臺灣學術網路竹苗區域網路中心 88年暑期網際網路教育訓練及 推廣研習課程 網路硬體與檢測技術簡介

臺灣學術網路竹苗區域網路中心 88 年暑期網際網路教育訓練及

推廣研習課程

網路硬體與檢測技術簡介清華大學計算機與通訊中 心

張新民

網路硬體與檢測技術簡介

網路硬體介紹 網路卡 傳輸介質 轉接器 網路連接設備 網路檢測工具 網路診斷程序 網路問題的歸類 Win95(98) 偵測指令

網路卡 (NIC,Network Interface Card)

功能： 1. 電腦與網路纜線之媒介，負責資料的轉換與傳遞的工作。 2. 為網路上真正的實體地址，網路上之節點 (Node) 。 (Physical Address,Hardware Address,MAC Address=48bit=12 個 16 進位 )

分類： (A) 匯流排種類 : • ISA(8bit) 08:00:02:2A:9F:3D

• ISA(16bit) 公司代碼 出廠序號 • EISA(32bit) • PCI(32bit) • PCMCIA(16bit)

(B) 連接頭種類 : • AUI:AUI 纜線 or 轉接器 • BNC: 同軸電纜 • RJ45: 雙絞線 （單一，二合一，三合一 )

(C) 傳輸速率 : • 10Mbps(10Base2,10BaseT) • 100Mbps(100BaseT) • 10/100Mbps(10/100BaseT) • 1000Mbps(1000BaseT)

網路卡 (NIC,Network Interface Card) -續

分類： (D) 安裝方式 : • Jumper( 手動 Setup) • Jumpless( 軟體 Setup) • PnP(Plug & Play,BIOS+OS 自動 Setup) * 另類網路卡： LOM(LAN On Motherboard)

選購要求 ¤ 適用電腦主機板的規格 ¤ 考慮區域網路的形態：纜線＆速率 ¤ 信譽良好的廠商（一分錢，一分貨）

安裝步驟 1. 將網路卡插入主機板上適當的匯流排上 2. 連接適當的網路纜線 3. 設定網路卡的組態 a.IRQ(Interrupt ReQuest) : 周邊介面 <=> CPU (建議使用5,10,11) b.I/O Address : 周邊介面 <=> Input/Output 4. 安裝網路卡驅動程式 5. 連結 (bond) 適當的通訊協定 (TCP/IP,NetBEUI,IPX)

傳輸介質 (Transmission Media)

有線 同軸電纜 (Coaxial Cable)-- 介質：電流

RG11(ThickNet): 外徑 1 cm,50 ohm =>10Base5 RG58(ThinNet,CheapNet): 外徑 0.5 cm,50 ohm =>10Base2

* 有線電視 (CATV): RG59,75 ohm

雙絞線 (Twisted-Pair Cable)-- 介質：電流 EIA/TIA( 美國電子工業協會 / 遠端通訊協會 ) 依絞距分五類(Category,Level)

第 1 類： Voice( 電話線，無絞 ) 第 2 類： Data => 4Mbps 第 3 類： Data => 16Mbps 第 4 類： Data => 20Mbps 第 5 類： Data => 100Mbps

STP(Shielded Twisted Pair) 遮蔽式雙絞線 UTP(Unshielded Twisted Pair) 無遮蔽式雙絞線

10BaseT & 100BaseT

傳輸介質 (Transmission Media) - 有線 - 續

雙絞線 (Twisted-Pair Cable)-- 續 568A/568B 規範定義之 RJ45 腳位與絞線排列 RJ45腳位 568A定義色線 568B定義色線

* 1 綠白 橙白

* 2 綠 橙 # 3 橙白 綠白

4 藍 藍 5 藍白 藍白 # 6 橙 綠

7 棕白 棕白 8 棕 棕

cross-over: 將 12腳位這對絞線與 36腳位這對絞線，位置互換。

光纖 (Optical Fiber)-- 介質：光 [ 光纖核心之 心徑 / 外徑 ]

