自学考试新版网络工程串讲笔记beta版.docx
《自学考试新版网络工程串讲笔记beta版.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自学考试新版网络工程串讲笔记beta版.docx（83页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
自学考试新版网络工程串讲笔记beta版
网络工程串讲笔记（04749）
第1章概述
1.2计算机网络介绍
识记：
1.2.1计算机网络定义
计算机网络是：
计算机技术与通信技术相结合的产物，计算机网络是由自主计算机互连起来的集合体。
将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统、网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。
计算机网络包括硬件和软件两大部分。
其中，硬件包含计算机、通信设备、接口设备和传输介质等四个部分；软件包含通信协议和应用软件。
1.2.2计算机网络拓扑结构
识记：
1、广域网拓扑结构：
广域网是将多个子网或多个局域网互接起来的网络。
在一个子网或者局域网中，集线器、中继器、交换机将多个设备连接起来形成局域网拓扑结构；而桥接器、路由器、传输设备及网关则将子网或局域网连接起来形成网际拓扑结构。
广域网特点：
点到点、存储转发、工作在底层
（1）网状拓扑结构
广域网通常由多种类型和型号的设备及链路组建而成，网络的结构复杂。
它的主干网络通常为网状拓扑结构，其中网络结点与通信线路互连成不规则的形状，结点之间的连接是任意的，没有规律的。
优点：
系统可靠性高，比较容易扩展，一般任意两点之间，存在两条或两条以上的通信路径，当一条发生故障时，可以通过另一条路径进行信息传输。
可以改善通信路径上的信息流量分配
可以在多条路径中选择最佳路径，以减小传输延迟
网络可组建成各种形状，采用多种通信信道，多种传输速率，适合广域网复杂的网络环境
缺点：
线路和结点成本高
结构复杂，难于管理和维护，每一结点都与多点进行连接，必须采用路由算法和流量控制方法
（2）环形拓扑结构
通过桥接器、传输设备和路由器把不同的子网或LAN连接起来形成环形拓扑结构，通常采用光纤做主干线。
它具有可靠性好，不存在单点失效问题，可以灵活地建立各种链路备份策略。
2、局部网络拓扑结构
局域网特点：
广播式，工作再物理层、数据链路层、网际层
典型拓扑结构有星型、环形、总线型、树形4种
（1）星形拓扑结构
星形拓扑结构以中央结点为中心，用单独的线路使中央结点与其他站点相连，各站点间的通信都要通过中央结点。
星型拓扑结构非常适合于局域网中使用，可以提高多计算机间的通信效率。
优点：
①增加站点容易
②成本低
③容易确定网络故障点
④通道分离
⑤网络结点增删方便、快捷
结构简单、容易实现、便于管理，连接点的故障容易检测和排除。
缺点：
中央结点出现故障时会导致整个系统瘫痪，故可靠性较差。
中心结点是全网络的可靠性瓶颈，中心结点出现故障会导致网络瘫痪。
（2）环形拓扑结构
环形拓扑结构中计算机相互连接而形成一个环。
参与连接的不是计算机本身，而是环接口。
环中数据只能单向传输，信息在每台设备上的延时是固定的，特别适合实时控制的局域网系统。
这种拓扑结构在令牌环和FDDI网络中较好的应用。
优点：
结构简单，适合使用光纤，传输距离远，传输延时确定
缺点：
环网中每个结点均成为网络可靠性的瓶颈，任意结点出现故障都会造成整个网络瘫痪，另外故障诊断也较困难。
特点：
①任意结点故障都会造成网络瘫痪
②故障诊断也较困难
③容量有限
④难以增加新的站点
（3）总线形拓扑结构
总线形拓扑结构就是将各个结点（如服务器、工作站等）用一根总线（如同轴缆、双绞线、光纤等）连接起来。
特点：
敷设的电路最短，成本低，某个站点的故障一般不会影响整个网络，但介质故障会导致网络瘫痪。
