Sample-2019年電腦網路高分筆記

1-1 網路的目的與基本模式

一、網路的目的

(一)資源共享(Resource Sharing)

讓全部的 program、data、equipment 在網路上由全部 users 共用，而不受到資源所在地理位置的限制 (Tyranny of Geography)。

(二)提高可靠度(High Reliability)：分散風險

在網路上可以提供多種選擇性的支援，當某一項資源出問題時，可以在網路上找出其它可以替代的副本。此外，資料檔案也可以將數個副本分別存在於不同的機器上，以減少危險性。

(三)節省經費(Cost Reduction)

大型電腦的速度的為微電腦的十倍，但是價格卻為後者的數千倍。現今大多數系統的設計都主張每個人使用一部能力不錯的個人電腦，再將這些腦起來，並且將資料儲存在一個或多個檔案伺服器 (File Server) 上，而構成一個 LAN (Local Area Network)，使用 Client-Server model 運作。這樣一來不論是成本效益或擴充性而言皆比一部大型電腦的系統要來得好。

(四)擴增性(Scalability)較佳

可以視需要加入新的 Client 或 Server，以提昇處理能力，解決工作負載 (workload) 過高的問題。相對的，若採用大型主機 (Mainframe) 時，要提昇能力，就只有更換更大型的主機，成本極高。

(五)通訊功能(Communication)

透過電腦連線可以方便人與人之間的溝通，並提供較多的資訊的交流的機會。

(六)分散處理(Distributed Processing)

可以平衡工作負荷量，將過多的工作傳送到其它較空閒的電腦上處理，之後再將結果傳回來，以增加處理速度。將各電腦上常用的資料分別存於各電腦上，以降低資料傳輸量。

二、通訊模式(Communication model)

(一)資料來源(Source)：資料的來源，即產生所要傳遞的資料的裝置。例如電腦。

(二)發送器(Transmitter)

1.將來源的資料進行轉換 (transform) 或編碼 (encoding)，成為能夠在傳送系統

上傳送的電磁訊號 (electromagnetic signals)。

2.例如數據機 (modem) 將數位的位元串列 (digital bit stream) 轉換成類比訊號 (analog signal)，再經由電話線路傳送。

(三)傳送系統(Transmission System)

1.連接來源與目的地的訊號傳送系統。

2.其形式可能只是單獨一條傳輸線，也可能是一個較複雜的傳送網路系統。

(四)接收器(Receiver)

1.接收傳送系統所送來的訊號，將其轉換成為目的系統所能處理的資料形式。

2.例如數據機將所收到的類比訊號轉換成為數位訊號。

(五)目的地(Destination)：取得接收器所送來的資料。

1-2 通訊網路的分類(Classification of Communication Network)

一、用語(terminology)

(一)主機(host)：可以用來執行程式的電腦主機 (包括大型電腦)。

(二)子網路(subnet)

1.連接各 hosts，負責傳輸各 host 之間 messages 傳輸系統。

2.分成傳輸線和交換元件 (路由器、switch、gateway) 兩部份。

(三)傳輸線(transmission line)：負責在各機器之間傳送 bit sequence。

(四)交換元件(switching element)

主要在於連接多條連線，當一條線上的送來資料時，必須查看此訊息的目的地，以便將其送往正確的線路上。例如路由器、閘道器、交換器。

二、點對點通道(Point-to-point channels)

(一)點對點通道(Point-to-point channels)：

1.使用點對點的方式來連接兩個裝置。

2.store and forward：儲存封包內容後做完處理，再選擇路徑。

(二)點對點的網路拓樸(Topology)

1.星狀網路(Star)。

2.環狀連接(Ring Structure)。

3.樹狀結構(Tree Structure)。

4.完全連接(Complete connected)：mesh topology。

5.不規則形狀(Irregular)。

※訊息傳遞：

三、廣播通道(Broadcast channel)

(一)特點

1.可以使用一組特殊的位址，將封包廣播傳送給整個網路上所有的機器。

2.屬於多點傳送，大部份區域網路與少數的廣域網路會使用廣播通道。

3.在封包 (packet) 中必須含有一個位址欄，當每部機器收到封包時，必須檢查位址是否是自己的。

(二)時間分配方式：解決碰撞問題

1.靜態分配(static allocation method)：

將通道的時間切割成片段，輪流分配給各個機器。

2.動態分配(dynamic allocation method)：

(1)集中式管理：

系統有一個 bus 仲裁器 (bus arbitrator) 做管理，決定誰可以使用 channel，例如 cable modem。

(2)非集中式管理：由各機器自行決定是否傳遞訊息，例如 CSMA/CD。

(三)廣播常用的網路拓樸

匯流排 (Bus)、環狀 (Ring)、衛星 (Satellite) 或無線電 (Radio) 線路。

四、網路拓樸(Network Topology)

