自考网络工程串讲笔记剖析.docx

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自考网络工程串讲笔记剖析

自考网络工程串讲笔记（04749）

第1章概述

1.2计算机网络介绍

1.2.1计算机网络定义

1、计算机网络是：

（1）计算机技术与通信技术相结合的产物

（2）由自主计算机互连起来的集合体

（3）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（目的）。

2、计算机网络包括硬件和软件：

硬件：

通信设备为主机转发数据，接口设备是网络和计算机之间的接口。

主机（端系统）：

个人计算机、大型计算机、客户机（client）或工作站（workstation）、服务器（sever）

通信设备（中间系统）：

交换机和路由器

接口设备：

网卡、调制解调器

传输介质：

双绞线、同轴电缆、光钎、无线电和卫星链路。

软件：

通信协议和应用软件

通信协议（计算机之间的信息传输规则）：

TCP/IP等

应用软件（网络上的各种应用）：

WWW、E-mail、FTP等

1.2.2计算机网络拓扑结构

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。

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。

广域网特点：

点到点、存储转发、工作在底层

（1）网状拓扑结构

优点：

①系统可靠性高，比较容易扩展

②可以改善通信路径上的信息流量分配

③可以在多条路径中选择最佳路径，以减小传输延迟

④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：

①线路和结点成本高

②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

采用光纤做主干线。

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

（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。

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

缺点：

可靠性差

（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。

优点：

①控制简单

②不存在数据冲突

③信道利用率高

缺点：

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

⑤对结点要求高

（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。

优点：

①可靠性高

②成本低

③扩充性好

缺点：

①安全性低

②监控比较困难

③通信效率低下

④增加结点困难

（4）树形拓扑结构

树形拓扑结构中，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。

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：

①资源共享能力较差

②可靠性不高

1.2.3计算机网络体系结构

1、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。

2、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。

分层注意：

若层数太少，就会使每一层的协议太复杂；若层数太多，又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。

3、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

4、TCP/IP网络模型

TCP：

有连接，可靠性高；IP：

无连接，不可靠，速度快。

（1）网络接口层

定义了IP数据报载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）

（2）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。

（3）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。

（4）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

1.3.1计算机网络技术简介

1、计算机网络组网技术

（1）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。

无线技术比较

UWB

蓝牙

802.11g

HomeRF

速度

1Gbps

<1Mbps

<54Mbps

1-2Mbps

距离

<10m

<10m

10~100M

<50m

适用范围

家庭或办公

家庭或办公

电脑电话移动设备

（2）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。

（3）IP路由技术

①域内采用网关协议，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，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。

2、计算机网络管理技术

（1）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。

㈠VPN技术利用接入服务器、路由器以及VPN专用设备，在共用的广域网上实现专用网的技术。

①重叠模型VPN

需要用户自己建立端结点之间的VPN链路，主要包括：

GBE、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。

（2）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。

⑤VRRP（虚拟路由器冗余协议）：

网络容错协议

3、计算机网络应用技术

①网络服务分为基础网络服务和网络应用服务

②主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

1.3.2计算机网络常用设备简介

网络设备：

①物理层：

中继器、集线器

②数据链路层：

网桥、以太网交换机

③网络层：

路由器、三层以太网交换机

1、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。

（1）以太网中继器

扩大局域网的覆盖范围，允许使用四个中继器，从500m扩展到2500m。

中继器

种类

接口

距离

统分

10Base-2

BNC

185-925m

细缆

10Base-5

AUI

500-2500m

粗缆

10Base-T

RJ45

100-500m

粗缆

10Base-F

SC/ST/FC

500-2500m

粗缆

（2）集线器

被称为“多端口中继器”

（3）网桥

工作在数据链路层（二层网络设备），可以隔离冲突域

（4）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，易产生广播风暴，这使得交换机的扩展网络的能力也受到了一定的限制

