有線網路元件
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有線網路元件. Wired Network Units. 瞭解: 數據機 (Modem) 網路卡 (NIC) 中繼器 (Repeater) 集線器 (Hub) 橋接器 (Bridge). 第 2 層交換器 (Layer 2 Switch) 路由器 (Router) 橋接路由器 (Bridge Router) 第 3 層交換器 (Layer 3 Switch). 學習目標. 數據機. 數據機是專司 調變 (Modulation) 和 解調變 (Demodulation) 的設備 , 透過數據機 , 我們就可以利用電話線傳輸數據資料。

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Presentation Transcript


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有線網路元件

Wired Network Units


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瞭解:

數據機(Modem)

網路卡(NIC)

中繼器(Repeater)

集線器(Hub)

橋接器(Bridge)

第 2 層交換器(Layer 2 Switch)

路由器(Router)

橋接路由器(Bridge Router)

第 3 層交換器(Layer 3 Switch)

學習目標


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數據機

  • 數據機是專司調變(Modulation) 和解調變(Demodulation) 的設備, 透過數據機, 我們就可以利用電話線傳輸數據資料。

  • 最顯而易見的一項應用就是透過數據機和網路服務供應商 (Internet Service Provider, ISP) 連線, 存取網際網路上的資源。


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數據機的分類方式

  • 以連接方式區分

    • 內接式數據機

    • 外接式數據機

  • 以上網頻寬區分

    • 窄頻

    • 寬頻


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內接式數據機

  • 內接式數據機亦稱為數據卡。安裝時要拆卸主機外殼才能安插到主機版上。由於內接式數據機是直接使用主機板上的電源, 因此不需要另外供應電源。


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外接式數據機

  • 傳統外接式數據機是連接到電腦的RS232 連接埠 (又稱為 COM 連接埠) 。

COM1


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外接式數據機

  • 新的個人電腦都配備了通用序列匯流排 (Universal Serial Bus, USB) , 因此目前市面也有不少外接式數據機採用 USB 介面:


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外接式數據機

  • 另 2 種外接式數據機則是透過網路卡和主機連接, 這種類型的數據機是目前寬頻上網的主流設備:纜線數據機(Cable Modem) 和 ADSL 數據機。


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以上網頻寬區分

  • 窄頻指的是頻寬在 56 Kbps 以下的數據機, 也就是傳統的數據機。

  • 寬頻則是指纜線數據機 (Cable Modem) 和 ADSL 數據機這兩種當紅的寬頻上網設備, 上網的頻寬從數百 Kbps 到數千 Kbps 不等。


56kbps v 92

56Kbps 數據機新規格-V.92

  • 快速連線 (QuickConnect)

    • 這個功能可以大幅降低使用者與網路服務供應商之間, 建立連線所需的時間, 將原先 V.90 技術需要 27 秒左右才能完成的動作縮短至 8 ~ 12 秒便可完成。

  • 連線保留 (Modem-on-hold)

    • 可以讓使用者暫時中斷數據機連線功能以接聽電話, 且通話完畢後不須重新撥號即可繼續連線上網 (最多可保留 16 分鐘), 讓消費者擁有更高的使用彈性。


56kbps v 921

56Kbps 數據機新規格-V.92

  • 全新 V.44 壓縮技術與 PCM 上傳功能(PCM upstream)

    • V.44 壓縮技術提供比原有之 V.42bis 技術更高的壓縮比, 以便更有效率地傳輸資料。至於 PCM 技術, 則可以讓上傳速度由 33.6 Kbps 提升到 48 Kbps。


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網路卡

  • 以接頭種類區分

  • 以匯流排 (Bus) 介面區分

  • 以頻寬 (Bandwidth) 區分


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以接頭種類區分

  • 網路卡上的接頭:AUI 接頭、BNC 接頭與 RJ-45 接頭, 它們分別用來連接 3 種不同的網路纜線, 即 AUI 纜線、RG-58 纜線、與雙絞線 (包括 UTP 及 STP 兩種)。

  • 這 3 種線材與接頭, 無論在外觀、機械規格、和電氣特性等方面都截然不同, 很容易一眼就區分出來:


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AUI 接頭


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BNC 接頭


Rj 45

RJ-45 接頭


Bandwidth

以頻寬 (Bandwidth) 區分

  • 目前區域網路的頻寬可區分為 10 Mbps、100 Mbps 和 1000 Mbps 這 3 個等級。

  • 因此若以頻寬來區分網路卡, 也就有這 3 種等級的網路卡, 而因為 100 BaseTX 和 10 BaseT 的網路運作方式大致相同, 故市面上大多都是支援 10/100 Mbps 雙速的乙太網路卡在販售。


