網路概論與實務 PDF

網路概論與實務 1  大綱  乙太網路沿革  乙太網路分類  乙太網路架設  無線區域網路簡介  無線區域網路分類  無線區域網路架設 網路概論與實務 2 乙太網路(Ethernet)簡介 是各種網路架構中最普遍的一種 架構簡單、價位低廉 乙太網路沿革 乙太網路種類 乙...

網路概論與實務 1  大綱  乙太網路沿革  乙太網路分類  乙太網路架設  無線區域網路簡介  無線區域網路分類  無線區域網路架設 網路概論與實務 2 乙太網路(Ethernet)簡介 是各種網路架構中最普遍的一種 架構簡單、價位低廉 乙太網路沿革 乙太網路種類 乙太網路架設 網路概論與實務 3  乙太網路 (Ethernet) Xerox Palo Alto 研究中心 Robert Metcalfe 與 Davis Boggs 所開發 自夏威夷大學 (University of Hawaii) 無線通訊 的Aloha系統 取名為 Ethernet 以 Ether 描述傳送訊號的物質 期望網路能像 Ether 一樣充斥在宇宙每個角落 後來證明 Ether 這物質並不存在 網路概論與實務 4  乙太網路沿革 (1/2) 第一個乙太網路系統 1973年Metcalfe與Boggs所發展的 傳輸速率2.94Mbps 1980年9月 迪吉多 (Digital)、英代爾 (Intel) 以及全錄 (Xerox) :10Mbps乙太網路標準 使乙太網路相容於各種不同電腦系統中 稱為DIX (DEC-Intel-Xerox) 乙太網路 1982年全錄公司放棄對乙太網路的商標權 使乙太網路可以廣為大家所使用 很快成為網路架構的主流，沿用至今 網路概論與實務 5 乙太網路沿革 (2/2) 網路概論與實務 6  乙太網路之分類  所有乙太網路的基本原理相似  由傳輸速率、調變方式與傳輸媒體不同進行區分  依傳輸速率  10Mbps、100Mbps、1Gbps、10Gbps、1000Gbps等  依調變方式  基頻 (Baseband): 訊號直接傳送，不把訊號調變到高頻率 的載波  寬頻 (Broadband): 同時負載多條信號,將頻寬切割成多個 頻道，每個頻道在特定的頻率內運作  依傳輸媒體  雙絞線 (Twisted Pair)、同軸電纜線、光纖 (Fiber) 網路概論與實務 7  乙太網路名稱之表示 乙太網路名稱的訂定 大致分傳輸速率、調變方式、傳輸媒體三部分 例如: 100BaseT 100Mbps、Baseband、Twisted Pair(雙絞線) 、 最遠可達100公尺 例如: 10Broad36 10Mbps、Broadband、RG-59同軸電纜為傳輸媒 介，最遠可達3600公尺 例如: 10BaseF 10Mbps、Baseband、多模光纖、可達約 500~2000公尺 網路概論與實務 8  乙 太 網 路 的 分 類 網路概論與實務 9  乙太網路發展 一般以10的倍數增長 10Gbps以上乙太網路較無法一次增長10倍 先發展40Gbps乙太網路 成熟後再精進到100Gbps乙太網路 40Gbps、100Gbps以單模光纖傳送可達40公里 40Gbps以第八類雙絞線可傳遞30公尺 後續目標: 1000Gbps (1Tb)以上之乙太網路 400Gbps 800Gbps (802.3df project) 1.6T (802.3dj project) 網路概論與實務 10 乙太網路架設 網路概論與實務 11  乙太網路連線架構  普及性最高、架設容易  典型的乙太網路連線架構  樹狀架構: 如以Switch(交換器)、網路卡(RJ-45插槽)、 Category 5 (100BaseTx Ethernet)或 Enhanced Category 5 (1000BaseT Ethernet)等網路線來彼此連接 網路概論與實務 12  材料與配備  雙絞纜線  RJ-45連接頭  RJ-45護套  網路卡  剝線器  斜口鉗  壓線鉗  纜線測試器  集線器與交換式集線器 網路概論與實務 13  305公尺(1000呎)的雙絞線線材  使用UTP(Unshielded Twisted Pair), 無遮蔽雙絞線  使用Category 5 or 5e 以上的 UTP 線材 (100BaseTx or 1000BaseT Ethernet) 網路概論與實務 14  RJ-45 連接頭 連線間的連線介面 8 