網路傳輸媒介

網路傳輸媒介 49517061 劉尚維 49517069 王仲銘

網路傳輸媒介 • 導向式介質(Guided Media) • 雙絞線 • 同軸電纜 • 光纖 • 非導向式介質(Unguided Media) • 無線電 • 微波 • 紅外線 • 衛星

導向式介質(Guided Media) • 實體可見的線材，也是目前大多數的電腦網路在建立與連接時所使用的介質。 • 資料傳輸速率：光纖(155Mbps) ＞同軸電纜(電話,4,10,16,100Mbps) ＞雙絞線(10Mbps)

雙絞線 是電話網路常用的介質，由絕緣的銅線纏繞而成的，一對雙絞線就可以形成一個通訊的管道；雙絞線是目前傳送數位與類比訊號最常用的介質，成本低廉，但傳送距離、頻寬與負載有限。可分為遮蔽式STP與非遮蔽式UTP兩種線材EIA與NEMA訂定雙絞線的五個等級：分別是CAT1-5。級數越高，表示其抗干擾能力越強，傳輸速度也越快。CAT5等級被指定可以用在FDDI網路上面，定義如何將銅線與光纖在同一網路環境的整合。

無遮蔽雙絞線的類別表

同軸電纜 由兩條同軸的導線所組成，導線之間填充了絕緣物質。一般有線電視的租用者，連接電視的纜線，就是一種同軸電纜。其頻寬大於雙絞線，用途很廣，傳輸的負載遠大於雙絞線且成本合理。一般線材阻抗分為50歐姆與75歐姆兩種，50歐姆為區域網路使用，屬於基頻同軸電纜，而75歐姆則是有線電視使用，屬於寬頻同軸電纜 • 粗同軸電纜 • RG-11 • RG-59 • 細同軸電纜 • RG-58 • RG-58A/U

光纖早期用多於長途通訊網中。光纖是細長的玻璃或塑膠纖維，其圓柱形的管道，可以傳送光波。光纖的頻寬與負載都遠大於前面兩種介質。由於質量輕形狀小，衰減率低，光纖做為網路主幹所需的相對成本低。光纖是薄而有彈性的介質，可以傳導光射線。光纖可以由各種玻璃與塑膠材料製成。光纖將在頻寬及高速網路中扮演重要的角色

光纖 • 優點：頻寬高、訊號減損率低、資料位元錯誤率很低、可在惡劣環境使用。 • 依其光線在玻璃纖維核心所行進方式之差異，可區分為單模及多模兩類。 • 多模光纖(Multimode Fiber) 在多模光纖中，光束會折射，乃利用發光二極體為主要光源 • 多模梯階指數光纖 • 多模平滑指數光纖 • 單膜光纖 ( Mesh Topology ) 在單模光纖中，光束不會折射，乃因為使用雷射光為主要光源。以效能來比，單模光纖效能最高。

光纖和雙絞線與同軸電纜比較起來，（光纖）有下列優點：光纖和雙絞線與同軸電纜比較起來，（光纖）有下列優點： • 頻寬高：光纖在較長的距離可以提供較高的頻寬 • 光纖體小質輕：在佈線時，光纖由於體積小、質量輕，不需要很多結構上的支撐，施工較容易 • 減率低：光纖所傳送的訊號，可以經長距離而不衰減。雙絞線和同軸電纜則缺乏這樣的特性 • 電磁干擾的免疫力：光纖系統不會受電磁場的干擾，同時不容易被抄截，安全性較高 • 訊號接續器之間的距離比較長，可以降低成本，而且減少佈線的工作量。光纖己應用在長途電信網主幹、都會網路主幹、城郊主幹、區域迴路、以及區域網路中

非導向式介質(Unguided Media) • 非實體的線材。 • 目前網路最主要的非導向式介質是空氣，而其訊號的傳送則是以電磁波為主，這些訊號是經由天線(Antenna)來發射的。

