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2. Introduction to Networking 網路概論 請老師填入姓名主講 教科書： 觀念圖解網路概論 博碩文化出版發行

3. 第一章 電腦網路與網路作業系統 課前指引 網際網路的興起和普及化，不僅帶給人們許多資訊流通的方便性，也改變了人們的生活習慣。本章會大略先介紹現在網際網路的應用，以及一些網路的資源。很快地將進入電腦網路的主要議題，包括網路種類、網路拓樸以及網路作業系統的重要性，最後也會介紹目前非常普遍的另一個議題，就是『虛擬機器』(Virtual Machine)，以及虛擬機器的基本介紹。

4. 章節大綱 1-1 網路世界與日常生活的關係 1-5 區域網路拓樸 1-2 網路資源 1-6 網路作業系統與虛擬機器 1-3 電腦網路 1-7 摘要整理 1-4 網路的種類(LAN、WAN、MAN) 備註：可依進度點選小節

5. 1-1 網路世界與日常生活的關係

6. 通訊協定與IETF • 網際網路的盛行，帶動世界各地資訊快速地傳播，不分國界、不分地區，無遠弗屆，彼此大小不同的網路，透過相同的通訊方法之標準訂定和依循，稱之為『通訊協定』(Communication Protocol)，以達到彼此網路的通訊無障礙 • 這些通訊協定是由『網際網路工程工作小組』(The Internet Engineering Task Force, 簡稱IETF) 統籌所有相關標準維護與訂定，文件標準稱之為RFC(Request for Comment, 簡稱RFC) • 每一份不同的標準文件皆以RFCxxx來命名表示，xxxx表示數字的序號，例如RFC791是訂定『網際網路協定』(Internet Protocol,簡稱IP) 標準規格，可參考http://www.ietf.org的官方資料

7. 網際網路工程工作小組 圖1-1網際網路工程工作小組(IETF)網頁

8. 網路的應用與服務 • 在早期1990年代初期，網路的使用大部份是用來做基本的資料傳送，或是訊息的傳遞，像是 • 『地鼠』系統( Gopher ) • 『電子佈告系統』 ( Bulletin Board System, 簡稱BBS ) • 電子郵件等等 • 陸續推出不同的文件標準，例如 • HTTP ( HyperText Transfer Protocol ) 標準的制定( 可參考 http://www.w3c.org )，將文字介面轉為圖文並茂的亮麗文件，讓人們在使用網路所提供的不同資源，更感受到閱讀上的舒暢和美觀 • 由網路使用者所提供的影片網站，例如『YouTube』 ( 可參考 http://tw.youtube.com/ )，如圖1-2所示 • 以及集結網路所有專業人士所提供的百科資訊之『維基百科』 ( 可參考 http://www.wikipedia.org/ )，如圖1-3所示 • 還有強大的網路搜尋引擎，諸如『Google』 ( 可參考 http://www.google.com.tw )，如圖1-4所示 • 由於『地鼠』系統( Gopher ) 的展現方式太過於單調，已被HTTP標準所取代，所以於現在的網際網路中，應該是已成歷史名詞

9. YouTube網站 圖1-2 YouTube網站

10. 維基百科網站 圖1-3 維基百科網站( http://www.wikipedia.org )

11. Google網站 圖1-4 Google網站

12. Google的學術搜尋 補充資料( http://scholar.google.com.tw )

13. 瀏覽器 • 現今最常用來閱讀網路資訊的軟體是瀏覽器 • 最早期被使用的是Netscape公司所開發的Netscape瀏覽器 • Microsoft公司所開發的IE(Internet Explorer)瀏覽器 • Google所開發的google瀏覽器 • Firefox瀏覽器 • …

14. 1-2 網路資源

15. 網路服務與資源 • 網際網路中遍佈了很多不同的服務和資源 • 網路資訊的搜尋引擎(例如Google 、Yahoo…等等) • 電子地圖(例如Google地圖/台灣電子地圖服務網/UrMap你的地圖網/我的E政府-電子地圖…等等) • 網路新聞 • 網路電話 • 電子郵件 • … • 都是提供使用者在網路上可輕易取得的網路資源

