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第 3 章

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第 3 章. 傳輸媒介與配備. 本章提要. 傳輸媒介 網路設備. 傳輸媒介. 雙絞線 同軸電纜 光纖. 雙絞線. 一般兩芯的電線 , 多為外覆絕緣材料的兩條平行銅線 , 而雙絞線 (Twisted Pair) 卻是由成對外覆絕緣材料的銅線對絞而成。 為何要 兩兩對絞 呢?因為使用電流傳送訊號時 , 一定會產生電磁場 , 進而導致電磁干擾 (Electromagnetic Interference, EMI) 的現象。. 雙絞線.

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第 3 章


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    Presentation Transcript
    1. 第 3 章 傳輸媒介與配備

    2. 本章提要 • 傳輸媒介 • 網路設備

    3. 傳輸媒介 • 雙絞線 • 同軸電纜 • 光纖

    4. 雙絞線 • 一般兩芯的電線, 多為外覆絕緣材料的兩條平行銅線, 而雙絞線 (Twisted Pair) 卻是由成對外覆絕緣材料的銅線對絞而成。 • 為何要兩兩對絞呢?因為使用電流傳送訊號時, 一定會產生電磁場, 進而導致電磁干擾 (Electromagnetic Interference, EMI) 的現象。

    5. 雙絞線 • 兩兩對絞可降低兩條線路傳送訊號時所產生的電磁場相互干擾的影響, 而且對絞的次數愈多, 抗干擾的效果愈好, 因此被選定為佈設網路的線材:

    6. 雙絞線的種類 • 遮蔽式雙絞線 (Shielded Twisted Pair, STP) • 無遮蔽式雙絞線(Unshielded Twisted Pair, UTP) • 屏蔽式雙絞線(Screened Twisted Pair, ScTP)

    7. 遮蔽式雙絞線 • 遮蔽式雙絞線外部最大的特色, 是在絞線和外皮間夾有一層銅網或金屬層的遮蔽, 因此抑制外來電磁干擾的能力更好。

    8. 無遮蔽式雙絞線 • 無遮蔽式雙絞線在絞線和外皮間沒有銅網或金屬遮蔽層, 因此不具有防止干擾的作用。常見的雙絞線大多是無遮蔽式雙絞線。

    9. 屏蔽式雙絞線 • 屏蔽式雙絞線和遮蔽式雙絞線最大的不同, 是在每對絞線的遮蔽拿掉了,所以屏蔽式抑制外來電磁干擾的能力稍差,不過較便宜。

    10. 電話線 • 電話線也是屬於雙絞線的一種, 不過只有1 對, 至多 2 對絞線, 這是因為語音資料傳輸, 並不需要用到 4 對絞線, 1 對絞線就綽綽有餘了!

    11. 雙絞線的分類 • 雙絞線依照所使用的線材不同而有不同的傳輸效能, 目前最普遍的是 Cat 5, 速度可達 100 Mbps, 而雙絞線的明日之星則是 Cat 6, 用於 1000BaseT 網路, 速度可達1000 Mbps, 在某些特定的實驗狀況下甚至可達到 2.4 Gbps。

    12. 雙絞線的線材等級

    13. 雙絞線的顏色 • 根據 EIA/TIA 568B 的規定, 雙絞線每條線都有特定的顏色與編號:

    14. 雙絞線的優缺點 • 優點就是便宜, 再者, 雙絞線的維護和佈線彈性也很好。 • 缺點則是比較不耐用, 而且較容易受到電磁干擾。

    15. 同軸電纜 • 在區域網路中, 採用同軸電纜 (Coaxial Cable) 的網路以 10Base2 為代表, 採用的是 RG58 A/U 同軸電纜, 其構造如下:

    16. 同軸電纜的構造 • 中心導體:RG58 A/U 的中心導體為多芯銅線 (Stranded Copper), 網路上高速變動的電子訊號, 主要就是靠它來傳遞。 • 絕緣體:用來隔絕中心導體和導電網, 避免短路。 • 導電網:一般做為接地之用, 在傳輸的過程中, 它可用來當作中心導體的參考電壓, 也可防止電磁波干擾。 • 外層包覆:可以預防網路線在不良環境 (如潮濕、高溫) 中受到氧化或其它損壞。