MMF(Multi-Mode Fiber) : 多模式光纖 => 62.5μm/125μm SMF(Single-Mode Fiber) : 單模式光纖 => 8.3μm/125μm

9.0μm/125μm* 10BaseF , 100BaseF , 1000BaseLX , 1000BaseSX* 接頭常見種類： SC , ST , SMA

傳輸介質 (Transmission Media) - 續

無線 -- 介質：大氣 無線電波（頻率 10KHz - 1GHz ）

網路無線電波，使用不管制頻率＋展頻技術 微波（頻率高於 1GHz ）

陸地微波 4 - 6 GHz衛星微波 11 - 14 GHz

紅外線（高頻率）：效能佳，穿透力差發光二極體 LED雷射光二極體 ILD

轉換器 (Transceiver,Converter)

連結不同的傳輸介質 AUI-BNC AUI-UTP AUI-Fiber( 簡稱 FOT) AUI-TAP UTP-BNC UTP-Fiber

Transceiver(Power 由 AUI 供應 )

Converter( 需 Power Supply)

網路連接設備

增強器 (Repeater) - 同軸電纜，光纖•將衰減的訊號重組、增強、再傳送，增長連線距離•增加網路連接的節點數 5-4-3 規則 (5 段傳輸線 .4 個增強器 .3 段作為連接網路節點 )

集線器 (Hub) - 雙絞線•功能同 Repeater Dumb Hub: 簡單型 Stackable Hub ：可堆疊式，背板具 Ring In/Ring Out SNMP Hub ：具網管功能與 IP Address Intelligent Hub(Concentrator) ：多型態、模組 (Module) 式

Hot Swappable: 熱機抽換 純雙絞線接頭 or 其他界面接頭 Pure 10Mbps ,Pure 100Mbps , 10/100 Mbps Auto-Sense

5-4 規則 (5 段傳輸線 .4 個集線器 )

網路連接設備 - 續

橋接器 (Bridge) - 同軸電纜，光纖，無線•連接二個網路區段 (Segment) ，管理區段間網路交通 (Traffic) 之過濾 (Filtering) 或傳送 (Forwarding) 。可提高網路效率、可靠度與安全性• •包含 Repeater 功能

以 Bridge Table 管制網路交通，使各區段保有獨立的頻寬。 Spanning-Tree Algorithm : 擴張樹 (樹枝展開 )演算法，避免迴路。 Auto-Learning ：自動學習模式，建立 Bridge Table 。

交換器 (Ether Switch,Layer2 Switch , 即 Multi-port Bridge ) - 雙絞線•以平行處理的硬體交換技術 (Switching) ，連接多個網路區段，且每個 網路埠 (port) 具有專屬頻寬。＊分類： 可堆疊性

Stand Alone 單獨式 Stackable 堆疊式

網路連接設備 - 交換器 - 續

擴充性固定式模組式

交換技術 Store and Forward Cut and Through Intelligent

速度 Pure 10Mbps Pure 100Mbps 10/100 Mbps (Auto-Sense,Auto-Negotiation)

網路連接設備 - 續

路由器 (Router) - 能將數個網路 ( 區域或廣域 ) 連結（區隔）的網路層級的設備，每一個 連

接埠 (Port)就是一個獨立的網路或廣播域。 使用資料封包（ Packet ）的網路號碼 (Network Number) ，作為轉送封包的依據。

經由路由協定 (Routing Protocol) 與鄰近的 Router 交換路由表 (Routing Table) ，藉以決定封包傳送的路徑。

在網際網路上， Router就藉由封包上目的端節點的 IP住址，決定出目的端所屬的網路號碼，並將封包往下一站的 Router傳送，直到封包到達最終站的 Router( 擁有此網路號碼 )，最後再透過此 Router將封包送給目的端節點。在傳送過程來源端與目的端的 IP住址皆保持不變。

重要功能 路徑選擇廣播封包的過濾與阻擋跨越不同形態網路時，封包的分割與重組 通過封包的存取檢查 傳輸速度不同網路間的緩衝處理 網路資訊的統計與收集

網路連接設備 - 續 ( 網路名詞 )