16. Open Source • 由於網路無國界，世界各地的資訊人員可透過共同的平台，達成共同的技術合作，或是專案開發，衍生出很多的開放原始碼(Open Source) 的『自由軟體』(Freeware) • Freeware的意思何在？Free當然可被翻譯成『自由』，也可被譯為『免費』，但依據的正確解釋應該為『自由』，而並非『免費』 • 換言之，自由軟體並不一定代表是免費軟體 • 目前有幾個主要維護開發原始碼(Open Source)的網站，以SOURCEFORGE網站(http://sourceforge.org)規模最大，如圖1-5所示，也最具代表性的一個網站，內部包括非常多的專案可供下載使用

17. sourceforge.net 圖1-5 開放源始碼( Open Source ) 的重要社群SourceForge網站 資料來源http://sourceforge.net

18. SourceForge網站將所有軟體分為以下20大類 • Communications(通訊類) • Database(資料庫類) • Desktop Environment(桌面環境) • Education(教育類) • Formats and Protocols(格式和協定類) • Games/Entertainment(遊戲或娛樂類) • Internet(網際網路類) • Mobile(行動通訊類) • Multimedia(多媒體類) • Office/Business(辦公室或商業類) • Other/Nonlisted Topic(其他或未歸類的議題) • Printing(列印或報表類) • Religion and Philosophy(宗教和哲學類) • Scientific/Engineering(科學或工程類) • Security(安全類) • Sociology(社會學類) • Software Development(軟體開發類) • System(系統類) • Terminals(終端機類) • Text Editors(文字編輯器類)

19. FileZilla Client • 藉由以上分類，可以方便網路使用者，依據所要軟體的分類來搜尋，以及相關軟體或專案的發展趨勢 • 直接連線至http://filezilla-project.org/的官方網站，如圖1-6所示在此處先選擇下載FileZilla Client的軟體，並先行將它安裝 圖1-6 FileZilla 資料來源 http://filezilla-project.org/

20. FileZilla連線至國網中心 • 當FileZilla安裝並啟動之後 • 嘗試連線到國網中心的檔案伺服器(ftp.twaren.net)，如圖1-7所示 • 左邊視窗所代表的是本地端電腦的檔案系統 • 右邊視窗所代表的是遠端電腦(此處表示國網中心的檔案伺服器)的檔案系統 圖1-7 國網中心的檔案伺服器(ftp.twaren.net)

21. FTP的帳號種類 • FTP(File Transfer Protocol) 服務會有兩種不同方式，驗證使用者身份，是否可以讓使用者登入該電腦，並授予不同使用者不同的存取權限 • 一種為『匿名使用者』(anonymous) • 一種為『一般使用者』(normal) • 分別說明如下

22. 匿名使用者： • 在網際網路上會有很多的檔案伺服器，提供一些免費或試用軟體給人下載(Download)使用，這樣的檔案伺服器，會提供『匿名使用者』(anonymous)帳號，讓未於該主機註冊的使用者得以使用 • 例如前述的國網中心的檔案伺服器，可以使用帳號為『ftp』或『anonymous』來登入，並下載(download)使用者有興趣的軟體使用 • 一般匿名使用者的FTP伺服器，通常只提供使用者下載軟體，不提供上傳(upload)軟體之功能 • 一般使用者： • 此類的使用者，通常要先經過檔案伺服器的註冊，並取得帳號與密碼，才得以登入該主機電腦 • 存取權限則會受限於管理者在註冊時的授權範圍

23. 簡單而言，網路中透過FTP可以將檔案傳送到遠端主機，或是從遠端主機下載相關軟體，如圖1-8所示簡單而言，網路中透過FTP可以將檔案傳送到遠端主機，或是從遠端主機下載相關軟體，如圖1-8所示 • 左邊的使用者可以將本地端電腦的 C:\data1.txt上傳至遠端電腦 • 或是從遠端電腦的 /pub/data1.txt 下載至本地端電腦 • 此處所描述C:\data1.txt 是以微軟公司發展的Windows作業系統，用以表示檔案系統的方式 • /pub/data.txt 則是Unix或Unix-like ( 例如Linux )用以表示檔案系統的方式 圖1-8 檔案傳輸的FTP協定

