第 5 章

1. 第 5 章 其它區域網路技術

2. 本章提要 • 交換式乙太網路簡介 • 記號環網路簡介 • AppleTalk 簡介 • HomePNA 簡介 • HomePlug 簡介

3. 交換式乙太網路的簡介 • 在橋接器出現之後, 進一步地有人發展出多埠的橋接器, 它其實就跟交換器的功能一樣。交換器就如同改良型的多埠橋接器, 由於具有多個連接埠,所以它除了能連接多個網路區段外, 還能像集線器一樣, 連接多個工作站。 • 簡單地說, 使用交換器來取代集線器的乙太網路, 稱為交換式乙太網路。

4. 交換式乙太網路

5. 獨享頻寬 • 交換式乙太網路最明顯的好處就是能獨享頻寬。當 A 傳資料給 B 時, C 也能同時傳資料給 D, 它們各自有獨立的線路。 • 所以在 10 Mbps 之下, 一個 16 埠的交換器能夠提供的總頻寬為 16 ÷2 x 10 = 80 Mbps。當然這是在理想的情況下才有的結果。 • 如果傳輸的路線有交集時, 如 A 傳給 B 時, C 同時也傳給B, 則線路就要在 A 與 C 之間切換, 此時 A 與 C 只能共享 10 Mbps 的頻寬。

6. 獨享頻寬

7. 全雙工的傳輸模式 • 由於交換器能像橋接器一樣分隔出獨立的碰撞領域, 所以工作站連上交換器, 等於是點對點的連線, 在傳輸媒介為雙絞線的情況下, 這意味不會發生碰撞, 也不需要使用 CSMA/CD 的機制來做媒介存取控制。因此可提供全雙工的傳輸模式。

8. 全雙工的傳輸模式 • 當網路卡接到交換器或集線器時, 會送出特定的訊號, 並根據交換器或集線器回應的訊號, 以決定採用全雙工或半雙工的傳輸模式。這就是自動協調的機制。

9. 記號環網路簡介 • 記號環 (Token Ring) 網路是由 IBM 在 1970 年發展的區域網路技術。後來 IEEE 將之小幅修改即成為 IEEE 802.5 的標準。 • IEEE 802.5 與 IBM 的記號環網路完全相容, 因此, 一般皆視為相同的產品。

10. 記號環網路拓樸

11. 記號傳遞 • 記號環網路利用記號傳遞 (Token Passing) 來做媒介存取控制。有別於前面提到的 CSMA/CD, 記號傳遞並不會發生碰撞, 自然毋須做碰撞偵測動作。

12. 記號傳遞的做法 1. 在記號環網路中, 每個工作站以固定的順序, 傳遞一個稱之為記號 (Token) 的訊框。收到此記號的電腦, 如果需要傳輸資料, 則會檢查是記號是否閒置。若為閒置則將資料填入記號中, 並設定為忙碌, 接著將記號傳給下一部電腦。

13. 記號傳遞的做法 2. 由於記號已經設定為忙碌, 所以接下來的工作站只能將訊框傳給下一部電腦。一直傳到目的端時, 目的端的電腦會將此記號的內容複製下來, 並設定記號為已收到, 並傳向下一部電腦。

14. 記號傳遞的做法 3. 當記號繞了一圈回直到原來的來源端時, 來源端在知道資料已被接收後,會清除記號中的資料。接著將此記號設定為閒置並傳給下一部電腦, 接下來的電腦又可以使用這個記號來傳送它要傳的資料。

15. 記號傳遞 • 由於記號傳遞的傳送方式, 可避免CSMA/CD 碰撞問題。因此記號環網路的頻寬使用率, 比乙太網路要高出許多。尤其是網路的傳輸量較大時,記號環網路的效率明顯優於乙太網路。 • 此外, 記號傳遞還能提供優先權的管理, 將各部電腦設定不同的優先等級, 使具有較高優先等級的工作站能優先取得記號。因此, 優先等級高的工作站能有較多的機會傳輸資料。

16. 記號環網路常用的裝置 • 記號環網路可藉由各種網路裝置來擴充網路規模。以下為常用的裝置： • 多工作站存取單元 • 橋接器 • 交換器

17. 多工作站存取單元 • 記號環網路以 MSAU (MultiStation Access Unit, 多工作站存取單元) 作為集線器, 連接網路上的電腦。 • MSAU 實體連接方式為星狀拓樸, 但其內部電路仍是以環狀拓樸運作。