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以匯流排 (Bus) 介面區分

  • ISA 介面

  • PCI 介面

  • USB 介面

  • PCMCIA 介面


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ISA 介面

  • ISA (Industry Standard Architecture) 是應用在第一代個人電腦 (PC 或 PC XT) 的匯流排, 有 8 Bits 和 16 Bits 兩種, 不過目前 8 Bits 的 ISA 界面卡在市面上已遭淘汰, 就連 16 Bits 的 ISA 網路卡也因為PCI 網路卡的盛行, 逐漸走上滅絕之路。


16bits isa

16Bits ISA 介面網路卡


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PCI 介面

  • PCI (Peripheral Component Interconnect) 是由 Intel 所主導的匯流排規格, 可以支援 32 Bits 及 64 Bits 的傳輸。

  • 由於它利用一顆 PCI 橋接晶片區隔了CPU 匯流排與 PCI 匯流排, 使得這兩者能夠以各自的時脈來運作, 所以在穩定度與資料傳輸率方面都有重大的改進。

  • 目前市面上 PCI 介面的網路卡以 32 Bits 居多, 同時也是佔有率最高的類型。


32bits pci

32Bits PCI 介面網路卡


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USB 介面

  • 通用序列匯流排 (Universal Serial Bus, USB) 是由 Compaq、DEC、IBM、Intel、Microsoft、NEC 及 Nortel 等 7 家廠商於1996 年所提出的新一代匯流排規格。其目標為提供使用者更易於使用 (ease-of-use) 的週邊設備連接介面。


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USB 介面網路卡

  • 圖3-26 目前的 USB 網路卡多半是 10 Mbps 的版本, 但隨著 USB 2.0 的推出, 市面上也已有支援 100 Mbps 的產品


Pcmcia

PCMCIA 介面

  • PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) 協會於1991 年成立, 原來的目的是要為筆記型電腦的附加式 (Add-in) 記憶卡, 建立一套共同的工業標準, 當時便直接將這些記憶卡稱之為 PCMCIA 卡。

  • 後來各家廠商開始生產各種不同功能的附加記憶卡, 但沿用協會名稱為產品名稱容易導致混淆, 因此日後便將 PCMCIA 卡正式定名為 PC 卡(PC Card)。


Pc card

PC Card 的規格

  • 最常見的是 16-bit PC Card和 Card Bus, 前者的頻寬只有5.33 Mbytes/sec, 而後者可達 132 Mbytes/sec。

  • 因此, 只有 CardBus的網路卡, 才有辦法支援 100 Mbps 乙太網路。


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中繼器

  • 中繼器 (Repeater) 主要的功能就是將收到的訊號重新整理, 使其恢復原來的波形和強度。

  • 由於中繼器的功能極為單純, 因此對應到 OSI 模型裡,中繼器是位在最底層─ 實體層(Physical Layer) ─ 工作。

  • 因為中繼器只是單純的把訊號重新整理再送出去, 所以不管中繼器兩端連接的線材為何, 只要是相同的網路架構, 都可以利用中繼器加強訊號, 延長傳輸距離。


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中繼器

  • 像下面這台中繼器就可以將雙絞線和光纖、同軸電纜線連接起來:


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中繼器

  • 而下面這台中繼器則可連接使用 AUI 纜線、雙絞線與同軸電纜線的網路:


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集線器

  • 集線器 (Hub) 是 10BaseT 和100BaseTX 網路都會用到的設備, 在本質上也是一種中繼器, 所以也是屬於實體層的設備。

  • 集線器上面的 RJ-45 插槽通常稱為 Port, Port 數目的多寡並沒有一定, 從 4 Ports 到 32 Ports 皆屬常見, 更大型的集線器甚至採用模組化架構, 每插入一片類似介面卡的集線器模組, 就能擴充數十個 Port, 這種集線器又稱為 Concentrator。


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集線器


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集線器的種類

  • 除了以 Port 數量多寡來區分集線器之外, 另一項非常重要的考慮因素為所適用的頻寬, 如同網路卡一樣, 集線器也分為適用於 10 Mbps、100Mbps 和 1000 Mbps 3 種頻寬。

