网路与数据通讯课件

1、網路與數據通訊 廖述盛網路與數據通訊 廖述盛概述通訊，就是是互相溝通的意思，人類交談是利用聲音在空氣中傳播而達到溝通的目的，當然所講的話要能互相聽得懂，你一句我一句，有來有往，這樣有傳輸介質(空氣)與傳輸協定(語言) ，就能稱為通訊系統了。 概述通訊，就是是互相溝通的意思，人類交談是利用聲音在空氣除了電話系統外，另一個更古早的系統就是電報(telegram)。電報是利用電波來傳送簡短的訊息，早期並無法利用電波來傳遞人講話的聲波，只能傳送簡單的固定聲音，但聲音長短可以不同，於是便將英文字母編成不同長短的聲音，這就是摩斯電碼，也是最早的數據通訊(data communication)編碼(codi

2、ng)。 除了電話系統外，另一個更古早的系統就是電報(telegram換句話說，電報雖然較古老，但卻較接近現代的電腦通訊系統，因為電腦只能聽懂數據資料(data) ，所以將數據資料編碼，然後傳輸，再解碼還原成數據資料，就成了通訊系統的主要工作，而編碼、傳輸、接收、解碼的工作程序，就統稱為通訊協定(protocol)。通訊協定並非僅只有一種，就好像人類的語言一樣。因應不同的需求，許許多多不同的通訊協定被設計出，來並運用在不同的時機，例如最 有名的網際網路採用的就是TCP/IP通訊協定。 換句話說，電報雖然較古老，但卻較接近現代的電腦通訊系統，因為有了數據通訊系統，該是將電腦連起來的時候了。將兩台

3、以上的電腦，利用通訊系統相互連接，藉以傳輸資料，就稱為電腦網路(computer network)。 較簡單的電腦網路，就是將小區域內的許多電腦連結起來，讓它們彼此都能相互溝通，電腦間實際的距離並不長，約在百公尺以內，這樣的網路就稱為區域網路(Local Area Network, LAN)。而通訊系統有個特性，就是線路實際距離越短，傳輸效能就能設計的越高。因此，區域網路的資料傳輸速度通常很快，快到幾乎讓人感覺不到是透過網路在使用別台電腦的資料。有了數據通訊系統，該是將電腦連起來的時候了。將兩台以上的電腦相對於區域網路，另一種就是廣域網路(Wide Area Network, WAN) ，主要

4、的分別在於地理範圍的不同。廣域網路也就是連結許多電腦，不過連結的範圍擴大到一個城市、國家甚至全世界，由於電腦間距離遙遠，線路傳輸速度通常也就沒辦法像區域網路那麼快，而目前全世界四通八達的通訊系統當屬電話網路了，所以廣域網路大都是透過傳統的電話網路來連接到各個電腦或區域網路。在全世界，最大的廣域網路是網際網路(internet) ，也可以說只有這一個，因為除了軍用網路以外，其他的廣域網路都早已和網際網路結合在一起了。相對於區域網路，另一種就是廣域網路(Wide Area Ne數據通訊與傳輸 數據通訊(data communication)系統最重要的事，就是要能將數據資料從甲地傳到乙地，傳輸需要

5、線路，而線路可以是類似電線一般的銅線，或有線電視的同軸電纜(事實上，有線電視的電纜並不僅能傳送節目而已，它也能拿來傳輸數據資料) ，或是光纖、衛星無線、電雷射等等。不管是看得到的線，還是看不到的電波、光波，只要能拿來傳輸數據資料，都可稱為通訊媒體(communication media)。 數據通訊與傳輸 數據通訊(data communicatio頻寬與容量 通訊媒體上所傳輸的訊號，不論是電波或光波，都有不同的頻率，會由於通訊媒體的物理特性，而受到一定限制，也就是最低容忍頻率與最高容忍頻率。以人的耳朵來說，可以聽見40到1800Hz (Hz，頻率的單位，意指每秒鐘動作的次數) 的聲波。如果將