24. 利用瀏覽器使用FTP • 除了透過FTP的專用軟體外，也可以直接透過不同的瀏覽器來瀏覽遠端主機的檔案系統 • 例如直接於微軟公司所發展的IE瀏覽器之URL(Uniform Resource Locator)上輸入『ftp://ftp.twaren.net』，亦可達到和FileZilla一樣的結果，如圖1-9 圖1-9 利用IE瀏覽器瀏覽遠端檔案系統

25. 1-3 電腦網路

26. 資料的傳送 • 在網路盛行之前，人們使用電腦都是單機操作，資料的傳送與散播都是也都是透過相關的儲存媒體，例如磁碟片或磁帶等媒介，但也礙於儲存媒體的儲存容量限制以及存取的速度，造成資料的傳送與散播的效率受到影響 • 反之，網路技術成熟的今天，無論是資料、影音或是不同型態的資訊，皆可不分國界方便且快速地透過網際網路來傳送，亦可達到即時通訊的效果

27. 電腦與網路 • 何謂電腦與網路呢？ • 簡單而言，就是由一群的電腦、印表機或特定功能的相關設備，藉由不同的網路介質（例如有線的網路線材或無線電波的通訊）互相連接而成，達到彼此透過此些介質達到資源分享的目的，如圖1-10所示 圖1-10 電腦網路

28. Client / Server • 網路是將具有『網路介面卡』(Network Interface Card, 簡稱NIC)的不同網路設備，透過某種介質將彼此串接在一起，達到彼此通訊的效果 • 在此網路中若要發生彼此兩部主機之間的通訊，一定會有主動提出通訊的一端，以及回應此通訊的另一端 • 主動提出通訊的一端稱為『客戶端』(Client)，而提出通訊的動作稱之為『請求』(Request) • 另一端則稱之為『伺服端』(Server)，而回應此通訊的動作稱之為『回應』(Response) • 此種架構是最基本的型態之一，稱之為『主從架構』(Client/Server)

29. 例如圖1-11所示，若是使用者透過瀏覽器，於URL (Uniform Resource Locator ) 上輸入『 http://www.drmaster.com.tw 』，表示向對方主機 www.drmaster.com.tw請求網頁資料，對方主機接受到此請求( Request ) 之後，便『回應』使用者的請求，使用者即可在瀏覽器看到伺服器主機回傳的資料 圖1-11 Client / Server架構下的『請求』與『回應』

30. 服務(service) • 在『伺服端』( Server ) 提供給『客戶端』(Client)使用的功能，這些功能通常都是在背景執行的程式，稱之為『服務』(Service) • 一台伺服器可以同時提供很多個不同的『服務』(Service)，提供給網路上的其他電腦共同使用，所以在一般的情形下，扮演『伺服端』的主機，為了能同時服務多部電腦，硬體等級會高於一般『客戶端』

31. 1-4 網路的種類(LAN、WAN、MAN)

32. 網路的種類 • 網路的分類方式有很多方式，倘若以『範圍大小』來做為分類標準，大致可分為 • 『區域網路』 • 『都會網路』 • 『廣域網路』 • 分別說明如下：

33. 區域網路(Local Area Network) • 『區域網路』(LAN) 的範圍通常比較小，例如在一個建築物、一個公司、一個部門、亦或是一個教室內的大小規模 • 反之，在一個建築物或一個公司內，亦可以擁有數個區域網路，可以就需要而定 • 『區域網路』(LAN)的傳輸速率，因為距離較短，建構成本也較為便宜，所以通常傳輸速率會最為快速

34. 都會網路(Metropolitan Area Network) • 『都會網路』(MAN)的範圍通常是侷限於一個都會內 • 也就是將都會內的『區域網路』全部連接在一起 • 距離會比區域網路還要遠，建構規模也會比較大

35. 廣域網路(Wide Area Network) • 『廣域網路』(WAN)的範圍通常比都會網路更大，距離會超過都會之間，甚至橫跨國際，建構規模也會更大、更困難

36. 網際網路(Internet) • 以現行的網際網路(Internet) 而言，就是將所有大小不同的獨立網路(包括區域網路、都會網路或廣域網路)，串聯成一個大型的網路，以達到網路無國界的境界。 • 在網際網路(Internet)上，除了可以簡單的達到資料通訊(Data Communication) 之外，發展至今，已將網際網路的應用延伸到生活的每一個角落，如同前述的不同應用。