安全性低，监控比较困难，通信效率比较低下，增加新站点也不如星型拓扑容易。
较早的以太网多采用这种拓扑结构。
优点：
结构简单、布线容易、可靠性较高、易于扩充，是局域网常采用的拓扑结构。
缺点：
所有数据都需要经过总线传送，总线成为整个网络的瓶颈，出现故障诊断较为困难。
树形拓扑结构
（4）树形拓扑结构
计算机都是既连接它的父结点（除根结点外）又连接它的子结点（除叶结点外），连接关系呈树状。
它是一种层次结构，结点按层次连接，信息交换主要在上下结点之间进行，相邻节点或同层结点之间一般不进行数据交换。
优点：
①结构连接简单
②维护方便
③适用于汇集信息的应用要求
缺点：
资源共享能力较低、可靠性不高。
1.2.3计算机网络体系结构
计算机网络体系结构是指网络的层次结构和协议。
协议（Protocol）是计算机网络协议的简称，是指网络中计算机与计算机之间、网络设备与网络设备之间、计算机与网络设备之间进行信息交换的规则。
计算机网络技术体系结构分层的好处是：
①各层之间是独立的，每层只关注实现本层的功能即可；②灵活性好，每一层次可以灵活地采用不同的方法来实现本层的功能，增加和删减功能也较为容易；③结构上可以分隔开，层次之间的相互影响小，降低了实现和维护的难度，同时能够促进标准化的工作。
两大网络体系结构：
OSI/RM七层理论模型TCP/IP概念层（TCP/IP也已经成为目前最重要的互联网络协议）
应用层
应用层
表示层
会话层
传输层
传输层
网络层
网际层
数据链路层
网络接口层
物理层
Allpeopleseemtoneeddataprocessing
TCP/IP网络模型（TCP/IP是一簇通信协议的代名词，其中最重要的协议是传输控制协议和网际协议）。
TCP/IP目前在实际应用中最为成功的网络体系结构，以它为基础的INTERNET成为了目前国际上规模最大的互联网，TCP/IP也已经成为目前最重要的互联网络协议（模型的优点应用）
识记：
网络接口层
定义了IP数据报在拥有不同数据链路层和物理层网络中的传输方法，使得TCP/IP网络模型具有很强的兼容性与适应性。
应用于：
以太网、令牌网、X.25网、帧中继网、ATM网、HDLC（高级数据控制）和PPP（广域网，点到点链接）
网际层
是TCP/IP网络模型最核心的层次，负责网络间的路由选择、流量控制和阻塞控制；核心协议是IP，是一种无连接的网络层协议，只能提供“尽力而为”的服务，传送的数据单位是报文分组或数据包。
传输层
在网络中源主机与目的主机之间建立端到端的连接；传输层包括传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP），TCP是一种可靠的面向连接的协议，UDP是一种不可靠的无连接协议。
应用层
网络终端协议（Telnet）、文件传输协议（FTP）、简单邮件传输协议（SMTP）、简单网络管理协议（SNMP）、超文本传输协议（HTTP）等。
1.3计算机网络技术（领会三技术需要解决的问题）
1.3.1计算机网络技术简介
识记：
计算机网络组网技术：
传输技术通过物理链路将信息从一端传到另一端，主要工作在物理层，承载技术又叫做承载网络，也就是能够传输IP报文的所有网络，包括多种局域网和广域网。
路由技术负责在网络间建立路径，保证网络之间的数据互通。
总的来说，传输技术负责物理链路上的数据传递，承载技术负责网络内部的信息交互，路由技术负责网络间的信息互通。
传输技术
有线传输技术：
ADSL、E1、DDN、SDH等
无线传输技术：
蜂窝移动通信、微波通信、卫星通信和小范围的WLAN、红外、蓝牙、UWB等。
承载技术
主要介绍各种能够承载IP报文的网络。
局域网：
以太网、WLAN；
广域网：
HDLC、PPP等网络。
IP路由技术
1内采用内部网关协议（IGP），例如RIP（路由信息协议）、OSPF（开放最短路径协议）；域间采用外部网关协议（EGP），常用BGP（边界网关协议）