18. 多工作站存取單元

19. 橋接器 • 以 IEEE 802.5 的標準來說, 一個網路最多可連接 260 個工作站，這麼多的工作站會使傳輸的等待過長。因此要使大型的區域網路能更有效率, 則需使用橋接器。

20. 橋接記號環網路

21. 交換器 • 記號環網路交換器與乙太網路交換器相當類似, 可根據目的位址, 直接將訊框傳送到目的端, 讓記號不必逐一通過網路上的每一部電腦。

22. 交換式記號環網路

23. AppleTalk簡介 • AppleTalk 是蘋果 (Apple) 電腦公司在1980 年代初期所開發的通訊協定組合。其主要目的是讓區域網路中的使用者, 能分享彼此的資源, 包括檔案、印表機等。 • AppleTalk 可架構在乙太網路、記號環網路、FDDI 網路或是蘋果電腦專屬的LocalTalk 網路之上。

24. LocalTalk 簡介 • LocalTalk 的設計主要是以便宜、簡單為出發點, 大部份的蘋果電腦都內建了LocalTalk 的硬體裝置。 • LocalTalk 一般使用雙絞線, 其拓樸則採取匯流排 (Bus) 的方式, 其網路最大的長度為 300 公尺, 最多可連接 32 個節點, 傳輸速率只有 230.4Kbps 。

25. CSMA/CA • LocalTalk 網路的媒介存取方式為CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, 載波偵測多重存取/碰撞避免), 用來確保同一時間只有一台電腦在網路上傳送資料, 避免產生資料碰撞 (Collision)。

26. CSMA/CA 機制的運作方式 1. 當有訊框需要送出時, 發送端會偵測有無任何訊框在媒介上傳送。偵測持續的情形和CSMA/CD 類似, 在 LocalTalk 網路中需持續偵測 400 μsec 加上一個隨機產生的時間, 若在此時段內都沒有其它裝置使用媒介, 就進行第 3 步驟；若發現有訊框正在傳送, 則進行第 2 步驟。

27. CSMA/CA 機制的運作方式 2. 發送端等待一段隨機產生的時間後, 回到第 1 步繼續嘗試傳送。 3. 發送端開始傳送資料前, 會先傳送一個稱為 RTS (Request-to-Send) 的訊框。接收端收到 RTS 訊框後, 傳回 CTS (Clear-to-Send) 訊框。

28. CSMA/CA 機制的運作方式 4. 發送端收到 CTS 訊框後, 開始傳送資料。 5. 若發送端未收到接收端送回的 CTS 訊框, 則判定發生碰撞, 並回到第 1 步驟。

29. RTS、CTS 與資料訊框的傳送情形

30. LocalTalk 的 CSMA/CA 流程

31. HomePNA 簡介 • 近年來, 區域網路已經褪去設備昂貴、技術艱深的色彩, 開始走入一般家庭環境, 因此家庭網路 (Home Network) 的興起便成為一股趨勢。 • 所謂家庭網路泛指應用於家庭或 SOHO 族工作室的網路技術。

32. HomePNA 的特色 • 毋須佈線 • 家庭的格局規劃不比公司, 鮮少會使用高架地板或輕鋼架天花板, 以預留管線行走空間。因此若要施工佈線, 往往得穿牆鑿壁、破壞裝潢, 這當然難以被大眾接受。 • 所以家庭網路的第一口號就是－No New Wire！－不要另外佈線, 沿用既有線路。

33. HomePNA 的特色 • 價格便宜 • 消費者永遠會精打細算, 在價格與效能之間選擇最符合經濟效益的方案。 • 既然家庭網路想要普及到一般家庭中, 它的價格當然要平民化。 • 互通性高 • 在家庭網路環境裡, 可能必須連接桌上型電腦、筆記型電腦、PDA、電視遊樂器、資訊家電等等設備, 因此要具備與多種介面互相交換資訊的能力。

34. HomePNA 的發展 • HomePNA 是 Home Phoneline Networking Allinace (家庭電話線網路聯盟) 的簡稱。該組織於 1998 年成立, 致力於開發利用電話線架設區域網路的技術。 • 2003 年推出 3.0規格, 將傳輸速率大幅提昇到 128 Mbps, 還預留擴充規格 ( Optional Extensions ), 可以進一步加速到 240 Mps。 • 目前市場上的 HomePNA 產品, 大多數還只是符合 2.0 版的規格, 預計要到 2004 年下半年, HomePNA 3.0 的產品才會普及。