  • 由於網路硬體技術不斷地進步, 新一代產品幾乎都能支援前一代的規格。

  • 所以支援 1000Mbps 的集線器也能支援 10Mbps 和 1000Mbps 兩種頻寬, 而且都已經具備交換器 (Switch) 的功能。


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集線器的種類

  • 10 Mbps 集線器

    • 10 Mbps 集線器當然適用在 10 BaseT 的網路架構, 上頭通常標示著 "10BaseT Ethernet Hub" 或 "Ethernet Hub" 字樣。

  • 100 Mbps 集線器

    • 由於當初制定 802.3u 標準時, 將100BaseTX、100BaseT4 和 100BaseFX都包括在內, 所以購買 100 Mbps 集線器時最好說清楚採用何種規格。不過目前市面上大多數的產品, 應該都是 100BaseTX。


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集線器的種類

  • 10 + 100 集線器

    • 為了吸引更多的顧客群, 這種集線器能適用於 10Mbps 和 100Mbps 兩種網路, 但是會以 RJ45 插槽限制。通常是大多數插槽適用於 10 Mbps, 僅有特定的少數插槽適用於100Mbps。

    • 對於既有 10 Mbps 網路的公司行號來說, 如果只想局部升級到 100 Mbps 網路, 採用這種集線器不失為一個省錢方案。


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集線器的種類

  • 10/100 集線器

    • 這種集線器也是通吃 10 Mbps和 100 Mbps 兩種環境, 但是在 RJ45 插槽上沒有任何限制, 每個插槽都可以連接 10 Mbps 或 100 Mbps 的網路卡, 它會自動判斷並選擇最佳的傳輸頻寬。

    • 套用行動電話的術語來說, 這才是真正的全區雙頻。因此用起來最方便, 但是價格也最貴。


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集線器的種類


Stackable hub

堆疊式集線器 (Stackable Hub)

  • 堆疊式集線器背後通常有串接專用接頭, 並且會附贈專用的 UTP 線, 用來連接疊在上方(或下方) 的堆疊式集線器, 而且這些疊在一起的集線器視為 1 台大的集線器。

  • 換言之, 即使疊了 3 個集線器, 但是在計算是否符合 5-4-3 原則時, 只算是 1 個集線器而非 3 個集線器, 因此在擴充上具有更大的彈性。


5 4 3

5-4-3 原則

  • 乙太網路最多只能使用 4 個中繼器 (包含集線器), 所以會形成 5 個區段, 但只有 3 個區段可以連接電腦, 其餘的 2 個區段只能用來延伸距離, 故稱為 IRL (Inter Repeater Link)。


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橋接器

  • 在乙太網路上, 訊號的傳遞是採用廣播的方式, 任何訊號上了網路, 每一台電腦都收得到, 然而某些訊號只需要在網路的某個區域內傳遞, 假使傳到不必要的區域, 只是徒增干擾, 影響整體效能。

  • 為了合理限制網路訊號的傳送, 我們會使用橋接器 (Bridge) 適當地切割網路。

  • 橋接器屬於鏈結層(Data Link Layer)設備,具有緩衝與過濾的功能,


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橋接器分隔碰撞領域

  • 訊號不會跨過橋接器(過橋時,先轉成訊框)

  • )


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橋接器的過濾功能

  • 會判斷是否過橋

  • 例:

  • AB

  • AC


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橋接器

  • 當 A 電腦要傳資料給 B 電腦時, 訊號廣播到橋接器就會被攔住, 當橋接器發現 A、B 電腦同在 1 區, 表示此訊號沒必要傳到 2 區, 便將該訊號丟棄, 如此便能減少對 2 區的干擾;若 A 電腦要傳資料給 C 電腦, 橋接器便讓訊號通過。

  • 因此, 如果 A 電腦經常傳輸的對象為 C 或 D 電腦, 那麼幾乎所有訊號都得通過橋接器,等於是喪失了橋接器的過濾作用, 由此可知橋接器的擺放位置很重要。


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橋接器

  • 橋接器裡會有一張清單(MAC位址表), 裡面記載了每台電腦所接的port:

MAC 位址表

決定訊框是否

需跨過橋


Transparent bridge

通透橋(Transparent Bridge)

  • 會自動學習MAC位址表

  • 由收到的訊框,記錄「來源MAC位址」與「進入的埠」


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橋接器

  • 但是有一點我們要特別注意:橋接器並不會阻擋廣播封包(Broadcast packet)。

  • 橋接器之所以能判斷是否要將資料轉送, 是因為傳送資料的封包中, 都會指定要由那台電腦來接收, 但是廣播封包就像是現實社會中的廣告信一樣, 並不會指定收件者。

  • 在這種情況下, 橋接器無法判斷收件者是誰, 便會將封包轉送給所有的網路區段了。


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第 2 層交換器

  • 屬於鏈結層(Data Link Layer) 的設備,又稱為交換式集線器 (Switch Hub) 或多埠橋接器 (Multi-port Bridge), 因為它同時具備了集線器和橋接器的功能。