②一个网络内采用了多个路由协议时，为了实现路由协议之间的互通，就需要路由重发布技术
③为了能够将更多的私有网络实现与因特网的互连，需要采用NAT（网络地址转换）技术。
计算机网络管理技术
网络安全
网络安全负责网络中信息传递和交换的安全性；网管和维护负责对网络中各个设备和链路的监控、配置和维护。
网络安全是指网络系统的硬件、软件及其系统中的数据受到保护，不因偶然的或者恶意的原因而遭受到破坏、更改、泄露，系统连接、可靠、正常地运行，网络服务不中断。
网络安全包括运行系统安全、网络上系统信息的安全、网络上信息传播安全和网络上信息内容的安全。
1VPN技术利用接入服务器、路由器以及VPN专用设备，在公用的广域网上实现虚拟专用网的技术。
1叠模型VPN
需要用户自己建立端结点之间的VPN链路，主要包括：
GRE、L2TP、IPSec等众多技术。
②对等模型VPN
由网络运营商在主干网上完成VPN通道的建立，主要包括MPLSVPN技术。
㈡防火墙
将内部网和公众访问网（如因特网）分开的方法。
网络管理和维护
①网络管理有5大功能：
故障管理、配置管理、性能管理、安全管理和计费管理。
②网络管理主要方式：
SNMP（简单网络管理协议）和RMON标准的网络管理
③RMON标准：
为提高传送管理报文的有效性、减少网管控制台系统的负载、满足网络管理员监控网段性能的需求。
④HSRP（热备份路由协议）：
一台路由器出现了不能工作的情况，它的全部功能必须被另一台备份路由器完全接管。
对于网络边缘路由器来说HSRP不能保证局域网内的用户的正常工作。
⑤VRRP（虚拟路由器冗余协议）：
网络容错协议，它可以消除静态默认路由环境中所固有的缺陷，保障局域网网关的可靠性。
计算机网络应用技术
网络服务分为基础网络服务（DNS）和网络应用服务（Web和FTP）
2机之间的协作方式经历了文件服务器模式、C/S模式、B/S模式和对等网模式（p2p）
1.3.2计算机网络常用设备简介（领会）
网络设备：
物理层：
中继器、集线器
数据链路层：
网桥、以太网交换机
网络层：
路由器、三层以太网交换机
常见的网络设备包括中继器、集线器、网桥、以太网交换机、路由器等
局域网网络设备：
以太网中继器、集线器、网桥和以太网交换机
以太网中继器和集线器工作在物理层，以太网中继器只能对传输距离进行延长，扩展能力较弱；集线器可以方便地扩展网络规模，但是由于冲突域的限制，规模不能太大。
网桥工作在物理层和数据链路层，并且可以兼容多种物理层和数据链路层的协议；以太网交换机工作在以太网的物理层和数据链路层，只能实现以太网的扩展。
使用局域网中的网络设备对局域网进行扩展后，仍然属于同一个局域网。
以太网中继器
扩大局域网的覆盖范围，以太网中继器是模拟设备，将在一段上出现的信号放大到另一段上，可以避免信号衰弱过大，提高传输距离。
不理解帧、分组和头的概念，只理解电压值。
以经典的以太网中，只允许使用4个中继器，从500m扩展到2500m。
集线器
拓展网络简单、方便，它通过将一个端口接收的信号分给其他的所有端口来扩展物理介质。
所有连接到集线器的设备共享同一介质和带宽，属于同一冲突域和广播域。
在某些场合，集线器也被称为“多端口中继器”。
同时只能传输一个数据帧，所有端口都是单工通道。
网桥
工作在数据链路层（二层网络设备），可将数个局域网网段连（同一局域网）接在一起，形成一个更大范围的局域网。
可以隔离冲突域，从而提高了扩展能力。
以太网交换机
实质上就是一个多端口的网桥，交换机不隔绝广播，所连接的设备仍然在同一个广播域内，不隔绝广播，这使得交换机的扩展网络的能力也受到了一定的限制
局部多网络互连
局部区域的多个局域网之间可以采用三层交换机和路由器进行互连。
三层交换机在数据传输的开始阶段工作在以太网的物理层、数据链路层以及网络层。
当进入流交换阶段，则只工作在以太网的物理层和数据链路层。
