網絡工程師筆記

目錄

網絡基礎................................................

第一章數據通信基礎....................................

第二章局域網技術......................................

第三章廣域網和接入網技術..............................

第四章因特網...........................................

第五章路由器與交換配置.................................

第六章網絡安全.........................................

第七章網絡管理........................................

第八章計算機基礎知識..................................

第一章數據通信基礎

一、基本概念

碼元速率：單位時間內通過信道傳送的碼元個數，如果信道帶寬為T

秒，則碼元速率3=1/7。

若無噪聲的信道帶寬為W,碼元攜帶的信息量n與碼元種類N關系為

〃=log，，則極限數據速率為

有噪聲的極限數據速率為

其中W為帶寬，S為信號平均功率，N為噪聲平均功率，S/N為信噪比

電波在電纜中的傳播速度為真空中速率的2/3左右，即20萬千米/秒

編碼：

單極性碼：只有一個極性，正電平為0,零電平為1;

級性碼：正電平為0,負電平為1；

雙極性碼：零電平為0,正負電平交替翻轉表示1。

這種編碼不能定時，需要引入時鐘

歸零碼：碼元中間信號回歸到零電平，正電平到零電平轉換邊為0,

負電平到零電平的轉換邊為1。這種碼元自定時

不歸零碼：碼元中間信號不歸零，1表示電平翻轉，。不翻轉。

雙相碼：低到高表示0,高到底表示1。這種編碼抗干擾性好，實現

自同步。

曼徹斯特碼：低到高表示0,高到底表示1。相反亦可。碼元中間電

平轉換既表示數據，又做定時信號。用于以太網編碼，編碼效率為50%

差分曼徹斯特碼：每一位開始處是否有電平翻轉，有電平翻轉表示0,

無電平翻轉表示1。中間的電平轉換作為定時信號。用于令牌環網，編碼

效率為50%o

ASK、FSK和PSK碼元種類為2,比特位為1。DPSK和QPSK碼元種類

為4,比特位為2。QAM碼元種類為16。

一路信號進行FSK調制時-，若載波頻率為fc,調制后的信號頻率分

別為fl和f2（fl<f2）,三者具有關系fc-fl=f2-fc。

編碼技術：常用編碼技術為脈沖編碼調制技術。需要經過取樣、量化

和編碼3個步驟。

在數字系統中，將數字信號轉換成模擬信號成為調制；將模擬信號轉

換為數字信號成為解調。

尼奎斯特采樣定理：采樣速率大于模擬信號最高頻率的2倍。

復用技術：

例：10個9.6Kbps的信道按照統計時分多路復用在一條線路上傳輸，

假定信道只有30%時間忙，復用線路開銷為10%,則帶寬為：

頻分多路復用FDM,時分多路復用TDM,波分多路復用WDM,碼分多路

復用（CDM）

T1采用時分復用技術，將24條話音數據復用在一條高速信道上，其

速率為1.544Mbps,單個信道數據速率為56KB/s

T2=4T1T3=7T2T4=6T3

El采用同步時分復用技術將30個語音信道，2個控制信道（chO作為

幀同步，chl6傳送信令）復合在一條高速信道上，其速率為2.048Mbps,

每條話音信道速率為64Kb/s

OCT速率為51.84Mb/so

第三代通信技術：TD-SCDMA（中國），WCDMA（歐洲），CDMA2000（美

國），WiMAX,其中TD-SCDMA屬于時分雙工模式，WCDMA和CDMA2000屬于

頻分雙工模式。

奇偶校驗碼添加1位校驗碼，其碼距變為2。

海明碼：利用奇偶性來檢錯和校驗的方法。假設有m位信息碼，加入

k位校驗碼，則滿足根+4+142人

一個碼組內有e個誤碼，則最小碼距+l

一個碼組能夠糾正n個誤碼，則最小碼距。工2幾+1

例：求信息1011的海明碼

異或預算

1+1=01+0=1

r3=a5+a6+a7=1+0+1=00+0=00+1=1

r2=a3+a6+a7=l+0+l=0偶數個1異或為

奇數個1異或為

rl=a3+a5+a7=l+l+l=l

由此求得校驗碼為001,填入表中得到海明碼為1010101

第二章局域網技術

一'預備知識

lOBaseT含義:10表示傳輸速率為10M(100M、1000M,10G)

Base表示傳輸機制為基帶(寬帶Broad)

T：代表傳輸介質為非屏蔽雙絞線

C：為屏蔽雙絞線

數字：為同軸電纜及電纜長度(10base5,10base2)

F為光纖

Lx為長波長(1300nm,1310nm>1550nm)

Sx為短波長(850nm)

