1、著作權所有 旗標出版股份有限公司本著作僅授權老師於課堂使用, 切勿置放在網路上播放或供人下載, 除此之外, 未經授權不得將全部或局部內容以任何形式重製、轉載、變更、散佈或以其他任何形式、基於任何目的加以利用。乙太網路與資料封裝第第 2 章章第七版第七版2乙太網路(Ethernet)n乙太網路採用競爭式媒介存取法乙太網路採用競爭式媒介存取法, 由網路上的所由網路上的所有主機共享鏈路上的頻寬有主機共享鏈路上的頻寬n乙太網路使用資料鏈結層與實體層的規格n碰撞網域n單一裝置在網段上傳送封包，以迫使相同實體網段上所有其他裝置都注意到它的一種網路情境n廣播網域n在同一網段中，會聆聽在網段上傳送之所有廣播的
2、一組裝置n乙太網路使用CSMA/CD要克服不同節點同時傳輸封包時所發生的碰撞問題3CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)協定傳輸前先檢查線路上是傳輸前先檢查線路上是否有信號否有信號無信號傳輸，則開始傳無信號傳輸，則開始傳輸並持續傾聽輸並持續傾聽其它裝置亦同其它裝置亦同如線路上同時存有如線路上同時存有2個個以上信號則發生碰撞以上信號則發生碰撞碰撞後發出壅塞信號告碰撞後發出壅塞信號告知所有節點暫停傳輸，知所有節點暫停傳輸，等待隨機時間後傾聽再等待隨機時間後傾聽再重傳重傳4CSMA/CD（續）n乙太網路碰撞時的處
3、理方式n以堵塞信號通知所有裝置有碰撞發生n這樣的碰撞會呼叫隨機的 backoff 演算法n乙太網路網段上的每部裝置會暫停傳輸一小段時間, 直到計時終了n當計時截止時, 每部主機都有相同的優先權來傳送資料nCSMA / CD 網路承受大量碰撞時, 可能會有以下的效應產生：(連續16次碰撞，節點就會傳送逾時)n延遲n低產出n壅塞5半雙工與全雙工乙太網路n半雙工使用一對線路，全雙工乙太網路則是使用兩對線路，分別用來進行資料的傳輸與接收，所以全雙工的資料傳輸比半雙工快n自動偵測(auto-detect)機制會先決定交換能力，亦即先檢查看是要以10、100或1000Mbps 運作；然後再檢查是否能以全雙
4、工方式運作(否則自動降為半雙工)n下列 6 種情境都可以使用全雙工乙太網路：n由交換器連到主機n由交換器連到交換器n透過交叉式(crossover)纜線由主機連到主機n透過crossover纜線由交換器連到路由器n透過crossover纜線由路由器連到路由器n透過crossover纜線由路由器連到主機6半雙工與全雙工乙太網路的重點總結n全雙工模式因為資料的傳送與接收是位於不同組的線路，所以不會互相碰撞n每個全雙工節點要有專屬的交換埠，每個通訊埠有各自的碰撞網域n主機的網路卡和交換埠同時都要能夠在全雙工的模式下運作n任何裝置都可使用全雙工，但集線器例外7乙太網路的資料鏈結層n每片乙太網路介面卡(
5、network interface card, NIC)中的媒介存取控制(Media Access Control)位址負責乙太網路的定址, 通常稱為硬體位址或 MAC 位址nMAC 位址：48位元(6位元組)，16進位格式 如00：60：f5：00：1f：27n負責從網路層接收訊框, 並且準備透過乙太網路的競爭式媒介存取方法在區域網路上傳送8乙太網路定址nI / G位元值為 0 時, 就可以假設該位址確實是某裝置的 MAC 位址, 值為 1 時, 則可以假設該位址是乙太網路的廣播或多點傳播位址nG / L 位元設為 0 時, 代表這是由 IEEE 統籌管理的位址；設為 1 時, 則代表這是本
