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網路概論

網路概論. 中正大學資訊工程研究所 高速網路實驗室 陳旻秀. 導論. 為什麼需要電腦網路？ 功能 資源共享 資訊傳遞 加速計算 負載平衡 ….. 資訊高速公路 虛擬社會. What is a computer network. 通訊元件. What is a computer network. 通訊介質. What is a computer network. 拓樸（ Topologies）. 導論. 兩種傳播模式 ： 廣播與點對點 依照網路階層架構與資料傳輸範圍可分為三種階層 區域網路( Local Area Network)( 宿網)

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網路概論

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Presentation Transcript

  1. 網路概論 中正大學資訊工程研究所 高速網路實驗室 陳旻秀

  2. 導論 • 為什麼需要電腦網路？ • 功能 • 資源共享 • 資訊傳遞 • 加速計算 • 負載平衡 • ….. • 資訊高速公路 • 虛擬社會

  3. What is a computer network • 通訊元件

  4. What is a computer network • 通訊介質

  5. What is a computer network 拓樸（Topologies）

  6. 導論 • 兩種傳播模式： • 廣播與點對點 • 依照網路階層架構與資料傳輸範圍可分為三種階層 • 區域網路(Local Area Network)(宿網) • 都會網路(Metropolitan Network)(校園網路) • 廣域網路(Wide Area Network)(TANET)

  7. 網路階層架構

  8. 應用層 TCP IP Host to Network TCP/IP 應用層 BBS WWW FTP Mail HTTP/HTTPS telnet/ptelnet 表達層 會議層 SNMP 傳輸層 TCP UDP IPX 網路層 IP 鏈結層 Ethernet Fast Ethernet MAC 實體層 Rj-45 光纖 OSI 七層

  9. 分層建制網路架構 • 為何需要分層? • 如果不分層的話會如何? • 一個人要負責很多事情 • 校長兼槓鍾 • Make things “simple”:模組化(官僚化) • 不同層負責不同工作 • 不同官員有不同工作 • 各層負責特定的功能 • 各階級的官員各有任務 • 需要跨層處理的服務需要限制 • 越級報告的狀況要限制 • 某一層之更換不影響上下層之工作 • 官員換人不能影響運作

  10. 分層建制網路架構 • OSI(Open System Interconnection)七層 • 由ISO ( International Standards Organization)在1980年代制定 • 實體層,資料鏈結層,網路層,傳輸層,會議層(session),表識層與應用層 • TCP/IP四層 • 只有host to network,IP層,傳輸層與應用層

  11. 分層建制網路架構 • 實體層 • 處理在傳輸介質上位元資料傳輸 • 鏈結層 • 處理傳輸介質上點對點傳輸 • 網路層 • 處理網路上任兩點傳輸 • 封包路由(packet routing)(封包選徑) • 傳輸層 • 處理提供可靠的資料傳輸 • 來自上層的多樣傳輸的問題

  12. 分層建制網路架構 • 會議層 • 連線管理 • 錯誤修復 • 表達層 • 資料格式轉換 • 資料壓縮，資料加密解密 • 應用層 • 使用者介面的應用程式

  13. 通訊協定 • 包含封包格式與其內各項訊號意義的規則與實施的規範 • 協定的規範必須是運作在兩方同一層 • 資料流(data flow) • 資料在各通訊協定間資料的傳遞的過程 • 規範資料的處理方式

  14. 資料流 • 每層的資料處理單位定義皆不同 • 處理資料時的主要動作 • 連線建立 • 流量控制 • 錯誤控制 • 封裝與解封裝 • 封裝時會加入些各通訊協定特有的資料欄位 • 資料分割與重組 • 與最大傳輸單位有關

  15. switching • 線路轉換(circuit switch) • 連線預先建立 • 可以保證服務品質 • 網路資源為單一使用者所專用 • 封包轉換(packet switching) • 儲存與遞送(store and forward) • 網路資源(頻寬)為許多使用者共享 • 不能保證服務品質 • 提高網路使用效率 • 網路流量為爆炸性(bursty)流量

