第一章：网络系统统结构与设计的基本原则

计算机网络按地理范围划分为局域网，城域网，广域网；

局域网提高数据传输速率10mbps-10gbps，低误码率的高质量传输环境

局域网按介质访问控制方法角度分为共享介质式局域网和交换式局域网

局域网按传输介质类型角度分为有线介质局域网和无线介质

局域网早期的计算机网络主要是广域网，分为主计算机与终端（负责数据处理）和通信处理设备与通信电路（负责数据通信处理）

计算机网络从逻辑功能上分为资源子网和通信子网

资源子网（计算机系统，终端，外网设备以及软件信息资源): 负责全网数据处理业务，提供网络资源与服务

通信子网（通信处理控制机—即网络节点，通信线路及其他通信设备）：负责网络数据传输，转发等通信处理任务网络接入（局域网，无线局域网，无线城域网，电话交换网，有线电视网）

广域网投资大管理困难，由电信运营商组建维护，广域网技术主要研究的是远距离，高服务质量的宽带核心交换技术，用户接入技术由城域网承担。

广域网典型网络类型和技术：（公共电话交换网PSTN，综合业务数字网ISDN，数字数据网DDN，x.25 分组交换网，帧中继网，异步传输网，GE千兆以太网和10GE光以太网)

交换局域网的核心设备是局域网交换机

城域网概念：网络运营商在城市范围内提供各种信息服务，以宽带光传输网络为开放平台，以TCPIP 协议为基础密集波分复用技术的推广导致广域网主干线路带宽扩展

城域网分为核心交换层（高速数据交换），边缘汇聚层（路由与流量汇聚），用户接入层（用户接入和本地流量控制）

层次结构优点：层次定位清楚，接口开放，标准规范，便于组建管理

核心层基本功能：(设计重点：可靠性，可扩展性，开放性) 连接汇聚层，为其提供高速分组转发，提供高速安全QoS 保障的传输环境；实现主干网络互联，提供城市的宽带IP 数据出口；提供用户访问INTERNET 需要的路由服务；

汇聚层基本功能：汇聚接入层用户流量，数据分组传输的汇聚，转发与交换；本地路由过滤流量均衡，QoS 优先管理，安全控制，IP 地址转换，流量整形；把流量转发到核心层或本地路由处理；

组建运营宽带城域网原则：可运营性，可管理性，可盈利性，可扩展性

管理和运营宽带城域网关键技术：带宽管理，服务质量QoS，网络管理，用户管理，多业务接入，统计与计费，IP 地址分配与地址转换，网络安全

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宽带城域网在组建方案中一定要按照电信级运营要求（考虑设备冗余，线路冗余以及系统故障的快速诊断与自我恢复）

服务质量QoS 技术：资源预留，区分服务，多协议标记转换

管理带宽城域网3 种基本方案：带内网络管理，带外网络管理，同时使用带内带外网络管理带内：利用传统电信网络进行网络管理，利用数据通信网或公共交换电话网拨号，对网络设备进行数据配置。

带外：利用IP 网络及协议进行网络管理，利用网络管理协议建立网络管理系统。对汇聚层及其以上设备采用带外管理，汇聚层一下采用带内管理

宽带城域网要求的管理能力表现在电信级的接入管理，业务管理，网络安全

网络安全技术方面需要解决物理安全，网络安全和信息安全。

宽带城域网基本技术与方案（SDH 城域网方案；10GE 城域网方案，基于ATM 城域网方案）

光以太网由多种实现形式，最重要的有10GE 技术和弹性分组环技术

弹性分组环（RPR）：直接在光纤上高效传输IP 分组的传输技术标准：IEEE802.17

目前城域网主要拓扑结构：环形结构；核心层有3—10 个结点的城域网使用环形结构可以简化光纤配置功能：简化光纤配置；解决网络保护机制与带宽共享问题；提供点到多点业务

