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第 4 章. 動手架設區域網路 -以乙太網路為例. 本章提要. 4-1 乙太網路簡介 4-2 以雙絞線架設乙太網路 4-3 乙太網路的工作原理. 前言. 相信讀者對於網路的實體層 ( 包括:編碼、調變、傳輸媒介、設備等等 ) 已經有了初步瞭解 , 接下來要談鏈結層的技術。 在談鏈結層之前 , 先請大家動動手、實際架設一個區域網路 , 藉此認識先前提到的許多硬體。另一方面 , 在談到區域網路的工作原理時 , 比較能明白其中的意義。由於乙太網路是目前最普遍的區域網路技術 , 因此本章以它為主角 , 引導您建立一個屬於自己的乙太網路。.
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第 4 章 動手架設區域網路 -以乙太網路為例
本章提要 • 4-1 乙太網路簡介 • 4-2 以雙絞線架設乙太網路 • 4-3 乙太網路的工作原理
前言 • 相信讀者對於網路的實體層 (包括:編碼、調變、傳輸媒介、設備等等) 已經有了初步瞭解, 接下來要談鏈結層的技術。 • 在談鏈結層之前, 先請大家動動手、實際架設一個區域網路, 藉此認識先前提到的許多硬體。另一方面, 在談到區域網路的工作原理時, 比較能明白其中的意義。由於乙太網路是目前最普遍的區域網路技術, 因此本章以它為主角, 引導您建立一個屬於自己的乙太網路。
4-1 乙太網路簡介 • 4-1-1 乙太網路的源起 • 4-1-2 10 Mbps 乙太網路 • 4-1-3 100 Mbps 乙太網路 • 4-1-4 1000 Mbps (1 Gigabit) 乙太網路 • 4-1-5 10 Gigabit 乙太網路
4-1-1 乙太網路的源起 • 乙太網路 (Ethernet) 技術於 1973 年由全錄 (Xerox) 公司所發展, 而後由於 DIX聯盟 (DEC、Intel、Xerox 3 家公司共同組成) 推動乙太網路成為業界的標準, 並將專利權轉移給 IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers, 電子電機工程師協會) , 使得乙太網路不再是專屬於某一家廠商的專利。因此各家廠商願意支持、發展乙太網路的產品, 使得它迅速地普及, 終於登上龍頭老大的寶座。
乙太網路的源起 • DIX 聯盟於 1982 年推出了 Ethernet Version 2 (簡稱 EV2) 規格。而後在 1983年, IEEE 802.3 委員會將 EV2 規格稍加修改, 正式公佈了 802.3 CSMA/CD 規格因此 EV2 和 802.3 兩種規格都可以算是乙太網路標準的濫觴。
4-1-2 10 Mbps 乙太網路 • 無論是遵循 EV2 或 802.3 規格的乙太網路, 其頻寬皆為 10 Mbps, 傳輸媒介則包含同軸電纜 (又區分為粗、細兩種)、雙絞線和光纖, 分別有不同的特性, 適用於不同的場合, 因此分別賦予『10Base5、10Base2、10BaseT 和 10BaseF』4 種名稱。
乙太網路的命名規則 • 負責制定乙太網路標準的 IEEE 802.3 委員會, 使用一種簡易的命名方法, 來表示各種規格的乙太網路。其格式為 XBaseY, 其中X 表示頻寬, Y 若為數字表示最大傳輸距離, 若為英文字母則表示傳輸媒介, Base表示『基頻』。 • 例如:10Base5, 表示該乙太網路的頻寬為 10 Mbps, 以基頻傳輸, 最大傳輸距離為 500 公尺;而 10BaseT 表示頻寬為 10 Mbps, 以基頻傳輸, 傳輸媒介為雙絞線。
10Base5 乙太網路 • 10Base5 乙太網路為最早出現的產品, 因此被稱為標準乙太網路。它使用直徑 1 公分的 RG-11 同軸電纜, 以匯流排的形式連接。在線路兩端點必須連接 50 歐姆的終端電阻。 • 每張網路卡以 AUI 線連接到收發器 (Transceiver), 再透過收發器連接 RG11 同軸電纜, 如下圖:
