李家同老師專門替中學生寫的電腦入門

第6章 電腦通訊

如今，我們可以用電腦上網，到許多不同的網站去取得資料，也可以傳送Email、傳訊息，甚至電腦上也已有相當好的通話功能，讓遠在不同國家的人們可以互相聯絡。另一方面，過去手機只能用來打電話，但如今我們可以用手機上網、傳送資料和照片。其實手機的內部也有CPU、記憶體等硬體，也有作業系統和許多軟體在其中，可以說手機其實也是一部電腦。我們將在這一章介紹電腦通訊是如何達成。

6.1　網際網路
兩部電腦間的通訊兩部電腦間的通訊如圖6.1-1。
我們可以看出，兩個電腦之間必須要用一條電纜線連接起來，當然在作業系統中要有負責傳送和接收資料的軟體。更重要的是，兩部電腦之間負責接收和發送資料的軟體必須符合一樣的規格，否則你傳了資料給對方，對方可能完全無法辨認，不知道接收到的是什麼。就像一個國家的外交部有一個禮賓司司長，這位官員懂得外交禮節，英文叫做
protocol。而電腦之間的protocol，被稱為通訊協定。也就是說，雙方的電腦都要按照一個共同的約定來互送資料。因為電腦通訊是全球性的，電腦的通訊協定因此也是國際性的。全世界的電腦，如果要和別的電腦通訊，必須遵守全世界共同的約定。
圖6.1-1的通訊是用一條傳輸線，資料為什麼能夠在這條線上面傳輸？傳輸的方法，是將資料編碼成為一連串的數字，並使用不同的電壓大小來代表不同的數字，因此纜線上面實際上傳送的是電。
除了用一條電纜線來傳輸以外，也有可能兩個電腦之間是無線的，如圖6.1-2。
沒有線連接的電腦通訊，要依靠電磁波來傳送資料，大家所熟知的WIFI，就是讓電腦使用無線通訊的一種技術。要如何使用電磁波來傳送資料，牽涉到很多的數學應用，超出了本書能夠解釋的範圍，大家若有興趣，未來可以更進一步研究。
希望大家了解，電腦通訊不同於我們熟悉的信件通訊。傳統上的郵寄信件，如果你要寄信給別人，你只要寫好信，放入信封，信封上註明對方的地址，再投入郵筒，對方就會收到你的信了。
但電腦通訊不是如此簡單，即使你知道了對方電腦在網路上的位址，你也不能用電腦打好一封信，然後用你的電腦將你的信送到對方的電腦去。因為電腦與電腦之間的通訊有很多繁文縟節的通訊協定，你是搞不清楚這些協定的。但是現在已經有不少的軟體公司替你服務，你只
要拜託他們就可以了。比方說，你可以用電郵系統（e-mail），他們就可以很有效率而且穩定地替你辦妥電腦通訊。

區域網路（Local Area Network, LAN）
說明了兩部電腦之間的通訊，我們再來介紹一群電腦之間的通訊。
我們可以想見：一家公司、一家醫院，或者一所學校內部，一定有很多的電腦，這些電腦都要互通訊息。比方說，醫生如果要看病人的X光片，他的電腦就要和醫院內的的另外一部電腦通訊。例如：從放射科的一部電腦取得病人的X光片資料。醫生結束診斷以後，要將資料傳送給醫院的藥局，讓藥劑師來準備他所開的藥，這個訊息也是由他的電腦傳送到藥局的電腦。如此，這些資料不需要透過紙本傳遞，只要透過電腦，就可以很快地傳送給不同的人，病患也可以更快地就完成看診並拿到藥。而在學校裡，學生要註冊時需要向學校提供許多個人資料，或者老師要將學生的成績傳到學校，師生們想要問圖書館有沒有某一本書，這些都可以藉由電腦通訊來完成，讓電腦幫我們傳送訊息，使得生活變得更加便利。
這種將距離相近的一群電腦連接起來的技術，稱為區域網路。因為區域網路要讓一群電腦能互相通訊，它們所用的通訊方法也是很特別的。圖6.1-3顯示一種叫做乙太網路（ethernet）的技術，這種網路專門用在區域網路上。

廣域網路（wide area network, WAN)）
在介紹廣域網路之前，我們必須先介紹IP位址，又稱為網際網路協定位址（internet protocol address）。

