在今年10月我報名了恆逸的CCNA週末班，為了更有效的學習網路環境相關知識，因此製作了這份筆記，本系列筆記會隨著時間不斷修正，使用下列素材融合而成：

• CCNA原廠教科書：CCNA: Implementing and Administering Cisco Solutions(Version 1.0.36)，本系列筆記以原廠教科書為骨幹。雖說如此，為了避免侵犯版權，不會逐字翻譯，只會摘要敘述。
• 恆逸講師邱顯智（不是時代力量立法委員）的課堂板書
• Todd Lammle著，林慶德、陳宇芬譯，《CCNA網路認證教戰手冊》，臺北市：旗標，2020年
• James F. Kurose、Keith W. Ross著，全華翻譯小組編譯，《電腦網際網路（Computer Networking: A Top-Down Approach, Global Edition, 7/E）》，新北市：全華圖書，2018年

在第一章中，將介紹網路的基礎概念。

什麼是電腦網路

電腦網路指一種可以連結不同的機器設備，相互傳遞資料的網路系統。在英語世界中，Internet與Web經常混用，不過兩者有不同含意。Internet，中文為網際網路，連結了不同的區域網路。World Wide Web，可翻譯為全球資訊網，使用者可以使用瀏覽器，透過網際網路存取全球資訊網的資料。

資料在機器間交換必須按照事先設定好的協定（Protocol），在電腦網路架構中，具有各式各樣的協定。例如熟知的HTTP(HyperText Transfer Protocol)，中文可翻作「 超文本傳輸協定」，用來規定瀏覽器如何呈現資訊；SMTP（Simple Mail Transfer Protocol），簡易郵件傳輸協定，設定了一套標準化流程，可讓用戶端向郵件伺服器寄送電子郵件資訊；TCP(Transmission Control Protocol)，傳輸控制協定，主要用來確保連線可靠。在CCNA課程中，會學到更多的協定，你會發現原來平常習以為常的網路如此複雜。一個常見的網路架構類似下圖。

網路元件

一個最簡單的網路就是兩台電腦用網路線對接，當然現今的網路世界更為複雜，有數千萬以上的機器互相連結。雖然網路世界非常繁複，但是仍可以簡單地化為三種類別：

• 設備（device），例如個人電腦、手機、交換器等，可包含下面幾種類型
  • 終端設備（Endpoints）包含了個人電腦、筆記型電腦、平板電腦、手機、遊戲手把、檔案伺服器、印表機等。終端設備可以是實體的機器，也能是虛擬機器，用一台實體機器去模擬（emulate）出數台虛擬機，共同分享實體機的運算、記憶資源。這樣的作法更能節省資源。
  • 中介網路設備（Intermediary devices） ，連結終端設備或區域網路，例如交換器、路由器等。中介網路設備與終端設備一樣，可以是實體機，也能用虛擬機。在本次CCNA課程中，會大量使用Cisco提供的網路實驗室，裡頭就是用虛擬機建置而成。
    • 交換器（Switches），在內部區網，通常會使用交換器來互相交換資料。如果要傳送到另一個區網，則需要透過路由器。
    • 路由器（Routers），用來連接不同的區域網路。有些交換器具有路由器功能，稱為第三層交換器（Layer 3 Switches）。
    • 存取點（Access Points, APs），又可稱為無線存取點（Wireless Access Points），提供無線網路給終端設備存取網路資源。
    • 無線區網控制器（Wireless LAN Controllers, WLCs），可用來控制數個無線存取點。
    • 防火牆（Firewalls），使用事先設定好的規則，來控制哪些來源可以存取哪些主機。通常會放在內網的出口處，用來連結網際網路。
    • 入侵預防系統（Intrusion Prevention System, IPS），會針對網路上資料執行深度分析，找出有無可疑的行為，以確保不受不法侵害或資料外洩。
    • 管理服務（Management Services），例如Cisco DNA Center，用來管理網路清單、自動組態設定、防火牆政策設定等。
• 媒體（media），指有線網路或無線網路。一般常用的有線網路接頭型號為RJ-45，接到網路設備的網路介面卡（Network Interface Cards, NICs）。每一個網路介面卡在出廠時都會有一個獨一無二的編號，直接燒在晶片上，叫做MAC位址。

