通訊
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規範覆蓋範圍
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計算的關鍵方面之一是通訊。例如，輸入和輸出裝置需要與處理器通訊，硬碟需要與記憶體通訊，等等。
這種意義上的通訊透過資料和指令的傳輸來實現。我們已經研究過計算機內部資料傳輸的許多示例。在本節中，我們更關注計算機和外圍裝置之間的通訊，以及跨本地和全域性網路的不同計算機之間的通訊。本節還將包括構成網際網路基礎設施的詳細記錄。
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一般來說，在 A 級考試中，對網路等概念的定義所需的細節級別將高於 AS 考試。 |
網路是指任何數量的計算機連線在一起以進行通訊、共享處理能力、儲存容量和其他資源。為了連線到網路，計算機必須具有網路介面卡，更常見的是稱為網路介面卡 (NIC)。
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NIC 是一塊印刷電路板，它像任何其他卡（例如圖形和音效卡）一樣包含在計算機內部。NIC 將專門設計為允許計算機透過電纜或無線方式連線到正在使用的特定網路拓撲結構。卡的型別也決定了裝置與網路之間可用的資料傳輸速度。這些通常已經整合到現代主機板中。
網路通常用它們覆蓋的地理區域和連線配置的方式（稱為網路拓撲結構）來描述。
區域網 (LAN) 是在小範圍內連線的計算機和外圍裝置的集合，覆蓋一棟建築物或一個地點。大多數 LAN 由一個或多個伺服器和客戶端組成。伺服器是一臺高規格的計算機，具有足夠的處理能力和儲存容量來為多個使用者提供服務。客戶端是指連線到網路的任何計算機。
廣域網 (WAN) 是在很遠的地理距離內連線的計算機和外圍裝置的集合。這意味著任何擴充套件到單個站點以外的網路，直到全球網路，如網際網路。WAN 使用各種各樣的通訊介質，包括電話線、微波鏈路、衛星連線和光纖電纜。
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LAN 通常由單個組織擁有和運營。WAN 可能由多個組織擁有/運營，並且通常會使用第三方通訊技術。 |
除了伺服器和客戶端之外，網路中的另一個關鍵裝置是路由器。現代路由器實際上是將多個裝置合併為一個裝置。家庭網路的典型路由器
- 接收正在傳輸的每個資料包，讀取資料包的標題，然後將其轉發到目的地
- 充當防火牆，阻止某些資料包被轉發
- 充當交換機，在網路上的兩個裝置之間建立連線
- 提供無線接入點，傳輸 WiFi 訊號
- 充當調變解調器，將數字訊號轉換為模擬訊號，以便它們可以向下傳輸標準電話線。
星型拓撲結構 的名稱來自它可以以簡化的方式在紙上表示，如下圖所示。這顯示了裝置在概念上是如何連線在一起的。
上圖顯示了每個客戶端透過單獨的連線連線到中央伺服器。主要特徵是伺服器和客戶端之間的專用連線。實際上，它將是一個位於中心的交換機，伺服器連線到其中一個埠。伺服器將是一臺高規格的機器，具有大量的處理能力和儲存容量。客戶端可以透過佈線訪問伺服器。
| 優點 | 缺點 |
|---|---|
| 快速連線速度，因為每個客戶端都有一條專線 | 由於佈線成本增加，因此設定成本高 |
| 當許多使用者線上時，不會像其他網路拓撲結構那樣減慢速度 | 如果電纜故障，則該客戶端可能無法接收資料 |
| 故障排除更簡單，因為單個故障更容易追蹤 | 安裝困難，因為需要多條電纜。如果 LAN 分佈在多個建築物中，問題會加劇 |
| 相對安全，因為從客戶端到伺服器的連線是唯一的 | 伺服器可能會變得擁塞，因為所有通訊都必須透過它 |
| 可以新增新客戶端，而不會影響其他客戶端 | |
| 如果一條電纜或客戶端發生故障，則只有該客戶端受到影響 |
另一種主要的網路拓撲結構是匯流排拓撲結構，其中網路中的所有節點都透過一根主電纜連線。如果有一個主伺服器，所有客戶端都透過這根主電纜連線到它。這根電纜承載著伺服器和客戶端之間的資料，每個客戶端都從主匯流排電纜上分叉出來。
主電纜或骨幹必須允許高速資料傳輸，因為所有資料都必須透過這一個通道傳輸。匯流排系統的常見實現是乙太網網路系統。
優點和缺點
[edit | edit source]| 優點 | 缺點 |
|---|---|
| 安裝成本比星型拓撲結構低，因為只需要一根主電纜 | 安全性不如星型網路，因為所有資料都透過一根主電纜傳輸 |