綜合布線測試參數：

雙絞線：最大衰減值回波耗損限值近端串擾衰減值開路/短路是

否錯對

光纖：最大衰減值回波耗損限值波長窗口參數時延長度

光纖分類：

單模光纖：纖芯直徑為8~10”加，包層125um,采用激光光源，工作波

長為1310nm或1550nni,傳輸距離長(20千米)，容量大，帶寬寬。

多模光纖：纖芯直徑為50師和62.5的，包層125um,采用LED光源，

工作波長為850nm或1300nm,傳輸距離短(500米)，容量小，帶寬窄。

電磁波在銅纜中傳輸速率約為真空中的2/3,即200000Km/s

RS232c用于連接DTE和DCE設備，采用25芯D型連接器，微型機上

一般采用9芯。-3V?-15V表示1,3V?15V表示0。采用V.24標準。電

纜長度一般不超過15m

二'局域網

2.1拓撲結構

總線拓撲：采用主線傳輸作為公共傳輸媒體，網絡中所有設備通過相

應接口和電纜連接到這根總線。可采用令牌傳遞和CSMA/CD介質訪問控制

方法。

環形拓撲：由一系列首尾相連的中繼器組成。使用令牌傳遞來實現介

質的訪問。輕負載時效率低,重負載時利用率高

星型拓撲：以中央節點為中心，把若干外圍節點連接在一起的網絡結

構，

2.2IEEE802標準

IEEE802.1d生成樹協議

IEEE802.1q虛擬局域網

IEEE802.1A局域網體系結構

IEEE802.2邏輯鏈路控制協議

IEEE802.3CSMA/CD與物理層規范

IEEE802.3u快速以太網

IEEE802.3z千兆以太網

IEEE802.3ae萬兆以太網

IEEE802.4令牌總線標準takenbus

IEEE802.5令牌環標準takenring

IEEE802.10局域網安全機制

IEEE802.11無線局域網標準

2.3數據鏈路層分為兩個子層：目的是將與硬件相關和與硬件無關的部分

分開。

邏輯鏈路控制子層（LLC）：目的是屏蔽不同子層的訪問控制方法，向

高層提供統一的服務和接口。LLC幀結構如下圖：

DSAP（8位）SSAP（8位）AC（8位或16位）DATA

DSAP第1位為地址標識，后7位表示端口號。

SSAP第1位為命令或響應標識。廣播地址用I/G=l表示

LLC地址作為LLC層的服務訪問點，一個上層協議進程可以有多個服務

訪問點。

LLC協議與HDLC協議兼容。主要提供如下3種服務：

A、無確認無連接的服務，不提供流控與差錯控制，由高層軟件完成。

B、面向連接方式服務，提供流控和差錯控制，需要建立連接。

C、有確認無連接，提供有確認的數據報，但不婕立連接。

介質訪問控制（MAC）：局域網中，所有設備共享傳輸介質，需要一種

方法有效的分配傳輸介質使用權。

根據控制方式不同分為同步和異步

同步傳輸：順序連續傳輸，在傳輸前進行同步，然后傳輸雙方以相同頻

率工作，適用于短距離高速數據傳輸

異步傳輸：各個字符分開傳輸，字符間插入起始位和終止位的同步信息,

通常還需加入校驗信息，適合長距離傳輸。

異步分配方法分為循環（令牌、FDDD、預約（IEEE802.6定義的取如）

和競爭（CSMA/CD）

2.4IEEE802.3標準（CSMA/CD協議）

CSMA/CD協議在發送數據前，先監聽信道上是否有載波信號，有則說明

信道忙，否則信道空閑，按照預定策略決定：

2.4.1監聽算法有3種：（輕負載時效率較高）

A、非堅持型監聽算法：當一個站準備好數據幀，發送前先監聽信道，

如果信道空閑則立即發送（1）,否則后退一個隨機時間，在重復（1）。

該方法信道利用率低，增加了發送時延，減小了沖突概率。

B、1-堅持型監聽算法：當一個站準備好數據幀，發送前先監聽信道，

如果信道空閑則立即發送，如果信道忙則繼續監聽，直到信道空閑后再發

送。該方法有利于搶占信道，減少信道空閑時間，但增加了沖突概率

C、P-堅持型監聽算法：如果信道空閑則以P概率發送，以（1-P）概率

延遲一個時間單位（1）（一個時間單位等于網絡傳輸時延），如果信道

忙則繼續監聽，直到信道空閑轉到（1）,如果發送延遲一個時間單位，

則重復（1）。該方法吸取上述兩種算法的優點。

2.4.2沖突檢測

載波監聽只能減小沖突概率，不能完全避免沖突。為充分利用帶寬應采

取邊發送邊監聽的沖突檢測方法：

（1）發送期間同時接收，并把數據與站中存儲的數據進行比較；

（2）如果結果一致，則說明沒有沖突，重復（1）

（3）如果結果不一致，則說明發生沖突，此時立即停止發送，并發送一

個干擾信號Jamming,使所有站停止發送，并等待一個隨機的時間，重新

監聽，并試著發送。

2.4.3二進制指數退避算法

按照該算法，后退時延的取值范圍與重發次數n形成二進制指數關系。

隨著n的增減后退時延取值按2的指數增大。

為避免無限制的重發，對重傳次數n進行限制。一般n=16時停止發送，

丟棄該幀，并向上層報告。

該算法把后退時延的平均值與負載大小聯系起來，因此二進制指數退

避算法能夠解決在重負載下有效分解沖突的問題

2.4.4CSMA/CD協議實現

對于基帶和寬帶總線來說，CSMA/CD協議的實現方法基本相同，但也

有差別：

差別一：（載波監聽）基帶系統是通過檢測電壓序列來實現載波監聽，

而寬帶系統是監聽站接受RF載波（射頻）來判斷信道是否空閑。

差別二：（沖突檢測）基帶系統是把直流電壓加到信號上來檢測沖突；

寬帶系統有兩種方法來檢測沖突：（1）把接收數據與發送數據逐位比對；

（2）分裂配置，在端頭檢測是否有破壞的數據，這種數據的頻率與正常

的數據頻率不同。

CSMA/CD協議的載波監聽、沖突檢測、沖突強化、二進制指數后退等功

能均由硬件來實現，這些硬邏輯包含在網卡中。網卡中的主要器件是以太

數據鏈路控制器。

在IEEE802.3中使用1-堅持型監聽算法，這個算法有利于搶占信道，減

少空閑，同時實現簡單，在監聽到網絡空閑后，不立即發送而是等待一個