IP Address TCP/IP 網路上以 32 位元 (bit) ，來表示網路節點的位址。並區分為「網路住址」與「主機住址」兩部份。為方便閱讀與記憶，一般以4 個 10 進位來表示，即以每 8 個位元換算成十進位，中間再以小數點隔開。如： 140.114.63.23

Subnet- 子網路 為符合網路建構實體上的需要、減少 IP Address 的浪費、增加網路運作效能與方便網路維護性 ..等因素，將一個「網路住址」部份再分割成多個「次 ( 子 ) 網路」，即稱為 Subnet

NetMask- 網路遮罩值 分別與資料封包的來源端與目的端之 IP Address做運算後所得之兩

個數值，再加以比較，藉以決定如何處理與傳送此封包的一組 32位元之數字。 ( 一般以 4 個 10 進位來表示，如： 255.255.255.0)

Gateway- 通訊閘 為一個 Router port 的 IP Address ，藉以處理跨網路號碼之封包。此

Router port 與來源端節點連結於相同之網路上。

網路連接設備 - 續

Layer3 交換器 (Layer3 Switch,SwitchRouter) - 第三層交換器 工作原理同 Router

採用專屬的硬體技術 (ASIC) ，作封包傳送與處理 效能較 Router 高，埠密度較多 網路模組種類較少（尚無 WAN廣域網路模組）

Layer4 交換器 (Layer4 Switch) - 第四層交換器採用專屬的硬體技術 (ASIC) ，對封包分析至傳輸層 (Transport Layer)

的 TCP 或 UDP 的埠號 (Port Number)

做到每個資料流 (data flow) 的 Switching ，進而處理不同需求的服務品質。 (Cos,Qos,Server load balance..)

Wire Speed( 線速 ) ：在一定頻寬中，能以最快的速率傳送封包，而不會遺失 封包之速率。單位為 PPS(每秒能

傳送的封包數）

如 :10Mbps 其 Wire Speed約為 15Kpps

網路檢測工具

最基本的兩樣工具保有一份最新的網路架構配置圖

所有纜線的佈線路徑﹒纜線種類及長度 網路設備（含電腦﹒轉接器﹒連接設備等）在網路上配置位置與連接的方式﹒網路住

址及相關資訊建立並熟悉一套網路問題診斷的方法

實體層工具（ Physical-layer tools ） 這類工具主要針對電氣特性 (Electrical) 或實體層的現象與問題進行測試和診斷。常用來幫助我們發現纜線問題的工具包括︰

時間領域反射器 (Time Domain Reflectometer;TDR) 它能延著傳輸媒介（纜線）發出間隔一定的訊號，然後，從反射回來的訊號波形(Ware-form) ，判斷纜線是否正常運作。如果，出現問題時，它能找出纜線的問題，如斷線﹒短路並提供發生問題點位置的合理估計。

三用電表終端電阻 手電筒

纜線檢測儀器應具有的功能

具有 TDR的功能 能夠測試各種類型的纜線 能夠尋找短路﹒斷路的位置 能夠測量纜線的總長度 能夠測量衰減及阻抗大小 追蹤纜線的功能 雙絞線腳位的檢查 雜訊及串訊干擾的測量 儲存及列印檢測的結果 操作簡單攜帶方便 監督網路活動量 檢查纜線種類

網路檢測工具（續）

網路監督或探測器（ monitor,probe ）乃針對實體層 (Physical) ，資料鏈結層 (Data-Link) ，網路層 (Network)等所偵測之狀況來告知網路管理者。

為連接到網路上的電腦設備，它們負責監視整個或部份網路的資料交通。

網路監督器藉著檢查每個資料封包內的資料框階層（ Frame Level ）資訊，以便得出有關網路使用之統計資料﹒封包型態﹒每個網路節點所發送與接收的封包數量﹒封包錯誤﹒以及其它重要變數，如流量 (Traffic)﹒ 使用率 (Utility)等的統計與分析資料，供管理者進行基本的網路內視或調整。