| 比星型拓撲結構更容易安裝 | 當網路上使用者數量增加時，傳輸時間會變慢 |
| 透過從主電纜分支可以輕鬆新增新客戶端 | 如果主電纜發生故障，所有客戶端都會受到影響 |
| 由於依賴主電纜，可靠性不如星型網路 | |
| 更難找到故障 |
物理和邏輯拓撲結構
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需要區分網路的物理拓撲結構和邏輯拓撲結構。物理拓撲結構是指電纜的實際連線方式。然而，透過新增更多硬體和軟體，以特定物理拓撲結構連線的網路可以以不同的方式運作。例如，一些乙太網網路在物理上是以星型結構佈局的，但使用集線器來重複訊號，這實際上建立了一個匯流排網路。
客戶端-伺服器網路
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不要陷入認為客戶端-伺服器和點對點網路僅限於特定拓撲結構的陷阱。 |
在星型和匯流排拓撲結構中，圖表顯示了一個主伺服器。雖然客戶端在處理能力和儲存容量方面擁有本地資源，但它們依賴於伺服器。這是構建具有大量使用者的區域網最常見的方式。伺服器將是一臺高階計算機，擁有大量的處理能力和儲存容量。它需要足夠大、足夠快才能滿足客戶端的需求。
點對點網路
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在點對點網路中，沒有一臺計算機對整個網路進行控制。相反，每臺計算機或工作站的資源都可供網路中的所有計算機使用。因此，每個工作站都可以充當客戶端或伺服器，具體取決於當前的任務。這在較小的網路中或在某些應用程式（如檔案共享）中更為常見。
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點對點網路通常在家庭中使用，其中每臺計算機和裝置擁有平等的權利。 |
回顧：點對點和客戶端-伺服器網路比較
[edit | edit source]| 特徵 | 點對點 | 客戶端-伺服器 |
|---|---|---|
| 誰負責？控制在哪裡？ | 沒有人 / 每個人 | 伺服器 |
| 如何共享資源 | 以個別的方式 | 由伺服器集中地提供給使用者/組 |
| 是否需要特殊的作業系統？ | 不需要 | 需要 |
| 簡單/難設定 | 簡單 | 需要系統管理員 |
| 成本 | 低 | 高（伺服器可能很貴，系統管理員軟體也可能很貴） |
| 安全嗎？ | 較低 | 更高（但需要專業知識） |
無線網路
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無線網路與有線網路的不同之處在於它不使用電纜來建立裝置之間的物理連線。而是使用無線電波傳送資料。無線網路可以在小範圍或大範圍的地理距離內實現，因此可以實現無線區域網 (WLAN) 和無線廣域網 (WWAN)。許多企業和家庭網路都是無線設定的，消除了對昂貴佈線的需求，並允許從任何具有無線網路介面卡 (NIC) 的裝置輕鬆訪問網路。
網路上的所有裝置都有一個媒體訪問控制 (MAC) 地址。這是一個唯一的識別符號，以六組由冒號分隔的兩位十六進位制數字的形式編碼到網路介面卡 (NIC) 中，例如 02:32:45:77:89:ab。任何使用 WiFi 連線到網路的裝置都將透過無線接入點連線，並且必須擁有自己的唯一 MAC 地址。每個製造的網絡卡都具有唯一的地址，這意味著它們可以用來唯一地標識每個裝置。MAC 地址的前半部分是製造商程式碼，後半部分是分配給網路介面卡 (NIC) 的唯一裝置程式碼。
WiFi 是無線區域網 (WLAN) 的通用術語，在無線區域網中，裝置可以無線連線到彼此，並且可以在其中建立到網際網路的連線，前提是網路中的一臺裝置線上。WiFi 按照稱為 IEEE 802.11 的通用標準運作，確保所有裝置都符合標準並可以連線和在網路中傳輸資料。
無線網路的優缺點
[edit | edit source]| 優點 | 缺點 |
|---|---|
| 低設定成本 | 可能會出現干擾，並且比有線網路速度慢 |
| 不受特定位置的限制 | 連線不如有線網路穩定，可能會“斷開” |
| 可以連線多個裝置，無需額外的硬體 | 更容易受到駭客攻擊 |
| 由於沒有安裝電線，對建築物的干擾較小 | 它會因牆壁或障礙物而降低質量 |
服務集識別符號 (SSID) 的用途
[edit | edit source]SSID 只是網路名稱的技術術語。
當您設定無線家庭網路時，您會給它起一個名稱，以將其與您附近其他網路區分開來。
當您將計算機連線到無線網路時，您會看到此名稱。