網路的特點

• 拓樸（Topology），類似網路元件的布置圖，方便我們辨識網路環境資料流走向與網路配置。
• 頻寬（Bandwidth or Bitrate），一般來說以bps（bits per second）來測量網路速度。目前常見的有1G、10G、100G。
• 可用性（Availability） 是指系統提供正常服務時間的比例，通常是針對整個系統做評估，以百分比為評估標準。
• 穩定性（Reliability） 不只是要網路能通，而是要以預期的效能運作。針對個別硬體元件評估，以MTBF（Mean Time Between Failure）標記，計算整體服務時間與未達效能的時間之比率。
• 擴充性（Scalability）顧名思義是指系統的能否擴充，分兩種：
  • scale-up（縱向擴展）：直接升級硬體設備
  • scale-out （橫向擴展）：增加機器或虛擬節點
• 安全性（Security）
• 服務品質（Quality of Service, QoS），用來優化網路服務品質
• 虛擬化（Virtualization），目前的網路技術大量使用了虛擬化，以節省硬體資源。

實體與邏輯拓樸

拓樸，是Topology的直譯，可以理解為布置圖的意思。所以實體拓樸（Physical Topology）就是指網路設備布置圖，由真實的設備互相連結網路線而成。

網路設備串連的方式有許多種，例如匯流排（Bus）、環狀（Ring）、星狀（Star）、網狀（Mesh）等。前兩種已幾乎不在使用，最主流的是星狀拓樸，中間可能是一台交換器或路由器。交換器互相連來連去，當然就會變成網狀拓樸了。

至於邏輯拓樸（Logical Topologies），則是指資料流的方向。雖然網路線可能互相串連在一起，但是資料流不一定會照著實體網路設備連線方式傳輸，而是會按照預先設定好的方式，再加上最短路徑等演算法，計算最有效率的路徑。由此計算出來的資料流方向，就是邏輯拓樸。

網路架構圖說明

當一個網管人員，必須學會解讀網路架構圖。這張圖的網路設備上有Fa1/0/5~9等符號與數字，代表網路介面，英文字母代表是哪一種型號的介面，如果開頭S指串列網路介面（Serial），Fa是指具有100Mbps傳輸速度的高速以太網路介面（Fast Ethernet）、Gi則是千兆乙太網路介面（Gigabit Ethernet）。後面的數字是指介面的位置，這裡的Fa1/0/5，是指高速以太網路介面的第1埠（port），其介面卡的第0號插槽（slot）的5號模組（module）位置。

應用程式對於網路的影響

• 互動性（Interactivity）：互動性是指人與應用程式之間的相互訊息傳遞，某些應用程式可以忍受較長的延遲，某些則不行。例如點開一個網頁，稍微延遲幾豪秒，你應該還能忍受。但是如果玩遊戲時的延遲，你可能就會想摔滑鼠。
• 實時回應（Real-time Responsiveness）：所有具有實時回應功能的應用程式，對於延遲的忍受度都比較小。如果Netflix的即時影音傳輸會延遲，他們就得準備關站了。Delay與Latency常會混用，不過意思仍然不太相同。Latency是指一個封包從來源端傳輸到目的端所需要的時間。
• 突發（Burstiness）：如果應用程式每次產出的資料量都差不多大，但是偶爾會有大量的資料量傳輸，就稱為突發。最好的例子就是瀏覽器，瀏覽網頁所需傳輸的資料量大同小異，但是偶爾會需要下載特定大型檔案。
• 封包遺失敏感程度（Drop Sensitivity）：不知道怎麼翻譯，總之是指有些應用程式對於封包遺失會比較重視，例如即時影音串流，封包遺失就會影響觀影品質。
• 對於企業的重要性（Criticality to business）：某些應用程式的資料流，可能會對於特定的企業很重要。例如監視器。因此在資料傳輸時，監視器的傳輸可能要走專線。

我們也可以針對應用程式的行為，歸類成下述幾種類別：

• 批次程式（Batch applications）：例如使用FTP傳輸資料時，一旦開始傳輸，就可以放著不管了。即使傳輸到一半網路斷掉，只要網路恢復，就會繼續傳輸。頻寬大小也不是那麼重要。
  • 不需要人為介入
  • 頻寬很重要但是也非絕對
  • 範例：FTP、TFTP，或者是Windows的更新都屬於這類
• 互動型應用程式（interactive applications）：相較於批次程式，互動型程式比較需要注重回應時間。雖然程式能夠快速回應很重要，例如點開連結能夠快速載入網頁元件，但是就算慢一點，也是能夠完成所有任務。
  • 支援人機互動
  • 可接受的回應時間，依據我們對於個別程式的重要性而有所不同
  • 範例：網頁瀏覽器
• 實時應用程式（Real-time Applications）：頻寬對於網路電話來說非常重要，如果有大量延遲，則會影響語音傳輸。可能會需要使用QoS（Quality of Service）服務，也就是提高特定資料封包的重要性，讓這些封包能夠優先傳輸。
  • 支援人與人之間的互動
  • 重視網路延遲時間（latency）
  • 範例：Skype