網路監督器通常安裝在每個網路區段，在無人照料下 24小時執行作業，負責記錄資料和偵測不正常的網路情況。

可連續性監測供長期性趨勢分析具預警及合理的錯誤檢測功能。

網路檢測工具（續） 網路分析儀 (Analyzer)

是提供網路管理者對於網路資料流量的一種類似電子Ｘ光儀器之工具，能分析透視 OSI 7 層協定所引起的問題。

具備複雜功能，可執行即時（ Realtime ）網路交通分析﹒封包捕抓與層層解碼﹒分析資料封包傳輸的品質情形。也就是說分析儀，能告訴我們什麼類型的封包正在線上傳送，是否這些封包是完整的，以及他們是否正確達到目的地。

有些分析儀提供類似 TDR 內建的檢測功能，及具備產生測試封包(Traffic Generator) 的能力，藉以測試網路的擴充能力及模擬網路在高負荷時可能會產生的問題，供管理者參考。

新型的 Analyzer更結合了網路故障分析專家的實務經驗及電腦自動化的新技術，將協定分析技術和專家系統整合運用，自動的根據網路上的症狀，不斷地提出假設性的判斷，並進行各項測試，直到獲得結論為止。如果問題仍不能確實決定出來，專家系統將列出幾種可能的原因及其診斷記錄。透過此一演繹式的推論，來分析網路不正常症狀的原因並提供網路管理者可行的排除方法。即所謂的 " Expert Analyzer "

網路診斷程序（ Network Diagnostic Process ）

網路診斷的特性屬於科學性的活動

在故障排除即網路問題的檢修方面，我們必須了解網路的運作，以及問題徵兆和根本原因之間的關係，這些都是屬於“科學”領域。

藝術性技巧的發揮 如何建立一套適宜的診斷程序並充分活用這套程序，來幫助管理者解

決網路問題，則是藝術的發揮。

網路診斷的先期作業即所謂『網路的指紋分析』，先建立並瞭解正常網路的基本特性。決定各別網路特性的程序，稱為 " 基線定義（ Baselining ”）

網路就跟指紋一樣，沒有任何兩種網路是相同的。即使是使用相同架構的網路，也會因使用型態的不同而有很大的差異。

網路運作時，管理者就必須先建立出自己網路的型態與網路基本特性的資料。

網路診斷的先期作業（續）

網路的使用率 (Utilization):平均網路利用情形為何？尖峰使用率為何？

網路的運用領域與軟體 :網路基本的運用領域是什麼？使用的運用軟體是什麼？版本為何？

網路的通訊協定 :網路所執行的通訊協定為何？這些協定之性能特性為何？

網路的拓樸及硬體 :網路的拓樸及連接規範為何？使用的傳輸介面﹒傳輸媒體﹒連接單元之製造商為何？產品版本及特性為何？

網路的連接設備 :網路連接設備 (Repeater.Bridge.Router..)的製造商及產品特性為何？軟體及韌體版本為何？實際連接上網路的配置位置﹒及網路上的住址為何？