[拓樸(Topology)] 10 | 89,93(2),94,96(3),98,99,104

89地三、93關三、93電員晉高、94身三、96關三、96退三、96調三、98技高、99地三、104警監二

(一)星狀拓樸(Star Topology)

由一台中央裝置與連接在四周設備所組成，中央裝置通常是集線器 (Hub)，其他裝置則各自以獨立的線路與集線器進行連接。

(二)環狀拓樸(Ring Topology)

1.拓樸上的所有節點會連接形成一個圓圈，資料則依環形順序以同一方向逐一傳遞直到到達目的設備為止。

2.採用記號傳遞 (Token Passing) 的技術來傳遞資料，只有取得該記號的設備才能傳輸資料，傳輸完成後再釋放記號供其他設備使用。

(三)匯流排拓樸(Bus Topology)

1.以一條線路來連接所有的節點，線路頭尾二端結束處以終端電阻來結束佈線。

2.網路中的任一節點都可以傳送訊息至另一個節點中，新增或刪除某一節點也不會影響到網路上的其他電腦，但是當網路資料流量大時容易產生碰撞問題。

(四)樹狀拓樸(Tree Topology)

1.各節點連接形成樹狀結構，任兩個節點間僅存在一條傳輸路徑。

2.一般樹狀網路會應用在透過數個集線器連接各網路，例如社區網路。

(五)網狀拓樸(Mesh Topology)

1.網路中的各節點均與系統中之其他所有節點存在直接相連的路徑。

2.網路節點連接成複雜的網狀結構，通常每個節點均有二個以上的傳輸路徑可以選擇，但不是任意一個節點都能與其他節點連接。例如網際網路。

※參考資料：https://en.wikipedia.org/wiki/Network_topology

※網路拓樸的比較之一：

種類	優點	缺點	適用
星狀拓樸	1.由於架構簡單，易於維護與管理，是目前使用最多的網路架構 2.容易擴充：添加或刪除某個站點非常容易 3.單一設備發生問題不會影響整個網路 4.故障排除容易 (可從集線器設備上的燈號得知連線正常與否) 5.集中管理：方便提供服務和網路重新配置	1.線路利用率不高：一條線路只被該線路上的中央節點和一個節點使用 2.中央節點負荷太重：當中央節點故障時，全部網路將不能工作 3.安裝和維護費用高：需要大量電纜	基地台、802.11
環狀拓樸	不會有碰撞發生，因為採用記號傳遞的技術來，在網路負荷重時表現較佳	1.可能回應時間延長：當環路中的節點過多時，會影響訊息傳輸速率，使得網路的回應時間延長 2.環路是封閉的，不方便擴充或移除設備 3.可靠性低：任何一個節點故障，將會造成整個網路癱瘓 4.維護難：對分支節點故障定位較難 5.軟硬體設備成本高，不易普及	[適合區域網路] 802.5 Token Ring、校園光纖網路(FDDI)
匯流排拓樸	1.容易擴充與移除：容易將電腦或周邊設備連接或移除匯流排 2.成本便宜：比星狀拓撲使用更少的電纜 3.非常適合小型網路	1.網路主幹上任何一段線路故障會導致網路整體癱瘓 2.必須於主纜線的兩端安裝終端子 3.如果整個網路發生中斷，不容易找出問題 4.越多裝置加入到網路，傳輸速度越慢 5.延伸過長會造成訊號強度衰減	[適合小型網路] 1.網路流量小且電腦數目少的環境 2.802.3 乙太網路 (廣播網路)
樹狀拓樸	階層式管理，上層易於對下層進行有效權限管理與監控	上層電腦故障，將導致局部網路癱瘓	社區網路
網狀拓樸	1.容錯能力最佳，不會因為某一電腦或網路線段故障而造成全體網路癱瘓 2.最適合資料流量大且傳送作業不能中斷的環境	1.架設較複雜，因為需使用較大網路線進行佈置，且需妥善規劃佈線路徑 2.除錯難度較高	[適用於無線網路、有線網路易以及軟體架構] 網際網路