6、地管理的位址 (例如 DECnet 習慣的做法)I/G：individual/groupG/L：Global/Local(又稱又稱U/L)OUI(Organizationally Unique Identifier)9二進位與十進位的轉換4個位元稱個位元稱 半位元組半位元組 (nibble) 其二進位值為其二進位值為 8 4 2 18個位元稱個位元稱 位元組位元組 (byte) 其二進位值為其二進位值為 128 64 32 16 8 4 2 1十六進位值十六進位值二進位值二進位值十進位值十進位值00000010001120010230011340100450101560110670111781
7、0008910019A101010B101111C110012D110113E111014表表2.3 十六進位轉換成二進位與十進位的列表十六進位轉換成二進位與十進位的列表Cisco喜歡在字元前放喜歡在字元前放 0 x如如 0 x6A 即代表十六進位即代表十六進位0110101011乙太網路訊框資料鏈結層要負責將位元(bit)組合成位元組(byte)，並且將位元組組合成訊框訊框(frame)(frame)；資料鏈結層使用訊框來封裝從網路層傳下來的封包，以便在某種媒介存取中傳輸。在不同類型的訊框內封裝訊框，稱為隧道技術隧道技術(tunneling)(tunneling)721526Bytes461
8、500Bytes12乙太網路訊框（續）nPreamble 7 個位元組交錯的 1、0 模式, 供接收裝置用來鎖定進入的位元流(101010101010101010101010)nSFD / Synch 10101011, 其中最後一對 1 讓那些從中途進入交錯之 1、0 模式的接收端能夠達到同步, 並且偵測到資料的開始nDA 目的位址可能是單機位址, 或是廣播或多點傳播的 MAC 位址nSA 來源位址此欄位中不得使用廣播與多點傳播的位址格式n長度或類型欄位長度或類型欄位在 802.3 是長度欄位, 但是在Ethernet_II中則是類型欄位, 藉以辨識網路層協定n802.3 無法辨識上層協定,
9、 必須在專屬 LAN (例如 IPX) 中使用n資料資料 從網路層向下送給資料鏈結層的封包, 長度可能從 64 到 1500 位元組nFCS 位於訊框結尾, 用來儲存循環冗餘查核 CRCSFD：Start Frame DelimiterDA：Destination AddressSA：Source AddressFCS：Frame Check SequenceCRC：Cyclic Redundancy Check13乙太網路訊框範例n範例一（利用類型欄位來辨別網路層協定）n範例二（廣播位址）n範例三（使用IPv6v協定）Cisco 通常表示成通常表示成0 x800使用使用OmniPeek網路分
10、析儀捕捉的訊框網路分析儀捕捉的訊框當使用當使用IPv4協定時，協定欄位是協定時，協定欄位是0 x080014乙太網路的實體層nIEEE 802.3 與最初的乙太網路實體層規格nIEEE將802.3延伸為802.3u (Fast Ethernet) 、 802.3ab (類別 5 上的 Gigabit Ethernet)與802.3ae (光纖與同軸電纜上的10Gbps)n包括100BaseTX、100BaseFX、1000BaseCX、1000BaseT、1000BaseSX、1000BaseLX、1000BaseZX、10GBaseT、10GBase-SR、10GBase-LR、10GBas
11、e-ER、10GBase-SW、10GBase-LW、10GBase-EW15乙太網路的實體層(續)nEIA / TIA 所指定的每種乙太網路纜線都有本身的衰減率, 以 dB 為單位n佈線是以類別類別 (category) 來衡量；越高品質的纜線會具有較高的類別等級和較低的衰減率。產生的串音也較少。所謂串音串音 (crosstalk), 就是纜線中相鄰電線所造成之有害的信號干擾n每種 802.3 標準都有定義AUI, 能夠一次將一個位元從資料鏈結媒介存取方法傳送到實體層。這可以讓 MAC 維持不變, 但是意味著實體層要能夠支援任何現有與新的技術。最初的 AUI 界面是 15 接腳的接頭n但AU