弹性分组环采用双环结构；RPR 结点最大长度100km，顺时针为外环，逆时针为内环

RPR 技术特点：（带宽利用率高；公平性好；快速保护和恢复能力强；保证服务质量）

用户接入网主要有三类：计算机网络，电信通信网，广播电视网

接入网接入方式主要为五类：地面有线通信系统，无线通信和移动通信网，卫星通信网，有线电视网和地面广播电视网

三网融合：计算机网络，电信通信网，电视通信网

用户接入角度：接入技术（有线和无线），接入方式（家庭接入，校园接入，机关与企业人）

目前宽带接入技术：数字用户线XDSL 技术

光纤同轴电缆混合网HFC 技术

光纤接入技术，

无线接入技术，

局域网技术

无线接入分为无线局域网接入，无线城域网接入，无线Ad hoc 接入

局域网标准：802.3 无线局域网接入：802.11无线城域网：802.16

数字用户线XDSL 又叫数字用户环路，基于电话铜双绞线高速传输技术技术分类：

ADSL 非对称数字用户线速率不对称1.5mbps/64kbps-5.5km

RADSL 速率自适应数字用户线速率不对称1.5mbps/64kbps-5.5km

HDSL 高比特率数字用户线速率对称1.544mbps（没有距离影响）

VDSL 甚高比特率数字用户线速率不对51mbps/64kbps(没有影响)