最小幀間間隔（規定為9.6us）時間，只有在這期間網絡空閑才能開始發送。

在發送過程中繼續監聽，如果沖突，則發送這是規定的阻塞信號。

接受站要對接受到的數據進進行校驗，除了CRC校驗，還要檢查幀長度，

如果小于最小幀長（64字節）則認為是碎片。

線路利用率：

Ld

E=一=亍￡-=」-其中。=2=子=空

tp+LfLL+]-+k。+1tfLvL

tfvRR

a（Rd乘積）越大，線路的利用率越低

L,傳播時延，信號在線路上傳播的時間；

o傳輸時延，數據幀加載到線路上所需時間；

d為線纜長度v為信號傳播速率；L為幀長R為數據速率

2.5以太網幀結構：

712/62/6246-15000-464

PSPDDASALDATAPADFCS

P為前導碼，長度7個字節，1010..1010,用于使接收端進入同步狀態

SPD幀起始符

DA/SA（目的/源地址）占2個或6個字節。

L數據字段長度，占2個字節，表示DATA字段長度及上層協議，0X0800

表示上層協議為IP協議；0X8137表示上層協議為IPX協議。

PAD填充字段，不大于46字節，主要解決幀不足64字節時，要加入填

充位，使其滿足要求。

DATA數據字段，長度小于1500字節。用于存放高層LLC信息。

FCS幀校驗序列，占4字節，采用CRC字節。

最小幀長為64字節，最大幀長1518字節。

最短幀長計算：，%=2%,Lmin為最小幀長，R為數據速率，L為兩

點間距離，v為信號在介質中傳播速率。

2.6高速以太網：

2.6.1、快速以太網（100Mb/s）,標準為IEEE802.3u

與傳統以太網采用相同的幀格式、相同的介質訪問控制方法（CSMA/CD協

議）、相同的接口和相同的組網方法。

100BaseT4：使用3對4類UTP,其中一對用于碰撞檢測。

lOOBaseTX：使用2對5類UTP,一對用于接收，一對用于發送。

lOOBaseFX：使用光纖

為能夠檢測到沖突，采取保持最短幀長（64字節）不變，將介質長度減

少到100米，幀間間隔為0.96us（傳統以太網為9.6us）,采用4B/5B編碼

傳統（傳統以太網采用曼徹斯特編碼）O

2.6.2、千兆以太網（1000Mb/s）,標準為IEEE802.3z

在1000Mbps的模式下，允許有全雙工和半雙工兩種工作方式，與傳統

以太網采用的相同幀格式，在半雙工模式下，采用CSMA/CD協議，在全雙

工不需要采用這種協議。IEEE802.3Z,采用了幀突發方式，使一個站可以

連續發送多個幀。

lOOOBaseTX：使用4對5類UTP,最大段長100米

lOOOBaseCX：使用2對STP,傳輸長度25米

lOOOBaseLX：使用多模光纖傳輸距離550米，使用單模光纖傳輸距離為

5千米。

lOOOBaseSX：使用多模光纖傳輸距離550米

2.6.3、萬兆以太網（10Gb/s）,標準為IEEE802.3ae

與傳統以太網采用的相同幀格式、最小和最大幀長。僅支持全雙工模

式，不采用CSMA/CD協議，僅支持單模或多模光纖，不支持雙絞線。定義

了兩種物理層：一種是局域網物理層，另一種是廣域網的物理層。

2.7虛擬局域網：

2.7.1、VLAN

VLAN（虛擬局域網），是一種將局域網設備從邏輯上劃分成一個個網段，

從而實現虛擬工作組的新興數據交換技術。

VLAN技術解決了局域網互聯時無法限制廣播的問題，每個VLAN一個廣

播域，同一VLAN內的主機通信跟一個LAN內一樣，不同VLAN之間不能通

信，如果需要通信，需要增加路由設備（三層交換機或者路由器）。

劃分方法：

1、基于端口的劃分（屬于靜態劃分VLAN,其余屬于動態劃分）

2、基于MAC地址的劃分

3、基于網絡層的劃分

4、基于IP組播劃分

5、基于規則劃分

劃分VLAN優點：

(1)控制網絡流量，有助于控制廣播風暴，減小沖突域、提高帶寬利

用率

(2)提高網絡安全性。

(3)靈活的管理網絡，可以突破地理位置限制而根據管理功能來劃分

網絡。

2.7.2、VLAN的中繼模式(Trunk)

目前有兩種通用標準，即IEEE802.1Q和CiscoISL,后者僅適用于Cisco

設備。IEEE802.1Q在原來的以太網幀中增加了4個字節的幀標記字段。

交換機支持的封裝協議有dotlq和ISL兩種。ISL最多支持1024個vlan；

而dotlq支持4096個vlan,其中兩個保留，因此可用4094個

在劃分VLAN的交換機上，端口分為兩種：接入鏈路模式(Access)和

中繼鏈路模式(Trunk)o

接入鏈路模式：只能傳送屬于單個VLAN的數據包，所有端口均屬于同

一廣播域。

中繼鏈路模式：在進入中繼端口前，在交換機的數據包中增加VLAN標

記，在中繼鏈路另一端的交換機不僅要根據目標地址，還要根據數據包中

的VLAN標記進行決策。

2.7.3、VTP協議與VTP修剪

VLAN中繼協議VTP用于在交換網絡中簡化VLAN管理。VTP協議在交換

網絡中建立多個管理域，同一管理域共享VLAN信息，一臺交換機只能參

加一個管理域，不同管理域的交換機不能共享VLAN信息。

VTP協議可以在一臺交換機上配置所有VLAN信息，配置信息通過VTP

報文發送到管理域內的所有交換機上。

VTP3種模式：(新交換機出廠時默認配置為VLAN1,VTP為服務器模式)

服務器模式(server)：服務器上可以創建、刪除、修改VLAN信息，

服務器會自動將這些信息廣播到同一域內的其他交換機上。

客戶模式(client)：客戶模式，不允許交換機上創建、刪除、修改VLAN

信息，只能被動接受服務器的VLAN信息。

透明模式(transparent)：透明模式下可以創建、刪除、修改VLAN信

息，但不廣播自己的VLAN信息，它可以接收服務器發來的VLAN信息，但

不使用，而是直接轉發給別的交換機。.