微波 • 可輕由碟形天線與人造衛星收受訊號；常用的頻率在2 到40GHz之間。頻率越高則頻寬與資訊傳輸速率也越高。目前，微波通訊主要使用於視訊的傳播、長途電話與部分的商業網路中 • 屬於一種有向的（line-of-sight）傳輸方式，在傳送與接收端間不能存有障礙物體阻擋。 • 微波傳輸的衰減必須考慮到氣候、風速、雨量以及實際所使用的頻段。

無線電 • 非導向式介質的一種，與微波的主要差異在於傳播的方向性。微波傳送是單一方向的，而無線電傳播則是向各方傳播。主要用於廣播通訊，優點是訊衰減低，缺點是資訊傳輸速率低 • 無線電波的發射功率越高，則所能傳送的距離也就越遠。 • 適合陸上、海上、空中與行動式的網路。 • 無線電也可以同時使用數個頻率來進行傳輸。

無線電頻段的傳輸特性

紅外線 IrDA • 應用於筆記型電腦或是不須經由接觸而直接產生連線效果的通訊模式，使用IrDA通訊協定，可傳輸距離在1公尺之內，例如應用於列表機，或是兩台近距離的筆記型電腦互傳資料 • 依據傳送方式可以分為點對點及廣播式兩種型態。 • 點對點紅外線傳輸 • 廣播式紅外線傳輸

藍芽 Bluetooth • 芽技術不但傳輸量每秒鐘可達1MB，同時可以設定加密保護，每分鐘變換頻率一千六百次，因而很難截收，也不受電磁波干擾。藍芽比一般傳統式紅外線傳輸更快，且不用點對點的成一直線，即可有高效的無線傳輸效果。這就是藍芽科技在傳輸方面的好處，它能夠允許兩個裝置，在不排成一直線的狀態下，還能夠以無線的方式傳送資料。不像紅外線傳輸，你必須對準兩個傳輸埠成一直線才有辦法傳送資料。藍芽傳輸甚至無視於牆壁、口袋、或公事包的存在而可以順利進行。而且藍芽的資料傳輸速度比紅外線傳輸還要快，每秒鐘高達1MB。

紅外線與藍芽的比較 • 紅外線有方向性(要對準才能傳)而藍芽無視方向性 • 紅外線有1m距離限制而藍芽可達10m • 紅外線傳送中間不能有障礙物，藍芽沒有差 • 藍芽比一般傳統式紅外線傳輸更快

衛星 • 發射到與地面間隔一定距離的高空，並且其衛星的公轉時間與地球自轉時間一致的同步運轉，類似於地表固定高度不變的接收與發送訊號的轉撥器 • 利用全球通訊衛星方式上網。 • 因為衛星與地面電台之間的距離高達35000多公里，因此會有通訊延遲的問題。 • 利用衛星傳送資料容易受到地面微波、飛機、太陽等因素之干擾而影響傳輸品質。

傳輸媒介評估

RJ-45 雙絞線用 BNC接頭同軸電纜用網路連接器

RJ-45 網路線製作 • 無論是電腦連線對戰或是使用 ADSL 寬頻上網都會使用到網路線，這條網路線可能廠商會附贈，如果沒有當然市面上也有現成的可以購買，但是現代人精打細算之下如果自己 DIY 的話那可以省下約 5 成的費用

網路線學名叫無遮蔽雙絞線，是由四對線每對自行互絞構成，互絞的作用是避免傳輸干擾及衰減。至於電話線的8P也是呈互絞排列，但是其互絞的作用是避免在外皮剝開後排序混亂，互絞的程度也沒UTP線來的圈數多。 • 由於UTP線互絞是有意義的，故在做RJ45接頭時是不可以隨便接的。 • UTP線主要靠第一、二、三、六線處理收發資料。 • 568B色序-->橙白、橙、綠白、藍、藍白、綠、棕白、棕。 • 568A色序-->綠白、綠、橙白、藍、藍白、橙、棕白、棕。 • UTP線的兩端皆相同為568B或568A，稱為平行線。 • UTP線的兩端不同，一端為A另一端為B，稱之為跳線。圖1