    17. 同軸電纜的優缺點 • 同軸電纜因為有雙層的保護 (金屬銅網和絕緣外皮), 較不易受外界 (例如:電磁波和溼氣) 干擾, 而且使用壽命也較長。 • 不過同軸電纜和雙絞線相比之下, 價格比較貴, 而且也很重, 同樣提著 200 米的線材, 同軸電纜可是重的讓人手軟。

    18. 光纖 • 光纖 (Optical Fiber) 的材質是極細小的玻璃纖維或塑膠, 彈性很好, 非常適合傳輸光波訊號:

    19. 光纖的構造 • 軸芯 (Core):通常使用玻璃材質, 用來傳送光波訊號。 • 被覆層 (Cladding):折射率低的物質, 當光波訊號在軸芯傳送時, 可透過被覆層與軸芯的接觸面進行反射。 • 外皮 (Coating):不透光的材質, 用以隔絕外在的干擾源, 也能保護脆弱的軸芯。

    20. 光纖的類型 • 單模式光纖 (SMF, Single Mode Fiber):軸芯直徑較細, 約 5 ~ 10 微米, 適合長距離傳輸, 價格昂貴, 散射率小, 傳輸效能極佳。 • 多模式光纖 (MMF, Multi Mode Fiber):軸芯直徑較寬, 約 50 ~ 100 微米,適合短距離傳輸, 價格較低, 傳輸效率略差於單模式光纖。

    21. 光纖的優缺點 • 傳輸速度快:光纖的傳輸速度可以超過 2 Gbps, 為目前傳輸速率最高的媒介。 • 抗電磁干擾:因為光纖是用光波傳輸訊號, 幾乎不受電磁干擾的影響。 • 傳輸安全性高:光纖在傳輸時不會有光波訊號散射出來, 因此不用擔心被人從散射的能量中盜取資訊。 • 因為製作光纖接頭較麻煩, 所以架設不易, 而且光纖的價格很高, 不適合小型區域網路使用。

    22. 網路設備 • 網路卡 • 中繼器 • 集線器 • 橋接器 • 交換器 • 無線存取器(AP) • 路由器(分享器) • 應用閘道器

    23. 網路卡RJ-45 接頭

    24. 網路卡頻寬 (Bandwidth) • 目前區域網路的頻寬可區分為 10 Mbps、100 Mbps 和 1000 Mbps 這 3 個等級。 • 因此若以頻寬來區分網路卡, 也就有這 3 種等級的網路卡, 而因為 100 BaseTX 和 10 BaseT 的網路運作方式大致相同, 故市面上大多都是支援 10/100 Mbps 雙速的乙太網路卡在販售。

    25. 中繼器 • 中繼器 (Repeater) 主要的功能就是將收到的訊號重新整理, 使其恢復原來的波形和強度。 • 由於中繼器的功能極為單純, 因此對應到 OSI 模型裡,中繼器是位在最底層─ 實體層 (Physical Layer) ─ 工作。 • 因為中繼器只是單純的把訊號重新整理再送出去, 所以不管中繼器兩端連接的線材為何, 只要是相同的網路架構, 都可以利用中繼器加強訊號, 延長傳輸距離。

    26. 集線器 • 集線器 (Hub) 是 10BaseT 和100BaseTX 網路都會用到的設備, 在本質上它也是一種中繼器, 所以也是位於實體層的設備。 • 集線器上面的 RJ-45 插槽通常稱為 Port, Port 數目的多寡並沒有一定, 從 4 Ports 到 32 Ports 皆屬常見, 更大型的集線器甚至採用模組化架構, 每插入一片類似介面卡的集線器模組, 就能擴充數十個 Port, 這種集線器又稱為 Concentrator。

    27. 集線器

    28. 橋接器(Bridge) • 在乙太網路上, 訊號的傳遞是採用廣播的方式, 任何訊號上了網路, 每一台電腦都收得到, 然而某些訊號只需要在網路的某個區域內傳遞, 假使傳到不必要的區域, 只是徒增干擾, 影響整體效能。 • 為了合理限制網路訊號的傳送, 我們會使用橋接器 (Bridge) 適當地切割網路。