2、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、数据链路层以及网路错哦恩。

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。

3、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。

（1）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。

（2）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（数字同步系列）等类型的设备。

（3）路由器

隔绝广播，划分广播域。

网络工程串讲笔记

第2章传输技术

2.1ADSL

2.1.1ADSL简介

1、XDSL

（1）非对称

①ADSL：

非对称数字用户线路

（a）上行：

512kbps-1Mbps

（b）下行：

1Mbps-8Mbps

（c）FDM（频分多路复用技术）带宽<=4Khz

②VDSL：

甚高比特率数字用户线路

（a）上行：

1.5-2.5Mbps

（b）下行：

13-52Mbps

（c）易掉线

（2）对称

①HDSL：

高速率数字用户线路

（a）1.544Mbps或2.048Mbps

②SDSL：

对称数字用户线路（上下行最高传输速率相同）

（a）1.544Mbps或2.048Mbps

系统结构：

ADSLModem数模转换

将数字信号与语音信号分离

固定电话网

数字用户线接入复用设备

负责用户认证和计费管理

ADSL除了使用频带划分来承载不同业务，还是用了ATM、PPPoE等相关技术来实现Internet的接入访问。

用户侧的ADSLModem与局端的DSLAM之间就需要建立ATM的PVC虚电路来传送上层的IP报文，PPPoE技术则用来确定用户与BRAS之间点到点关系。

2.1.2ADSL的工作原理（利用FDM频分多路复用）

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

（1）QAM（正交幅度调制）：

是通过相互正交的两个载波的幅度变化来进行信号调制。

通过PSK（移相键控法）ASK（移幅键控法）常用QAM-16（每个码元传输4位）、QAM-64，R=Blog2N

（2）CAP（无载波幅相调制）：

被看作是QAM的数字调制方式。

（3）DMT（离散多音频调制）：

一种划分子信道，在每个子信道上利用QAM调制的技术。

（4）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。

（信噪比=10log210（s/n））

P

DMT多音频调制技术室建立在QAM的思想基础之上的。

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：

（1）桥接式（RFC1438）：

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

RFC1483Bridge桥接原理，用户PC配置固定的公网IP。

（b）RFC2516——PPPoverEthernet接入方式

①需安装PPPoE客户端软件（拨号软件），实现PPP的动态接入。

②建立多条PVC虚通道（永久性的虚电路）与DSLAM和BRAS配合，灵活选择业务。

③PPPoE通过PAP（密码认证协议）或CHAP（点到点的询问握手协议）来保证接入的安全。

（2）路由式

（a）采用PPPoE方式：

PPPoE连接的建立和释放均由ADSLModem负责，ADSLModem的WAN接口（广域网接口）获得BRAS动态分配的公网IP地址，LAN接口（局域网接口）配置私有IP地址

（b）采用PPPoA（ATM）方式

（c）RFC1483Bridged+默认路由方式

（d）RFC1483Routed+RFC1577+默认路由方式

ADSLModem不同工作模式下的配置参数

PPPoE

PPPoA

RFC1483桥接

RFC1483路由

RFC1577专线

需配置参数

PPPoE用户名

PPPoA用户名

VPI/VCI

VPI/VCI

VPI/VCI

PPPoE密码

PPPoA密码

—

WANIP

WANIP

VPI/VCI

VPI/VCI

—

子网掩码

子网掩码

安全协议

安全协议

—

默认网关

默认网关

—

—

—

DNS

DNS

注：

VPI/VCI：

虚拟通道标识/虚拟通信标识

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

（老教材）

E1帧的结构

8位8位8位8位

C1

……

C30

作用：

信令

作用：

同步

|------------------->数据<-------------------|信令位同步位

帧结构花125ms。

①E1共多少位：

30*8+8+8=256位

②E1速率：

256bit/125ms=2.048

③E1编码效率：

（30*8/30*8+8+8）*100%=94%

④开销率：

1-94%=6%

T1帧的结构

8位8位1位

C1

……

C24

||||

7位--------------->用于传输数据<-------------------7位第193位帧编号位

1位--------------->传输数字信号<-------------------1位

帧结构花125ms

①有效数据位：

7*24=168位

②速率：

（7+1）*24+1/125ms=1.544Mbit/s

③编码效率：

[（7*24）/193]*100%=87%

④开销率：

1-87%=13%

（现教材）

E1分为成帧和不成帧两种方式，成帧时TS0时时隙用于传输帧同步数据，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。