10Base5 乙太網路 • 上圖中, 由終端電阻到另一個終端電阻的範圍稱為一個區段 (Segment), 每一個區段可達 500 公尺, 最多允許連接 100 個節點。最多可用 4 個中繼器來串連 5個區段, 因此 10Base5 的最大佈線範圍為:500 公尺/段 × 5 段 = 2500 公尺。
10Base2 乙太網路 • 因 10Base5 乙太網路佈線不易且成本較高, 於是 3Com 公司推出了改良型產品-10Base2 乙太網路。10Base2 改用較細的 RG58 A/U 同軸電纜為傳輸介質, 電纜的兩端也要接上 50 歐姆終端電阻, 兩終端電阻之間的範圍稱為區段, 但是每個區段的最大長度縮減為 185 公尺, 最多可連接 30 部電腦。
10Base2 乙太網路 • 雖然網路區段縮小、連接的電腦數目也減少, 但因為施工容易、材料價格低廉, 因此逐步淘汰 10Base5 乙太網路。
10BaseT 乙太網路 • 由於10Base5 和 10Base2 都具有下列的缺點: • 網路的任何一處斷線, 都會導致整個網路停擺, 而且追查斷線點較為困難。 • 若有電腦要移動位置, 佈線路徑可能要大幅修改。 • 因此在管理或維護上十分不便, 而這也促使了 10BaseT 乙太網路的誕生。
10BaseT 乙太網路 • 10BaseT 乙太網路採用 UTP (Unshielded Twisted Pair, 無遮蔽式雙絞線) 線為傳輸介質, 所有的電腦都透過集線器 (Hub) 互相連接, 電腦到集線器的最大長度為100 公尺。
10BaseT 乙太網路 • 10BaseT 乙太網路具有以下的優點: • 每部電腦都獨立連接到集線器, 如果電腦或線路發生問題, 只會影響本身這一段的線路, 不會影響其它電腦的運作。 • 從集線器的燈號即可判斷那段線路故障, 比較容易維護。 • 移動電腦時, 只需改變局部佈線路徑, 整體佈線路徑不必更動。
10BaseF 乙太網路 • 事實上, 以光纖傳輸的乙太網路, 比使用雙絞線的乙太網路還早被人使用。不過正式規格的出現, 卻是在 1993 年才由 IEEE 公佈。10BaseF 乙太網路可分成 3 類: • 10BaseFL • 10BaseFL 中的『L』表示 Link (連接) 的意思, 也就是說, 10BaseFL 是以光纖連接網路卡、集線器等設備, 每區段連接距離最長可達 2000 公尺。
10BaseF 乙太網路 • 10BaseFB • 10BaseFB 中的 『B』 表示 Backbone (骨幹) 的意思, 也就是用來當做兩個區域網路連接的通道。 • 10BaseFP • 10BaseFP 中的 『P』 表示 Passive (被動) 的意思。這種架構類似星狀網路, 是以中央一個不具中繼器功能的光纖集線器, 分接到電腦上 (最多可接 33 台)。
10BaseF 乙太網路 • 上述各種 10 Mbps 乙太網路的規格整理如下表:
10BaseF 乙太網路 • 上表中的最大延伸範圍是指利用集線器 (或中繼器) 所延伸的最長距離。通常延伸之後的總長度, 會比原先的單一區段要長, 如 10Base5 從 500 公尺延伸為 2500公尺。但是光纖卻是例外, 反而從 2000 公尺 縮短為 500 公尺。這是因為光纖使用集線器來分接時, 會失去點對點連接的特性, 所以雖然延伸出較多的區段, 可是總長度卻不如原本單一區段的長度。
4-1-3 100 Mbps 乙太網路 • 隨著資訊科技的進步, 大眾對於網路的存取需求也越來越高, 這意味著需要更高的傳輸速度, 以應付更大量的資料傳輸量, 此時增加頻寬就成了最直接的解決辨法。IEEE 在 1995 年發表了 3 種 100 Mbps 的高速乙太網路 (Fast Ethernet) 規格:
100 Mbps 乙太網路 • 100BaseTX • 與 10BaseT 一樣都是使用雙絞線傳輸。不過由於傳輸訊號的頻率較高, 因此需要使用較高品質的雙絞線, 也就是要使用 Cat 5 (含) 以上等級的線材。100 BaseTX是市場上最早推出的 100 Mbps 乙太網路規格, 同時也是目前使用最普遍的網路類型。