6、某通訊媒體可以忍受的最高頻率減掉最低頻率，就稱為這通訊媒體的頻寬(bandwidth)。 頻寬與容量 通訊媒體上所傳輸的訊號，不論是電波或光波，都有不數位與類比 類比訊號是以連續的波形變化來表示資料內容，例如語音就是。如果將語音信號紀錄下來，可以發現聲音的強弱隨著時間不斷地連續改變，就好像是條曲折的線一樣，任何瞬間都有一個不同聲音的強弱值。而由聲波直接轉換成電波的電話線，基本上傳輸的就是類比電波。 數位與類比 類比訊號是以連續的波形變化來表示資料內容，例如語數位訊號則是已斷續的波形來表示資料，這種訊號通常只有兩種狀態，以0與1代稱之。個人電腦內部的資料傳輸為例，當電路上的電壓值為5伏特時，表示

7、1，0伏特時就表示為0，將這種訊號紀錄下來，它的波形就好像一堆零零落落的箱子一樣，所以又稱為方波。一般連接電腦的周邊設備如滑鼠、印表機等線路，所傳輸的就是數位訊號。 數位訊號則是已斷續的波形來表示資料，這種訊號通常只有兩種狀態通訊傳輸媒體 目前通訊系統主要的使用的傳輸媒體有雙絞線(twisted pair)、同軸電纜(coaxial cable)、光學纖維(optical fiber)、衛星微波(satellite microwave)等。 通訊傳輸媒體 目前通訊系統主要的使用的傳輸媒體有雙絞線(tw雙絞線傳統的電話線就是一種雙絞線雙絞線。是將兩條絕緣電線相互糾結在一起，以抵抗外界干擾，降低傳

8、輸時的雜訊。雙絞線傳統的電話線就是一種雙絞線雙絞線。是將兩條絕緣電線相互同軸電纜 有線電視的纜線就是一種同軸電纜。同軸電纜中心有一銅質電線，稱為內導線，內導線外包著一層厚的絕緣物，絕緣物外再包著一層網狀導體，稱為外導線，內導線與外導線互成一個同心圓狀故名之同軸電纜。 同軸電纜 有線電視的纜線就是一種同軸電纜。同軸電纜中心有一銅光學纖維 光纖和上述的電線、電纜有很大的不同，光纖所傳送的是光線，而不是電波之類的電子訊號，光線的好處是沒有電磁干擾的問題，而且速度極快。光纖是由細玻璃纖維外包反射材質構成，利用發光二極體(LED)，將電波轉成光線。而光線只有兩種狀態，亮與不亮(很明顯地適用傳送數位訊號)

9、，光現在玻璃纖維中反射前進，直到另一端，再由感光電子元件接收，轉回電子訊號。光學纖維 光纖和上述的電線、電纜有很大的不同，光纖所傳送的是衛星微波微波是一種電磁波，它不需要實體的介質就能傳輸。在地面上的發射站將微波訊號對準太空上的人造通信衛星發射，衛星就會將訊號轉回地面，再由地面上的各個接收站，將天線對準衛星接收就可以了。衛星微波微波是一種電磁波，它不需要實體的介質就能傳輸。在地面資料傳輸方式 單工(simpex):是資料只能由一端傳送給另一端，但無法由另一端傳送回來。半雙工(half-duplex):資料能由兩端相互收送，但無法同時進行，例如無線電對講機，講話時必須按鈕，而且別人的聲音，只有不

10、講話時才能聽到。全雙工(full-duplex):資料能由兩端相互收送，而且可以同時進行，例如電話，可以互相聊天。資料傳輸方式 單工(simpex):是資料只能由一端傳送給另數據機 數據機(modem modulator-demodulator)，全名是調變解調器。顧名思義，數據機含有兩大部分，調變器與解調變器。 數據機 數據機(modem modulator-demodu網路拓樸 網路拓樸(network topologies)，係指網路的連結型態，白話地說，就是網路的長像。網路上連接的機器，通常是電腦，稱作節點(node)。節點與通訊線錄就形成了拓樸，一般常見的有匯流排(bus)、星狀(s

