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第二章 網路硬體設備介紹

第二章 網路硬體設備介紹. 本章綱要. 2-1 前言  2-2 網路傳輸媒介  雙絞線、同軸電纜、光纖 2-3 網路連接器  RJ-45 接頭、 BNG 接頭 2-4 網路傳輸設備：  數據機、網路卡、中繼器、橋接器、集線器、 路由器、閘道器. 2-1 前言. 網路定義 簡單的來說，網路就是由一群電腦彼此透過纜線與傳輸介面連接而成，藉由這些設備與線路讓電腦能彼此傳送資料。 不同的網路架構也需要不同的網路設備，例如廣域網路需要利用路由器、閘道器等設備確保資料能正確的到達目的地. 2-2 網路傳輸媒介.

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第二章 網路硬體設備介紹

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  1. 第二章 網路硬體設備介紹

  2. 本章綱要 2-1 前言 2-2 網路傳輸媒介  雙絞線、同軸電纜、光纖 2-3 網路連接器 RJ-45接頭、BNG接頭 2-4 網路傳輸設備： 數據機、網路卡、中繼器、橋接器、集線器、 路由器、閘道器

  3. 2-1 前言 • 網路定義 簡單的來說，網路就是由一群電腦彼此透過纜線與傳輸介面連接而成，藉由這些設備與線路讓電腦能彼此傳送資料。 不同的網路架構也需要不同的網路設備，例如廣域網路需要利用路由器、閘道器等設備確保資料能正確的到達目的地

  4. 2-2 網路傳輸媒介 • 網路傳輸媒介的分類 • 有線傳輸 • 無線傳輸 • 有線傳輸 • 雙絞線 • 同軸電纜 • 光纖 • 無線傳輸

  5. 有線媒體(bounded media) • 同軸電纜(coaxial cable) • 50 歐姆 RG-7或 RG-11：使用在粗線乙太網路。50 歐姆 RG-58：使用在細線乙太網路。75 歐姆 RG-59：使用在有線電視。93 歐姆 RG-62：使用在ARCNET。 • 雙絞線(twisted pair) • 無遮蔽式雙絞線(Unshielded Twisted Pair)： • Category 1：使用在電話線路及低速傳輸資料上。Category 2：低速網路使用，速度只達4Mbps。Category 3：標準乙太網路使用，速度可達16Mbps，通常只用到10Mbps。Category 4：用於遠距離傳輸，速度可達20Mbps。Category 5：用於高效率傳輸，速度可達100Mbps。 • 遮蔽式雙絞線(Shielded Twisted Pair) • 光纖(fiber-optic cable) • 單模光纖(single mode)多模光纖(multimode)

  6. 2-2-1 雙絞線 • 雙絞線（Twisted-pair Wires） 兩根銅線覆蓋這塑膠或橡膠兩兩捆在一起，像這樣的成對的銅線共有四對組成一條雙絞線。 • 為什麼要互絞？ 因為銅線互絞能降低彼此所產生的電子干擾 • 雙絞線的種類（依有無細銅線與金屬箔） • 遮蔽雙絞線（STP） 傳輸效果較好，成本較高 • 無遮蔽雙絞線（UTP） 傳輸效果較差，成本較低 • 就連線距離上來看，雙絞線防干擾的效果沒有同軸電纜好，所以連接兩部電腦設備時，理論上最大只可以延伸到100公尺。

  7. 2-2-1 雙絞線等級 Category 3 UTP Category 5 UTP

  8. 雙絞線

  9. UTP和 STP

  10. STP 與UTP 線材 STP在外層多了一層金屬薄層保護，可以抗干擾。 UTP 無遮蔽雙絞線 Cat 5e等級的雙絞線 雙絞線接頭 - Rj-45的外觀

  11. RJ-45接頭 • 雙絞線中UTP線的接頭 • 有八個腳位（凹槽），其金屬接點有8個，俗稱”8P8C”。P為腳位，C為接點 • 用在10-BaseT與100-BaseT系列網路，只使用1、2、3、6腳位。1、2腳位主要是傳送資料（Tx+、Tx-），而3與6腳位則是接收資料（Rx+、Rx-）。