光纤同轴混合网HFC 是新一代有线电视网

电话拨号上网速度33.6kbps—56.6kbps

有线电视接入宽带，数据传输速率10mbps—36mbps

电缆调制解调器Cable modem 专门为利用有线电视网进行数据传输而设计

上行信道：200kbps-10mbps下行信道：36mbps 类型：

传输方式（双向对称传输和非对称式传输）

数据传输方向（单向，双向）同步方式（同步和异步交换）

接入角度（个人modem 和宽带多用户modem）

接口角度（外置式，内置式和交互式机顶盒）

无源光网络技术（APON）优点系统稳定可靠可以适应不同带宽，传输质量的要求

与CATV 相比，每个用户可占用独立带宽不会发生拥塞接入距离可达20km—30km

802.11b 定义直序扩频技术，速率为1mbps 2mbps 5.5mbps 11mbps 802.11a 提高到54mbps

第二章：网络系统总体规划与设计方法

网络运行环境主要包括机房和电源

机房是放置核心路由器，交换机，服务器等核心设备UPS 系统供电：稳压，备用电源，供电电压智能管理

网络操作系统：NT,2000,NETWARE,UNIX,LINUX

网络应用软件开发与运行环境：网络数据库管理系统与网络软件开发工具

网络数据库管理系统：Oracle，Sybase，SOL，DB2

网络应用系统：电子商务系统，电子政务系统，远程教育系统，企业管理系统，校园信息服务系统，部门财务管理系统

网络需求调研和系统设计基本原则：共5 点

制定项目建设任务书后，确定网络信息系统建设任务后，项目承担单位首要任务是网络用户调查和网络工程需求分析需求分析是设计建设与运行网络系统的关键

网络结点地理位置分布情况：（用户数量及分布的位置；建筑物内部结构情况调查；建筑物群情况调查）

网络需求详细分析：（网络总体需求设计；结构化布线需求设计；网络可用性与可靠性分析；网络安全性需求分析；网络工程造价分析）

结点2-250可不设计接入层和汇聚层

结点100-500 可不设计接入层

结点250-5000 一般需要3 层结构设计

核心层网络一般承担整个网络流量的40%-60%

标准GE 10GE 层次之间上联带宽：下联带宽一般控制在1：20

10 个交换机，每个有24 个接口，接口标准是10/100mbps：那么上联带宽是24*100*10/20 大概是2gbps

高端路由器(背板大于40gbps)高端核心路由器：支持mpls 中端路由器（背板小于40gbps）

企业级路由器支持IPX,VINES，

QoS VPN 低端路由器（背板小于40gbps）支持ADSL PPP

路由器关键技术指标：

1：吞吐量（包转发能力）

2：背板能力（决定吞吐量）背板：router 输入端和输出端的物理通道传统路由采用共享背板结构，高性能路由采用交换式结构

3：丢包率（衡量router 超负荷工作性能）

4：延时与延时抖动（第一个比特进入路由到该帧最后一个离开路由的时间）高速路由要求1518B 的IP 包，延时小于1ms

5：突发处理能力

6：路由表容量（INTERNET 要求执行BGP 协议的路由要存储十万路由表项，高速路由应至少支持25 万）

7：服务质量8：网管能力

9：可靠性与可用性

路由器冗余：接口冗余，电源冗余，系统板冗余，时钟板冗余，整机设备冗余

热拨插是为了保证路由器的可用性

高端路由可靠性：

（1）无故障连续工作时间大于10 万小时

（2）系统故障恢复时间小于30 分钟

（3）主备切换时间小于50 毫秒

（4）SDH 和ATM 接口自动保护切换时间小于50 毫秒

（5）部件有热拔插备份，线路备份，远程测试诊断

（6）路由系统内不存在单故障点

交换机分类：从技术类型（10mbps Ethernet 交换机；fast Ethernet 交换机；1gbps 的GE 交换机）从内部结构（固定端口交换机；模块化交换机—又叫机架式交换机）

500 个结点以上选取企业级交换机

300 个结点以下选取部门级交换机

100 个结点以下选取工作组级交换机

交换机技术指标：

（1）背板带宽（输入端和输出端得物理通道）（2）全双工端口带宽（计算：端口数*端口速率*2）

（3）帧转发速率（4）机箱式交换机的扩张能力

（5）支持VLAN 能力（基于MAC 地址，端口，IP 划分）缓冲区协调不同端口之间的速率匹配

网络服务器类型（文件服务器；数据库服务器；Internet 通用服务器；应用服务器）

虚拟盘体分为（专用盘体，公用盘体与共享盘体）

共享硬盘服务系统缺点：dos 命令建立目录；自己维护；不方便系统效率低，安全性差

客户/服务器工作模式采用两层结构：第一层在客户结点计算机第二层在数据库服务器上

Internet 通用服务器包括（DNS 服务器，E-mail 服务器，FTP 服务器，WWW 服务器，远程通信服务器，代理服务器）

基于复杂指令集CISC 处理器的Intel 结构的服务器：优点：通用性好，配置简单，性能价格比高，第三方软件支持丰富，系统维护方便缺点：CPU 处理能力与系统I/O 能力较差（不适合作为高并发应用和大型服务器）

基于精简指令集RISC 结构处理器的服务器与相应PC 机比：CPU 处理能力提高

50%-75%（大型，中型计算机和超级服务器都采用RISC 结构处理器，操作系统采用UNIX）

因此采用RISC 结构处理器的服务器称UNIX 服务器

按网络应用规模划分网络服务器

（1）基础级服务器1 个CPU（2）工作组服务器1-2 个CPU（3）部门级服务器2-4 个CPU

（4）企业级服务器4-8 个CPU

服务器采用相关技术

（1）对称多处理技术SMP （多CPU 服务器的负荷均衡）

（2）集群Cluster（把一组计算机组成共享数据存储空间）

（3）非一致内存访问（NUMA）（结合SMP Cluster 用于多达64 个或更多CPU的服务器）

（4）高性能存储与智能I/O 技术（取决存取I/O 速度和磁盘容量）

（5）服务处理器与INTEL 服务器控制技术

（6）应急管理端口

（7）热拨插技术网络服务器性能

（1）运算处理能力

CPU 内核：执行指令和处理数据

一级缓存：为CPU 直接提供计算机所需要的指令与数据二级缓存：用于存储控制器，存储器，缓存检索表数据后端总线：连接CPU 内核和二级缓存

前端总线：互联CPU 与主机芯片组

CPU50%定律：cpu1 比cpu2 服务器性能提高(M2-M1)/M1*50% M 为主频

（2）磁盘存储能力（磁盘性能参数：主轴转速；内部传输率，单碟容量，平均巡道时间；缓存）

（3）系统高可用性99.9%---------------每年停机时间小于等于8.8 小时

99.99%-------------每年停机时间小于等于53 分钟

99.999%---------- 每年停机时间小于等于5 分钟

服务器选型的基本原则

（1）根据不同的应用特点选择服务器

（2）根据不同的行业特点选择服务器

（3）根据不同的需求选择服务器的配置

网路攻击两种类型：服务攻击和非服务攻击

从黑客攻击手段上看分为8 类：系统入侵类攻击；缓冲区溢出攻击，欺骗类攻击，拒绝服务类攻击，防火墙攻击，病毒类攻击，木马程序攻击，后门攻击非服务攻击针对网络层等低层协议进行