  16. TANET考古 • TANET（台灣學術網路） • 1991/12：64Kbps • 1992/12：256Kbps • 1994/10：512Kbps • 1995/12：T1 • 1997/5：T3 • 台灣網路現況 • T3環島網路 • T3專線由中正大學直達教育部 • 次世代網際網路(1999/6)

  17. 實體層 • 雙絞線(twisted pair) • 兩條絕緣導線互絞 • 多對雙絞線以防止電磁波干擾 • 較便宜，但錯誤率較高 • 速度：1.5Mbps • 100公尺內可提升至100Mbps

  18. 實體層 • 光纖(fiber optic) • 利用發光二極體(LED)與雷射二極體做光源 • 利用反射傳遞資料 • 無電磁波干擾問題 • 頻寬大

  19. 資料鏈結層 • 負責相鄰兩節點間資料傳輸之可靠性 • IEEE 802.x 先將此層細分成二部份 • 邏輯鏈結控制子層（上層） • 控制訊息的交換 • 資料流量控制 • 解釋命令 • 發出回應 • 失誤問題處理（如遺失、順序不對、…等）

  20. 資料鏈結層 • 媒體存取控制子層（下層，Medium Access Control, MAC） • 媒體存取管理：控制傳輸媒體分享的規則或程序。這是區域網路主要的技術。 • 做框：利用特殊的符號作為標題和結尾，以便辨識信息的開 • 定址：決定每一節點之位址以辨識收發裝置。 • 錯誤偵測：檢查及確保訊息是否正確地傳送和接收。

  21. 媒體存取控制子層 • 封包的觀念 • 資料在傳送過程中有可能發生錯誤 • 公平問題,過大的資料佔用過久媒體使用 • 框架 • 資料由MAC層送往下層的單位 • 會有框頭及框尾記號 • 字元組為主（ byte-oriented ） • 字元為主（ bit-oriented ）

  22. 媒體存取控制子層 • byte stuffing及 bit stuffing • 利用特殊記號當框頭及框尾時，有可能在資料中也會出現與此兩記號完全相同的情形

  23. 媒體存取控制子層 • 定址 • MAC address • 錯誤偵測 • 奇偶同位檢查 • 利用一多餘的位元使資料中所有位元和是奇數 • 利用checksum

  24. 媒體存取控制子層 • Cyclic Redundance Checks (CRC) • 將 n-bits 資料視為 (n-1) 次方之多項式 M(x)之係數 • 將 k-bits 之 FCS , F(x)放在原資料後面 • T(x)為 (n+k) bits 之傳送資料 T(x) = xkM(x) + F(x) • G(x)為 (k+1) bits 之 generator • F(x)即為 xkM(x)除以 G(x)之餘數 • M=1010001101G=110101FCS is 5 bitsxkM = 101000110100000則F(x)=01110T=101000110101110

  25. 媒體存取控制子層 • CRC 特點： • 可偵測出 1 bit 的錯誤。 • 如果 F(x)中 3 項以上的因式，則可偵測出 2 bits 的錯誤。 • 如果 F(x)含有 (x + 1) 的因式，則可偵測出奇數個的錯誤。 • 可偵測出長度比 FCS 小的連續錯誤。 • 可偵測出大部分較長的連續錯誤。 • 無法偵測出資料前頭或尾被加入一串零的錯誤。

  26. 邏輯鏈結控制子層 • 多工處理 • 不同網路層通訊協定對應不同之服務點(SAP)

  27. 網路層 • 提供網路上任何兩節點間資料傳輸 • 提供傳輸層服務 • 選徑（routing） • 群播（multicasting） • 流量控制（flow control）擁塞控制（congestion control） • 可hop-by-hop 或 end-to-end

  28. 網路層 • 提供傳輸層服務 • 虛擬電路(virtual circuit) • 連接導向的服務 • 提供了完全可靠的傳輸 • 資料包傳遞(datagram) • 非可靠服務的非連接導向服務 • 最大傳輸效能(Best effort)方式傳送資料

  29. 項目 VC Datagram 連線建立 要 不用 Addressing 每個 packet 含 VC ID，所需位元數較少 每個 packet 需含目的地地址，所需位元比較多 Routing 每個 packet 都走相同路徑 不同 packet 可能走不不同路徑 Router當機 受影響較大必重建連線 較不受影響 可靠性 高 低 網路層

