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電腦網路與通信系統、行動通信網路系統

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筆記內容用於個人學習，大都整理自公開的網路資訊，再加上自己的學習心得

mohjj2019 ，07 ，01

資料傳輸方式

依傳輸方向區分

單工、半雙工、全雙工

單工

資料僅由一端傳送，一端接收

滑鼠、收音機、電視、印表機…

半雙工

資料同一時間只能單向傳送，但不同時間可以雙向傳輸

無線電、RAM、事務機…

全雙工

任何時間都可以雙向傳輸
資料同一時間只能單向傳送，但不同時間可以雙向傳輸

電話、數據機…

依傳輸線多寡區分

串列(序列)傳輸、並列(平行)傳輸

串列

由單一線路傳輸資料，每次1個 bit

USB ，SATA， RS-232， IEEE 1394

並列

由數條線路傳輸資料，每次8個 bits以上

LPT ，IDE/SCSI

比較

比較項目 並列 串列
速度 快 慢
成本 高 低
距離 短 遠
方式 同時傳送多個位元 一次傳送一個位元
應用 匯流排、印表機 數據機、滑鼠

依傳輸訊息多寡區分

基頻傳輸(baseband)、寬頻傳輸(broadband)

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基頻傳輸

  1. 數位式的方式傳輸訊號
  2. 可雙向傳輸
  3. 適用於區域網路，傳輸距離約數公里
  4. 多通道時採用 TDM 分時技術，即利用不同時間點將傳輸路徑分成數個通道，每個通道使用不同的時間區段

寬頻傳輸

  1. 類比式的方式傳輸訊號
  2. 只單向傳輸
  3. 適用於廣域網路，傳輸距離約數公里
  4. 多通道時採用 FDM 分頻技術，即將傳輸路徑分成數個通道，每個通道使用不同的頻率

依傳輸協調方式區分

同步傳輸、非同步傳輸

比較項目 非同步傳輸 同步傳輸
傳送方式 一次傳送一個字元，資料之前加上起始位元，資料的尾端會加上結束位元與檢查位元。 一次傳送一個字組而不是一個字元，不含起始位元。
偵錯 強 弱
速度 慢 快
應用 網路上電腦之通訊 電腦內部資料的讀取

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FDMA、TDMA、CDMA

何謂FDMA、TDMA、CDMA？

多重接取(Multiple Access)技術，依方式分有
FDMA:(Frequency Division Multiple Access)
TDMA:(Time division multiple access)
CDMA:(Code Division Multiple Access)

三種。多重接取的功能主要是作為控制頻寬資源之用，由於行動電話使用的無線電頻寬十分有限，並不像有線網路只要抽換或加舖線路即可增加頻寬，因此頻寬的使用必須隨機調配，也就是用戶要打電話時，系統才指派頻寬給用戶使用，並於通話結束後取回頻寬，以便指派給稍後要打電話的用戶使用。

一個行動電話系統之容量就像一間會議室的空間，FDMA及TDMA就像是將大會議室分隔成許多小會議室，用戶要用時，就分派給一間小會議室，如此可以給多用戶使用；而CDMA則是不隔間，但不同用戶使用不同的展頻碼(Spreading Code)來調變，接收器可依不同展頻碼來過濾掉其他用戶訊號而取出需要的資訊。

讓我們看看雞尾酒會頻道存取的理論。在一個大房間內，有許多人正在交談，TDM的方式就是所有的人集中在房子中間，但是大家輪流交談，也就是先和某人說完後，再和另一人交談；FDM則是將人群分成好幾團，每一團同時之間都有自己的對話，但團與團之間是獨立開來的。CDMA則是讓大家集中在一起聊天，但每一對所說的語言都不同，說法語的這一對只認定法語，並將其他聲音視為雜訊。因此CDMA主要重點在於能夠萃取出自己想要的訊號，並將任何其他東西視為隨機雜訊。

FDMA(Frequency Division Multiple Access)

EX:寬頻傳輸使用

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FDMA的方式是在頻率上直接切割，將全數頻寬切成每個等寬頻帶的通道，每個通道可供一個用戶使用

TDMA(Time division multiple access)