個金屬連接插片, 與雙絞線內銅導線接觸, 使電 流可以流通 (插入網路孔) 雙叉式(右圖)或三叉式 (接點較多, 增加與導線接 觸的機會) 網路概論與實務 15  RJ-45 護套 預防接頭卡榫可能因碰撞導致接頭脫落 雙絞線與接頭之間加強固定與扭轉緩衝 護套顏色方便作連線辨識判斷之用 網路概論與實務 16 網路概論與實務 17 網路概論與實務 18 斜口鉗 壓線鉗 剝線器 網路概論與實務 19 纜線測試器 (Cable Tester) 網路概論與實務 20  網路卡  不同介面，有不同選擇  Auto-Sensing (可以自動調整以適合所在Ethernet 的速度)  全雙工傳輸服務 (允許二張網卡間同時進行雙向資料 傳輸, 但需兩張網卡都支援全雙工)  現在已為基本功能 網路概論與實務 21  集線器(Hub)或交換式集線器(Switch)  用以進行電腦間或集線器間連接  集線器面板發光二極體 (LED)  連接埠連線狀況  連線速率  全雙工功能 網路概論與實務 22 RJ-45 接頭製作 網路概論與實務 23  無遮蔽式雙絞纜線 纜線由四對雙絞線組成  (白藍，藍)、(白橙，橙)、 (白綠，綠)、(白棕，棕) 定義為第一、二、三、四對線 絞線互絞程度 第五類 UTP 每英吋互絞3~4次不等  (白藍，藍) 與 (白棕，棕) 每英吋互絞3次  (白橙，橙) 與 (白綠，綠) 每英吋互絞4次  亮麗的兩對線想像為品質較好的線材 絞的程度愈高，EMI(電磁干擾)互抵效果會愈好，傳 輸效率會提高，不同絞度的線材有不同的用途 網路概論與實務 24 RJ-45 接頭腳位定義 網路概論與實務 25  EIATIA 568B 腳位定義 EIATIA (Electronic Industries Association/ Telecommunication Industries Association) 用來作網路傳輸的為材質較佳的1、2、3、6 四條線 用來作一般電話語音、傳真、或數據機連線為 4、5、 7、8 四條線 各腳位與連線纜線顏色的對照 網路概論與實務 26  接線排列次序輔助記憶聯想圖 網路傳輸: (白橙/1, 橙/2); (白綠/3, 綠/6) 一般電話語音, 傳真, 或數據機連線: (藍/4, 白藍5); (白棕/7, 棕/8) 4,5屬於中間, 7,8為最後一組 網路概論與實務 27 將雙絞線放入 RJ-45 接頭內 網路概論與實務 28 以壓線鉗壓線 網路概論與實務 29 RJ-45 接頭 (加護套) 網路概論與實務 30 常見的量測儀表 網路概論與實務 31 或用三用電錶檢測接線連通情形 亦需要進行網路的實際連線速率測試 網路概論與實務 32  RJ45網路線製作 https://www.youtube.com/watch?v=psRUqi5o2-Q 網路概論與實務 https://www.youtube.com/watch?v=9ZFiNqvKELg&t=422s 33 RJ45網路線製作 網路概論與實務 34 網路卡 RJ-45 插座 各腳位功能 傳送和接收有分為正電位和負電位 網路概論與實務 35 集線器 RJ-45 插座 各腳位功能 集線器或交換式集線器 (Hub、Switch) RJ-45 孔 的腳位剛好和網路卡上 RJ-45 的腳位相反, Why? 網路概論與實務 36 電腦與集線器間的連線架構 網路概論與實務 37  EIATIA 568A 腳位定義  倘若兩台電腦之間直接使用雙絞線(UTP)連線, 以連接彼此的 網路卡進行資料傳輸?  需要讓兩張網路卡的輸出與輸入可以連接. RJ-45 網路線製作上, 一側 接頭需採用常用的 568B 標準, 另一側則需要採用 568A 標準  此為跳線(Crossover)纜線, 前述兩邊接頭都為 568B 標準的稱為 直接(Straight)纜線 網路概論與實務 38  電腦與電腦間的直接連線架構  透過跳線(Crossover)纜線, 兩台電腦可以直接透過網路卡連接  雙絞纜線(UTP)  網路卡甲端: RJ-45網路線之接頭是採用 568B 標準  網路卡乙端: RJ-45網路線之接頭是採用 568A 標準 這樣”送”與”收”才能夠連通 網路概論與實務 39 網路概論與實務 41  集線器之間的直接連線架構  若是兩台 Switch 之間的直接連接, 由於 Switch 的連接腳位的 定義也一般都相同, 所以雙絞線的兩端 RJ-45 接頭也需要採用 跳線纜線, 才可以達到彼此溝通的目的  集線器甲端: RJ-45網路線之接頭是採用568B標準  集線器乙端: RJ-45網路線之接頭是採用568A標準 網路概論與實務 42  以直接纜線串接集線器?  