網路傳輸設備

網路傳輸設備 • 網路卡 • 數據機 • 中繼器 • 集線器 • 交換器 • 路由器 • 橋接器 • 閘道器

網路介面卡 • 網卡是一塊被設計用來允許計算機在網路上進行通訊的硬體。 • 每一個網卡都有一個被稱為MAC地址的獨一無二的48位序列號，它被寫在卡上的一塊ROM中。 • 在網路上的每一個計算機都必須擁有一個獨一無二的MAC地址。 • 主機板通常都有內建網路卡

數據機Modem • 它是一個將數位訊號調製到類比載波信號上進行傳輸，並解調收到的類比信號以得到數位資訊的電子裝置。根據不同的應用場合，數據機可以使用不同的手段來傳送類比信號, 比如使用光纖或電話線等。 • 常見的數據機還包括用於寬頻資料接入的有線電視電纜數據機，DSL數據機。數位行動電話實際上也是一種無線數據機。

數據機的原理 • 數據機是一種轉換數位訊號和類比訊號的裝置，它是由調變器和解調器兩種設備組合而成。 • 傳送資料時，調變器將數位訊號調變為類比訊號，接收資料時，解調器將類比訊號轉換回數位訊號。 • 所以，數據機真正的名稱應該稱為調變解調器。以波形表示的數位訊號與類比訊號

中繼器Repeater • 中繼器可以在訊號衰減到一定程度之前將訊號恢復修整成原本之外觀後再傳送出去。

集線器HUB • 集線器可讓網路上的電腦進行通訊。每台電腦以纜線插入集線器，然後將資訊透過集線器從一台電腦傳送到另一台電腦上。集線器無法識別所接收資訊的來源或預計目的地，因此它會將資訊傳送到其連接的所有電腦，包括傳送資訊的那台電腦。集線器可以傳送或接收資訊，但是不能兩者同時進行。因此集線器的速度比交換機慢。集線器是這些裝置當中，最單純且最便宜的。集線器可分為 • 被動型集線器，集線器不需連接電源，因此網路訊號隨距離衰減，只適用於短距離的網路連接。 • 主動型集線器，集線器需連接電源，可加強訊號強度（整波放大）。

IP分享器 IP 分享器的功能和集線器類似，但是 IP 分享器主要多了簡單處理器，主要處理撥號及接通 internet 等功能，可使多台 PC 分享同一個 IP。安裝集線器就只有八部電腦可以同時上網，但是若安裝了 IP 分享器，理論上就可以讓 254 部電腦同時上網了。

交換機 Switch • 交換機的運作方式與集線器相同，但是可以識別所接收資訊的預計目的地，因此它只會將資訊傳送到應該接收資訊的電腦。交換機可以同時傳送和接收資訊，所以它傳送資訊的速度比集線器快。如果您的家用網路擁有四台或以上的電腦，或者您的網路需要在電腦之間傳送大量資訊 (如玩網路遊戲或共享音樂)，則應該使用交換機而不是集線器。交換機的價格比集線器高一點。

路由器Router • 路由器可讓電腦進行通訊，而且可以在兩個網路之間傳遞資訊—例如在家用網路與網際網路之間。路由器這個名稱是取自於其管理網路流量導向的功能。路由器可以是有線或無線。如果只是要連結您的所有電腦，集線器與交換機就很適用；不過，如果是要讓您的所有電腦共用一個數據機來存取網際網路，請使用路由器。路由器通常也會提供內建安全性，如防火牆。 • 路由器的價格比集線器與交換機的價格都高。 • 路由器與交換機(Switch)在概念上有一定重疊但也有不同：交換機泛指工作於任何網路層次的數據中繼設備，而路由器則更專註於網路層。 • 一個比較直觀的理解路由器與交換機區別的例子是這樣：交換機好比是鄰近的街道，而路由器則是街道的交匯點。一個街區的每一間房都有它自己的地址，也就是說，交換機連接的不同的設備也有它們自己的IP位址。