  12. UTP 接頭 568A的排列方式： 568B的排列方式：

  13. 2-2-2 同軸電纜 • 同軸電纜（Coaxial Cable ）結構 • 以單芯或多芯電纜為中心 用來傳送電子訊號 • 在中心外層覆蓋一層絕緣體 防止電子干擾 • 用銅線網包住絕緣體 阻斷外部電子訊號對中心銅線的干擾 • 最後用塑膠外皮覆蓋在銅線網上 防潮、防止摩擦 • 因為抗干擾的特性較好，在連接兩部電腦時，最大可以延伸到185公尺，而仍然可以保持訊號的正常傳輸。

  14. 同軸電纜 • 細同軸電纜及粗同軸電纜，細同軸電纜由內而外分成中央銅線、塑膠絕緣體、導體網、 外皮等四層 • 粗同軸電纜構造，由內而外可分為中央銅線塑膠絕緣體、鋁箔、導體網、鋁箔、導體網、外皮等七層，從外觀上看來，是很明顯的黃色纜線，它所使用的終端 電阻稱為N型終端電阻。

  15. 同軸線

  16. BNG接頭 • 用在RG-58 • 中間有一根金屬針，用來連接同軸電纜的中心導線 • 需要三個額外器材 • T接頭 是與電腦網路卡上的BNC接頭直接連接的設備 • 1接頭 1接頭則是讓同軸電纜直接串接起來，純粹延長纜線用 • 終端電阻 在纜線最後的地方作組抗匹配與接地的功能

  17. BNC 接頭

  18. 2-2-2 同軸電纜 • 同軸電纜分類（依中心直徑大小） • 粗同軸電纜 中心直徑10mm，依特性組抗不同可分為 • RG-11：特性阻抗為50歐姆。常用在10Base5類型的乙 太網路或長途電話。 • RG-59：特性阻抗為75歐姆 。一般家裡的有線電視所 裝設的纜線就是此種電纜 。 • 細同軸電纜 中心直徑0.18英吋，可分成單芯與多芯兩種 • RG-58：特性阻抗為50歐姆 ，用在10Base-2的乙太網 路。 • RG-58A/U：特性阻抗為50歐姆 ，用在10Base-2的乙太 網路。

  19. 2-2-3 光纖 • 利用電子訊號傳送資料的缺點 • 易被雷擊 • 易被電子干擾（外部與內部本身） • 訊號衰弱 • 所需能量較高 • 光纖（Otical Fiber ）結構 • 由一根高純度玻璃纖維組成(比頭髮細) • 媒介物質是光 • 纖維外包裹折射率較小的物質 • 最外層用不透光的保護層覆蓋，避免被外部光線干擾

  20. 光纖 • 光纖傳輸三個重要元件 • 光線來源 • 傳輸界質 • 光線偵測器 • 優點 • 傳輸資料量大 • 傳輸距離遠 • 抗干擾能力特強 • 難遭到竊聽 • 資料傳送距離能達 100Km 之後才會有訊號減低的現象

  21. 光纖 fibre_transmit

  22. 光纖結構

  23. 光纖纜線接頭

  24. 2-2-3 光纖 • 光纖傳送資料原理 光線在行進時若遇到不同介質時會產生折射，當介質密大相差很大時會產生全反射。利用這項特性可以傳送資料 圖2.2 光纖中光線行進圖

  25. 2-2-3 光纖 • 多膜光纖 光線以類似波浪的方式傳送資料，可分成兩種。 • 多模，階梯指數(Step-index Multimode Fiber) • 介質密度為固定，因此行進距離會不同 • 中心直徑為50～100μm，外圍直徑則為125～140μm • 優點：製造成本低廉、施工與維修費用低。 • 缺點：傳送距離不一樣，傳送距離較短（約兩公里），傳 送速率較低，約140Mbps。

  26. 2-2-3 光纖 • 多模，平滑指數(Graded-index Multimode Fiber)： • 介質密度為漸進式，行進距離幾乎一樣 • 中心直徑與外圍直徑和Step-index Multimode Fiber 差不多 • 傳送距離較大

  27. 2-2-3 光纖 • 單膜光纖 ( Mesh Topology ) 光線以直進的方式傳遞資料。 • 傳送距離較遠（20～30公里以上） • 成本高、維修與施工費較高 • 中心直徑為5～10μm，外圍直徑為125μm。 單膜光纖中光線行進方式