直接(Straight)纜線使用的機會遠比跳接(Crossover)纜線 多! 取得也相對容易許多!  大多數交換式集線器(Switch)上, 通常有一網路孔(特別連接 埠), 稱為 X符號、Daisy Chain、或 UpLink  此連接埠腳位已經跳線為同網路卡 RJ-45 插槽腳位  方便交換式集線器之間的擴充連接, 即可用直接纜線連接! PS: 近期的集線器已能自動判別! Auto MDI-X Capability 網路概論與實務 43  Medium-Dependent Interface  MDI is used on end devices (network cards) while MDI-X is used on hubs and switches. Some hubs and switches have an MDI port (X符號, Daisy Chain, UpLink) to connect to other hubs or switches without a crossover cable.  Ethernet over twisted pair also defines a medium dependent interface crossover (MDI-X) interface. Auto MDI-X ports on newer network interfaces detect if the connection would require a crossover, and automatically chooses the MDI or MDI-X configuration to properly match the other end of the link.  Nowadays, newer routers, hubs and switches (including some 10/100, and all 1 gigabit or 10 gigabit devices in practice) use auto MDI-X to automatically switch to the proper configuration once a cable is connected. No crossover cable is needed! Source https://en.wikipedia.org/wiki/Medium-dependent_interface 網路概論與實務 44  以直接纜線連接 Auto MDI-X (Medium Dependent Interface Crossover, 媒體相依介面跳線) 網路概論與實務 45  其他應注意事項  線距 :  傳輸線對訊號傳送一段距離後, 會有訊號衰減問題  不同的網路線材之限制不同, 如雙絞線(UTP), 光纖(Fiber)都不同  如100BaseTx 與 1000BaseT 以 Category 5 與 Category 5e 的 雙絞線(UTP), 其傳輸距離不能超過100公尺;  需要中繼器(Repeater)或有中繼器的集線器(Hub)來進行訊號重整  互絞 : 未絞雙絞線外露 < 0.5 英吋(1.27cm)  兩兩雙絞可以抵消電磁效應  束線鬆緊(整梱纜線整理)應以適中為宜  彎曲半徑 > 線材直徑8倍  避免過多EMI外露干擾  以第五類UTP為例 彎曲半徑>1.25英吋  佈線盡量保持線材的平順，避免扭度(twist)過大 網路概論與實務 46 無線網路簡介 網路概論與實務 59  簡介  有線傳輸的環境 適合頻寬需求大，工作地點固定，安全性考量較嚴 謹的場合  無線區域網路應用的例子 如量販店、工廠、倉庫的盤點工作 (移動性需求) 兩棟建築物間如果距離不遠，拉線困難或有礙觀瞻， 無線的傳送方式也為另一種選擇 臨時性網路的需求，如戶外展覽場(conference) 工作場所時常變動者的網路需求(業務等) 缺乏預留管線老舊大樓的網路架設 已裝潢的客廳等… 網路概論與實務 60 距離不遠的建築物以無線網路串接 網路概論與實務 61  無線網路的分類  無線都會網路 (WMAN; Wireless Metropolitan Area Network) 處處無線上網之實現 (3G/4G/5G)  無線區域網路 (WLAN; Wireless Local Area Network) 校園網路、工廠環境、社區網路、家庭網路等無線環 境之用 (Taipei Free- Wi-Fi, NTU Wi-Fi, etc.)  