网路非常概论
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文档探讨了网络的基本概念和功能，包括数据传输、计算机与数据的关系、网络协议及如何解决数据传输中的错误与丢失问题。它强调了设备间如何通过传输媒介相互通信，以及在不同网络间传递数据所需的路由器和路由协议。最终，文档说明了共享传输介质和多应用程序同时执行的网络需求。
网路非常概论
- 4. 網路是做甚麼用的？ ? 聊天、打屁 ? 打Game ? 查作業資料 ? 看短片、電影 ? 實況轉播 (http://g0d.today) ? … … 會產生資料的裝置 之間互相傳遞資料 用的 4
- 5. 甚麼是會產生資料的裝置？ ? 電腦 ? 手機 ? 平板 ? 還有嗎？ 5
- 6. 甚麼是資料？ ? 我們在電腦之間互相交換的資料有哪些？ ? 文字 ? 聲音 ? 影像 ? 視訊 ? 數字 ? … 這些都只不過是以”人”的觀點來看的， 那麼以電腦的觀點來看呢？ 6
- 8. 電腦是甚麼？ ? Computer = 計算機 (用來做計算的機器) ? 不過，他不會自己算，必須”人”來指揮他做 計算 ? 而且不能丟一個式子給他，他就會自己算 ? 而是計算的步驟要人來一一做安排 ? 例如：要算2+(3 x 5) – 4 ，步驟如下： ? 先算 3 x 5 得到15 ? 再算 2 + 15 得到 17 ? 再算 17 – 4 得到 13 ? 這計算的步驟就是所謂的”程式” (Program) 8
- 9. ? 電腦會做的計算有哪些？ ? 四則運算：加/減/乘/除 ? 比較大小 ? 布林運算：AND/OR/NOT ? 以上運算每一個都是一個指令，寫程式的人 依據想要做的運算。用指令兜出計算的步驟 ? 運算完的結果可以儲存在： ? 電腦內部的記憶體(Memory) ? 或外部的硬碟、光碟、隨身碟… 9
- 11. 電腦裡的數字長甚麼樣子？ ? 儲存數字的記憶體其實是一種記錄ON/OFF 狀態的東西 ? 記憶體就像大賣場裡的置物櫃一樣 ? 一格一個擺得整整齊齊的 ? 而且編有流水號 ? 一格裡面要嘛就是有人放東西(ON)，要嘛就是 空的(OFF) 11
- 12. ? 如果把ON當作1，OFF當作0，搭配記憶體 的儲存空間，那麼就可以來做計算了 ? 想像你是只有一根手指頭的人，那你要如 何做計算？ 1 + 0 1 1 + 1 1 0 12
- 14. 資料的單位 ? 位元 (bit) ? 位元組 (byte) = 8 bits 14
- 16. 要怎麼實現網路這種東西呢？ ? 先想想人類之間的對話吧 ? 人類之間面對面的對話需要： ? 至少有兩個人 (?廢話!) ? 還要在地球上 (這不是廢話，沒有空氣你的聲音 會傳出去嗎？) ? 要有共同的語言 16
- 17. ? 所以，電腦之間要能對傳資料，需要： ? 至少要有兩台電腦 (?又是廢話!) ? 要有可以傳導資料的”傳輸媒介” (在不在地球上 都無所謂啦) ? 要有共同的”語言” (正式名稱：協定 (Protocol)) ? 不要忘了，電腦是被動的東西，所以這語言得要我們 設計出來 ? 原則上就是做到”資料可以從一端傳送到另一端”這個 目的 ? 傳送端與接收端都要遵守 17
- 18. 怎樣才能讓資料在兩部電腦之間傳遞？ ? 這條線(傳輸媒介)可以是： ? 金屬導線 ? 光纖 ? 無線電磁波 18
- 19. 資料如何透過傳輸媒介傳遞？ ? 此問題其實是在問 ”0與1如何透過傳輸媒介傳遞？” ? 傳輸媒介上可以傳甚麼？ ? “信號” ? 金屬導線 ? 電的方波或弦波 ? 光纖 ? 光的方波 ? 無線 ? 電磁波(弦波) 19
- 20. ? 所以，這個問題就變成 ”0與1可以用甚麼信號來代表？” ? 分別用不同的信號來代表0與1 ? 例如電的方波：+5V代表1，-5V代表0 ? 例如電磁波：使用某固定頻率與振幅，相位0度代表 0，相位180度代表1 ? 還要規定每個信號的持續時間，例如0.1秒，這 樣子接收端才知道已經收到了一個位元 ? 傳輸速率的計算單位：bits per second (bps) 20
- 21. 01001… 01001… 21
- 22. 以上的傳遞方式會有甚麼問題？ ? 這世界沒有十全十美的事 ? 資料可能會有錯誤或遺失 ? 錯誤：傳送端傳送0但接收端收到1，反之亦然 ? 遺失：傳送端傳送的資料，接收端都沒收到 ? Why? ? 打雷、閃電 ? 干擾 ? 有人手癢，把線剪斷 ? 斷線 ? 如何解決？ ? 接收端要能判斷是否有錯誤或遺失 ? 重新傳送 22
- 23. 這樣就OK了嗎？ ? 想像以下的情境： ? A有10 M bits (10 x 106 bits)的資料要送到B ? 假設線路的傳輸速率為10 Kbps (10 x 103 bps) ? 那麼總共要花 1000 秒才能傳完 ? 如果第9,999,999 bit發生錯誤，怎麼辦？ A B 10 M bits 10 Kbps 23