三层交换机只能用于局部以太网的互连，可以实现网络间的高速信息交换。
路由器可以用于各种网络的互联；可以工作在不同的物理层、数据链路层、以及网络层；可以将不同的局域网互联在一起。
广域网
不仅包含了路由器设备，还包含了远距离的传输设备。
路由器工作在不同网络的物理层、数据链路层以及网络层；传输设备只工作在物理层、包括中继器、光传输设备等。
中继器
通过对数据信号的重新发送或者转发，来扩大网络传输的距离。
中继器主要有无线信号中继器、双绞线中继器、视频中继器、隔离防雷中继器、光纤中继器、串口中继器、网桥中继器等。
光传输设备
光传输设备有光端机、光Modem、光纤收发器、光交换机、PDH（准同步数字系列）、SDH（同步数字体系）等类型的设备。
路由器
路由器是一种网络互联设备，主要功能是选择路由并在不同网络之间转发报文，它决定网络间数据传输的最佳路径。
隔绝广播，划分广播域。
第2章传输技术
2.1ADSL
2.1.1ADSL简介
ADSL（AsymmetricDigitalSubscriberLine,非对称数字用户线路）
ADSL借助电话线（铜双绞线）来传输的技术。
通过电话线经由公共交换电话网PSTN，只能实现最大57.6kbit/s（kbps）的数据接入速率。
在同一铜线上传送数据和语音信号，数据信号不通过电话交换机设备，ADSL上行（上传动作）和下行（下载动作）宽带不对称，下行信道的宽带高于上行信道，适用于视频点播（VOD）、多媒体信息检索和其他交互式业务。
ADSL采用频分复用技术把一对铜线（电话线）分成了电话、上行和下行3个相对独立的信道。
传统的电话语音业务仍然使用铜线的低频部分（4kHz以下频段），不受数据业务的影响。
数据业务支持上行速率512kbit/s~1Mbit/s，下行速率1~8Mbit/s，有效传输距离在3~5公里范围以内。
（ADSL信道划分识记）
2.1.2ADSL的工作原理（领会）
ADSL主要是通过划分频段，使用QAM、CAP、DMT等调制技术，实现上行640kbit/s、下行8Mbit/s的数据传输速率。
在ADSL线路上,POST（传统电话业务）使用是铜双绞线低频部分（0～4kHz频段）。
数据业务通过DMT技术，将原来铜双绞线160kHz~1.1MHz频段划分256个频宽为4kHz的子信道，来传送下行数据信号；将25kHz~160kHz频段划分32个频段为4kHz的子信道，来传送上行数据信号。
子信道的噪声比较大，在该信道上能够调制的比特数就越多。
如果某个子信道信噪比很差，则弃之不用。
DMT多音频调制技术是建立在QAM的思想基础之上的，这种调制方法有时也称为正交频分复用。
如果将传输信道频谱划分为若干频段。
在各个频段上均采用上面提到的QAM方法，然后再将各自输出叠加在一起，经传输信道传送，所得到的波形即为DMT码（元）。
2.1.3ADSLModem的分类
ADSLModem：
桥接式：
只工作在第二层，即对二层包头信息进行处理。
（a）固定IP地址接入方式
（b）RFC2516——PPPoverEthernet接入方式
路由式：
负责第三层的工作，具有小型路由器的功能
采用PPPoE方式
采用PPPoA（ATM）方式
RFC1483Bridged+默认路由方式
RFC1483Routed+RFC1577+默认路由方式
2.2E1/T1数字中继
E1/T1主要使用同轴电缆进行传输，E1是脉冲编码调制PCM30/32传输系统的简称，其传输速率为2.048Mbit/s，我国采用和欧洲一样的标准，在北美国家和日本使用T1的传输系统，它的传输速率为1.544Mbit/s
E1的数据帧由32时隙组成，时隙的编号为TS0，TS1，...，TS31，每个时隙传送8bit数据，一帧共256bit（8*32=256）。
E1最开始主要传输语音信号，必须每秒固定传送8000帧，因此E1的数据率就是256*8000=2.048Mbit/s，每个时隙的速率为64kbit/s（2.048/32=64）。