100 Mbps 乙太網路 • 100BaseT4 • 同樣採用雙絞線傳輸, 而且可以使用 Cat 3~ Cat 6 等級的線材作為傳輸媒介, 不過因為只有半雙工的傳輸模式, 而且推出時間太晚, 因此市場上很難見到相關產品。 • 100BaseFX • 使用光纖來傳輸, 傳輸的距離與所使用的光纖類型及連接方式有關。若使用多模光纖, 在點對點的連接方式下, 可達 2 公里, 而以單模光纖在點對點連接方式傳輸, 其距離可高達 10 公里。
100 Mbps 乙太網路 • 除了上述 3 種規格, 在 1997 年 100 Mbps 乙太網路俱樂部又多一個新成員-100BaseT2。它使用 Cat 3 雙絞線即可達到 100 Mbps 的頻寬, 而且能以全雙工模式傳輸資料, 兼具 100BaseTX 和 100BaseT4 的優點, 理論上應可擊敗其它競爭對手。不過由於它的傳輸電路較難設計, 成本相對較高, 而且推出時間晚, 已經失去先機, 因此投入生產的廠商並不多, 消費者也就不易買到 100BaseT2 的產品。
100 Mbps 乙太網路 • 100 Mbps 的乙太網路與原先 10 Mbps 乙太網路最大的不同, 在於頻寬及線材品質的提升, 我們將規格整理如下表:
4-1-4 1000 Mbps (1 Gigabit) 乙太網路 • 追求速度感是人之常情, 因此 100 Mbps 乙太網路出現後, 仍有許多人持續投入研發更高速的傳輸技術, 於是在 1998 年 IEEE 再度公佈了 3 種超高速乙太網路 (Gigabit Ethernet) 標準 ― 802.3z:
1000 Mbps (1 Gigabit) 乙太網路 • 1000BaseSX • 短波長 (850nm, 1nm=10-9m) 光纖乙太網路, 只能使用多模光纖做為傳輸媒介。若採用軸芯直徑為 62.5 微米的多模光纖, 在全雙工模式下, 最長傳輸距離為 275公尺; 若是使用軸芯直徑為 50 微米的多模光纖, 在全雙工模式下, 最長的傳輸距離為 550 公尺。
1000 Mbps (1 Gigabit) 乙太網路 • 1000BaseLX • 長波長 (1300nm) 光纖乙太網路, 可採用單模或多模光纖來傳輸。使用多模光纖時, 在全雙工模式下, 最長傳輸距離為 550 公尺;若是採用單模光纖, 在全雙工模式下, 傳輸距離則高達 5000 公尺。 • 1000BaseCX • 使用特殊的同軸電纜為傳輸媒介, 最長的傳輸距離僅有 25 公尺, 因此並不適合拿來架設網路, 比較適合用來連接鄰近的設備。
1000 Mbps (1 Gigabit) 乙太網路 • 1000BaseT • IEEE 於 1999 年所發表的 1000BaseT 規格 ― 802.3ab, 也受到眾人的矚目。1000BaseT 的特色, 在於可以使用 Cat 5 的雙絞線傳輸, 最長傳輸距離為 100 公尺, 也就是可以完全相容於目前最普遍的 100BaseTX 網路。 • 線路品質影響傳輸速率極大, 因此若要能真正達到 1000 Mbps 的效能, 通常要採用 Cat 5e 或者 Cat6 的線材才行, 而且市場上相關產品尚屬少數, 價格也偏高, 因此目前還不普及。
1000 Mbps (1 Gigabit) 乙太網路 • 1000 Mbps 乙太網路使用許多新的技術, 以克服乙太網路在高頻寬下, 傳輸距離愈來愈短的問題。在價格尚未下降之前, 仍難以取代 100Mbps 乙太網路。但 1000 Mbps 的頻寬, 絕對有機會成為未來的主流。
4-1-5 10 Gigabit 乙太網路 • 10GbE 的特色 • 10GbE 的現況與發展