網際網路協定位址（P位址）
我們前面已經介紹過MAC位址，它就像人民的身分證一樣，每一臺電腦都有獨一無二的MAC位址。假如我們換了新的電腦，就會有一個新的MAC位址。倘若我們永遠只用MAC位址來和別的電腦通訊，這會造成一些麻煩，比方說，我們原本要連上Google的網頁，這個網頁一定在某一臺電腦裡面，而Google某一天換了一臺新電腦，把舊電腦丟掉了，我
們就無法再用舊的MAC位址連上Google網頁了，因此我們必須要用IP位址。
就好像A國家在另一個B國家設立了大使館，大使館當中有外交官，外交官是會換的，比方說：A國家的侯外交官今天被開除了，換成了李外交官，如果我手上只有侯外交官的電話，頓時我將無法再和A國家交涉，這是嚴重的問題。而IP位址就像是一個房子的地址一樣，是不會換的。就好像大使館當然有一個地址，假如B國家想要和A國家交涉，可以直接到大使館就好，而不用擔心目前負責的外交官是哪一位。
簡單地說，假設你在家裡用一臺電腦A，因為某種原因，你改用電腦B，這兩臺電腦的MAC地址的確不同，但IP位址不變。我們以後會解釋，為何你的電腦仍然可以順利地對外通訊。
IP位址是一個32位元的二進位數字，通常被寫成每8位元為一組的四組數字，例如：在本書撰寫的期間，清華大學的網頁所在的電腦IP位址是140.114.69.135，大家可以試著把這串數字輸入到你的瀏覽器中，應該可以看到學校的網頁。為什麼四組8位元數字會長這個樣子？在第二章，我們已經介紹了二進位數字，一個8位元的二進位數字，可以表示的數字範圍是0∼255之間，因此全世界任何一臺電腦所在的IP位址都會是
n1.n2.n3.n4的形式，其中n1、n2、n3、n4都是0~255之間的數字。要注意IP位址就像地址一樣，是不會常常換的，我們可以換新電腦，MAC位址就會不同，但是IP位址仍然一樣。

第6章 電腦通訊

如今，我們可以用電腦上網，到許多不同的網站去取得資料，也可以傳送Email、傳訊息，甚至電腦上也已有相當好的通話功能，讓遠在不同國家的人們可以互相聯絡。另一方面，過去手機只能用來打電話，但如今我們可以用手機上網、傳送資料和照片。其實手機的內部也有CPU、記憶體等硬體，也有作業系統和許多軟體在其中，可以說手機其實也是一部電腦。我們將在這一章介紹電腦通訊是如何達成。

6.1　網際網路
兩部電腦間的通訊兩部電腦間的通訊如圖6.1-1。
我們可以看出，兩個電腦之間必須要用一條電纜線連接起來，當然在...