- 24. ? 重新傳送 ? 又要花1000秒 ? 不實用! ? 再假設每10 Mbits一定會發生一次錯誤，而 且會發生在哪一個bit是隨機的 ? 那不就永遠也傳送不完了?! ? 如何解決？ 24
- 25. 怎樣解決傳輸媒介所發生的錯誤與遺 失？ ? 解決的原則：在整筆資料傳送前先動一些手 腳 ? 甚麼手腳？ ? 把資料先分割成一個個長度比較小的單位(即所 謂的封包)，然後再一一傳送 ? 設計判斷錯誤與遺失的機制 25
- 26. 10 M bits ………………… 1 K bits 共10,000個 26
- 27. 1 K bits 錯誤檢查/糾正碼 A B 回覆訊息(Acknowledgement, ACK) 27
- 28. 如果有三人以上共用同一個傳輸 媒介，該怎麼辦？ ? 例如：大家都使用同一個無線電頻道的網路 ? Wi-Fi、Bluetooth、3G、4G/LTE等等都是 ? 有線網路也有這種類型 ? 早期的乙太網路(Ethernet) ? 有線電視網路(Cable modem) 制定使用媒介的遊戲規則! (就是協定啦) 28
- 29. 有線電視網路 共用傳輸頻道 29
- 30. 共用傳輸媒介時，封包結構必須改變 嗎？ ? 當然要囉，要不然怎麼會知道這筆資料要送給 誰 ? 在一個共用媒介中的每部電腦(更正確的說，應 該是網路介面)必須要有一個唯一的識別碼 ? 叫做”(實體)地址” (Physical Address) ? 封包結構中要加入傳送端(source)與目的端 (destination)的地址 1 K bits 錯誤檢查/糾正碼 傳送端地址目的端地址 30
- 31. 共用媒介的遊戲規則怎麼設計？ ? 兩種方式 ? 隨機式(想送就送) ? 由某特定裝置來分配 ? 隨機式(想送就送) ? 優點：簡單(大家都遵守同一規則即可，地位相等) ? 缺點：會有”碰撞”(collision)的機會(及兩人同時傳 送資料，彼此互相干擾) ? 而且裝置越多機會越大 ? 必須設計因發生碰撞而必須重新傳送的機制 ? 特性：頻寬使用效率不可能達到100% ! ? 適合傳輸範圍小、裝置數不多的網路 ? Wi-Fi、傳統乙太網路 31
- 32. 32
- 33. ? 由某特定裝置來分配 ? 被分配到的裝置才能傳送資料 ? 優點：不會有碰撞 ? 頻寬可做最有效的利用 ? 缺點：比較複雜 ? 要設計分配頻寬的步驟與對話內容 ? 用在傳輸範圍大、使用者眾多的網路 ? 例如：3G、4G/LTE 33
- 38. ? 專門的轉送裝置叫做”路由器” (Router) ? 找出傳遞路徑的協定叫做”路由協定” (Routing Protocol) 38
- 39. 怎麼找到傳遞路徑？ ? 首先，在整個大網路上的每樣東西要有識別 碼 ? 每一個小網路都要有一個唯一的識別碼—”網 路ID“ (Network ID) ? 每一部電腦/路由器(更正確的說，應該是網 路介面)在整個網路中也要有一個唯一的識別 碼—”網路地址” (Network Address) ? 網路地址可以由”網路ID + 裝置ID”合成 39
- 40. 網路A 網路B 網路C 網路D 網路E #1 #2 #3 #4#5 #6 #1 #2 #3 #4#5 #6 #1 #2 #3 #4#5#6 #1 #2 #3 #4#5 #6 #1 #2 #3 #4#5 #6 網路地址 = A.#1 網路地址 = D.#3 路由器X 路由器Y 路由器Z 40
- 41. ? 類比於我們熟知的網際網路來說，每一網路 介面必須配給一個IP Address ? IP Address = 子網路ID + 主機ID 140.127.196.39 子網路ID 主機ID 41
- 42. 打岔一下 … ? 每個網路介面不是有一個”實體地址”的識別 碼嗎？ 那為何還要另外定義”網路地址“呢？ ? 因為： ? 實體地址只是用來和連在同一媒介中的其他網路 介面傳輸資料使用的 ? 每種不同傳輸媒介的實體網路，其網路地址格式 會不一樣 ? 如果採用，路由協定會很難制定 ? 當網路介面卡更換時，不應更換網路地址才對 (就像房子原地打掉重建，地址不應該變) ? 所以 … 42
- 43. 網際網路是虛擬世界!! 43
- 44. 怎麼找到傳遞路徑？ (續) ? 當傳送端想傳一個封包到接收端時，由接收 端的網路地址來判斷： ? 如果和傳送端在同一個小網路中 ? 直接傳給接 收端 ? 如果和傳送端不在同一個小網路中 ? 傳給路由 器，請路由器轉送 44
- 45. ? 路由器裡面要有路徑指引—”路由表” (Routing Table) ? 用來查詢到某個小網路的下一步要怎麼走 ? 由網路建立與管理者設定 路由器X 路由器Y 路由器Z 網路A 網路C 網路B 網路D 網路E 路由器X 介面#1˙ 介面#2 介面#3 網路A 介面#1 直接到達 網路B 介面#3 路由器Y 網路C 介面#3 直接到達 網路D 介面#2 直接到達 網路E 介面#2 路由器Z 45