VTP修剪：靜態修剪動態修剪

靜態修剪：手工剪除中繼鏈路上不活動的VLAN。

動態修剪：允許交換機之間共享VLAN信息，也允許交換機從中繼鏈路

上動態的剪除不活動的VLAN,使所得的所有VLAN都是活動的。當一臺交

換機端口加入新的VLAN時，則立即向周邊交換機發送VTP報文，通知其

他交換機，有新的VLAN加入。

2.8生成樹協議：IEEE802.1d,總延時為50s

根橋的確定：（1）交換機ID最小（2字節的優先級和6字節MAC地址組

成）

（2）優先級值越小優先級越高，優先級高的的為根橋

（3）優先級相同，MAC地址最小的為根橋

根端口確定：（1）最小路徑開銷的端口為根端口

（2）如果路徑開銷相同，取端口標識最小的為根端口。

端口開銷規定：1OG端口開銷為2；1OOOM端口開銷為4；1OOM端口開銷為

19；1OM端口開銷為100

端口狀態：

阻塞：僅監聽BPDU,不轉發數據幀，也不學習接受幀的MAC地址，

延時20s,防止啟動交換機過程中產生交換環路。

監聽：相互學習BPDU的信息，以便交換機可以學習網絡中其他

交換機的信息，延時15s。此時不學習MAC幀的地址，不轉發數據幀。

學習：處理學習到的BPDU信息，開始計算生成樹協議。學習MAC

地址，建立地址表，但不轉發數據幀，該狀態維持15so

轉發：可以發送或監聽BPDU（用橋協議數據單元來傳遞交換機之

間的生成樹協議的信息），也可以轉發數據幀

禁用：端口不參與生成樹協議，不監聽也不發送BPDU,也不轉發

數據幀。

Portfast、uplinkfast和backbonefast簡介

Portfast（端口快速），使端口從阻塞狀態快速恢復到轉發狀態，以達到

快速收斂的目的。用于所有阻塞端口。

Uplinkfast（上行快速）使端口從阻塞狀態快速恢復到轉發狀態，只用于

接入層交換機的阻塞上行級聯端口（但不一定是uplink口），。

Backbonefast與uplinkfast作用相同，但backbonefast配置在所有交換

機上，可以診斷非直連鏈路故障，并且使生成樹快速收斂。

交換機的分類：

以太網交換機按交換方式分為：直通式交換、存儲轉發式交換、碎片

過濾式交換。

直通式交換：接收到數據包時檢查包頭，獲取目的地址，立即將該數

據轉發，而不管數據是否出錯，檢錯的任務交給節點主機完成。優點是交

換延遲時間短，缺點是缺少差錯檢測能力，不支持不同輸入輸出速率端口

之間的數據轉發。

存儲轉發式交換：交換機完整接收數據并對數據進行差錯檢測，如果

正確，根據目的地址將數據轉發出去。優點是具備差錯檢測能力和支持不

同輸入輸出速率端口之間數據轉發，缺點是交換延遲時間長。是交換機的

主流工作方式。

碎片過濾式交換：該方式是直通式轉發的改進。在接收到數據后，判

斷數據包長度是否夠64字節，小于64字節丟棄，大于64字節則發送。

交換機端口參數：

(1)端口類型

雙絞線端口RJ-45,可提供100M和1000M兩種。

SC端口，千兆光纖端口。

GBIC端口，千兆光電轉換接口

SPF端口，是GBIC端口的升級，功能相同。

(2)傳輸模式：雙工，半雙工，自適應

(3)包轉發率，指交換機數據包轉發的能力

包轉發率=千兆口數X1.488Mpps+百兆口數X0.1488Mpps

(4)背板帶寬

交換機端口總帶寬=端口數義2義端口速率

(5)MAC地址數，指交換機的MAC地址表中可以存儲的MAC地址數量。

(6)VLAN表項，反映一臺交換機所能支持的最大VLAN數。

(7)機架插槽數，指安裝最大模塊數。

2.9無線局域網

IEEE802.11定義了兩種拓撲結構：

(1)基于基礎設施網絡：該方式所有無線終端通過AP訪問骨干網絡

或者互訪。AP如同網橋，完成802.11與802.3MAC協議之間的轉換。

(2)特殊網絡(AdHoc)：該方式是一種點對點的網絡，不需要有線

網絡和AP,以無線網卡連接的終端設備之間可以互聯通信。

802.11工作在2.4Ghz頻率，2Mb/s

802.11b工作在作4Ghz頻率,UMb/s

802.11g工作在2.4Ghz頻率,54Mb/s

802.11a工作在作2Ghz頻率,54Mb/s

802.11h工作在5.2Ghz頻率

802.11n利用MIMO技術和OFDM（頻分多路復用）結合在一起，理論

上可提供300Mbps甚至是600Mbps的傳輸速率

無線局域網的關鍵技術

1、紅外通信：

優點：A、紅外頻譜無限的，數據速率高

B、紅外頻譜不受管制

C、紅外線可以被淺色物體漫反射。

缺點：室內環境可能因陽光或照明而產生強烈的光線，這將

成為紅外接收器的噪聲。使得必須使用高能發送器，限制使用范圍。

主要有以下3種技術：

定向光束紅外線

全向廣播紅外線

漫反射紅外線802.1II在數據加密方面定義了三種方式，

即：三種方式，

2、擴展頻譜通信TKIP,CCMP,WRAPTKIP

采用WEP'I1的RC4算法;CCMP和WRAP

將信號散步到更寬的帶寬上以減少阻百I0L口y①」zf,-火力-八切「次「口

直接序列兩種。原理：輸入數據首先進入信道編碼器，產生一個接近某中

央頻譜的較窄帶寬的模擬信號，然后用一個偽隨機序列對信號進行調制。

調制的結果是大大的拓寬了信號的帶寬。

跳頻:信號按照看似隨機的無線電頻譜發送，每一個分組采用不同的發

送頻率。監聽者只能收到一些無法理解的信號，干擾信號也只能破壞一部

分傳輸信號。

直接序列：信號源中每一比特用成為碼片的N比特來傳輸，這個過程在

擴展器中進行，然后所有的碼片用傳統的數字調制器發送。

3、窄帶微波：

分為2類：一類是申請許可證的窄帶RF；另一類是免申請許可證的窄帶

無線局域網訪問控制機制

CSMA/CA支持競爭訪問、分布式協調和點協調功能支持無競爭的訪問。

主要解決隱蔽終端和暴露站問題。

最常用的加密手段有WEP（共享密鑰），WPA/WPA2,WPA-PSK/WPA2-PSK

這三種算法中安全性最好的WPA-PSK/WPA2-PSK,其加密過程采用了TKIP

和AES算法

AP安裝與配置

安裝原則：

（1）安裝在高處，盡量避免障礙物，特別是金屬物體。

(2)盡量處于房間中央。

配置：

(1)首先輸入AP的管理員密碼SSID,用來標識不同的無線網絡。然

后根據AP預設的IP地址和掩碼設置客戶端的地址和掩碼，這樣打開AP