11、tar)、環狀(ring)、網狀(mesh)等，下面介紹這些網路拓樸的特性。網路拓樸 網路拓樸(network topologies)，匯流排拓樸 這是最廣為區域網路採用的連結型態。所有的節點都連接到一條主通道上，所有的通訊都在主通道上進行，使用的方式與架設最簡單。它的缺點是由於共用一條主通道，所以同一個瞬間只能有一個節點發送訊號，其他節點指能收不能發，這類似無線電對講機的使用方式，事實上您可以將這條共用的主通道想成是專用的無線電發訊場，只有在同一個網路上的節點才能互相通訊。另一個重大的缺點是如果主通道損壞，整個網路將不能運作。最典型的此類網路是乙太網路(EtherNet)。 匯流排拓樸 這是

12、最廣為區域網路採用的連結型態。所有的節點都連星狀拓樸 在星狀拓樸網路中，所有的節點都連線到一個主節點上，由這個主節點擔任交通控制中心的角色，所有的通訊都要經過主節點才行。很名明顯地，這樣的網路很容易管理，架設也單純。缺點是如果通訊量過大，主節點負荷不了，會造成瓶頸(bottleneck) ，而且主節點一損壞，整個網路就不能動了。早期的大型電腦大都是採用這種方式與終端機連線，眾多的用戶以電話線路連接網際網路服務中心(Internet Service Provider, ISP)上網，也算是一種局部的星狀網路。 星狀拓樸 在星狀拓樸網路中，所有的節點都連線到一個主節點上，環狀拓樸 在環狀拓樸網路中

13、，所有的節點都相互連線到兩鄰近節點上，並且頭尾相接，形成一的圈圈。每個節點都要負責將鄰近節點的訊息傳送到另一個節點，就好像做公車一樣，資料被一站接一站地傳遞。這種方式最節省電路的長度，連結方法也簡單，而且傳送比較沒有瓶頸，能維持較穩定的運輸效能。環狀網路的缺點在於如果有一個節點損壞，整個網路就不能動了，而且節點越多，速度越慢。為了避免這些問題，一般實際使用的環狀網路，通常是雙環路，只要有節點當機，馬上就能避開。最有名的環狀網路是IBM的token ring 及FDDI光纖網路。 環狀拓樸 在環狀拓樸網路中，所有的節點都相互連線到兩鄰近節點網路拓樸 網狀網路，長得就比較像網子了，節點之間以不定的

14、數目連線，成為網狀。網狀的好處是網路上某兩個節點之間的通訊，並不會只有一條路線，可以視各個線路的傳輸能力、擁塞狀況採取不同的路徑，這種路線的決定方式相當複雜，需要用特殊的方法來計算。網狀網路通常用於廣域網路，線路的長度動輒數百里，網路節點是專用的網路設備，如交換機或路由器(router)，稍後在廣域網路這節會再提及。 網路拓樸 網狀網路，長得就比較像網子了，節點之間以不定的數目區域網路 區域網路(Local Area Network，簡稱LAN)是一種小型的電腦網路，連結的範圍通常侷限在特定的地理區域內，如房間、辦公室裡。區域網路內的區域電腦由於距離近，叫不必擔心長距離訊號衰減的問題，多半利用

15、高速的短距離網路設備互相連接，兩兩電腦之間最多可達數百公尺的距離。 區域網路 區域網路(Local Area Network，簡區域網路硬體系統 簡單型的區域網路只要電腦、網路卡、網路電纜線及接頭就可以接妥。下面以最廣泛的乙太網路來說明。 區域網路硬體系統 簡單型的區域網路只要電腦、網路卡、網路電纜乙太網路 乙太網路為匯流排型(bus)網路，所有的電腦必須連同一個軸電纜上，標準型的乙太網路基本規範如下：1. 傳輸速度為10Mbps2. 一段同軸電纜最大長度為500公尺3. 由中斷器連接最長達2.5公里4. 任何兩個節點間最多可安置2個中斷器5. 電腦利用收發器(transceiver)連上主電