  • 會記憶哪個位址接在哪個 Port, 並據以決定該將封包送往何處, 而不會送到其它不相關的 Port, 因此未受影響的 Port 可以繼續對其它 Port 傳送資料, 突破了集線器只能有一對 Port 在工作的限制。


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第 2 層交換器的頻寬


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第 2 層交換器的頻寬

  • 如果多個 Port 的封包要送到相同目的地時, 還是會發生搶用的情形。


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路由器

  • 路由器 (Router) 係工作於 OSI 模型中的網路層(Network Layer)。

  • 將它譯為路徑選擇器更為貼切, 因為它最主要的功用, 就是在不同的網路間選擇一條最佳的傳輸路徑。


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路由器的路徑

  • 以下圖為例, 從 LAN1 傳資料到 LAN2 有兩條路徑:


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路由器的路徑

  • 其實要判斷傳輸當時那條路徑最快, 要考慮到許多因素, 包括頻寬、線路品質、使用率、所經節點數甚至成本, 想當然爾, 這些計算不可能用人工處理, 所以選擇最佳路徑的工作便交給路由器來處理。


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路由器

  • 由於路由器的價格不菲, 有些公司為了省錢, 會用 Unix 伺服器或

    Windows NT/2000/2003 伺服器來模擬, 但是這種軟體模擬的效能畢竟比較差, 僅適合用在教學研究上。


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路由器的選購

  • 選購路由器時首先要確定用來處理何種封包?例如有些路由器只處理 IP 封包;有些只處理 IPX 封包。當然也有能處理多種封包的路由器, 不過價格也相對地提高不少。


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路由器的使用

  • 平常較可能用到路由器的場合, 應該是在以專線、ISDN或Frame Relay連接網際網路時, 從公司 (或家中) 的區域網路要先連到路由器的區域網路連接埠;而專線或 ISDN 等線路則連到路由器的廣域網路連接埠。

  • 換言之, 以路由器當成區域網路與廣域網路的橋樑。


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路由器的另一項重要功能

  • 阻隔廣播封包

    • 訊框無法跨過路由器

    • 訊框進入路由器時會先剝取內含的封包

    • 只要是沒有指明收件者的封包, 或是非路由器可以接受的封包格式, 傳送到路由器時都會被丟棄,不會傳送到其他的網路區段。而有效地減輕網路負擔。

    • 路由器送出的封包會被封裝於適合出口網路的訊框中


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橋接路由器

  • 提供了橋接器和路由器的綜合功能

    • 如果網路中同時使用了 TCP/IP 和 NetBUEI 兩種協定, 單用橋接器或路由器都不是最佳的解決方案。

    • 最好的方式是使用橋接路由器, 利用其路由器的功能傳送 TCP/IP 的封包, 並使用橋接器的功能對 NetBUEI 封包進行橋接, 轉送到不同網路區段。


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閘道器 vs路由器

  • 閘道器(Gateway)是用於連結不同協定的網路,主要針對不同協定之間的轉換

  • 路由器(Router)主要用於選擇路徑

  • 然而,因為路由器通常連接不同的網路(例如區域網路和廣域網路),所以也常作為閘道器之用,以連接其他網路


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第 3 層交換器

  • 和路由器同在網路層 (Network Layer) 工作而且彼此關係密切。事實上, 第 3 層交換器除了具有原本第 2 層交換器的功能外, 還能進行路由工作。

  • 可以當做是路由器的簡化版, 是為了加速路由的速度而出現的一種新時代網路設備。


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第 3 層交換器

  • 路由器的功能非常強悍、完備, 但也因此將路由的效能拖慢 (就像電腦同時執行許多工作一樣) 。

  • 而第 3 層交換器則將路由工作接手過來, 並改為利用硬體來處理(路由器是由軟體處理路由), 加速路由的速度。


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第 3 層交換器

  • 並不能取代路由器, 因為路由器還具有第 3 層交換器所缺乏的重要功能, 例如:安全管理、與 WAN 的連接、優先權控制、支援多種協定封包等。

  • 因此第 3 層交換器通常還是與路由器搭配使用, 或者是在不需連接網際網路的環境中, 取代路由器的位置。


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連接設備的OSI模型層次


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