后，無線網卡將自行尋找。

(2)使用AP配置界面設置IP分配方式，它提供“靜態分配”和“動

態分配”兩種。

(3)配置安裝加密功能。默認情況下AP是不加密。

(4)避免信號干擾的方法對每個無線局域網采用不同的非重疊的信

道。

3.0結構化布線

結構化布線由6個子系統組成：

工作區子系統：有終端到信息插座的整個區域。包括信息插座、跳線、

適配器。

原則：信息插座與電源插座保持在30-150cm的距離

信息插座據地面一般在30cm,面積為9m2

UTP/STP布線距離為10m

水平子系統：各個樓層的接線間配線架到工作區信息插座之間的電纜構

成。在結構化布線中，水平子系統起支線作用，它將用戶端通過線纜連接

至配線架上。UTP/STP布線距離為90m

管理子系統：對布線電纜進行端接和配線管理的子系統，通常設置在樓

層的配線間內。由交聯設備(雙絞線配線架、光纖配線架)、集線器和交

換機等交換設備組成。

干線子系統(垂直子系統)：連接管理間和設備間的子系統。一般由多

對數的光纜和雙絞線組成。語音系統采用三類大對數雙絞線，數據通信采

用高品質五類雙絞線也可以采用光纜。布線距離光纖一般2000米，STP為

800米，UTP為700米。建議每1.5米設置一個線纜支撐點。

設備間子系統：用于安放網絡關鍵設備。

要求：濕度要求在20%-80%,溫度20-30℃

綜合考慮配電、安全接地和消防等因素

建筑群子系統：由連接樓群之間的通信傳輸介質和各種支持設備組成。

布線距離光纖一般2000米，STP為800米，UTP為700米。

3.1網絡開發過程

網絡生命周期至少包括系統構思與計劃、分析和設計、運行和維護的過

程。

常見的迭代周期分為四階段周期、五階段周期、六階段周期。

網絡開發過程根據五階段迭代周期模型可被分為五個階段：

需求分析、現有網絡分析、確定網絡邏輯結構、確定網絡物理結構、安

裝與維護。

需求分析：收集不同用戶的網絡需求，主要包括，業務需求、用戶需求、

應用需求、計算機平臺需求、網絡通信需求和未來需求。

需求分析產生一份需求規范，需要管理者與設計者簽字，這是規避網絡

建設風險的關鍵。

現有網絡分析：主要目的是描述資源分布，以便在升級時保護已有的投

資

該階段給出一份通信規范說明文檔，作為下一階段的輸入。主要包括：

(1)現有網絡拓撲結構

(2)現有網絡容量，新網絡所需通信量和通信模式

(3)詳細統計數據，直接反映現有網絡新能的測量值

(4)Intemet接口以及廣域網提供的服務質量報告

(5)限制因素列表，如電纜和設備清單

確定網絡邏輯結構：根據需求規范和通信規范確定比較適宜的網絡邏輯

結構，并實施后續的資源分配規劃、安全規劃等內容

該階段給出一份邏輯設計文檔，內容主要包括：

(1)網絡邏輯設計圖

(2)IP地址分配方案

(3)安全管理方案

(4)具體軟硬件、廣域網連接設備和基本網絡服務

(5)招聘和培訓網絡員工的具體說明

(6)如硬件費用、服務提供費用和培訓費用的估算

確定網絡物理結構：對設備的具體物理分布、運行環境等的確定來使網

絡的物理連接符合邏輯設計要求

該階段得到一份網絡物理結構設計文檔，主要包括：

(1)網絡物理結構圖和布線方案

(2)設備和部件的詳細列表清單

(3)軟硬件和安裝費用估算

(4)安裝日程表、說明服務的時間和期限

(5)安裝后的測試計劃

(6)用戶的培訓計劃

安裝與維護：根據前面的工程結果實施環境準備、設備安裝調試的過程

網絡結構設計：經典的三層模型，是將網絡分為核心、匯聚和接入層

核心層：提供不同區域或者下層的高速連接和最優傳輸路徑，主要設備

是高端路由器或者交換機。

設計原則：采用冗余組件設計，具有高可靠性、高帶寬和高吞吐率。

盡量避免數據包過濾和策略路由等降低數據包轉發處理的機制，已實現數

據包的高速轉發。

匯聚層：將網絡業務連接到接入層，并且實施安全、流量負載和路由相

關策略。主要設備是實現策略的路由器或者交換機。

匯聚層向核心層隱藏接入層的信息，匯聚層主要完成協議轉換、策略

路由、流量控制等

接入層：為終端用戶訪問網絡提供接入。主要設備是低端交換機。

設計原則：接入層主要解決相鄰用戶之間的互訪，同時還負責一些用

戶管理功能(如地址認證、用戶認證、計費管理)和用戶信息收集(IP與

MAC綁定、訪問日志)工作。

單點故障：通過重復設置網絡組件來避免因單個組件失效而導致應用失效。

傳輸速率=平均事務量大小X每位字節數X每個會話事物數X

平均用戶數/

辦均會話時長

網絡安全的設計原則

從工程技術角度，網絡安全應設計遵循以下原則

(1)信息安全與保密的“木桶原則”。強調對信息均衡、全面地進

行安全保護。充分、全面、完整的對系統的安全漏洞和安全威脅進行分析、

評估和檢測使設計網絡安全系統的必要前提條件

(2)安全系統的整體性原則。強調安全防護、檢測和應急恢復。要

求在網絡發生被攻擊情況下，盡快的恢復信息中心的服務，減少損失。

(3)安全系統的有效性和實用性原則。網絡安全以不影響正常運行

和合法用戶的操作活動為前提

(4)安全系統的“等級性”原則。良好的安全系統必須劃分不同的

等級

(5)自主和可控性原則。網絡安全產品不能依賴國外進口產品。

(6)安全有價原則。考慮網絡安全問題解決方案時必須考慮性能和

價格的平衡。不同的網絡安全側重點不同。

網絡設備選型原則：

(1)盡可能選擇同一廠家產品。這樣的設備在互連性、協議的互操

作性、技術支持和價格等方面有優勢。

(2)主干設備應考慮預留一定的擴展能力，低端設備夠用即可。

(3)根據方案實際選型。根據網絡實際帶寬性能需求、端口類型和

端口密度選型。如果舊網改造，應盡可能保留用戶原有網絡投資，減少在

資金投入的浪費。

(4)選擇性價比高、質量過硬的產品

第三章廣域網和接入網技術

一'廣域網技術

1、公共交換電話網

Internet在網絡層采用數據包服務，數據鏈路層采用協議SLIP協議（串行鏈路網際協議，主要用于

低速交互型業務，僅支持IP協議，無差錯控制）和PPP協議,PPPOA和PPPOE均屬于PPP協議的子集，

PPPOA應用于ATM專用網絡，PPPOE應用于以太網，目前大多采用PPPOE模式

DTE：用戶的數據終端或計算機叫做數據終端設備DTE

DCE：在通信網絡的一邊有個設備管理網絡的接口，這個設備叫做DCE,DCE通常指調制解調器，主要