OR 交換機

橋接器Bridges • 橋接器是在網路系統中，連接兩個使用相同通訊協定網路的設備。它是連接兩個網路的「橋樑」，其主要功能在決定是否讓資料訊框通過橋接器，到另一端網路上。當橋接器接收到遠端傳來的訊框後，橋接器會將訊框目的地的硬體位址與橋接器表單做對照，如果表單中能找到符合的位址，則進一步確認封包是否來自同一區段網路。如果不是同一區段網路，橋接器就會把訊框傳至目的地的機器所在區段。

閘道器 • 能讓不同的網路架構的資料互相交流。 • 當閘道器架設在內部區域網路與外部網路之間時，能夠過濾來往的資料，查驗是否有心懷不軌的第三者或者有破壞力的資料要傳送到內部網路，以確保內部網路的安全。

網路通訊協定 49517069王仲銘

通訊協定由於網路的迅猛發展﹐出現了許多供網路使用的軟體和硬體﹐為了讓它們都能夠有效的溝通﹐我們需要建立一些規則。在這一章裡面﹐我會向大家介紹目前比較通用的網路通訊協定﹐和模擬數據是如何的從一個節點傳送到另一個節點﹐從功能上面看看通訊協定的定義。何為通訊協定﹖ 一個比較好理解的講法是﹕通訊協定就是一些標準和規則。例如﹐我們看到紅燈就要停、綠燈才可以走，者就是一種協定了。若是彼此使用不同的協定，那就會造成混亂：澳洲(或英聯邦)開車考左行使、台灣則靠右。只要所在國家不變，那麼該協定就可以運作，但是當到達協定不一樣的國家，就得進行協定上的轉換了。否則，不出車禍才怪！在網路通訊中，如果主機 A 要將一個 packet 送給主機 B﹐它們就必須使用相同的通訊協定。

TCP/IP 若說起歷史，TCP/IP 也算得上是個冷戰時代的產物，它是應美國國防部的戰爭考量而提出開發的。TCP/IP 當初是用來配合來處理不同硬體之間的連接問題的。事實上，TCP/IP 所指的是一整套龐大的通訊協定家族，其中以 (TCP) 及 (IP) 這兩套協定最具代表性。IP 協定工作於網路層(以後會繼續和大家探討 OSI 的網路層級)﹐它提供了一套標準讓不同的網路有規則可循。當然﹐前提是您想使用 IP 從一個網路將封包路由到另一個網路。IP 在設計上可用來在 LAN-LAN 及 PC-PC 之間進行傳輸的。

首先﹐TCP 會在這兩個平臺建立起一個可以提供全雙工檢錯(對雙向的數據都進行錯誤檢測)的連接。接著﹐IP 制定好 Mac 和 PC 之間的溝通規則，TCP 與上層協定制定用以連接的埠( port )。到這裡為止﹐Mac 端已經準備好數據了﹐如果數據太大﹐就將之分拆成幾份較小的封包﹐並且在封包上面加上一個新的 header (內含轉送位址)﹐確保封包會被正確傳送。TCP/IP 還會加上標籤說明數據的種類及其長度。再下來﹐IP 協定將負責將封包傳送給 PC。

最後﹐在 PC 上面的 TCP 將封包解碼並翻譯成 PC 能夠懂的格式﹐也就是它自己所使用的網路協定。 TCP/IP 可說是現行協定中用途最廣的協定之一﹐它嘗試在所有硬體上實現所有事情。然而，由於 TCP/IP 在設計上可供多種硬體部件使用﹐所以它是一個可路由協定。

