介面」「目的IP/介面」等數個重要欄位，形成短暫的流道表，各界面可以自行參照此表，逕行轉送，不需再煩勞上層處理器 • 此表生命週期甚短

  15. Static Route 靜態路由 • 直接由本機管理者設定在本機內的路由，其距離值內定是1（最高優先） • 非學習所得，因此不會有變化 • 若 Next Hop 指向介面而非IP位址，則介面down的時候，該路由會暫時消失 進入設定編輯模式 network mask Next hop Router# config t Router(config)# ip route 192.168.1.0 255.255.255.0 192.168.0.1 Router(config)# ip route 192.168.2.0 255.255.255.0 192.168.0.1 10 Router(config)# exit Router# sh ip route S 192.168.1.0/24 [1/0] via 192.168.0.1 S 192.168.2.0/24 [10/0] via 192.168.0.1 指令 Distance metric 距離數值

  16. Routing Protocol 路由協定 • 路由器之間用來交換路由表的溝通協定 • 路由協定種類： • RIP/RIP2 (Distance Vector) • OSPF (Link Status) • ISIS (Link Status) • BGP • EIGRP • Distance Vector 距離向量 • 純以距離(Hop數量)作為遠近的判斷依據 • 將學到的路由Hop加一之後再轉送給隔壁 • 收斂快，但是路徑未必是最好的 • Link Status 連線狀態 • 利用群組內每個路由器的路由表綜合出整體的拓樸圖 • 收斂慢，但是比較容易找出最佳路徑

  17. 網路設備 • 線材 • 增益器 • Bridge • Hub • Layer2 switch • Layer3 switch • Switch router • Router • OXC • DWDM / CWDM / Transponder • OADM / FOADM / ROADM

  18. 光網路

  19. 名詞 • 分時多工技術 (Time Division Multiplexing；TDM) • 分頻多工技術 (Frequency Division Multiplexing；FDM) • 波分多工技術 (Wavelength Division Multiplexing；WDM) • 高密度波分多工技術 (Dense Wavelength Division Multiplexing；DWDM) • 光塞取多工技術 (Optical Add-Drop Multiplexing；OADM) • 可重置光塞取多工技術(Reconfigurable OADM; ROADM) • 光交錯連接系統 (Optical Cross-Connect System；OXC) • 同步光纖網路(Synchronous Optical Network；SONET) • 同步數位階層(Synchronous Digital Hierarchy；SDH) • 廣域網路(Wide Area Network；WAN) • 區域網路(Local Area Network；LAN) • 骨幹網 (Backbone Network) • 地區網 (Regional Network) • 接入網 (Access Network) • 都會/接入網 (Metro/Access; MAN) • 光纖都會網 (Metro Optical Networking) • Erbium-Doped Fiber Amplifiers；EDFA • Next Generation SDH/SONET; NGSDH • Ethernet Passive Optical Network；EPON • Optical Burst Switching；OBS • 光電轉換器 (Optical Transponder)

  20. SDH/SONET SDH container size/bit-rates vs. Data bit-rates SDH - TDM DATA C-11 1.600 Mbit/s 10 Mbit/s Ethernet C-12 2.176 Mbit/s 25 Mbit/s ATM C-2 6.784 Mbit/s 100 Mbit/s Fast Ethernet C-3 49.536 Mbit/s 200 Mbit/s ESCON C-4 149.760 Mbit/s 400 Mbit/s 800 Mbit/s Fibre Channel C-4-4c 599.040 Mbit/s C-4-16c 2.396 160 Mbit/s 1 Gbit/s Gigabit Ethernet C-4-64c 9.584 640 Mbit/s 10 Gbit/s 10 Gb Ethernet C-4-256c 38.338 560 Mbit/s

  21. SDH/SONET Transport efficiencies Data SDH Efficiency Ethernet 10 Mbit/s C-3 20% ATM 25 Mbit/s C-3 50% Fast Ethernet 100 Mbit/s C-4 67% ESCON 200 Mbit/s C-4-4c 33% Fibre Channel 400 Mbit/s 800 Mbit/s C-4-4c 67% C-4-16c 33% Gigabit Ethernet 1 Gbit/s C-4-16c 42% 10 Gb Ethernet 10 Gbit/s C-4-64c 100% the solution: Virtual Concatenation

  22. Next Generation SDH/SONET Transport efficiencies Data SDH Efficiency Ethernet 10 Mbit/s C-12-5c 92% ATM 25 Mbit/s C-12-12c 98% Fast Ethernet 100 Mbit/s C-12-46c C-3-2c 100% 100% ESCON 200 Mbit/s C-3-4c 100% Fibre Channel 400 Mbit/s 800 Mbit/s C-3-8c C-4-6c 100% 89% Gigabit Ethernet 1 Gbit/s C-4-7c 95% 10 Gb Ethernet 10 Gbit/s C-4-64c 100%