37. 1-5 區域網路拓樸

38. 區域網路拓樸 • 何謂『區域網路拓樸』(LAN Topology)？ • 只要是由兩個或兩個以上的『節點』(node)鏈結(link)在一起，這樣所形成的結構體，就稱為『區域網路拓樸』 • 以鏈結結構上的不同，大致可區分為三種常見的拓樸(topology)，包括 • 『匯流排拓樸』(Bus Topology) • 『星狀拓樸』(Star Topology) • 『環狀拓樸』(Ring Topology) • 這三種是最基本的架構，依然可以依據這些基本架構，再架構出更多複雜的結構網路，也就形成『混合式拓樸』(Hybrid Topology)

39. 匯流排拓樸(Bus Topology) • 『匯流排拓樸』(Bus Topology) 的主要架構，如圖1-12所示 • 中間是透過一條電纜線為主幹線，從頭至尾將所有網路設備串連接起來 • 因為『匯流排拓樸』是由一條主幹線串接所有的電腦或其他網路設備，所以也稱之為『線性匯流排』(Linear Bus) • 每部電腦會將所又傳遞的資訊，透過網路介質傳送，抵達主幹線後，便往兩邊分別傳送，為了避免訊號傳送到末端，又彈回影響後續正常的訊號，所以在主幹線的兩端，通常會加上50歐姆(ohms或表示成Ω)電阻，將訊號中止掉 圖1-12 匯流排拓樸示意圖

40. 匯流排拓樸-10Base5乙太網路 • 10Base5乙太網路即是採用『匯流排拓樸』的一種結構 • 利用RG11 A/U同軸電纜(Coaxial Cable) 為主要傳輸介質 • 如圖1-13所示，兩端分別為50歐姆(ohms或表示成Ω)的『終端電阻』(Terminator) • 電腦與網路設備則是透過一種，具有『發送器』(Transmitter)與『接收器』(Receiver) 兩種功能的一種設備，連接RG11 A/U同軸電纜(Coaxial Cable)，這種設備稱之為『收發器』(Transceiver) 圖1-13 匯流排拓樸- 10Base5乙太網路

41. 匯流排拓樸-10Base5乙太網路 • 10Base5乙太網路中，電腦與網路設備是透過具有AUI ( Attachment Unit Interface ) 接頭的『網路介面卡』(Network Interface Card, 簡稱NIC )連接『收發器』(Transceiver)再與RG-11 A/U同軸電纜( Coaxial Cable ) 串接，如圖1-14所示 • 真實的『收發器』可以參考圖1-15的實物 圖1-15 收發器的實物 ( 圖片來源：http://en.wikipedia.org/wiki/10BASE5 ) 圖1-14 10Base5乙太網路具體圖 (圖片來源：http://www.geocities.com/siliconValley/Monitor/3131/ne/3nenotes.html)

42. 匯流排拓樸-10Base2乙太網路 • 因為10Base5乙太網路佈線不容易，而且建置成本偏高，於是改良成10Base2的乙太網路 • 10Base2乙太網路也是採用『匯流排拓樸』結構，利用RG58 A/U同軸電纜(Coaxial Cable) 為主要傳輸介質，如圖1-16所示 • 兩端分別為50歐姆(ohms或表示成Ω )的『終端電阻』(Terminator) • 電腦與網路設備則是透過一種『T型接頭』(T-Connector)與RG58 A/U同軸電纜(Coaxial Cable)連接 • 倘若要連接兩段的RG58 A/U同軸電纜，可以使用『一字接頭』連接，如圖1-16所示 圖1-16匯流排拓樸- 10Base2乙太網路

43. 匯流排拓樸-10Base2乙太網路 • 10Base2乙太網路，電腦與網路設備是透過具有BNC(Bayonet Neill Concelman)接頭的『網路介面卡』(Network Interface Card, 簡稱NIC)連接『T型接頭』(T-Connector)再與RG-58 A/U同軸電纜(Coaxial Cable)串接，如圖1-17所示 圖1-17 10Base2 乙太網路具體圖 (圖片來源：http://www.geocities.com/siliconValley/Monitor/3131/ne/3nenotes.html)