OSI 模型 有好幾個主要電腦廠家﹐如 IBM﹑DEC﹑Burroughs 等﹐都有設計它們各自的網路結構和通訊協定﹐如果採用這些設計的機器﹐在其各自的網路上面運作良好﹐但卻不能在不同廠家的機器之間進行溝通。為了解決這個問題﹐ (ISO) 於 1978 年開始開發一套標準架構﹐終於成功推出 (OSI) 作為其標準﹐它提供了一個很有用的模型去解釋各個不同層面的網路協定。 OSI 模型共有七個層面﹐且它們可以被劃分為兩組﹕ 網路群組﹕由實體層﹑資料連接層﹑和網路層組成。使用者群組﹕由傳送層﹑會談層﹑表現層﹑和應用層組成。

前面我們集中討論的就是其中的底層協定﹐也就是網路協定﹐這些功能是保障數據在網路中能夠迅速且準確的轉送。 實體層在這層裡面您必須作出一些機械和電子方面的決定﹐也就是要定義出在終端和網絡之間要使用的設備。同時﹐採用何種佈線也要在這裡決定出來。資料連接層在這層指定了要採用的信息單元是什麼﹐通常在 LAN 上面的信息單元被稱為 frame 。以及它們的格式﹑和如何穿越網路。每一個 packet 都會被賦予一個位址碼和偵錯監測值。有一個協定﹐會判定出一個封包如果在丟失的情況下﹐要等待多久會被重新發送﹐這個協定也是在這層裡面定義。總體來說﹐這層的工作就是保證一個無錯誤的物理上的數據傳輸。

網路層 這層就好比是一個中間人界乎於網絡功能和使用者功能之間。它會定義出封包在網路中移動的路由和其處理過程﹐這層還決定了網路是如何進行管理功能的﹐比如﹐發送狀態信息給接點和規範封包的流動等。一個有趣的事情是﹐網路層還能將底層協定(網路功能)對上層協定(使用者功能)隱藏起來。這樣﹐在網路的使用者就可以使用不同種類的硬體了。假如您用來建置網的材料都不盡相同的話，這是非常好的事情。在底下的三層之上﹐還有四層是屬于使用者功能範圍的﹐不過它們也常常會被整合在一起。您要記住的一點是﹕無論程式設計者如何定義這些協定﹐這四層在實際上都會被執行的。傳送層在這層﹐將會設定節點位址的傳達﹐還有錯誤檢測和修正的方法。

會談層 這層定義了如何連接和掛斷連接﹐和在網路上面的數據如何交換。表現層在這層﹐定義了數據的語法﹑變更﹑和格式。當應用程式的語法和格式都不同的時候﹐這層還將定義了如何翻譯這些不同。應用層這是最後一層了﹐它定義了應用程式是如何進入 OSI 模式進行傳送。它自己並不屬於應用程式﹐但它支持使用者的應用程式﹐如﹕檔案傳送﹑密碼驗證﹑和網路工具等。以上所列舉的協定層並非是他們的詳細定義﹐只是一個框架而已。您可以把 OSI 模型當成是大體的骨架﹐當您套上這個框架之後﹐您就差不多可以描繪出大致形狀了﹐雖然外表會有所不同﹐但骨子裡還是一樣的。

ICMP協定 ICMP稱為網際控制訊息協定為了避免路由器發生緩衝區溢出之類的問題，所以必須在IP層有相對必要之處理，而ICMP就是為了補償IP層可靠性功能的缺點。當發生路由器緩衝區溢出而造成廢棄資料片時，路由器內的ICMP模組就會向傳送端發出資料片已廢棄的通知，同時還會送出要求減緩傳送速度的ICMP訊息。 ICMP的位置是在IP的上層，也就是說，ICMP訊息是被附加在IP標頭送出，所以兩者是不可分離的。

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