- 46. ? 封包裡面要至少再加入： ? 傳送端網路地址 ? 目的端網路地址 1 K bits 錯誤檢查/糾正碼傳送端 實體地址 接收端 實體地址 目的端 網路地址 傳送端 網路地址 46
- 47. 小結 … ? 加上了網路串接機制(路由器+決定傳送路徑)， 就可以讓世界上所有的裝置互相傳送資料了 ? 這樣就符合大眾的需求了嗎？ 47
- 48. 思考一下，你是怎麼用你的電腦的？ ? 我拿電腦來”同時“做下列事情： ? 用瀏覽器看網路新聞、電影、收郵件 ? 打Game ? 用LINE和朋友哈啦 ? 用Word寫報告 … “同時執行多個應用程式” 48
- 49. 到底是甚麼在使用網路做通訊？ ? 是電腦主機嗎？ ? 是應用程式!! ? 問題：當電腦主機收到一個封包時，他怎麼 知道這個封包是要給哪一個應用程式？ NO! 49
- 50. 如何辨識應用程式？ ? 老方法，給它的一個在此主機中唯一的辨識 碼即可 ? 通常就是用一個特定範圍內的整數來代表 ? (例如：0 ~ 65535之間的整數(16位元整數)) ? 封包中再加兩個欄位，分別標示傳送端程式 與接收端程式的代表號 50
- 51. 以網頁瀏覽為例 瀏覽器程式 網頁伺服器程式代表號：13579 代表號：80 網路地址 A 網路地址 B Get index.html 13579 80 接收端程式 代表號 傳送端程式 代表號 接收端主機 網路地址 傳送端主機 網路地址 A B 13579 80 index.html內容 A B 傳送端程式 代表號 接收端程式 代表號 傳送端主機 網路地址 接收端主機 網路地址 51
- 52. 如果同時又跑e-mail服務 瀏覽器程式 網頁伺服器程式代表號：13579 代表號：80 網路地址 A 網路地址B Get index.html 13579 80 A B 13579 80 index.html內容 A B 看信程式 郵件伺服器程式 代表號：24680 代表號：25 Get index.html 24680 25 A B 24680 25 index.html內容 A B 52
- 53. 那，寫網路應用程式會不會很難？ ? 如果每個訊息都要自己包裝成封包再傳送， 當然很難 ? 因為你得要了解網路封包的封裝格式 ? 而且這問題也不只包裝成封包那麼單純，要 是在透過網路傳遞的過程中發生問題怎麼辦？ ? (可能發生的問題仍是”錯誤”與”遺失”) ? 總不能叫應用程式設計者自己去設法解決 吧?! 53
- 54. 如何讓網路應用程式容易開發？ ? 首先，先想想看，透過網路傳遞可能發生的 “錯 誤”與“遺失”要怎麼解決? ? 可以仿效先前在同一傳輸媒介中解決問題的方 法(見此)，設計一套機制在收送兩端運行 ? 在封包中加入錯誤檢查碼(or糾錯碼) ? 回覆(ACK)與重傳的機制 ? 在系統中獨立運行這套訊息傳輸機制(請把它想 像成系統中的某一套軟體程式)，每個應用程式 都委託這套機制做訊息的傳輸。 54
- 55. 所以，網路應用服務的開發就只要… ? 既然有專門傳輸訊息的機制，那麼網路應用 服務的開發就只要專注於： ? 服務進行的流程設計 ? 在服務進行的過程中，所需要傳遞的訊息內容與 格式 55
- 62. 封包的封裝 (Encapsulation)source application transport network data link physical HtHn M segment Ht datagram destination application transport network data link physical HtHnHl M HtHn M Ht M M network dara link physical data link physical HtHnHl M HtHn M HtHn M HtHnHl M router switch message M Ht M Hn frame 通常實體層與資料鏈結 層的實際上就是”網路 介面” 62
- 63. 網際網路(Internet)協定的與分層式模 型的對應 Application Internet Transport Network Access Data Link Physical Internet Protocol (IP) Physical Network Hardware ARP ICMP RARP TCP/IP Model TCP/IP Protocols FTP SMTP DNS TCP Telnet HTTP DHCP UDP NFS (“Ping”指令) (找對方的實體位址) 63