電腦是一個非常複雜的東西，裡面有硬體和軟體。硬體是由很多晶片所構成的，每一個晶片裡面都有上萬個電晶體和其他的元件。即使讓人看這些電晶體是如何互相連結的，也是不可能講得清楚，何況電腦裡面還有軟體。
軟體是程式，電腦裡的軟體常常有上萬以上的指令，因此要懂得電腦，實在要想個辦法。
我們當然希望大家能夠了解電腦硬體和軟體是如何工作的，如果要澈底了解，恐怕要到大學去唸書才行。但是，要知道電腦最基本的原理，也還是可能的。這本書的目的就是讓大家概括地知道，電腦為什麼能夠有相當令人驚訝的功能。
本書的第一章介紹程式，要懂程式，先要懂何謂流程圖。如果老師教學生寫程式的時候，不教他如何設計流程圖，這有一點像教學生一元一次方程式，卻不教學生如何列式。在第一章，我們也利用了目前相當受人歡迎的Python語言，這種語言應該是很容易懂的。希望至少讓讀者知道程式是怎麼回事。
電腦裡的數字必須用0和1來代表，這當然要稍微學一下。本書的第二章介紹了二進位數字的基本原理，但是沒有提到艱難的問題，比方說負數和小數點。如果要介紹如此詳細，那這本書就會厚得不得了。
我們在第三章介紹一些所謂的邏輯運算，這種運算又可以被稱為Boolean Algebra，電腦裡的電子線路大多數都根據這種數學設計的，我們也只能介紹最基本的原理。
在本書的第一章，我們介紹了幾個Python語言的指令，電腦的硬體是不可能懂得這種語言，所以必須經過層層的翻譯。第一次翻譯將我們一般人使用的電腦語言翻譯成組合語言，組合語言也還是可以看得懂的，如果我們看得懂，電腦就一定看不懂。所以組合語言要再翻譯到機械語言，機械語言裡只有0和1，這是電腦可以了解的。電腦可以用電子電路來解釋這種語言，也可以執行這種語言。我們在第四章將這些問題做了一些解釋。
電腦裡有硬體，但是硬體絕對不可能應付各種奇奇怪怪的行為，比方說，你的滑鼠在動，你要列印檔案，你要利用瀏覽器等，這就靠軟體來指揮硬體做事了。電腦裡面因此有一個作業系統，這個作業系統非常複雜，因為它要應付使用者的各種需要。我們在第五章設法將作業系統解釋一下，因為作業系統最重要的功能之一是有關記憶體的，所以我們也簡略地介紹了記憶體。
最後一章介紹的是電腦通訊，我們當然不能解釋無線通訊，因為那太難懂了，我們儘量地從軟體的觀念來解釋電腦是如何互通的。電腦通訊有很複雜的通訊協定，我們只選擇了其中比較重要的部分加以解釋。雖然我們只解釋了其中的一部分，各位一定可以看得出電腦通訊是相當麻煩的事。
我們寫這本書，不是想將它視為教科書，而是希望讀者可以大概地對電腦有比較好的了解。我們不敢說，看了這本書以後就完全能了解電腦。說實話，電腦的技術一直在變，我們所能做的，也不過是介紹電腦最基本的原理。但是我們相信看了這本書以後，至少對於電腦不會太害怕，因為我們用了最淺顯的語言來解釋很多複雜的事情。
這本書適合中學生閱讀，當然也適合任何肯靜下心來的人。我本人一直想寫一本這樣的書，現在寫完了，我覺得我和侯冠維對我們的社會是有貢獻的。

電腦是一個非常複雜的東西，裡面有硬體和軟體。硬體是由很多晶片所構成的，每一個晶片裡面都有上萬個電晶體和其他的元件。即使讓人看這些電晶體是如何互相連結的，也是不可能講得清楚，何況電腦裡面還有軟體。
軟體是程式，電腦裡的軟體常常有上萬以上的指令，因此要懂得電腦，實在要想個辦法。
我們當然希望大家能夠了解電腦硬體和軟體是如何工作的，如果要澈底了解，恐怕要到大學去唸書才行。但是，要知道電腦最基本的原理，也還是可能的。這本書的目的就是讓大家概括地知道，電腦為什麼能夠有相當令人驚訝的功能。
本書的第一章介紹...

第一章 如何使電腦聽話
第二章 二進位數字
2.1 十進位數字
2.2 二進位的正整數表示法
2.3 如何將十進位正整數化為二進位數字
2.4 二進位數的加減乘除
第三章 數位線路
3.1 及閘
3.2 或閘
3.3 反閘
3.4 反及閘
3.5 反或閘
3.6 互斥或閘
3.7 利用及閘、或閘和反閘製造較複雜的線路
3.8 加法器的組成
第四章 組合語言和機械語言
4.1 組合語言指令
4.2 組合語言程式
4.3 機械語言
4.4 機械語言程式範例
4.5 機械語言程式的執行
第五章 作業系統
5.1 電腦開機流程
5.2 作業系統簡介
5.3 硬體驅動程式
5.4 多工處理
5.5 記憶體與磁碟管理
5.6 應用程式介面
5.7 大型主機作業系統
第六章 電腦通訊
6.1 網際網路
6.2 網域名稱系統
6.3 通訊埠
6.4 私有IP位址
6.5 網路架構：主從式與對等式網路
6.6 資訊安全與密碼學

第一章 如何使電腦聽話
第二章 二進位數字
2.1 十進位數字
2.2 二進位的正整數表示法
2.3 如何將十進位正整數化為二進位數字
2.4 二進位數的加減乘除
第三章 數位線路
3.1 及閘
3.2 或閘
3.3 反閘
3.4 反及閘
3.5 反或閘
3.6 互斥或閘
3.7 利用及閘、或閘和反閘製造較複雜的線路
3.8 加法器的組成
第四章 組合語言和機械語言
4.1 組合語言指令
4.2 組合語言程式
4.3 機械語言
4.4 機械語言程式範例
4.5 機械語言程式的執行
第五章 作業系統
5.1 電腦開機流程
5.2 作業系統簡介
5.3 硬體驅動程式
5.4 多工處理
5...