10GbE 的特色 • IEEE 協會已於 2002 年 6 月通過 802.3ae 10GbE (10 Gigabit Ethernet,10 Gbps乙太網路) 的標準規格, 其特色包括以下 4 點: • 以光纖為傳輸介質 • 為了達到每秒 10 Gigabit 的傳輸速率, 而且傳輸距離又能長達數十公里, 因此在擬議規格時, 大家決定採用光纖為傳輸介質。若使用單模光纖, 最大傳輸距離可達 40 公里;若使用多模光纖, 則最大傳輸距離僅有 300 公尺。
10GbE 的特色 • 實體層規格區分為 LAN PHY 和 WAN PHY 兩種 • LAN PHY 適用於區域網路;而 WAN PHY 適用於廣域網路。兩者最大的差別在於 WAN PHY 多定義了 WIS (WAN Interface Sublayer, 廣域網路介面子層), 可提供與 SONET (詳見第 6 章) 技術相容的能力。
10GbE 的特色 • 在 LAN PHY 規格裡, 相當令人矚目的是採用 WWDM (Wide Wavelength Division Multiplexing, 分波長多工) 技術, 在一條光纖內以 4 束不同波長的雷射光同時傳輸資料, 每束光的傳輸速率為 2.5 Gbps, 因此累計得到 10 Gbps 的傳輸速率。 • 這種技術不但在先前的乙太網路未曾使用, 即使在大多數的區域網路也是罕見, 堪稱是一大突破。
10GbE 的特色 • 沿用 10/100Base 乙太網路的封包長度和格式 • 為了與先前版本的乙太網路相容, 所以保留原本的封包長度與格式, 不予改變。 • 只支援全雙工 (Full Duplex) 傳輸模式 • 半雙工傳輸模式已經無法滿足高速傳輸的需求, 所以 10GbE 只支援全雙工傳輸。也因為如此, 所用的光纖都是成雙成對, 使得兩端的節點可以同時發送與接收資料。
10GbE 的現況與發展 • 綜觀乙太網路發展史, 我們認為 10GbE 在躍上舞台之前, 必須先制定 10GBaseT 規格。 • 雖然當初制定 802.3ae 規格時, 決定採用光纖作為傳輸介質, 但是光纖與相關硬體的成本畢竟較昂貴, 不易被大眾接受。於是多家廠商致力於開發以 Cat5e、Cat6雙絞線為傳輸介質的新規格-10GBaseT, 目前仍在集思廣益、積極制定中。
10GbE 的現況與發展 • 一般預料 10GBaseT 可望在 2006 年展露頭角, 成為乙太網路家族的新一代接班人。 • 另一方面, IEEE 也已經成立研究小組, 研究使用特殊同軸電纜作為短距離連接之用, 其角色類似於 1 Gbps 乙太網路的 1000BaseCX。但是否會推出相關規格, 目前仍言之過早。
4-2 以雙絞線架設乙太網路 • 從本節開始, 將一步步帶您實作一個100BaseTX 的乙太網路。 • 為什麼要選用 100BaseTX 呢?因為 100BaseTX 是目前最普遍的乙太網路類型, 而且就算未來 1000BaseT 成為主流, 有了架設 100BaseTX 網路的經驗之後, 再要架設 1000BaseT 網路的困難度會低很多, 因此以 100BaseTX 當做架設網路的第一步, 是最好的選擇。
4-2-1 安裝網路卡 • 插上網路卡 • 在 Windows XP 安裝網路卡驅動程式
插上網路卡 • 鎖回擋板固定螺絲, 裝回側板、鎖上螺絲, 並接回所有先前拆下的接線。 • 打開電源, 如果能執行到載入作業系統階段, 表示網路卡已經插妥了。
如果無法開機呢? • 如果裝入網路卡後發現電腦竟然無法開機, 或開機後聽到不尋常的嗶聲 (嗶聲的次數及長短, 視 BIOS 廠牌及版本而異, 請自行參閱相關資料), 通常是因為網路卡沒有插好導致接觸不良;或是安裝時不慎碰觸到其它介面卡、排線, 致使它們鬆脫。 • 無論是何種情況, 均應迅速關閉電源, 重新拆開機殼仔細並檢查, 改正鬆脫與接觸不良現象, 確定無誤後再重新開機。
如果無法開機呢? • 如果仍然不能開機, 建議先將網路卡拔下, 然後試試看電腦能否正常開機, 假使能正常開機, 那麼換一片網路卡或許就能解決問題;萬一電腦就此再也開不了機, 那最好找個熟悉硬體的專家來協助您吧。
在 Windows XP 安裝網路卡 驅動程式 • 重新開機進入 Windows XP 之後, 系統會自動找到適用的驅動程式安裝好。