16、纜6. 每段網路可容納100個節點7. 整個網路可容納1024個節點8. 使用直徑0.4英吋的50甌姆同軸電纜9. 每段網路電纜頭尾必須加上終端電阻 乙太網路 乙太網路為匯流排型(bus)網路，所有的電腦必須連區域網路軟體系統 應用層 (Application Layer)網路應用服務系統，如電子郵件、WWW，檔案傳輸等表識層 (Presentation Layer)解釋資料表示的方式，如內碼轉換、加密碼密處理、資料壓縮等交談層 (Session Layer)做為使用者與下層(運輸層)之間的介面運輸層 (Transport Layer)提供節點對節點間的可靠資料傳送服務，包括訊息的分割與重組、

17、錯誤的回復等區域網路軟體系統 應用層 (Application Laye網路層 (Network Layer)利用數據傳送與交換技術提供諸如決定資料傳送路徑，建立虛擬路線、流量控制等功能鏈路層 (Link Layer)提供數據資料在實體線路上能正確傳送的功能。包括了定義數據資料在實體線路上傳送的格式，以及傳送、接收資料的運作方式。例如乙太網路的CSMA/CD 、IBM的HDLC等協定。實體層 (Physical Layer)實際傳送的線路。定義了機械、電氣、功能等硬體特性，如EtherNet、RS-232C、USB等。網路層 (Network Layer)Client-server區域網路由於

18、傳輸速度快，使其最大的特色在於共用資源，例如大容量的詞磁碟機、印表機等，甚至共用別人的電腦。有許許多多衍生的服務也被設計出來，有些性能優越的機器在網路上專門提供服務功能，稱為伺服器(server)，而一般要求服務的電腦則稱為用戶端(client)。 Client-server區域網路由於傳輸速度快，使其最大的Client-Server是網路系統上相當重要的架構，它定義了網路上電腦的角色定位。Client電腦系統相當具有網路功能，不過重點在要求服務，本身並不提供服務給網路上其他的電腦，一般個人電腦系統皆屬之，如Windows95/98，它是比較個人的、私有的。 Client-Server是網路系

19、統上相當重要的架構，它定義相反地，Server主要提供特別服務，所以必須針對服務功能的特色加強功能。如果是檔案伺服機，其功能是提供大容量的磁碟供給人使用；如果是列印伺服器，就得要有高速的計算能力，以應付眾多查詢資料的需求；一部Server的電腦可以提供多種服務，並不只限定於單一種服務。 相反地，Server主要提供特別服務，所以必須針對服務功能的區域網路的連結 區域網路內電鬧的數量有一定的限制,如果辦公室之間距離遙遠,(隔著操場之類),就需要分割成個區域網路在連結起來,此外,也可能需要連結外部的廣域網路,讓區域網路內的電腦可以和遠地的電腦溝通。 區域網路的連結 區域網路內電鬧的數量有一定的限制

20、,如果辦公室LAN-LAN區域網路到區域網路。LAN-WAN區域網路到廣域網路。WAN-WAN廣域網路到廣域網路。LAN-WAN-LAN區域網路透過廣域網路到另一個區域網路。LAN-LAN區域網路到區域網路。LAN-WAN區域網路到廣連結設備中繼器(repeater)連接同質的區域網路。橋接器(bridge)連接異質/同質的區域網路。路由器(router)連接區域網路到廣域網路閘道器(gateway)連接廣域網路到廣域網路連結設備中繼器(repeater)連接同質的區域網路。橋接器廣域網路 廣域網路(Wide Area Network , WAN )與區域網路，主要的分別在於地理範圍的不同。由