12、I 界面(可一次將1位元從資料鏈結媒介存取方法傳送到實體層)無法支援高頻率的 100Mbps 乙太網路, 因此 100BaseT 需要新的界面定義在 802.3u 規格中, 稱為MII(一次4個位元)。Gigabit使用GMII(8位元)EIA (Electronic IndustriesAssociation)TIA(Telecommunications Industry Alliance)AUI (Attachment Unit Interface)MII (Media Independent Interface)16乙太網路的纜線類型每個網段或纜線只能有一台主機每個網段或纜線只能有一台主
13、機200基頻基頻：個時間只能傳送一個訊號：個時間只能傳送一個訊號(MultiMode Fiber)(Unshielded Twisted Pair)17乙太網路的纜線類型（續）(MultiMode Fiber)(Single Mode Fiber)18乙太網路的纜線類型（續）(Synchronous Optical Networking)19直穿式(straight-through)纜線n用來連結：n主機到交換器或集線器主機到交換器或集線器n路由器到交換器或集線器路由器到交換器或集線器(接腳接腳)(接腳接腳)這種佈線只能用在乙太網路這種佈線只能用在乙太網路而不能用在語音或其它而不能用在語音或其
14、它LAN或或WLAN等技術中等技術中。20交叉式(crossover)纜線n用來連結：n交換器到交換器交換器到交換器n集線器到集線器集線器到集線器n主機到主機主機到主機n集線器到交換器集線器到交換器n路由器直接連到主機路由器直接連到主機路由器路由器n透過快速乙太網路埠連到路由器透過快速乙太網路埠連到路由器21滾製式(rolled)纜線n用來將主機連到路由用來將主機連到路由(交換交換)器控制台的器控制台的com埠埠(啟動HyperTerminal，建立控制台連線，設定裝置組態，如次頁)22設定HyperTerminaln使用滾製式纜線n組態的設定如下：1. 開啟開啟HyperTerminal、輸
15、入連線名稱、輸入連線名稱)2. (選擇通訊埠，選擇通訊埠，COM1或或COM2)3. (設定通訊埠設定通訊埠)Cisco(如下數值如下數值)(任一名稱與圖樣任一名稱與圖樣)預設值預設值(2400bps,無流量控制硬體無流量控制硬體)不適用不適用23纜線練習一交叉式纜線交叉式纜線24纜線練習二交叉式纜線交叉式纜線滾製式纜線滾製式纜線直穿式纜線直穿式纜線直穿式纜線直穿式纜線直穿式纜線直穿式纜線V.35WANSerialV.35OSIV系列系列35號文件又稱號文件又稱RS-499，定義使用，定義使用RS-422信號之介面標準信號之介面標準25資料封裝(encapsulation)(Protocol
16、Data Unit)(segment)( packet ordatagram )(frame)(bits)FCS：Frame Check SequenceData封裝是當資料往封裝是當資料往OSI堆疊的下層走時堆疊的下層走時,對資料進行編碼的流程對資料進行編碼的流程.每一協定層要溝通與交換資訊每一協定層要溝通與交換資訊必須使用協定資料單元必須使用協定資料單元PDU (Protocol Data Unit)封裝(encapsulation)方式n1.轉換使用者資訊，成為網路上傳輸的資料。n2.將資料轉換成資料段，並且在傳輸主機與接收主機間建立可靠的連線。n3.將資料段轉換成封包，並且將邏輯位址放