  30. 選徑 • 延展性（scalability） • 異質網路間的連結 • 錯誤處理，自動恢復 • 支援服務品質保證（QOS） • 提升效能 • 負責選徑工作的網路設備為router(選徑器或路由器) • 選徑協定可分為動態與靜態

  31. 流量控制 • 目的 • 使送端與收端的傳輸速度一致 擁塞控制 • 目的 • 控制送端的傳輸速度以達到最好效能

  32. Internet protocol (IP) • 提供非連線性，資料包式的服務 • 設計要點 • 定址(addressing)(IP address) • 子網路(subnet)與路由 • 封包格式 • 封包分割與重組(fragmentation and reassembly) • 錯誤控制

  33. Internet protocol (IP)

  34. Internet protocol (IP) • IP位址 • 唯一性 • 階層性 • Class A：這類位址是給大網路使用，一個網路可以有16777216 台機器。此類網路編號為 0 到 127 • Class B：這類位址是給中型網路使用，一個網路可以有65536 台機器。此類網路編號為 128 到 191 • Class C：這類位址是給小型網路使用，一個網路可以有256 台機器。此類網路編號為 192 到 223 • Class D：Internet 保留了網路編號 224 到 239 給一對多連線（multicast）使用 • Class E：網路編號 240 到 255 目前暫時保留不用

  35. Internet protocol (IP)

  36. Internet protocol (IP) • 子網路與子網路遮罩 • 子網路 • 把class A或class B的IP位址分成許多子網路 • 子網路遮罩則用來分辨一個子網路的範圍 • 例子 • ccu.edu.tw:140.123.0.0 • cs.ccu.edu.tw:140.123.101.0 • Subnet mask: 255.255.255.0 • 特殊的IP位址 • 0(指子網路),255(指廣播封包)

  37. Address Resolution • 在 IP 決定將封包交給第二層送出時，需要包裝成第二層的格式 • 查表或藉由發送封包詢問 • ARP:IP->MAC • RARP:MAC->IP • Why need address resolution?

  38. ICMP • TCP/UDP/IP 協定若有錯誤情形發生時，會利用 Internet Control Message Protocol（ICMP）協定來送錯誤訊息 。雖然 IP 用 ICMP 來送錯誤訊息，但是 ICMP 的封包卻是利用 IP 來包裝與傳送。

  39. ICMP • 回應請求(echo request)與回應回報(echo reply) • Echo request:type=8,code=0 • Echo reply:type=0,code=0 • 目的地無法到達 type=3 • 壅塞的控制訊息:type=4,code = 0 • 路由轉送(routing redirect) • IP header錯誤 • 傳送時間超過 • Ping 與 tracerouter

  40. IP and MAC • 140.123.101.217要將封包傳給140.123.103.217時,處理過程是如何呢? • 101.217先做netmask判別是否在同一subnet • 用ARP取得101.0的router的MAC address • 101.217將dest. MAC填入ethernet封包送給router • 101.0的router經過routing table將封包傳送到103.0的router • 103.0的router發送ARP詢問103.217的MAC address • Router將103.217的MAC填入封包送給host

  41. 傳輸層 • 在不可靠的傳輸連線上提供可靠的傳輸服務 • 流量控制與擁塞控制 • 連線管理 • 多工處理與定址 • 分割與組裝 • 服務品質保證

  42. 傳輸層 • 利用 sequence number，acknowledgement，retransmission，及timer可以在非可靠傳輸的網路層上提供可靠的傳輸 • 終端點對終端點的傳輸 • 服務類別 • 可靠性與非可靠性傳輸 • 因網路中斷之錯誤恢復 • 多工 • 效能保證

  43. 傳輸層 • 連線管理 • 連線建立 • 雙向握手法(two way handshaking) • 三向握手法(three way handshaking) • 連線撤除 • 計時器式之三向握手法

  44. 三向握手法 送端 收端 連線要求(X) 連線回應(X+1，Y) 送端回應(X+1，Y+1) 連線完成

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