Introduction to Computer Networks

1. Introduction to Computer Networks Dr. Hsiang-Fu Yu National Taipei University of Education Original by Kelly Chuang

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

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. Physical Layer • 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

26. 連接不同Layer 1的網路

27. Data Link Layer • 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

28. Data Link Layer (cont.) • 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

29. 連接不同Layer 2 以下的網路

30. Network Layer • 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

31. 連接不同Layer 3 以下的網路

32. Transport Layer • 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)

33. Peer-to-Peer 通訊

34. Session Layer • 因上層應用的需求而建立的邏輯上的連結 (Logical Link) • 例如：Microsoft NetMeeting、MSN 等多人會談的Session 觀念。 • 然而OSI 7 layer只是reference Model，事實上Microsoft NetMeeting、MSN 主要使用 H.323，SIP (Session Initiation Protocol, RFC 3261)，在這些標準中並沒有提到這是OSI Session Layer • 建立Session 的目的在於決定參與這Session的設備能夠應用影音與文字通訊做正常的溝通及決定資料的壓縮與編碼方法

35. Presentation Layer • 主要使應用層能了解與解譯傳送的資料內涵 • 例如不同的字元集 (Character Sets)，不同的文字編碼方式例如 Base64、Uuencode或MIME type，或不同的檔案結構 (File Structure)、不同的加解密方法等 • XDR (External Data Representation) 表示在應用層的應用程式 NFS (Network File System) 必須了解遠端網路的檔案結構，才能將遠端的網路檔案經由Presentation Layer解析結構掛入本地的 (Local) 檔案結構中

36. Application Layer • 科技始終來自於人性，有應用與需求，傳輸資料才有用 - Layer 7 以下大都是為了 Layer 7 而設計 • HTTP (HyperText Transfer Protocol) • SMTP (Simple Mail Transport Protocol) • FTP (File Transfer Protocol) • VoIP (Voice over IP)

37. OSI 7 Layer 與 TCP/IP Protocol Stack

38. TCP/IP Suite 示意圖