17、在標頭中，讓每個封包能夠在互連網路中繞送。n4.將封包轉換成訊框，在本地網路上傳輸，使用硬體(乙太網路)位址作為本地網段各主機的唯一識別碼。n5.將訊框轉換成位元，並且使用數位編碼與時脈結構。26CCNA考題考題Refer to the following list. Choose the correct order of data encapsulation when a device sends information. 1.segments 2.bits 3.packets 4.data 5.frames( )A：1 - 3 - 5 - 4 - 2( )B：2 - 1 - 3 - 5 -
18、 4( )C：2 - 4 - 3 - 5 - 1( )D：4 - 3 - 1 - 2 - 5( )E：4 - 1 - 3 - 5 - 2( )F：3 - 5 - 1 - 2 - 4解封裝(deencapsulation)將訊框(0與1的邏輯組合)放到網路上，首先必須將它放入數位訊號中。由實體層負責將這些數字編碼為數位訊號，供位於同一網路上的裝置讀取。n接收的裝置會對數位訊號取得同步，並且從中擷取(解碼)出0與1。此時，這些裝置會建立訊框，執行循環冗餘查核，然後將其結果與訊框FCS欄位比對。如果結果相符，則從訊框中取出封包，並且丟棄訊框的其餘部分。n封包會傳給網路層檢查位址；如果符合，則自封包中
19、取出資料段，並且丟棄訊框的其餘部分。 n資料段是在傳輸層處理，由它重建資料串流，並且傳送確認給傳輸端工作站，表示資料已經收到。n最後傳輸層資料就可以將資料串流傳給上層應用。2829資料封裝（續）n傳輸層接收資料串流，將它們分成資料段，並且藉由產生虛擬電路來建立可靠的會談。然後對每個資料段編號，並進行確認與流量控制。n虛擬電路是靠來源埠來源埠定義的，主機會從1024開始，往上遞增來源埠的號碼(0到1023 well-known)。n當接收主機重建資料串流時，利用目的埠號目的埠號來定義處理串流的上層程序(應用程式)。如FTP(21)、Telnet(23)、SMTP(25)、HTTP(80)、POP
20、(110).省略預設值為80。傳輸層傳輸層利用埠號來定義虛擬電路利用埠號來定義虛擬電路與上層的程序與上層的程序片段的資料一旦加上傳輸層標頭之後，就成為資料段片段的資料一旦加上傳輸層標頭之後，就成為資料段(segment)(segment)，並和，並和IPIP位址一起往下傳給網路層位址一起往下傳給網路層(IP(IP位址是上層連同資料串流一起往下送給傳輸位址是上層連同資料串流一起往下送給傳輸層的，它是透過一種上層的名稱解析方法來尋找的層的，它是透過一種上層的名稱解析方法來尋找的可能是可能是DNSDNS。) )30資料封裝（續）第八章會詳細解說資料如何封裝，以及如何在互連網路中繞送。第八章會詳細解說
21、資料如何封裝，以及如何在互連網路中繞送。(TCP/UDP)(邏輯位址邏輯位址)網路層網路層要負責找出目的硬體位址，利用位址解析協定(ARP)決定封包應該要往區域網路上的何處送。 網路層網路層的IP協定會檢視目的IP位址，並與它自己的來源IP位址及子網路遮罩進行比較。如果是區域網路的請求，則透過ARP請求找出區域主機的硬體位址。如果封包目的地是遠端主機，則尋找預設閘道(路由器)的IP位址。網路層網路層傳輸層傳輸層資料鏈結層資料鏈結層實體層實體層31資料封裝（續）第八章會詳細解說資料如何封裝，以及如何在互連網路中繞送。第八章會詳細解說資料如何封裝，以及如何在互連網路中繞送。(TCP/UDP)(硬體
