第 5 章

1. 第 5 章 其它區域網路技術

2. 本章提要 • 5-1 交換式乙太網路簡介 • 5-2 記號環網路簡介 • 5-3 AppleTalk 簡介 • 5-4 HomePNA 簡介 • 5-5 HomePlug 簡介

3. 前言 本章將介紹以下各種網路技術： • 交換式乙太網路 • 記號環 (Token Ring) 網路 • AppleTalk 網路 • HomePNA 網路 • HomePlug 網路

4. 5-1 交換式乙太網路簡介 • 5-1-1 何謂交換式乙太網路？ • 5-1-2 獨享頻寬 • 5-1-3 全雙工的傳輸模式

5. 5-1-1 何謂交換式乙太網路？ • 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, 使用交換器來取代共享式集線器的乙太網路, 稱為交換式乙太網路。

6. 何謂交換式乙太網路？

7. 5-1-2 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 100 Mbps 之下, 一台高階的 16埠交換器能夠提供的總頻寬為 16 ÷ 2 x 100 = 800 Mbps (假設是半雙工模式)。

8. 獨享頻寬

9. 獨享頻寬 • 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 100Mbps 的頻寬。

10. 5-1-3 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。 • 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。

11. 5-2 記號環網路簡介 • 記號環 (Token Ring) 網路在區域網路的技術中, 其普遍程度僅次於乙太網路。本節將介紹記號環網路的原理, 以及相關的設備。 • 記號環網路是由 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。

12. 5-2-1 記號環網路拓樸 • 記號環網路通常使用雙絞線, 起初是以環狀拓樸的方式來佈線。

13. 記號環網路拓樸 • 在這種原始版的記號環網路中, 每部電腦必須連接 2 條電路, 一條用來接收前一部電腦的訊號；而另一條則輸出訊號給下一部電腦, 如此頭尾相接成為一個環狀的網路。

14. 5-2-2 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 CSMA/CD, 記號傳遞並不會發生碰撞, 自然毋須做碰撞偵測動作。它的作法如下： • 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。

15. 記號傳遞 • 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。 • 當記號繞了一圈回到原來的來源端時, 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。

16. 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。

17. 5-2-3 記號環網路的裝置 • 記號環網路可藉由各種網路裝置來擴充網路規模。以下介紹幾種常用的裝置： • 多工作站存取單元 • 橋接器 • 交換器

18. 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。如下圖：

19. 橋接器 • 雖然記號環網路沒有所謂的碰撞領域, 可是在同一個網路只能共用同一個記號, 也蠻辛苦的。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. 橋接器 • 如下圖, 橋接器兩端的記號環網路, 分別傳遞兩個不同的記號。當記號中資料的目的端在橋接器的另一端時, 記號中的資料會經由橋接器轉送到另一端的閒置記號中, 以傳輸到另一端的電腦。

21. 橋接器

22. 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, 直接將記號傳送到目的端, 讓記號不必通過網路上的其他電腦。

23. 5-3 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。LocalTalk 是專屬於麥金塔的區域網路, 也就是本節所要介紹的重點。

24. 5-3-1 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 230.4 Kbps。

25. 5-3-2 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)。 • CSMA/CA 採用一套協調 (Handshaking) 機制來避免碰撞, 這個協調機制的運作方式如下：

26. CSMA/CA • 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 • 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。 • 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。 • 發送端收到 CTS 訊框後開始傳送資料。 • 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。

28. CSMA/CA

29. CSMA/CA

30. 5-4 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, 通常具備以下特色：

31. HomePNA 簡介 • 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。

32. HomePNA 簡介 • 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。

33. HomePNA 簡介 • 以最近的發展來看, 使用電話線傳輸的 HomePNA 與使用電源線傳輸的 HomePlug, 這兩種技術都已經有產品上市, 較有可能成為家庭網路的主角。因此本節先介紹 HomePNA, 下一節再介紹 HomePlug, 讓讀者對這兩種方興未艾的技術有概括性的認識。

34. 5-4-1 HomePNA 的發展 • HomePNA 是 Home Phoneline Networking Allinac (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。其創始會員包括 Intel、IBM、HP、AMD、Lucent 和 3Com 等等知名企業。 • HomePNA 最初提出的 1.0 版規格, 傳輸速率只有 1 Mbps, 未獲廠商青睞, 因此市面上很少有這類產品。

35. HomePNA 的發展 • 到了 2.0 版, 傳輸速率提升為 10 Mbps, 可連接 25 部裝置,最大傳輸距離為 1000 英呎(約 305 公尺)。這樣的規格足以應付一般家庭網路的需求, 才逐漸被大眾接受。到了 2003 年所推出的 3.0 版規格, 更將傳輸速率大幅提昇到 128 Mbps, 而且還預留擴充規格 (Optional Extensions), 可進一步加速到 240 Mbps。不過目前市場上的 HomePNA 產品, 大多數還只是符合 2.0 版的規格。

36. HomePNA 的發展 • 許多使用者初次接觸 HomePNA 產品時, 都會擔心同一件事：會不會影響電話、傳真機、ADSL 的運作呢？ • 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！

37. 5-4-2 HomePNA 的應用範例 • 由於 HomePNA 卡的安裝與設定, 都和乙太網路卡沒有差別, 相信大多數的讀者都能勝任愉快。但是許多人反而在接線時容易混淆, 不確定該怎麼連接。因此以下便以圖解說明常見的家庭網路環境的連接方式：

38. HomePNA 的應用範例 • 架設單純的 HomePNA 網路：

39. HomePNA 的應用範例 • 與 ADSL 整合：

40. HomePNA 的應用範例 • 與傳統數據機整合：

41. HomePNA 的應用範例 • 與乙太網路整合：

42. 5-5 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。

43. 5-5-1 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。其傳送示意圖如下：

44. HomePlug 網路運作原理

45. HomePlug 網路運作原理 • 由以上的說明可知, 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。

46. HomePlug 網路運作原理 • 迄 2004 年 3 月為止, 國內市場鮮少見到 HomePlug 產品, 但是美商 IOGEAR 的中文網站公布了兩種型號, 有意深入了解者請瀏覽 http://www.iogear.com.tw, 或逕洽 IOGEAR 的台灣總代理商－宏正自動科技股份有限公司 (http://www.at-zone.com.tw)。

47. 5-5-2 HomePlug 網路的規格 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。但是理論與實況往往有些差距, 所以我們來看看 HomePlug 的競爭力究竟能否與對手匹敵。

48. 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 HomePNA 2.0 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, 由於其中的測試細節頗為繁瑣, 請讀者自行瀏覽 http://www.extremetech.com/powerline 網站的資料。

49. HomePlug 的實際傳輸效率 • 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。

50. HomePlug 網路的優勢 • 雖然 HomePlug 目前在傳輸速率上屈居下風, 但它仍擁有以下值得重視的優勢： • 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。