35. HomePNA 的發展 • 雖然電話、傳真機、ADSL 和HomePNA 都是在電話線上傳送電子訊號, 可是由於彼此所使用的頻寬都不同, 所以不會互相干擾！ • 換言之, 當您用電話線架設了 HomePNA 網路之後, 可以一邊傳輸資料、一邊講電話或發送傳真, 甚至同時使用 ADSL 上網！

36. HomePNA 的應用範例 • 架設單純的 HomePNA 網路 • 與 ADSL 整合 • 與傳統數據機整合 • 與乙太網路整合

37. 架設單純的 HomePNA 網路 • 假設各個房間已經預留了電話線路, 只要直接利用這些線路就能迅速架設起HomePNA 網路：

38. 與 ADSL 整合

39. 與傳統數據機整合

40. 與乙太網路整合

41. HomePlug 簡介 • 2000 年 3 月, 由 Cisco、HP、Motorola、Intel 等數十家企業共同成立 HomePlug Powerline Alliance (家庭電源線網路聯盟) 之後, 以電源線架設區域網路的構想終於有了一致的標準和具體的進度。 • 該聯盟隨後在 2001 年 6 月發表電源線網路的第一份標準規格－HomePlug 1.0。

42. HomePlug 網路運作原理 • 當 HomePlug 網路的傳送端電腦送出訊號時, 通常先透過乙太網路卡傳到HomePlug 橋接器,再由 HomePlug 橋接器將乙太網路訊號轉換之後加入電源線中；而接收端電腦也同樣先透過HomePlug 橋接器, 將電源線上的訊號還原為乙太網路訊號, 才能用乙太網路卡接收。

43. HomePlug 網路運作原理

44. HomePlug 網路運作原理 • HomePlug 網路的每一部電腦都必須配備一部 HomePlug 橋接器, 執行訊號轉換工作。大體來說, HomePlug 網路就像是使用電源線的乙太網路。 • 不過 HomePlug 橋接器也可以採用 USB 介面連接電腦, 如此一來便毋需乙太網路卡。

45. HomePlug 橋接器

46. HomePlug 網路規格與競爭力 • HomePlug 1.0 的最高傳輸速率為 14 Mbps, 最大傳輸距離可達 300 公尺, 最多可連接 15 部電腦。從這些數據來看, 應該有實力與其它家庭網路技術 (例如：HomePNA 和 802.11b 無線網路) 一較長短。

47. HomePlug 的實際傳輸效率 • 若是單從規格上的最大傳輸速率來看, HomePlug 略勝於 HomePNA2.0 的 10 Mbps和 802.11b 的 11 Mbps。但是根據國外網站公布的測試報告, HomePlug 的實際傳輸速率卻低於 HomePNA 2.0 和802.11b。 • 不過一般認為, 在現實的電源環境裡, HomePlug 會受到導線材質、雜訊、佈線施工方式等等因素的干擾, 所以傳輸速率僅能維持在 6~8 Mbps 而已。

48. HomePlug 網路的優勢 • 安裝容易 • 只要先以網路線連接乙太網路卡和HomePlug 橋接器, 再將 HomePlug 橋接器的電源線插到電源插座, 就完成了安裝。真的很難找到更簡單的安裝方式了。 • 沒有如同 802.11b 的通訊死角 • 802.11b 無線網路最為人所詬病的缺點, 便是容易有通訊死角。位於這些死角的裝置所收到的訊號, 通常微弱到難以辨識, 自然也就無法建立連線。而 HomePlug 網路就不會有這個問題。

49. HomePlug 網路的優勢 • 未來將普及到家電產品 • 家庭電源線網路聯盟正持續發展新的規格, 打算將 HomePlug 技術應用到家電中。舉例來說, 使用者可以將硬碟的 MP3 檔案, 傳送到支援 HomePlug 規格的家用音響, 該音響便能播放所收到的 MP3 檔案；或者是將影像檔傳送到支援 HomePlug 規格的電視, 便能利用電視來展示商品型錄。 • 倘若這些深具潛力的應用能及早實現, 必定會使 HomePlug 的前景一片光明。

50. HomePlug 網路的應用範例 • 建立單純的 HomePlug 網路 • 透過集線器 (或交換器) 連接乙太網路 • 透過 ADSL 數據機連接網際網路