  23. GMPLS應用 目的:將集中式網管部份功能(provision, restoration)移至NE，設備 智慧化，減少人為介入，user可透過signaling ，直接請求拆 建所需電路，加速service velocity 標準:GMPLS (IETF), ASON (ITU-T) 應用:國內尚未應用，國外亦以Demo/test/field trial居多。 提供廠商: (1)ASON/OIF: Alcatel-Lucent, Ciena, Ericsson, Huawei, Sycamore (2)GMPLS:Calient, Lambda, Movaz, Cisco, Juniper Carrier: (1)商用:AT&T, Telecom Italia, Verizon (2)test/field trial: Deutsche Telekom, France Telecom,KDDI, NTT

  24. G.709/GFP/VCAT/LCAS應用 • G.709 • 定義於ITU-T G.709的一種光信號碼框，方便於inter或intra domain 進行光波長管理與監控，目前普遍應用於DWDM系統傳輸。由於 全光化OTN尚未來臨，現階段主要應用，在於提供transparent transmission (e.g. DCC channel)及利用碼框內建FEC之coding gain ，延伸傳輸距離。 • GFP • 定義於ITU-T G.7041的packet payload封裝技術，使方便於傳輸網路裝 載與傳送。共有GFP-F及GFP-T兩種mapping 方式，前者適合Ethernt MAC、HDLC/PPP、RPR、MPLS等信號封裝，目前最常見之應用是 Ethernet MAC與RPR；後者適合於具有8B/10B信號格式之packet的封 裝，常見之應用是SAN服務信號(FC, FICON, ESCON)之傳送。

  25. VCAT • 定義於ITU-T G.707，是一種將SDH信號頻寬分割傳送技術，讓SDH網路傳送packet信號更有效率，目前普遍應用於NG SDH設備。 • 另外，針對OTN，ITU-T G.709亦定義Virtual Concatenation Of OPUk ，但尚未有商用產品採用。 • LCAS • 定義於ITU-TG.7042，是一種頻寬需求自動增減的協商機制，但它無法單獨啟動，必需搭配NMS或GMPLS確認有可用的resource，運作複雜，目前尚未有商用產品。 • 但是，LCAS搭配VCAT，不需NMS介入，已能完成partial protection 功能(網路故障時，縮減傳送頻寬) ，目前普遍應用於NG SDH設備。

  26. 何謂DWDM • DWDM(高密度波長多工分工器)為Dense Wavelength Division Multiplexer的簡稱，乃利用彩虹分合光波原理，將光分成不同顏色的波長，可運用現有光纖增加頻寬速度，而不同波長分享光纖，在同一條光纖中可傳輸4～32種多種不同光波道信號；凡是分波數高於4個Channel者便為DWDM。 • 傳統的光纖通訊技術一條光纖只有一個通訊頻道，要提高頻寬而又不用大費周章去舖設新的光纖網路的方法有兩大類，一是提高電路系統的操作頻率，然而此類方法將受限於高頻電路的高昂價格。 • 另一辦法為同時傳送許多由不同波長所攜帶的訊息，以此一辦法只要同時傳送4個或16個不同波長的2.5GHz頻寬的訊息，全部的總頻寬就可達到10GHz或40GHz，此辦法成本較低，技術障礙也較低，但系統穩定度較佳，且系統具有可擴充性，這種將不同波長的光分開及合起來的技術即是DWDM技術。 • DWDM設備若加上Transponder卡版即可將光波長變換為SDH、 SONET、10GE等電訊號。

  27. OADM (Optical Add/Drop Multiplexer)光塞取多工器 • OADM • FOADM (Fixed OADM，固定式光塞取多工器) • ROADM (Reconfigurable OADM，可調式光塞取多工器) • FOADM是目前的市場主流，提供固定波長上下載的功能，由於它只能提供特定波長的上下載，並不能滿足都會網路的彈性需求，因此其在都會核心網路的地位將漸漸被可彈性調度波長的ROADM所取代，而漸漸退居於都會邊緣網路及接取網路。

  28. ROADM應用

  29. Applications in metro/core networks

  30. Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexing (ROADM)技術 • 功能定義 2-degree ROADM 1st degree 2nd degree Any wavelengths can be switched to any port . λ1 λ2 λn λ1 λ2 λn λ1 λ2 λn λ1 λ2 λn *additional functions: ALC + AGC + APE

  31. Wavelength Selective Switch (WSS) based ROADM WSS 1x9 switch can be implemented by MEMS, LC, or PLC

  32. STM64 STM16 10GE GE TWAREN (Hybrid Network) 政大 宜大 中研院 台大 6509 15454 6509 7609 7609 7609 東華 6509 15454 7609 15454 15454 3750 6509 15600 中央 15454 12816 12816 15454 7609 暨南 MOEcc 7609C 花蓮 科技大樓 7609 12816 12816 6509 3750 6509 台中 新竹 7609C 交大 15454 7609C 15454 15454 15600 7609 NCHC 12816 NCHC 12816 6509 台南 中興 15454 NCHC 7609C 7609 台東 6509 12816 12816 15454 清華 15454 6509 3750 15600 7609 15454 15454 15454 7609 6509 7609 7609 6509 6509 中山 中正 成大

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