22、位址硬體位址)網路層將封包和目的區域主機或預設閘道的硬體位址，一起往下交給資料鏈結層。 資料鏈結層資料鏈結層在封包的前面加上標頭(尾)，與資料片段結合成訊框。訊框使用Ether-Type的欄位描述來自網路層的那個協定的封包，而且會對整個訊框執行循環冗餘查核(CRC)，並將答案放在訊框標尾中的訊框查核序列(Frame Check Sequence, FCS)欄位。網路層網路層傳輸層傳輸層資料鏈結層資料鏈結層實體層實體層(邏輯位址邏輯位址)32資料封裝（續）第八章會詳細解說資料如何封裝，以及如何在互連網路中繞送。第八章會詳細解說資料如何封裝，以及如何在互連網路中繞送。(TCP/UDP)(硬體位址硬
23、體位址)訊框將一次一個位元往下傳給實體層。 實體層實體層會使用位元的計時規則，將資料編碼成數位信號。網段上的每部裝置乃利用時脈進行同步，從數位信號中擷取0與1，並且建構出訊框。重建訊框後，就執行CRC，確定該訊框沒有問題。如果一切都沒問題，主機就會檢查目的位址，看訊框是否就是要給它的。網路層網路層傳輸層傳輸層資料鏈結層資料鏈結層實體層實體層(邏輯位址邏輯位址)33Cisco的三層式階層模型 (鉦鈦公司為例)(Core layer)骨幹骨幹 功能功能(distribution layer)繞送繞送 功能功能(access layer)交換交換 功能功能容錯容錯 高可靠性高可靠性速度速度 - 延遲
24、小延遲小收斂時間短的繞送協定收斂時間短的繞送協定收斂時間（收斂時間（convergence）是指將拓撲的異動資訊傳送到互聯網路的每個路由器，）是指將拓撲的異動資訊傳送到互聯網路的每個路由器，其整個過程所要的時間。其整個過程所要的時間。 繞送協定目標繞送協定目標 最佳化（最佳化（Optimality）。）。(workgroup layer)繞送與協定間的重分送繞送與協定間的重分送工具工具、封包過濾與佇列實做封包過濾與佇列實做安全與網路政策實做安全與網路政策實做VLAN與其他群組間繞送與其他群組間繞送廣播與多點傳播網域廣播與多點傳播網域(desktop layer)延續自分送層的存取控制延續自分送
25、層的存取控制建立獨立碰撞網域建立獨立碰撞網域(網路分割網路分割)連結工作群組與分送層連結工作群組與分送層負責可靠且迅速地負責可靠且迅速地傳送大量的交通傳送大量的交通提供繞送、過濾與提供繞送、過濾與WAN的存取，及判斷封包該的存取，及判斷封包該如何存取核心層如何存取核心層控制使用者與工作群組控制使用者與工作群組對互連網路資源的存取對互連網路資源的存取34核心層n設計核心層時應該要：n設計高可靠性的核心層。考慮能同時促進速度與冗餘的資料鏈結技術, 例如 FDDI、(有冗餘鏈結的) 高速乙太網路、甚至是 ATMn設計時要將速度謹記在心, 核心層的延遲應該要非常小n選擇收斂時間較短的遶送協定n設計核心
26、層時不要不要：n做任何會減緩交通的事, 包括使用存取清單、在虛擬區域網路 (VLAN) 間進行遶送、實作封包過濾等n在此支援工作群組的存取n當互連網路長大時, 要避免擴充核心層 (例如新增路由器)。如果核心層的效能發生問題, 升級會比擴充好35分送層n有時又稱為工作群組層主要功能是提供遶送、過濾、與 WAN 的存取, 以及根據需要來判斷封包該如何存取核心層n分送層通常應該提供下列幾種行動：n遶送n工具 (例如存取清單)、封包過濾、與佇列的實作n安全與網路政策的實作, 包括位址轉換與防火牆n遶送協定 (包括靜態遶送) 間的重分送 (redistribution)nVLAN 與其他工作群組支援功能間的遶送n廣播與多點傳播網域的定義36存取層n存取層會控制使用者與工作群組對互連網路資源的存取, 有時又稱為桌面層 (desktop layer)n大多數使用者需要的網路資源都可以在當地取得, 而遠方服務的交通則是由分送層處理n存取層必須包含的功能：n延續自分送層的存取控制與政策n建立獨立的碰撞網域 (網路分割)n連結工作群組與分送層存取層常見的技術有DDR(撥接導向路由Dial-On Demand Routing)與乙太網路交換。