    29. 橋接器

    30. 橋接器 • 當 A 電腦要傳資料給 B 電腦時, 訊號廣播到橋接器就會被攔住, 當橋接器發現 A、B 電腦同在 1 區, 表示此訊號沒必要傳到 2 區, 便將該訊號丟棄, 如此便能減少對 2 區的干擾;若 A 電腦要傳資料給 C 電腦, 橋接器便讓訊號通過。 • 因此, 如果 A 電腦經常傳輸的對象為 C 或 D 電腦, 那麼幾乎所有訊號都得通過橋接器,等於是喪失了橋接器的過濾作用, 由此可知橋接器的擺放位置很重要。

    31. 橋接器 • 橋接器裡會有一張清單, 裡面記載了每台電腦所在的區域:

    32. 橋接器 • 但是有一點我們要特別注意:橋接器並不會阻擋廣播封包(Broadcast packet)。 • 橋接器之所以能判斷是否要將資料轉送, 是因為傳送資料的封包中, 都會指定要由那台電腦來接收, 但是廣播封包就像是現實社會中的廣告信一樣, 並不會指定收件者。 • 在這種情況下, 橋接器無法判斷收件者是誰, 便會將封包轉送給所有的網路區段了。

    33. 第 2 層交換器 • 屬於鏈結層 (Data Link Layer)的設備,又稱為交換式集線器 (Switch Hub)或多埠橋接器 (Multi-port Bridge), 因為它同時具備了集線器和橋接器的功能。 • 會記憶哪個位址接在哪個 Port, 並據以決定該將封包送往何處, 而不會送到其它不相關的 Port, 因此未受影響的 Port 可以繼續對其它 Port 傳送資料, 突破了集線器只能有一對 Port 在工作的限制。

    34. 第 2 層交換器的頻寬

    35. 第 2 層交換器的頻寬 • 如果多個 Port 的封包要送到相同目的地時, 還是會發生搶用的情形。

    36. 路由器 • 路由器 (Router) 係工作於 OSI 模型中的網路層 (Network Layer)。 • 將它譯為路徑選擇器更為貼切, 因為它最主要的功用, 就是在不同的網路間選擇一條最佳的傳輸路徑。

    37. 路由器的路徑 • 以下圖為例, 從 LAN1 傳資料到 LAN2 有兩條路徑:

    38. 路由器的路徑 • 其實要判斷傳輸當時那條路徑最快, 要考慮到許多因素, 包括頻寬、線路品質、使用率、所經節點數甚至成本, 想當然爾, 這些計算不可能用人工處理, 所以選擇最佳路徑的工作便交給路由器來處理。

    39. 路由器 • 由於專用路由器的價格不菲, 有些公司為了省錢, 會用 Unix 伺服器或 Windows NT/2000/2003 伺服器來模擬, 但是這種軟體模擬的效能畢竟比較差, 僅適合用在教學研究上。

    40. 路由器的選購 • 選購路由器時首先要確定用來處理何種封包?例如有些路由器只處理 IP 封包;有些只處理 IPX 封包。當然也有能處理多種封包的路由器, 不過價格也相對地提高不少。

    41. 路由器的使用 • 平常較可能用到路由器的場合, 應該是在以專線或 ISDN 連接網際網路時, 從公司 (或家中) 的區域網路要先連到路由器的區域網路連接埠;而專線或 ISDN 線路則連到路由器的廣域網路連接埠。 • 換言之, 以路由器當成區域網路與廣域網路的橋樑。

    42. 路由器的另一項重要功能 • 阻隔廣播封包 • 只要是沒有指明收件者的封包, 或是非路由器可以接受的封包格式, 傳送到路由器時都會被丟棄,不會傳送到其他的網路區段。可以有效的減輕網路負擔。 • 但是如果網路上有使用到類似 NetBEUI 這種不可路由 (Nonroutable) 的傳輸協定時, 該怎麼辦?新型的橋接路由器(Bridging router, 或叫 Brouter) 解決了這個問題。

    43. 便宜的路由器-分享器 • 簡化路由器功能 • 適用家庭寬頻上網環境 • 不支援動態路由選擇 • 提供 NAT 功能 • 一般只可介接 ADSL 或 第四台上網 • 整合交換器 • 整合無線存取器(AP)

    44. 應用閘道器(Application Gateway) • 執行不同協定組間(OSI〜TCP/IP)的轉換。 • 因此作用在OSI 1~7層。