提供建立、維持和拆除電路以及波形變化和編碼等功能。

1.1調制解調器

CCITTV.29建議的modem以9600b/s的速率進行全雙工或半雙工傳輸，它采用正交調幅（QAM）由4

種幅度8種相位結合產生16種碼元，因而在2400的波特率下可得到9600b/s（2400Xlog；6）的數據速

率。

CCITTV.32建議的modem采用網格編碼調制TCM技術，這種modem的數據速率為9600b/so

CCITTV.33建議的modem對6比特組進行幅度相位編碼，增加1個冗余位，形成7比特的網格編碼，

因而在2400的波特率下可得到14400b/s（2400Xlog^）的數據速率。

ITU的V.90建議的modem下行數據速率為56KB/s,上行速率33.6KB/s。這種modem采用非對稱工作

方式。

1.2公共數據網X.25（也稱分組交換網）

X.25采用的是面向連接的虛電路服務

X.25物理層采用X.21協議，主要定義物理網絡之間的物理、電器、功能和過程特性。

X.25的數據鏈路層（鏈路訪問層）采用LAPB協議，該協議是HDLC協議的一部分，主要描述用戶主機

和分組交換機之間的數據可靠傳輸，包括幀格式定義和差錯控制。

X.25的網絡層（分組層）采用PLP協議，該層主要定義分組、尋址、流量控制和擁塞控制等問題。其

主要功能是允許用戶建立虛電路（支持交換虛電路SVC和永久虛電路PVC）和在已建的虛電路上傳輸最

大長度為128字節的數據報文。

一個DTE設備最多建立4095條虛電路。

兩個X.25網絡互連使用X.75協議。

X.25的流量和差錯控制機制與HDLC相似。其默認窗口大小為2。差錯控制采用后退N幀ARQ協議。

X.25由于復雜的差錯校驗機制，導致傳輸效率受到限制，同時傳輸速率不快，一般為64kb/s,但主

要優點有：

A、可以在一條物理鏈路上開放多條虛電路供多個用戶使用；

B、具有動態路由功能和復雜完備的誤碼糾錯功能；

C、可以滿足不同速率和不同型號的終端與計算機間、計算機與計算機間以及局域網和局域網間的數

據通信。

HDLC協議時一種面向比特的同步數據鏈路控制協議，由6個字段組成。其用一種特殊的位模式

01111110作為幀的邊界標志。

01111110地址8位控制8位信息FCS（16或者32為）01111110

HDLC定義了三種幀：信息幀（I幀）、管理幀（S幀）、無編號幀（U幀），其中控制字段第一位或者

前兩位用于區別三種不同的幀（I幀控制字段第一位為0,S幀前兩位為01,U幀前兩位為11）

1.3流量控制與差錯控制

1.3.1、停等協議：發送站發送一幀，然后等待應答信號后再發送下一幀；接收站每收到一幀都回一

個應答信號ACK,表示愿意接受下一幀，如果接受站不送信號則發送站必須等待。

Ld

11dR

線路利用率E=其中

2a+1vL

R

。傳播時延，信號在線路上傳播的時間；

//傳輸時延，數據幀加載到線路上所需時間；

d為線纜長度v為信號傳播速率；L為幀長R為數據速率

1.3.2、滑動窗口協議：如果接收端維持能容納W個幀的緩沖區（即窗口大小為W）,那么發送端可以

連續發送W個幀而不必等待應答信號，但在收到接收端的應答信號前，則滑動窗口不滑動。接收端收到

一個幀時，就發送一個應答信號，并把滑動窗口滑動到i=W-i+l的位置，表明i之前的已正確接收，期

待接收后續W個幀。

Wt

則線路利用率￡=一匚_W_

2a+1

1.3.3、差錯控制

ARQ技術：利用差錯檢測技術自動的對丟失幀和錯誤幀請求重發的技術

1.3.3.1、停等ARQ協議：發送站發送一幀必須等待應答信號ACK,收到信號后才能發送下一幀；

如果收到否定應答信號NAK后重發該幀；如果在一定時間內未收到應答信號必須重發。

1.3.3.2、連續ARQ協議：分為選擇重發ARQ和后退N幀ARQ兩種。其中選擇重發ARQ只重發出錯

的幀，后面的幀被緩存。這種協議窗口大小的最大值應為幀編號數的一半，即WW2-；

后退N幀ARQ是從出錯處重發已發過的N個幀其窗口大小為W42*-1

1.4幀中繼frame-reIay（也稱快速分組交換網）

幀中繼工作在物理層和數據鏈路層，其在數據鏈路層建立虛電路，用幀方式承載數據業務。幀中繼的

幀只進行檢錯和擁塞控制。

幀中繼支持交換虛電路SVC和永久虛電路PVC,但相對來說永久虛電路PVC用的較多。

幀中繼協議為LAP-D（D信道鏈路規程），LAP-D幀頭和幀尾都是一個字節的幀標志字段01111110,

信息字段可變，默認最大長度為1600字節，該協議增加了擁塞控制。

01111110地址信息FCS(2)01111110

DLCI荷位C/REA=O

DLCI低位FECNBECNDEEA=1

幀頭中2字節地址中包含DLCI字段，DLCI不同代表不同的虛電路，DLCIO用于信令傳輸，其中FECN位

為1表示向前擁塞控制；BECN位為1表示與傳送方向相反的方向上出現擁塞；DE（優先丟棄比特位）位為1

表示該幀被優先丟棄。

幀中繼主要優點：

A、基于分組交換的透明傳輸，可提供面向連接的服務

B、幀長可變，長度1600-4096字節，可承載各種局域網的數據幀

C、速率可達2-45Mb/s

D、既可按需提供帶寬，也可應付突發數據傳輸

E、沒有流控和重傳機制，僅進行擁塞控制，開銷少，效率高

缺點：不適于對延遲敏感的應用（音頻、視頻），無法保證可靠提交。

1.5ATM（異步傳輸）

ATM以異步時分復用為基礎，每個時間片沒有固定的占有者，各子信道的信息按照優先級和排隊規則

按需分配時間片。為區分信息所屬，在信息頭部增加報頭。報頭和信息構成ATM的信元，信元大小為53

字節，其中信頭5字節，數據域48字節。差錯控制和流量控制放在高層處理。

1.5.1、ATM網絡工作在物理層和數據鏈路層，其中數據鏈路層被分為ATM適配子層（AAL）和ATM子

層。

物理層分為物理介質相關子層PMD和傳輸匯集子層TC。PMD負責正確的傳輸和接受比特流；TC負責信

元流和比特流的轉換。

ATM適配子層由CS子層和SAR子層組成。CS子層提供接口，SAR子層負責對數據進行分段和重裝配。

ATM子層主要定義信元頭的結構，VPI用于標識不同的虛路徑；VCI用于標識虛路徑中的虛通道（每個

VPI可復用65535個VCI）。該層的主要功能：

A、信元匯聚和分揀；

B、VPI/VCI的管理;