惟有建立基線定義，了解正常網路的運作狀況，才能在網路出現問題症狀時去判斷，是否為不正常的症狀。

對網路了解越深入，出現問題機率將會減少。即使問題發生，也較易於解決。網路的複雜度越高，建立網路的基線特性與資料就更為重要。

網路診斷的步驟 觀察問題的症狀

問題症狀影響的範圍 是否影響到每一位使用者？ 還是影響到某一區域的每一位使用者？ 或者只是隨機不規則的影響每一位使用者？

問題發生的時間特性是屬於連續性的，還是間歇不定時性的？是否有規則性的發生頻率？

網路最近是否有變動網路是否有新裝的電腦設備？是否有網路連接設備被重新組態過？

找出所有被問題影響的設備與軟體了解一切被問題所波及到的電腦系統﹒網路介面卡﹒網路連接設備﹒應用軟體及網路軟體的目前狀況和組態。

網路診斷的步驟（續） 建立問題的假設

具備有關問題症狀的完整資料，以及瞭解資料與網路『基線定義』之間的差異性之後，我們就可根據網路故障排除的經驗和專業知識，對問題建立第一個有效的假設。

檢驗問題的假設 使用適當的網路檢測工具，擬定檢定的程序並實際建立實驗來驗證假設（如：二分法﹒替換法﹒﹒等）。

導出問題的結論根據實驗所獲致的結果進行正確結論的推導。

循環診斷至尋出適當結論，並解決問題 診斷的程序是一項循環性的過程。往往在某個測試結果得到結論之後，我們還要提出其他的假設。有時候在重新檢驗問題症狀之前，先改變問題環境再重新觀察症狀有何變化。無論如何，此一過程必須一直循環到我們能夠收斂出適當的結論並解決問題為止。

網路診斷的步驟（續）

觀察問題的症狀

開始診斷

建立問題的假設檢驗問題的假設

導出問題的結論

循環診斷至尋出適當結論

網路問題的歸類 網路實體傳輸媒介問題

由於實體層受到環境壓力﹒使用程度及能被使用者直接接觸拔取，所以，實體層的連接問題是最常見的故障型態。這些問題包括︰

纜線開斷（ Open ） 纜線被截斷﹒ 未適當加上終端器 (Terminator)﹒

纜線短路（ Short ）﹣ 纜線損壞或過度扭曲﹒ 纜線接頭製作不良﹒ 接頭與連接器接觸不良﹒

違反拓樸（ Topology Violations ）﹣ 纜線過長﹒ 線材使用錯誤或混合使用﹒ 區段上網路節點過多﹒ 纜線連接方式錯誤﹒雜訊干擾﹒絞線接腳對應錯誤﹒

網路問題的歸類（續）

網路硬體及連接設備問題 網路卡的故障﹒不穩定或品質欠佳 網路卡與電腦設備之間相容性不佳 連接器與接頭連接方式不佳或故障的連接頭 轉接器 (收發器， Transceiver) 的故障或不穩定 網路連接設備，如增強器 (Repeater).橋接器 (Bridge). 路由器 (Router). 等的故障或性能的衰退﹒

網路問題的歸類（續）

軟體與通訊協定的問題 Router 對 Protocol 的管制 Routing 的問題

Routing Protocol 的誤用不正確的 Routing 路徑 Routing Table 資料不足或不正確

網路卡驅動程式使用不當或順序的錯誤 網路組態設定錯誤

IRQ , I/O Address , Memory Address , NetMask

網路設備住址重複廣播風暴的引起 (Broadcast Storm)

當大量網路節點同時對一個廣播封包有所反應，即所謂廣播風暴，將導致網路的癱瘓。可能的原因：受干擾的收發器﹒過量的廣播封包資料傳輸﹒以及對廣播封包的不適當反應等。

網路負荷不平衡 (Load Imbalance) 問題

網路問題的歸類（續）

軟體與通訊協定的問題（續） 網路資源超負荷 (Overload)

網路超負荷﹒網路伺服器 (Server)超負荷﹒網路連接設備超負荷﹒

網路運用程式的問題 應用程式本身的 Bug

網路作業軟體 (NOS) 間的不相容 網路軟體安裝﹒設定的錯誤 (IP Address, NetMask,Gateway,DNS)

使用者操作方法不正確

Win95(98) 內建的偵測指令

winipcfg ： IP 配置報告 顯示網路卡（配接卡）之相關資訊

MAC Address(配接卡位址 ) IP Address(IP 住址 ) Subnet NetMask(子網路遮罩 ) Gateway(預設的通訊閘 ) DNS(DNS伺服機 )

ping ：網際網路封包探索 (Packet InterNet Groper) 指令格式： ping IP-Address 透過 internet探索遠方節點 (IP Address)是否可到達 了解由目前節點到目的端間網路的概括狀況（根據回應時間 .成功率）

tracert ：追蹤路由 (Trace Route) 指令格式： tracert IP-Address 追蹤並顯示由目前節點至目的端，封包傳送所經過的所有路由過程 了解每一段路由間的網路狀況（根據回應時間 .成功率） 可檢測出網路黑洞或路由迴路 (Routing Loops) 問題