無線個人網路 (WPAN; Wireless Personal Area Network) 居家控制、電腦週邊短距離間的連線使用 Bluetooth等，如智慧手環等 網路概論與實務 62  無線之區域或個人網路  使用不需執照的 ISM 或 UNII 高頻率頻帶  ISM 頻帶 (Industrial, Science, and Medical；工業、科學、醫藥)  UNII 頻帶 (Unlicensed National Information Infrastructure；非 執照國家資訊基礎 ) 網路概論與實務 63  各種無線網路代表圖示 LoRa WLAN 802.11 WPAN 802.15 WPAN 802.15 ZigBee 網路概論與實務 64  LoRa  可以進行長距離的傳送  可以在低能耗下進行低速的長距離通訊  資料傳輸之速率為 0.3 ~ 27Kbps  在空曠區域的傳輸距離可以達到 10公里  使用頻段，如 915–928 MHz 於亞洲，和通用的 2.4 GHz 等  應用場域會著重於 IoT 設備 網路概論與實務 65  802.11  無線區域網路主要架構  802.11通過Wi-Fi (Wireless Fidelity; 無線相容認證) 認證 的產品, 可以互通  常見的為802.11b、802.11g、802.11n 與 802.11ac, 802.11ax, 802.11be, 都是使用 ISM 頻帶  近年為方便辨識與推廣：802.11n (Wi-Fi 4)、802.11ac (Wi-Fi 5)、802.11ax (Wi-Fi 6、Wi-Fi 6E)、 網路概論與實務 802.11be(Wi-Fi 7) 66  802.11n (Wi-Fi 4) 開始採用多天線的多重輸入與多重輸出 (MIMO; Multiple Input Multiple Output) 理論最高傳輸速率 : 600Mbps 網路概論與實務 67  802.11ac (Wi-Fi 5)  802.11ac 可透過 5GHz 頻段運作, 其理論上的資料 傳輸速度可達 1Gbps, 為上一代 802.11n 的2～3倍  多數的 802.11ac 裝置都具備雙頻功能，可在 2.4GHz 及 5GHz 兩種頻段中運作，也可支援 2.4GHz 的 Wi-Fi 裝置 網路概論與實務 68  802.11ax (Wi-Fi 6)  802.11ax 向下相容, 能針對資料傳輸模式自動切換 2.4GHz 或 5GHz 頻段, 讓數據傳輸變得更具效率  MU-MIMO技術(Multi-User Multiple-Input Multiple-Output)的強化支援, 可以讓多使用者同時 傳送訊號  之前 802.11ac 設備等是支援SU(Single User)-MIMO單用 戶收發技術, 上網設備必需等候依序傳送訊號  如支援 Beamforming 波束成型等  Wi-Fi 6E 開始支援 6GHz 頻段!  原本 Wi-Fi 6 的頻段並不包括 6GHz 網路概論與實務 69  數位部：Wi-Fi 6E 將開放頻段  數位部參考各國（包括美國、加拿大、巴西、南韓 、英國、日本、歐盟等）規劃方式及技術規範，開 放6GHz頻段供Wi-Fi 6E使用  有別於現行Wi-Fi在2.4及5GHz頻段運作，Wi-Fi 6E增加可使用6GHz（5945-6425MHz）頻段，支 援更大頻寬、更快的傳輸量及較低延遲  開放Wi-Fi 6E將促進相關產業發展，如企業建置智 慧工廠等創新應用，並進一步提升民眾對於創新科 技的體驗，如支援AR、VR等穿戴式娛樂裝置等。 