C、信元頭的拆裝和信元速率調整。

AAL主要定義高層PDU和信元中數據域的拆裝方法。主要目的是將高層數據轉換為適合ATM網絡傳輸

的格式

CCITT通信業務分類

A級支持有實時性要求的恒定位速率業務CBR,采用面向連接的工作方式，比特率恒定，要求同步；

AAL1支持此類業務，常用業務為64KB/S的話音、固定碼率的非壓縮視頻。

B級支持有實時性要求的可變位速率業務VBR,采用面向連接的工作方式，比特率可變，要求同步。

AAL2支持此類業務，常用業務為壓縮的語音通信和壓縮的視頻通信。

C級支持無實時性要求的可變速率業務ABR,采用面向連接工作方式，比特率可變，不要求同步。

AAL3/4支持此類業務，適用于文件傳遞和數據網業務。

D級支持面向無連接的數據傳輸業務UBR,采用無連接工作方式，比特流可變，不要求同步。AAL3/4

和AAL5均支持此類業務，適用于數據報業務和數據網業務

ATM通信管理采取的主要措施

（1）連接準入控制是防止網絡因超載而出現擁塞的第一道防線；

（2）參數控制來避免用戶濫用資源而引起網絡擁塞

（3）通信量整形用來平滑通信量、減小信元堆積、公平分配資源、減小延遲。

1.6ISDN綜合業務數據網

ISDN即支持線路交換也支持分組交換，其系統組成為：設備終端TE、網絡終端NT、適配器TA。

TE（終端設備）分為TE1和TE2。TE1（標準ISDN設備）直接和NT相連；TE2（稱為非ISDN設備）

需經過TA（終端適配器）與NT相連。

NT分為NT1和NT2。NT1是第一網絡終端，被放在用戶設備和ISDN之間，起到插板作用，同時還具

有管理和維護功能。NT2僅具有集線和交換功能。

ISDN分為窄帶ISDN（N-ISDN）和寬帶ISDN（B-ISDN,關鍵技術為ATM,采用五類雙絞線和光纖傳

輸,數據速率可達155Mb/s）。其中窄帶ISDN是基于電路交換網的技術，采用時分多路復用技術，其提

供兩種速率接口：

基本速率接口（2B+D）：2條速率64kb/s的B信道（話音和數據信道）和1條速率16kb/s的D信道

（信令信道）組成，合計144kb/s。允許用戶使用模擬電話進行數據的存數字通信。

一次群速率接口（30B+2D）：B信道和D信道（信令信道）速率均為64kb/s,享有高達2.048Mb/s

的速率

窄帶ISDN分為三層，多路復用屬于物理層功能，數據鏈路層采用LAPD協議，網絡層支持電路交換

和分組交換。

缺點：數據傳輸速率太低，不適合傳輸視頻信息。

二、接入網技術

1.7XDSL技術：基于普通電話線的寬帶接入技術，其有以下幾種模式：（ADSL采用頻分多路

復用技術，可同時存在3個信道）

ADSL：非對稱DSL技術，下行速率1?8Mb/s,上行速率512kb/s?IMb/s,傳輸距離3-5千米。同時

可傳輸4KHz的語音數據。成熟的標準有G.DMT（全速率ADSL,速率為8Mb/s,用戶端需要安裝POTS

分離器將話音與數據分開,ISP端安裝接入多路復用器DSLAM連接Internet,適用于小型辦公網絡SOHO。）

和G.Lite（速率較低,僅為下行1.5Mb/s,上行速率512Kb/s,不需安裝分離器,適用于家庭）兩種。

ADSL接入方式分為；虛擬撥號和專線

VDSL：采用非對稱技術，是各種DSL中速率最快的（13-52Mb/s）。

RADSL：采用非對稱技術，能在但對雙絞線上以高速率下載數據，低速率上傳數據，并保持原有語音

通信（64Kb/s-12Mb/s）。

HDSL：采用對稱技術，為企業用戶提供2Mb/s的鏈路。

SDSL：采用對稱技術，上行與下行速率均為L5Mb/s,但技術不成熟。

1.8HFC（hybirdfiber-coax）

HFC網綜合運用了模擬和數字傳輸技術、同軸和光纖技術的寬帶接入網絡，它由光纖干線網(星型)

和同軸分配網(樹型)組成。

對于HFC網絡，用戶需要安裝電纜調制解調器(CableModem),該設備提供三種連接：

A、使用同軸電纜連接到機頂盒，在連接到用戶電視機；

B、使用一對雙線線連接到用戶的電話機；

C、通過四對雙絞線連接到用戶的計算機。

HFC利用電纜調制解調器(CableModem),在發送端對數據進行調制，在接收端進行解調。

CableModem采用頻分復用技術，將信道分為上行信道(10Mb/s)和下行信道(30Mb/s),一般安裝

在用戶端,不是成對的使用。采用MAC(媒體訪問控制協議)協議。使用CableModem遠程接入需要依

賴于運營商一端的線纜調制解調器終結設備CMTS,該設備向CableModem提供高速連接。CMTS的以太

網口可以直接與以太網相連，同時可以通過中繼線路連接PSTN網絡；在HFC區域中，可以借助光電收

發器、光電轉換器完成信號的中繼和傳遞，連接至CableModenio

主要優勢：

A、僅需要一個光纖節點進行信號轉發、轉換，節省器件；

B、具有1000MHZ的帶寬，可傳輸電話語音業務、高速數據業務和個人通信業務。

C、比傳統的CATV網絡具有更高的資源利用率。

1.9FTTx接入

FTTx是指接入網絡光纖化，范圍從區域電信機房的局端設備到用戶終端設備。

主要分類：

FTTCab：(FiberToZheCabinet)光纖到交換箱

FTTC：(FiberToZheCurb)光纖到路邊

FTTZ：(FiberToZheZone)光纖到小區

FTTB：(FiberToZheBuilding)光纖到大樓

FTTH：(FiberToZheHome)光纖到用戶，需要光電轉換器。

2.0寬帶無線接入

802.11工作在24Ghz頻率,2Mb/s

802.11b工作在2.4Ghz頻率,HMb/s

802.11g工作在2.4Ghz頻率,54Mb/s

802.11a工作在52Ghz頻率,54Mb/s

802.11h工作在5.2Ghz頻率

802.11n利用MIMO技術和OFDM(頻分多路復用)結合在一起，理論上可提供300Mbps甚至是600Mbps

的傳輸速率

PoE(PowerOverEthernet)技術使用一條以太電纜同時提供以太網信號和直流電源。主要完成對無

線AP、IP電話機、安全網絡攝像機等終端傳輸數字信號和提供直流電源。提供44V-57V的直流電壓，

功率一般控制在15.4Wo

2.1SDH同步數字系列

SDH主要有兩種方式:

IPoverSDH：該方式以SDH網絡作為IP網絡的物理傳輸網絡，使用鏈路適配器和幀協議（PPP）對

數據包進行封裝，然后按字節同步方式將封裝后的數據包映射到SDH網絡中進行傳送。IPoverSDH為

提供的接口主要是POS。該接口可以提供STM-1（155.52M）及其以上的傳輸速率。

PDH（準同步數字系列）：這種方式的STMT中封裝63個E1信道，可同時為63個用戶提供2Mb/s的

接入速率。該方式提供兩種接口，即E1接口和封裝了多個E1的CPOS接口。

幾個常用的基本速率：E1速率為2.048Mb/s,T1速率為L544Mb/s,OCT速率為51.84Mb/s。

幾種關系式：E2=4E1=8.448E3=4E2=34.368E4=4E3=139.264

T2=4T1=6.312T3=7T2=44.736T4=6T3=274.176

OC-3=3OC-1=155.52

El采用分時復用技術，共有32個時隙，每個時隙提供64Kb/s的數據速率，其中30個時隙用于傳輸

數據，CHO用于幀同步，CH16用于傳輸信令；

T1信道采用時分復用技術，共有24個時隙，每個時隙提供56Kb/s的數據速率。

2.2VPN技術

VPN技術是通過公共網絡實現遠程用戶與遠程局域網的互聯。

VPN的關鍵技術包括：隧道技術、加密解密技術、密鑰管理技術和使用者與設備身份認證技術。

VPN技術主要基于數據安全傳輸協議來完成，主要包括：

二層協議：主要是對傳統撥號協議PPP的擴展。典型協議為L2Tp和PPTP。

三層協議：定義了在一種網絡層協議封裝另一個協議的規范。典型的協議時IPSEC和GRE。

IPSEC主要包括：

網絡認證協議AH：為IP網絡提供數據源認證，數據完整性、反重播保證和保護通信免受篡改，但不

提供保密服務。支持的認證算法：HMAC-MD5和HMAC-SHA1。

封裝安全載荷協議ESP：為數據包提供完整性檢查、認證和加密、機密性和防篡改。

密鑰管理協議IKE：IKE完成兩個任務：（1）安全關聯的集中化管理，減少連接時間（2）密鑰生成

和管理

MPLSVPN技術：

MPLS技術主要是為了提高路由器轉發速度提出的。核心思想是利用標簽交換取代路由運算和路由交換。

其技術實現的核心是在IP數據包之外封裝一個32位的MPLS包頭（MPLS標簽被插入在以太幀頭和IP頭

之間）。

MPLSVPN承載平臺由PE路由器、CE路由器和P路由器組成，其中P路由器是MPLS核心網中的路由器，

PE路由器是MPLS核心網上的邊緣路由器，與CE路由器相連，負責待傳數據包的MPLS標簽生成和彈出。

CE路由器直接與電信運營商相連額用戶端路由器，該設備不存在任何帶有標簽的數據包。

第四章因特網

—'預備知識

網絡地址：主機為全為0的地址

廣播地址：主機位全為1的地址

狹義Internet是指由上述網絡中采用IP協議的網絡互聯而成的，狹義Intrenet加上所有能通過

路由選擇至目的站的網絡，便構成了廣義Intrenet。

優點：Intrenet體系結構具有良好擴充性，因為它基于樹型結構，具有層次性和單向依賴性。

缺點：對核心網關結構依賴嚴重，一旦出現故障，整個Intenet的工作將受到影響，這種結構將逐

漸被對等主干結構所取代。

二、網絡互連設備

2.1網絡設備

中繼器：主要是對接受信號進行再生和發送，其不解釋也不改變接收到數字信號。工作在物理層。

集線器：是一個多端口的中繼器。

網橋：通過分析幀地址字段，來決定是否將收到的幀發送到另一個網段上。其工作在數據鏈路層。

交換機：是一個多端口網橋。

路由器：工作在網絡層，主要完成協議轉換。

網關：對不同的傳輸層、會話層、表示層和應用層的協議進行翻譯和轉換。

2.2廣播域與沖突域

沖突域：連接在同一導線上的所有工作站的集合。

中繼器和集線器連接的所有節點處在同一沖突域中，網橋、交換機和路由器可以分割沖突域。

廣播域：指接受同樣廣播消息的節點的集合。

網橋和交換機連接的所有節點處在同一廣播域，路由器和三層交換設備可以分割廣播域。

2.3IP協議

IP協議時Intemet中網絡層協議，提供無連接的服務

2.3.1IP協議提供的服務

IP協議控制傳輸的協議單元稱為IP數據報。IP數據報中包括收/發雙方的IP地址。IP協議提供不

可靠、無連接的、盡力投遞的數據報投遞服務。

2.3.2IP地址(IPV4)

一個IP地址由網絡號和主機號組成，由4個字節共32位二進制數組成。一般用點分十進制表示。

IP地址第一字節二進制固定二進制網絡二進制主機

網絡數主機數

分類十進制范圍高位位數數

A類1-1260812624

B類128-191101616

C類192-223110248

D類224-2391110組播地址

E類240-25411110留給實驗用

IP地址配置原則：

（1）網絡地址第一個數字不能為127,127的地址用于測試連接。

（2）網絡地址不能全為0,也不能全為255。

（3）只有A、B、C類的IP地址可以分配給計算機或者網絡設備。

私有地址（不允許出現在互聯網上）

10.0.0.0-10.255.255.255A類

255.255C類

特殊IP地址

0.0.0.0嚴格講這不是一個ip地址，在本網絡