21、於範圍廣大，通訊媒體的使用也就和區域網路不同，大都使用電信網路作為主要通訊媒體。廣域網路能將區域網路、個人用戶電腦、甚至是其他網路結合在一起，以發揮全球性資源共用的特色，目前最大的廣域網路當屬網際網路(internet)。 廣域網路 廣域網路(Wide Area Network , 廣域網路的通訊系統 公眾電話系統 最為廣泛使用的通訊系統，電腦利用數據機接電話系統連到其他電腦或網路服務中心，就能互相通訊。除了普通電話線路外，數位式行動電話系統也能用來連接網路，而且能以數位方式傳輸資料。非常普及、是需要才使用與速度慢是以電話系統連接網路的主要特色。 廣域網路的通訊系統 公眾電話系統 ISDN整體

22、服務數位網路系統 以數位方式傳輸的電信系統，提供用戶達128Kbps的頻寬，單一線路就能用來打電話、傳真、傳遞視訊、數據資料。ISDN也用撥接方式連接，較不普及、速度較快是其特色。 ISDN整體服務數位網路系統 數據專線 Leased-Line對於撥接的電話系統，數據專線是固定點到固定點的專用數據線路，線路永遠是通的，不需要撥接。數據專線的速度由14.4Kbps、64Kbps、256Kbps、T1(1.544Mbps)不等。高速數據專線可做為大型網路之間的主要聯絡幹道，例如台灣學術網路TANET與中華電信HINET就是以T1、T3數據專線連接。 數據專線 Leased-LineDirect P

23、C 衛星直通系統。用戶可利用衛星天線接收資料達400Kbps，然後再用一般的電話系統送出資料到廣域網路上。 Direct PC ADSL非對稱數位式用戶線路 新型的電信網路，利用現有的電話線傳輸高速的數據資料，接收資料可高達數Mbps，而傳輸資料也有數百Kbps，不過只能在都會區使用 ADSL非對稱數位式用戶線路 CATV 有線電視有線電視的電纜網路普及性高，加上專用的數據傳輸設備後，也能做為廣域網路通訊系統，接收資料也可達十Mbps，傳送資料也可達百Kbps ，不過這樣的頻寬是所有纜線上的用戶所共有。CATV 有線電視網際網路 美國國部的尖端研究企劃署(ARPA , Advance Rese

24、arch Projects Agency) 便進行一項網路整合實驗計畫，稱為ARPANET，ARPANET提出TCP/ IP通訊協定解決了不了電腦跨網的問題。在ARPANET上，所有電腦之間要溝通的資料會先被打包成許多一定長度的訊息，稱為封包(packet)，封包在網路上已不同的路線傳送到目的地，再重新組合起來，所以ARPANET是屬於一種分封交換網路( packet switching network)。 網際網路 美國國部的尖端研究企劃署(ARPA , Advan在台灣地區，主要有TANet(台灣學術網路)、HiNet(中華電信)、SEED Net(數位聯合電信) 三大網路與Interne

25、t相連接，目前約有三百萬人使用Internet。 Internet之所以能暢行全世界，端賴功能強大的TCP/IP通訊協定，他是由TCP( Transmission Control Protocol)和IP( Internet Protocol)兩個協定組合而成。IP主要用途在傳遞封包，並負責選定傳送的路線，在七層架構中屬於網路層；TCP則用來打包封包與組合封包，提供兩端可靠的資料傳輸，在七層架構中屬於運輸層。 在台灣地區，主要有TANet(台灣學術網路)、HiNet(中使用TCP/IP的Internet，每一部電腦必須設定一的特定的編號，以作為區別，就像人類世界所使用的地址一樣，讓Intern

26、et上的電腦在傳送資料時找的到接收的對象，也讓接收者知道是哪裡傳來的資料，這個編號叫做IP address(網路位址)。 IP address具有唯一性，以保證資料能完整無誤的送達。每一個IP address均是由四個0到255之間的數字組成，數字間以符號隔開，例如台北市立圖書館圖書查詢檢索系統的網路位址為：6。 使用TCP/IP的Internet，每一部電腦必須設定一的特要取得IP address 必須向網際網路資訊中心(Internet Network Information Center，Inter NIC)申請並註冊，在台灣的機構是TWNIC，代理IP address申請事宜。 由於IP address採用數字編碼，非常不容易記憶，所以就採