2.2.1E1的帧结构
E1分为成帧和不成帧两种方式，一帧由32个时隙组成，TS0时隙用于传输帧同步数据，其他的TS1~TS31传送用户信息或信令。
16个帧可以组成一个复帧。
在成复帧的E1中，TS16用于传送信令，TS1~TS15，TS17~TS31共30个时隙用于传输有效数据。
不成帧的E1中，所有32个时隙都可用于传输有效数据。
这时可以把E1线路当做一条2Mbit/s的线路整体对待。
（E1帧结构识记）
2.2.2E1的应用（领会）
1、传输语音
需要使用E1成帧方式，
1、中国一号信令R2，TS16时隙就要传送复帧同步与线路信令；
2、ISDNPRI信令，TS16充当信令D通道传送信令信息，余下30个时隙可用于传输有效数据，即30B+D，其中B通道是业务通道，宽带为64kbit/s，D通道带宽为64kbit/s
2、传输数据
成帧的E1连接数据分组交换设备时，还可以作为CE1接口（信道化E1），将TS1~TS31时隙任意分成若干组，每组时隙捆绑在一起，作为一个接口使用，其逻辑特性与同步串口相同，可以支持PPP、帧中继和X.25等数据链路层协议，支持IP和IPX等网络协议。
不成帧的E1连接数据分组交换设备时，它相当于一个不分时隙、数据带宽为2Mbit/s的接口，其逻辑特性与同步串口相同，可以支持PPP、帧中继和X.25等数据链路层协议，支持IP和IPX等网络协议。
2.3DDN
DDN是数字数据网，其基本单位是结点，结点之间通过光纤连接，构成网状拓扑结构，用户的终端设备通过数据单元（DTU）与DDN结点相连，DDN为用户提供高质量的数据传输通道。
（DDN网络结构识记）
DDN的特点：
传输质量高、时延小、通信速率可以自主变化。
路由自动迂回，保证链路高可用率。
全透明传输，可支持数据、图像、话音等多媒体业务。
方便地组建虚拟网（VPN）建立自己的网管中心。
DDN的主干传输为光纤传输，高速安全。
采用点对点或点对多点的专用数据线路。
中国的DDN技术体制将DDN结点分成3类
2兆结点（骨干结点）、接入结点（各类业务提供接入功能）、用户结点（用户入网提供接口，并且进行必要的协议转换）。
DDN一般有两种承载IP的方式。
一种是DDN提供透明通信，在透明通信封装HDLC、PPP等串行通信协议，在协议上承载IP，可以是点到点方式和点到多点方式。
另外，提供X.25、Frame-relay等协议的接口，路由器可以在这些协议之上承载IP。
2.4SDH
在铜双绞线和铜轴电缆上可以获得较高的速率，而光纤传输技术可以提供比铜线更高的速率，因此在线路上需要更高速率时，光纤是理想的传输介质。
2.4.1SDH标准
SDH（同步数字系列）是由CCITT（现ITU-T，电话电报咨询委员会）指定的传输体系标准，它得益于SONET（同步光网络）这套传送标准适用于光钎、微波、卫星传送的通用技术体制，SONET主要用于北美国家和日本，SDH主要用于中国和欧洲国家。
SDH标准定义了一套可进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的标准化数字信息的结构等级，实现了数字传输体质上的世界性标准，同时还可容纳各种新的数字业务信号（如ATM信元、FDDI信号等）。
SDH具有统一的速率标准，SDH上的数据是以同步传送模块（STM-N），N值为0、1、4、16、64、256，在N大于0时，STM-N的速率为155.520Mbit/s的N倍。
PDH（准同步数字系列）：
SDH技术具有良好的网络自愈功能。
2.4.2SDH的组成设备
终端复用器（TM）、分插复用器（ADM）、再生中继器（REG）和数字交叉连接（DXC）。
2.4.3SDH的帧结构