EX:基頻傳輸使用

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TDMA(如GSM)則是先切成幾個略小的頻帶(此一動作不是必須的，視系統而定)，然後每個頻帶上再切割成時間等長的時槽(Slot)，若干個時槽再結合成訊框(Frame)，每個訊框的第一號時槽組成TDMA的第一號通道，其餘依此類推，每一通道供一用戶使用，如此不同用戶的訊號便不至於重疊。

CDMA(Code Division Multiple Access)

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CDMA好比在一間房間中，同時有一組人用中文交談而另一組人用英文交談，彼此會有干擾的產生，即在中文聽者耳中英文只是較大的噪音而已，並不會影響到聽中文的辨識能力，因此可以在同一時間、空間，有多組人用不同語言交談。但當數目多到一定程度時，彼此距離必須拉近才能聽見，此時涵蓋率相對降低，容量亦受限制。

CDMA允許 任何工作站在任何時間，可在整個頻譜上傳輸。多個同時間傳輸可藉由編碼理論來區隔，CDMA同時也不假設碰撞的框架全然會受干擾。相反的，它假設多個訊號可以線性方式加在一起。

優點:

  • CDMA可避免時序同步化的問題以及頻道分配的問題，它為完全非集中式以及完全動態方式
  • 可以應用在保密和安全傳輸上
  • 不需要同步（asynchronous）
  • 在理想無雜訊的CDMA系統中，容量(也就是工作站的數目)可以任意的大
  • 任何工作站在任何時間，可在整個頻譜上傳輸

4G、4.5G、5G

4G

LET(Long Term Evolution)

長期演進技術

  • 為高速下行封包接入（HSDPA）過渡到4G的版本，俗稱為3.9G
  • 下載使用OFDMA， 上傳使用SC-FDMA以節省電力。下行資源包括頻率資源、時間資源和空間資源，即既有分頻多工，又有分時多工，又有空間多工
  • 分頻多工: FDD 即分頻雙工（英語：Frequency-division duplex）
  • 分時多工: TDD 即指分時雙工（英語：Time-division duplex）
  • 空間多工:
  • 不同的國家在 4G 使用頻率上是不同的

截至2018年，全台灣 4G LTE 使用的頻段一共有六種頻段，分別為：
FDD-LTE Band 1：2100MHz
FDD-LTE Band 3：1800MHz
FDD-LTE Band 7：2600MHz
FDD-LTE Band 8：900MHz
FDD-LTE Band 28：700MHz
TDD-LTE Band 38：2600MHz

LTE-A(LTE-Advanced)

進階長期演進技術

  • 是長期演進技術（LTE）的提升版本，理論上網速度 比 3G 快十倍 以上，也是4G規格的國際高速無線通訊標準

關鍵技術
載波聚合:

​​​​達到頻寬擴展，提升傳輸速率

利用MIMO(多重天線)

​​​​傳輸數量:大幅提升頻譜的效率。

利用CoMP(多基地台協同運作):

​​​​改用戶(UE)所受到的同頻干擾
​​​​以提升用戶(UE)的通訊品質和傳輸速率
​​​​提升訊號覆蓋率

使用中繼站(Relay):

​​​​加強傳輸訊號

4.5G

LTE Advance Pro

其概念由NOKIA 於 2014 年底首次提出，並於 2015 年 10 月被 3GPP 確認成為LTE的新標準。正如名字所示意般，4.5G 是 LTE、LTE Advance 的進一步技術演進，亦是各大網路商進入 5G 前的重要一站。

5G

5th generation mobile networks

或5th generation wireless systems，簡稱5G）是最新一代蜂窩行動通訊技術，是4G（LTE-A、 WiMAX-A）系統後的延伸。

  • 5G網路的主要優勢在於，資料傳輸速率遠遠高於以前的蜂巢式網路，最高可達 10 Gbit/s，比目前的有線網際網路要快，比先前的4G LTE蜂巢式網路快100倍。
  • ITU IMT-2020規範要求速度高達 20 Gbit/s

802.1X 網路標準重點

802.11 實體層協定 頻率(GHz) 實際速度
a 5 54 Mbit/s
ac 5 867Mbit/s， 1.73 Gbit/s， 3.47 Gbit/s， 6.93 Gbit/s
ax 2.4/5 10.53Gbps
n 2.4/5 600 Mbit/s
b 2.4 11 Mbit/s
g 2.4 54 Mbit/s

