設計網路、了解網路

看完前方歷史的介紹，各位讀者應該大致上了解網路誕生的原因，但筆者現在要讀者完全拋棄以前所學，無論是上課時打瞌睡，OSI 7層只有聽到1層的內容，還是自行所學的網路概念，現在通通丟掉，從零出發，自行設計1套讓電腦能夠交換資料的簡易概念架構。事實上，這也是Cisco教材的第一章節，藉由設計網路架構，讓讀者親身了解網路的必要條件有哪些。

▲人類藉由可相互理解的文字、聲音、動作溝通。

▲電腦吃電，使用電來溝通也是理所當然的。

讓2台電腦交流

老師都教導我們，遇到問題要divide & conquer（分解並各個擊退），一次設計全世界的網路可能跳太快了，就從最簡單的2台電腦開始吧。

參考人類的溝通行為，2個人在相互溝通時，以共同能夠理解的聲音、圖像、文字、動作傳遞訊息，那電腦呢？大家應該都知道電腦依賴著電能運作，使用電來傳遞資料也是合情合理的方式，使用電線將電腦連結在一起，改變線路上的電位差，藉以傳遞訊號。

當然，由於你是發明這項連結方式的人，當然也要決定電腦如何利用這條電線，如果說人類利用「手」創造圖像、「嘴巴」說話、「身體」扭動傳遞資訊，那電腦就利用「介面卡」改變電線的電位差。

連接2台電腦溝通的問題解決了，那3台電腦互連該怎麼辦呢？簡單啊！再插張介面卡，與另一台電腦連結不就好了嗎？

很好，我們成功的解決2台以及3台電腦的連接問題，但前面的問題都還是小問題，萬一今天所有的電腦都需要與其它電腦連結，豈不是要插上n張網路卡，n條電線才能夠溝通了嗎？

回頭檢視人類社會是如何解決類似的問題，在此筆者首先想到的是貨物的解決方案。如果甲地需要將貨物搬到乙地，也是開條道路就成了，但如果世界各地的商品想要互通有無，難不成需要特地建立許多專用道路搬運嗎？看看貨運的例子，採用的是物流倉儲中心的做法，無論需要送至何地的商品，一律先配送至這個倉儲中心之後，再送至各商品的目的地，或許電腦也可以採取這種集中之後再配送的作法。

▲3台電腦的連接情況，各台電腦皆有2張介面卡、2條電線與其它電腦連接。

▲利用1個盒子將所有傳輸電線串在一起

首先，我們需要1個夠大的盒子，能夠容量所有電腦的電線。接著我們需要類似門牌號碼的地址系統，就像貼在貨物上的配送單一樣，才能夠在集貨之後，依照門牌地址，決定要送去哪裡。這個部分也相當容易，將每張介面卡編號即可，並在送出資訊的時候，在資料之前聲明這份資料是給哪台電腦的東西，其它台電腦在收集到這些資料時，便能夠了解這並不是給我的東西，略過這份資料。由於這個盒子聚集了許多電腦線路在一起，我們將它稱之為集線器，好了，連結n台電腦的問題克服了。

到此為止，我們已經設計出1個可實用的電腦網路，也設計出1個集線器，避免電腦線材過多的問題，準備向全世界發表這個歡天喜地的新功能時，卻又發現了幾個問題。

首先，電腦是給人用的工具，這個網路應該具備某些彈性，當電腦或介面卡損毀時，接手的電腦能夠照常接收資料，意即當001電腦損毀時，頂替的002電腦能夠接收給001電腦的資料。其次，第二個問題則是無法擴編電腦網路的大小，網路的大小被限制在集線器的連結數量。

這2點看似不重要，但對於向全世界發布這個標準時，是不可缺少的使用彈性。究竟有什麼方式，能夠解決這2個問題呢？

第一個問題的解決方案其實不難，既然電腦是給人用的，只要在資料前註明這是給哪位仁兄的資料不就可以了嗎？可是電腦又很笨，不認得目前是誰在使用電腦，使用者也可能跳來跳去的使用其它台電腦，似乎要有1份清單標明小明、小黃、小白、小美⋯⋯這些不同的使用者，目前正在使用哪台電腦。

這份清單將介面卡編號（001、002、003⋯⋯）和使用者名稱（ming、yellow、mei⋯⋯）做連結，並隨時可供更新、查閱，這樣才知道小明目前使用哪台電腦，資料才不會處理錯誤。

▲利用表格，將人名與電腦做結合。

第二個問題的解決方法，同樣也是參考貨運的例子，物流業者在全世界不同地區建立獨立的物流中心，每個物流中心負責鄰近地區的貨物配送事宜，例如美國的物流中心負責北美洲部分，德國負責西歐部分。如果今天有件包裹需要從加拿大運抵英國，它的運送流程如下：

加拿大→美國→德國→英國

仿照物流業的例子，把集線器的其中1條線，拿去連接另外1台集線器不就可以了嗎？譬如，現在有個能夠連接4台電腦的集線器，全部的線材均已連結至電腦上，而現今因為種種因素，需要加入1台新電腦，只需把其中1台電腦的網路線從集線器上取下（現在有3台電腦連接在集線器上，2台尚待連接），把這個空出來的空間連結至第2台的集線器上，再將2台無法連接到第1台集線器的線材，轉移至第2台集線器上。掐指一算，原本2台4埠的集線器，原先可以連結2個獨立的網路，每個網路有4台電腦；但為了連結成1個更大的網路，這2台集線器分別貢獻了1埠出來，每台只剩下3埠可以連結電腦，一共組成6台電腦的網路。

雖然說連結電腦的數量變少了，但卻有更多的電腦可以相互溝通，只要我們加入更多的集線器，又會變成更大的網路。到此似乎也沒有什麼東西好改了，準備向全世界介紹你的發明吧！

▲為了將2個網路組合在一起，整體電腦數量反而是下降的

在這個自行設計網路的例子中，其實隱含了相當多的網路基礎概念，而現今網路也是依賴這些基本觀念所架設出來的。好比說，電腦介面卡的編號，對應現今網路產品的MAC位址。電腦的使用者名稱，對應網路中的IP位址。標示電腦使用者的清單，即是現今的DNS伺服器。

這些都是非常重要的概念，對於未來開始進入網路世界是相當重要的基礎，如果讀者有時間的話，請盡量搞懂這些對應關係，未來了解網路世界更為輕鬆。下期我們將會介紹TCP/IP與網路層級（包含DoD 4層和OSI 7層參考模型），而這些層級恰好也可以學到封包的組成結構，也是網路上資料能夠傳遞的標準、基礎。

本文同步刊載於電腦王雜誌
  
歡迎加入電腦王雜誌粉絲團