SSID 是與 802.11 無線區域網 (WLAN) 相關聯的主要名稱，包括家庭網路和公共熱點。
在家庭 Wi-Fi 網路上，寬頻路由器或寬頻調變解調器儲存 SSID，並允許管理員更改它。
路由器可以廣播此名稱，以幫助無線客戶端找到網路
無線網路如何保護
[edit | edit source]可以使用 WPA/WPA2、停用 SSID (服務集識別符號) 廣播、MAC (媒體訪問控制) 地址白名單來實現傳輸資料的強加密
- WPA - 無線保護訪問
Wi-Fi 保護訪問 (WPA) 是一種為配備無線連線的計算機使用者提供的安全標準。它是對原始 Wi-Fi 安全標準有線等效隱私 (WEP) 的改進，並有望取代它。WPA 提供比 WEP 更復雜的加密資料方法，並提供使用者身份驗證。WEP 仍然被認為對家庭使用者有用，但對於企業環境來說還不夠，因為大量的資訊流動會讓駭客更容易發現加密金鑰。
- WPA2
代表 Wi-Fi 保護訪問 2，是 WPA 的後續安全方法，用於無線網路，提供更強大的資料保護和網路訪問控制。它為企業和消費級 Wi-Fi 使用者提供了高度的保證，確保只有授權使用者才能訪問他們的無線網路。基於 IEEE 802.11i 標準，WPA2 提供政府級別的安全
- 停用 SSID 廣播
大多數路由器和其他無線接入點會自動定期（每隔幾秒）傳輸其網路名稱 (SSID)。Wi-Fi 網路協議的這種 SSID 廣播功能旨在允許客戶端動態發現無線網路 (WLAN) 並漫遊到其他無線網路。出於安全考慮，可以停用此功能。安全性和設定新網路客戶端的便利性之間存在權衡。
- MAC 地址白名單
媒體訪問控制地址 (MAC 地址)，也稱為物理地址，是分配給網路介面卡 (NIC) 的唯一識別符號，用於物理網路上的通訊。許多網路管理員設定 MAC 地址白名單或 MAC 地址過濾器來控制誰可以訪問他們的網路。當加密不是一種實用的解決方案或與加密一起使用時，可以使用此方法。
與有線網路一樣，協議描述了傳送方和接收方遵循的資料通訊規則。CSMA/CA 用於在衝突發生之前防止衝突。
- 只要一個節點接收到要傳送的資料包，它就會檢查（載波偵聽）以確保通道是空閒的（此時沒有其他節點正在傳輸）。
- 如果通道是空閒的，則資料包將成功傳送 - 接收確認。
- 如果通道不空閒，則節點會等待隨機選擇的時間段，然後再次檢查通道是否空閒。這段時間稱為退避因子，由退避計數器遞減。如果退避計數器達到零時通道是空閒的，則節點傳輸資料包。如果退避計數器達到零時通道不空閒，則重新設定退避因子，並重復該過程。
載波偵聽：在傳輸之前，節點首先監聽共享介質（例如監聽無線網路中的無線訊號）以確定是否有其他節點正在傳輸。
衝突避免：如果聽到其他節點，則發射器會等待隨機時間段，等待該節點停止傳輸，然後再再次監聽空閒的通訊通道。
請求傳送/清除傳送 (RTS/CTS) 在此時用於協調對共享介質的訪問。在無線網路中，接入點一次只向一個節點發出清除傳送。
將請求傳送/清除傳送 (RTS/CTS) 想象成“發言權”——只有擁有“發言權”的節點才能“說話”（傳輸）。
傳輸：如果確定介質是空閒的，或者節點收到了 CTS 明確指示它可以傳送，則它會完整地傳送幀。
節點等待接收來自接入點的確認資料包，以指示資料包已接收並正確校驗和。
如果在合理的時間內沒有收到這種確認，則它假定資料包與其他傳輸發生衝突，導致節點進入退避階段，然後嘗試重新傳輸。
缺點：對於小資料傳輸，RTS、CTS 和傳輸的開銷很大。
握手是在兩個實體之間建立的通訊通道上，在通道上的正常通訊開始之前，動態設定通訊通道引數的自動協商過程。
RTS / CTS 是握手協議的示例。
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練習：網路 帶有 RTS/CTS 的 CSMA/CD 是握手協議的示例。解釋握手協議的一種目的。
答案 確保一次只有一個傳輸裝置進行傳輸，從而防止通訊介質上的衝突。
說出星形拓撲相對於匯流排拓撲的兩個優點，並解釋它是如何實現的。
答案
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答案 答案
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答案 答案
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答案 答案
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