802.11

  • 使用 ISM 頻道傳送訊息
  • 802.11a 使用 OFDM
  • 802.11b 使用 DSSS
  • 允許多重存取

802.15

  • ZigBee，也稱紫蜂[1]，是一種低速短距離傳輸的無線網路協定，底層是採用IEEE 802.15.4標準規範的媒體存取層與實體層

802.16

  • WIMAX

802.3

  • 乙太網路

NFC vs Bluetooth

NFC (近距離無線通訊)

RFID 跟 NFC 是很相似的

  • RFID 是一種長距離的射頻識別技術
  • NFC 是短距離的無線通訊技術，有效距離只有20公分的通訊模式
  • NFC 就是把一個 RFID 的晶片跟讀卡機放在手機裡面，就是 NFC 了
  • NFC 不需電源，為被動式 RFID
比較 NFC Bluetooth
耗電量 低 高
傳輸速率 慢 低
安全性 高 低
傳輸距離 短 遠

NFC 優點

  1. NFC 不需電源，對於行動電話或是行動消費性電子產品來說，NFC的使用比較方便。

  2. NFC 的短距離通訊特性正是其優點，由於耗電量低、一次只和一台機器連結，擁有較高的保密性與安全性

  3. NFC 有利於信用卡交易時避免被盜用。NFC的目標並非是取代藍芽等其他無線技術，而是在不同的場合、不同的領域起到相互補充的作用。

藍芽傳輸距離

VPN(Virtual Private Network)

虛擬私人網路

是一種常用於連接中、大型企業或團體與團體間的私人網路的通訊方法。它利用隧道協定（Tunneling Protocol）來達到保密、傳送端認證、訊息準確性等私人訊息安全效果，這種技術可以用不安全的網路（例如：網際網路）來傳送可靠、安全的訊息。需要注意的是，加密訊息與否是可以控制的，如果是沒有加密的虛擬私人網路訊息依然有被竊取的危險。

PPTP(Point to Point Tunneling Protoco)

點對點隧道協定
是實現虛擬私人網路（VPN）的方式之一。PPTP使用傳輸控制協定（TCP）建立控制通道來傳送控制命令，以及利用通用路由封裝（GRE）通道來封裝對等協定（PPP）封包以傳送資料。這個協定最早由微軟等廠商主導開發，但因為它的加密方式容易被破解，微軟已經不再建議使用這個協定。

L2TP

第二層隧道協定
是一種虛擬隧道協定，通常用於虛擬私人網路。L2TP協定自身不提供加密與可靠性驗證的功能，可以和安全協定搭配使用，從而實現資料的加密傳輸。經常與L2TP協定搭配的加密協定是IPsec，當這兩個協定搭配使用時，通常合稱L2TP/IPsec。

IPSec(Internet Protocol Security)

網際網路安全協定
是一個協定套件，透過對IP協定的封包進行加密和認證來保護 IP 協定的網路傳輸協定族（一些相互關聯的協定的集合）。

IPsec 由兩大部封包成：

  • （1）建立安全封包流的金鑰交換協定（IKE協定)
  • （2）保護封包流的協定（ESP協定 或 AH協定）。

網際網路金鑰交換（IKE協定)。
加密封包流的封裝安全載荷協定（ESP協定）
認證頭協定（AH協定）

用於保證資料的機密性、來源可靠性、無連線的完整性並提供抗重播服務。

IPv4 跟 IPv6 比較

IPv4 跟 IPv6 比較重點比較如下

詳細比較請參考這邊

說明 IPv4 IPv6
Address（位址） 32 位元長（4 個位元組）形式如 192 . 168 . 1 . 0 128 位元長（16 個位元組）形式如 xxxx : xxxx : xxxx : xxxx : xxxx : xxxx : xxxx : xxxx
IP header（IP 標頭） 20-60 個位元組的可變長度，取決於呈現的 IP 選項。 40 個位元組的固定長度。 沒有 IP 標頭選項。 通常，IPv6 標頭比 IPv4 標頭簡單。
傳送 單點傳送（unicast)
群組傳送（multicast)
廣播傳送 (broadcast)		 單播（unicast)
多播（multicast)
任播（anycast)
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