2.2.2E1的应用

1、传输语言（E1成帧方式）

（1）ISDN（综合业务数字网）

①宽带业务B-ISDN

②窄带业务N-ISDN1-64kbit/s

（2）ISDN接口

①基本速率接口BRI：

2B（传输数据与语音：

64kbps）+D（信令：

16kbps）

②一次基群速率接口

（a）E1：

30B（64kbps）+D（16kbps）2.048Mbps

（b）T1：

23B（64kbps）+D（16kbps）1.544Mbps

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，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，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的特点：

（1）传输质量高、时延小、通信速率可以自主变化。

（2）路由自动迂回，保证链路高可用率。

（3）全透明传输，可支持数据、图像、话音等多媒体业务。

（4）方便地组建虚拟网（VPN）建立自己的网管中心。

（5）DDN的主干传输为光纤传输，高速安全。

（6）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

（1）2兆结点：

2兆结点是DDN网络的骨干结点。

（2）接入结点：

接入结点主要为DDN各类业务提供接入功能。

（3）用户结点：

用户结点主要为DDN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，装HDLC、PPP等串行通信协议，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

1310nm，1550nm，损耗比较低，当波长是1310nm时，光纤损耗是0.3~0.4db/km，当波长是1550nm波长时，光纤损耗是0.2~0.3db/km。

光纤由3个部分组成，最中心是最高折射率玻璃芯（芯径为10μm、50μm或62.5μm），中间部分为低折射率硅玻璃包层（直径为125μm），最外层为加强用的树脂涂覆层。

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）。

全世界统一的网络结点接口（NNI），并对个网络单元的光接口有严格的规范要求，从而使得任何网络单元在光路上得以互通，实现了横向兼容性。

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，STM-1的速率为155.520Mbit/s

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

（1）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）REG：

一种是纯光的REG，第二种是用于脉冲再生整形的电RGE。

（3）DXC（等ATM同用）：

主要完成STM-N信号的交叉连接功能。

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）。

RSOH

POH

STM-N净负荷

（含POH）

AUPTR

MSOH

270*N

注：

STM-1信息净荷速率：

=261*9*8*8000=150.336Mbps

STM-1速率：

=270*9*8000*8=155.520Mbps

STM-1信息净荷速率共2349字节

段开销字节：

8*9=72

STM-1一块帧共用（9+261）*9=2430字节

SDH的帧包括

（1）段开销

段开销是传输STM帧时为保证信息正常灵活传送所必需的附加字节。

9*8=72字节

段开销由再生段开销（RSOH，3个开销）和复用段开销（MSOH，5个开销，对STM-16任意通道进行监控）。

（2）信息净荷

用于通道性能监视，管理和控制的通道开销（POH），STM-1的净荷共有261*9=2349字节

（3）单元管理指针

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。

1、SDH的开销字段

分为RSOH、MSOH和POH3种。

2、SDH的虚容器

分为低阶VC和高阶VC

3、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。

对于高次群信号，经过异步映射可装入响应的VC中。

异步映射不要求信号与网络同步，只需通过各级TU指针和AU指针的处理就能将PDH信号装入SDH中。

对于基群信号可采用异步映射和同步映射两种方式，同步映射要求信号先经过一个一帧长度的滑动缓冲器，使信号和网络同步。

同步映射的好处是信号在VC净负荷中的位置是固定的，不需要TU指针，减少了处理过程，提高了传输效率，代价是假如时延和滑动损伤。

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。

2.5蜂窝移动通信技术

第一代模拟移动通信技术，第二代数字移动通信技术，第三代移动通信技术，第四代是TD-LTE（中国自主研发）

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。

、

第3章承载技术

3.1承载技术简介

最早的承载网络主要是电话网，通过调制解调器传输数据。

在广域网中大量采用光纤上使用PPP承载IP。

承