44. 星狀拓樸(Star Topology) • 在『星狀拓樸』(Star Topology)的網路結構中，所有電腦與網路設備皆會連接到一個共同設備，此設備稱為『集線器』(Hub / Concentrator)，所有的電腦會先將訊息傳送到此設備，再藉由此設備，將訊息傳送給連接在此設備上的所有設備。由於此結構的樣式，如同一個星形放射狀，所以稱之為『星狀拓樸』(Star Topology)，如圖1-18所示 圖1-18 星狀拓樸示意圖

45. 星狀拓樸 • 在『星狀拓樸』(Star Topology)網路架構，『集線器』(Hub or Concentrator)扮演連接網路所有電腦與網路設備，所以它必須是具有多個網路介面卡的一種網路設備，如圖1-19所示 圖1-19 具有多個網路介面卡的集線器

46. 星狀拓樸 • 『星狀拓樸』(Star Topology)的基本網路架構，是目前大部份企業的『區域網路』(LAN)，所採用的主要架構之一 • 廣泛地使用在10Base-T、100Base-TX ( Fast Ethernet ) 以及1000Base-T ( Gigabit Ethernet )網路，這三種不同的網路傳輸速度分別為10、100及1,000 Mbit/s (百萬位元/每秒) • 由於要發展較高速的網路技術，無法完全相容或受限於較低速的網路技術，所以使用的設備功能會有些許的不同，所以無法保證能正長地混合使用 • 但是所採用的『連接頭』(Connector)都是八個腳位(8 pins)，稱之為RJ45 • 所使用的電纜線則是由四對的雙絞線所組成

47. 環狀拓樸(Ring Topology) • 『環狀拓樸』( Ring Topology ) 網路的主要架構，如圖1-20所示 • 所有電腦或網路設備全部連結成一個環狀的方式 • 所有的訊息皆會在該環狀的介質上傳遞，沒有所謂的終端點的問題 • 訊息從傳送端，送達目的端之後，便將訊息中止，避免影響整個網路傳輸品質 圖1-20 環狀拓樸示意圖

48. 環狀拓樸-Token Ring • 『Token Ring』網路就是使用『環狀拓樸』( Ring Topology ) 的架構，如圖1-21所示 • 透過一個稱為『token』(權杖)的訊號來控制是否可以傳送訊息的機制 • 平時這個唯一的token會繞行於環中 • 當某主機要傳送訊息時，必須先取得此token，才有資格透過此環傳送訊息 • 訊息繞環一周後，回到原發送訊息的主機，此主機再將此訊息中止 • 同時將token釋放至環中繼續繞行，讓下一個要傳送訊息的主機使用 • 也就是說，該主機不能強佔token繼續傳送下一個訊息，以保持公正性 圖1-21 環狀拓樸- Token Ring網路

49. 環狀拓樸-Token Ring • 因為token繞行於環中，要傳送訊息的電腦，必須先取得token才有資格傳送，所以每次只會有一部電腦可以傳送訊息，就不會產生訊息碰撞的情形發生 • 也因為所有電腦使用過token一次後，必須先釋放token，等待token下一次繞回之後，才可以再取得token，傳送後續的訊息，所以能保證連接於此『token ring』網路的所有電腦，可以公平的傳送訊息 • 可以大約預估下次可以傳送訊息的時間，或將所有訊息傳送完畢所須時間

50. 環狀拓樸-FDDI • 『光纖分散數據介面』(Fiber Distributed Data Interface, 簡稱FDDI)網路，是美國國家標準局(American National Standards Institute, 簡稱ANSI)在1980年年代，訂定出ANSI X3T9.5標準，又於1995年改制為X3T12標準 • 1982年則是由國際標準組織(International Organization for Standardization, 簡稱ISO)將之訂定為FDDI標準。 • FDDI所採用的基本網路架構，就是『環狀拓樸』(Ring Topology)，如圖1-22所示 • 由於FDDI是藉由光的傳遞，所以不能讓進、出的光產生彼此干擾情形，所以採用『雙環』(Double Ring) 結構，一環稱為『主環』(Primary Ring)，另一環則稱之為『次環』(Secondary Ring)，方便一環負責傳遞訊息，另一環負責接受訊息 圖1-22 環狀拓樸- FDDI網路