2023/08/25 工商時報 https://www.chinatimes.com/realtimenews/20230825002475- 260410?ctrack=pc_main_rtime_p01&chdtv 網路概論與實務 74  802.11be (Wi-Fi 7)  Wi-Fi 7 支援 6GHz 頻段、加強抗干擾、傳輸速率 預計可達到 46.4 Gbps  使用新開放的 6GHz 頻段 (可在 5.925GHz〜 7.125GHz範圍內最高支援 3 個不重疊的 320MHz 頻道) ，繼續支援 2.4GHz 和 5GHz 頻段  加強 MIMO (Multi-Input Multi-Output，多輸入多 輸出)之功能  Wi-Fi 7 實際應用產品於 2024 年陸續普及 網路概論與實務 75 802.11be (Wi-Fi 7) 網路概論與實務 76  802.15.1  藍牙 (Bluetooth) : 802.15.1  1.1、2.0、3.0最大傳輸速率分別為1Mbps、3Mbps、 24Mbps  依不同功率消耗 傳送距離依需求有1、10、100公尺 傳輸愈遠，其功率消耗愈多 大都是以短距離傳輸為主  藍牙 5 (BLE, Bluetooth Low Energy)  連線速度提升且依然保持低功耗  支援室內定位，以物聯網應用 (IOT) 為其目標之一  不同速率與不同低功耗之選項(因應 IOT 需求)，較小速 率與低功耗下，可以傳送較遠之距離  某些應用領域與 Wi-Fi 重疊 網路概論與實務 78  802.15.4  低速無線個人網路 (LR-WPAN；Low Rate Wireless Personal Area Network)  省電、低速、遠距傳送  ZigBee  20Kbps、40Kbps、250Kbps  增加功率後，可傳送的距離可達1公里  可搭配太陽能充電建立遠距離低速無線傳送機制  亦以物聯網與工業用嵌入設備應用為其目標 網路概論與實務 79 無線區域網路架設: 以IEEE 802.11為例 網路概論與實務 80 IEEE 802.11 傳送距離 & 資訊安全  空曠場所可達100~150公尺  半開放有隔間環境  可傳送距離 : 30~50公尺  隔間材質金屬成分越高，訊號衰減阻絕情況嚴重  可透過外接天線或增加基地台密度解決  安全機制  WEP (Wired Equivalent Privacy；有線等效保密)、 WPA (Wi-Fi Protected Access；Wi-Fi網路保護存取)、 WPA2、WPA3  雖然還是可能被破解  畢竟至少可以受到某種程度的保障 網路概論與實務 81  IEEE 802.11 無線網路架構 Ad Hoc 架構 對等式 (Peer-to-Peer) Infrastructure 架構 主從式 (Master/Slave) 方式 網路概論與實務 82  Ad Hoc 架構  對等式無線網路架構:  兩台以上有無線網路功能的節點所建立的無線網路環境  各節點直接對傳, 彼此地位同等, 不需要存取點 (AP; Access Point) 設備, 如手機與電腦透過無線連線來傳 輸資料 網路概論與實務 83  不同 SSID 的電腦不能互傳資料  每個 Ad Hoc 無線網路環境也稱為 IBSS 網路  IBSS (Independent Basic Service Set；獨立式 基本服務組) 網路 以 SSID (Service Set ID；服務識別碼) 辨識 SSID 不同則不能相互通訊 網路概論與實務 84  Infrastructure 架構(AP模式) 以 AP 為節點間相互通訊的中繼中心 以 SSID 對網路進行辨識 節點送到 AP, 再由 AP 傳送給目的節點 網路概論與實務 85  中繼模式 (Repeater Mode) 解決傳輸距離較遠或空間隔間等因素的影響 擴大可傳送的範圍 但傳送速率大概會 只剩下原來的一半 網路概論與實務 86  橋接模式 (Bridge Mode)  兩個或兩個以上不相連的有線網路系統運用 AP 的 橋接(Bridge)模式進行串接  這些 AP 平台與節點必須設相同 SSID 才可  Ex: 相距不遠建築物間的網路通訊 網路概論與實務 87 常見三種基本模式 網路概論與實務 88  無線網路間的漫遊  BSS(Basic Service Set, 基本服務組): 一個 AP 與 一些有線無線網路裝置的節點所構成的網路系統  每個 BSS 有一個 SSID (Service Set ID)  行動中的無線裝置節點可以在不同 BSS 環境漫遊  相關的 BSS 的 SSID 要設成一樣, 可以在不同 AP 訊號 範圍切換, 達到漫遊機制  如機場、校園(如台大)…等 網路概論與實務 89 網路概論與實務 90