SDH的帧结构是块状帧，以字节为单位，由纵向9字节和横向270*N字节组成，125μm每帧，帧速率为8000f/s，帧结构中安排了丰富的开销比特（不传数据），使网络的运行、管理、维护（OAM）能力大大加强。
SDH的帧包括
段开销、信息净荷、管理单元指针
单元管理指针（AUPTR）用来指示净荷的第一字节在STM-N帧内的准确位置。
SDH的开销字段分为RSOH、MSOH和POH3种。
SDH的虚容器
VC（虚容器）是SDH网中用以支持通道层连接的一种信息结构，它是由信息净负荷和POH组成的一矩形块状帧结构。
分为低阶VC和高阶VC。
它的包封速率与SDH网同步，VC可作为一个独立实体在通道中任一点取出、插入，以进行同步复用或交叉连接处理。
SDH的复用原理
在SDH网络边界处要通过映射把支路信号适配装入响应的VC。
映射可以使信号与响应的VC容器同步，映射后的VC成为能独立进行传送、复用和交叉连接的实体。
SDH采用同步复用方式和灵活的复用映射结构，使低阶信号和高阶信号的复用/解复用一次到尾，简化了设备的处理过程，省去了大量的有关电路单元、跳线电缆和点接口数量，增强了运营和维护能力。
2.4.4相关技术
1．虚级联
虚级联可以更加灵活地组织VC，能够将分布在不同STM-N中的VC组成一个VC–n-Xv虚级联组。
2.链路容量调整机制
3.PoS/EoS
在SDH网络上传送IP数据包，亦称为PacketoverSDH（PoS）技术，这是传统的SDH承载IP包的方式，主要采用的是PPP封装。
EoS技术还没有得到普及，目前主要使用LAPS和GFP两种方式。
（1）PPP封装
（2）LAPS封装
（3）GFP封装
2.5蜂窝移动通信技术
第一代：
以模拟“大哥大”为代表
第二代：
GSM和TS-95CDMA
第三代：
3G是CDMA2000（中国电信）、WCDMA（中国联通）和TD-SCDMA（中国移动）
GSM（全球移动通信系统）起源于欧洲的移动通信技术标准，属于第二代通信技术，GSM可以提供语音服务和SMS短信服务。
GPRS（通用分组无线用户）是在GSM基础上发展起来的分组交换的数据承载和传输业务。
2.5.1GSM网络组成
GSM系统主要包括3个相关的子系统，它们是网络交换子系统（NSS）、基站子系统（BSS）和操作与支持子系统（OSS），移动台（MS）通常被认为是BSS的一部分。
（识记）
1．网络交换子系统
（1）归属位置寄存器：
HLR是GSM系统中最重要的数据库，每个入网的手机用户都在数据库中存在相应的记录。
在这个数据库中存储的用户信息有用户的识别号码、用户类型、访问能力、补充业务等。
此外，还存储了有关移动台（MS）的最新位置信息。
利用这个位置信息，可以使GSM系统能随时找到移动台MS。
（2）移动交换中心：
MSC是以程控交换机为基础的交换设备，它具备更多的七号信令处理能力和移动通信处理能力。
移动交换中心与归属位置寄存器与拜访位置寄存器相互配合提供移动用户的位置登记、越区切换、自动漫游等网络功能，为移动用户提供各类承载业务的补充业务。
（3）拜访位置寄存器：
GSM系统的用户数据不存储移动交换中心中，而是经由拜访位置寄存器VLR来获得。
（4）签权中心：
AUC是归属位置寄存器的一个功能单元，它存储着用户签权信息和加密密钥，保证移动用户通信安全，防止未授权用户进入系统。
（5）设备识别寄存器：
GSM系统的移动台终端是机卡分离的，每个裸机的信息可以经由设备识别寄存器EIR来管理。
2．基站子系统
基站子系统（BBS）主要是由基站控制器（BSC）和基站发信机（BTS）组成。
移动台（MS）属于基站子系统的一部分，是GSM系统中移动用户使用的设备，通过无线空中接口与基站发信机BTS连接。
移动台包含了用户标识卡（SIM）。
3．操作与支持子系统
操作与支持子系统（OSS）为操作维护中心和网络管理中心负责全网的通信质量及运行管理，记录和收集全网运行中的各种数据，比如各基站信道点配置、通话次数、短信次数等。
2.5.2无线信道
无线信
升级会员 