  28. 2-2-3 光纖 • 光纖的優點 • 頻道寬度高、速率快 • 正確性與安全性高： • 重量輕、體積小、安裝容易與測試、使用期限可達40年 • 缺點 • 價格高昂 • 維修與施工成本高

  29. 2-2-4 無線傳輸 • 電磁波依波長順序可分為γ射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線與無線電波(彧稱射電波)。 • 無線電波又可進一步細分成微波、超短波、短波和長波。 • 紅外線有時也細分為近紅外線、遠紅外線與次毫米波。

  30. 無線傳輸(1) • 以光為媒介 • 需考量光的特性： • 無法穿越障礙物，且會有折射與散射現象 • 光的行進為直線 • 例子：紅外線(Infrared)，雷射(Laser)

  31. 無線傳輸(2) • 以無線電波為傳輸媒介 • 穿透力強 • 不侷限方向 • 不用佈線 • 例子： • 窄頻微波 • 802.11無線區域網路 • 藍芽(Bluetooth) • 通訊衛星

  32. 微波傳輸 • 微波是電磁波的一個頻段，波長在1毫米和1米之間 • 以直線的形式傳送 • 高速 • 成本低 • 架設容易 • 容易受天氣狀況的干擾 • 物理特性 • 資料訊號是穿透大氣層傳送 • 這種訊號無法隨著地表曲線彎曲 • 需要中繼站

  33. 衛星傳輸 • 使用衛星當做中繼站 • 距離長 • 元件 • 地面轉接站 – 負責傳送與接收訊號 • 收發機 –衛星 • 接收從地面轉接站傳來的訊號 (uplink) • 擴大訊號 • 改變頻率 • 再將資料重新傳回地面接收站 (downlink)

  34. 衛星及微波傳輸

  35. 2-4 網路連接設備 • 集線器(Hub) • 第二層交換器(Switch) • 路由器(Router) • 閘道器(Gateway) • 頻寬分享器 • 數據機(Modem) • 網路卡 • 中繼器(Repeater) • 橋接器(Bridge)

  36. 2-4-1 數據機 • 數據機（Modem） • 調變；Modulation 把電子訊號轉換成類比訊號傳送出去 • 解調；DEModulation 把接收到的類比訊號轉換成電腦看得懂得電子訊號 • 使用介面為RS232串列介面

  37. 2-4-2 網路卡 • 網路卡（Network Card） 一般小型區域網路、ISDN等不需要透過電話線來連接上網時，網路與電腦的連接介面 • 網路卡的種類 • 乙太網路卡、高速乙太網路卡 • FDDI網路卡

  38. 2-4-3 中繼器 • 中繼器(又稱增益器)（Repeater） 當雙絞線或同軸電纜在傳送電子訊號時，會有訊號衰減的問題，因此當訊號想要傳送到遠方時必須要有一個訊號加強器中繼器。中繼器在訊號衰減到一定程度之前將訊號加強傳送出去。 中繼器使用情形

  39. 中繼器 • Repeater • 脈衝訊號 • 雙向傳輸 • 不具有通訊協定的處理功能 • 基頻網路之延伸距離 • 連接介面的轉換 (目前主要用途)

  40. 附註: 中繼器連接同一條LAN的區段。

  41. 附註: 中繼器轉送每一個訊框，它沒有過濾的功能。

  42. 附註: 中繼器是再生器，不是放大器。

  43. 中繼器的功能

  44. 2-4-4 橋接器 • 橋接器（Bridge） • 主要將大型網路切割成較小型的一些子網路 • 常用在乙太網路 • 處理OSI架構中第一層與第二層，具有中繼器與集線器的功能

  45. 2-4-4 橋接器 圖2.9 橋接器使用情形

  46. 橋接器的學習功能 • 橋接器之過濾與轉送功能 • 位址辨識功能 • 學習功能 (Learning) • 過濾功能 (Filtering) • 前送功能 (Forwarding)：儲存後前送 (Store-and-Forward)

  47. 附註: 橋接器有一個過濾決策表。

  48. 橋接器

  49. 學習的橋接器

  50. 橋接器迴路問題 • 造成學習困擾 • 實例： • 迴路造成橋接器 X 和 Y 上學習得到埠口 1 及 2 都擁有工作站 A 和 B。 • 工作站 A 傳送訊框給工作站 B，橋接器 X (Y) 判斷屬於埠口 1 之工作站而不予轉送，則訊框無法到達 B。

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