网络防攻击研究主要解决的问题：

（1）网络可能遭到哪些人的攻击

（2）攻击类型与手段可能有哪些

（3）如何及时检测并报告网络被攻击

（4）如何采取相应的网络安全策略与网络安全防护体系网络协议的漏洞是当今Internet 面临的一个严重的安全问题

信息传输安全过程的安全威胁（截取信息；窃听信息；篡改信息；伪造信息）

解决来自网络内部的不安全因素必须从技术和管理两个方面入手

病毒基本类型划分为6 种：引导型病毒；可执行文件病毒；宏病毒；混合病毒，特洛伊木马病毒；Iternet 语言病毒

网络系统安全必须包括3 个机制：安全防护机制，安全检测机制，安全恢复机制

网络系统安全设计原则：

（1）全局考虑原则（2）整体设计的原则（3）有效性与实用性的原则（4）等级性原则

（5）自主性与可控性原则（6)安全有价原则

第三章：IP 地址规划设计技术

无类域间路由技术需要在提高IP 地址利用率和减少主干路由器负荷两个方面取得平衡

网络地址转换NAT 最主要的应用是专用网，虚拟专用网，以及ISP 为拨号用户提供的服务

NAT 更用应用于ISP，以节约IP 地址

A 类地址：1.0.0.0-127.255.255.255 可用地址125 个网络号7 位

B 类地址：128.0.0.0-191.255.255.255 网络号14 位

C 类地址：192.0.0.0-223.255.255.255 网络号21 位允许分配主机号254 个

D 类地址：224.0.0.0-239.255.255.255 组播地址

E 类地址：240.0.0.0-247.255.255.255 保留

直接广播地址：

受限广播地址：255.255.255.255

网络上特定主机地址：

回送地址：专用地址

全局IP 地址是需要申请的，专用IP 地址是不需申请的

专用地址：10; 172.16- 172.31 ;192.168.0-192.168.255

NAT 方法的局限性

（1）违反IP 地址结构模型的设计原则

（2）使得IP 协议从面向无连接变成了面向连接

（3）违反了基本的网络分层结构模型的设计原则

（4）有些应用将IP 插入正文内容

（5）Nat 同时存在对高层协议和安全性的影响问题

IP 地址规划基本步骤

（1）判断用户对网络与主机数的需求

（2）计算满足用户需求的基本网络地址结构

（3）计算地址掩码

（4）计算网络地址

（5）计算网络广播地址

（6）计算机网络的主机地址

CIDR 地址的一个重要的特点：地址聚合和路由聚合能力规划内部网络地址系统的基本原则

（1）简洁（2）便于系统的扩展与管理（3）有效的路由

IPv6 地址分为单播地址；组播地址；多播地址；特殊地址

128 位每16 位一段；000f 可简写为f 后面的0 不能省；：：只能出现一次

Ipv6 不支持子网掩码，它只支持前缀长度表示法

第四章：网络路由设计

默认路由成为第一跳路由或缺省路由发送主机的默认路由器又叫做源路由器;

目的主机所连接的路由叫做目的路由

路由选择算法参数

跳数；带宽（指链路的传输速率）；延时（源结点到目的结点所花费时间）；负载（单位时间通过线路或路由的通信量）；可靠性（传输过程的误码率）；开销（传输耗费）与链路带宽有关

路由选择的核心：路由选择算法算法特点：

（1）算法必须是正确，稳定和公平的

（2）算法应该尽量简单

（3）算法必须能够适应网络拓扑和通信量的变化

（4）算法应该是最佳的

路由选择算法分类: 静态路由选择算法（非适应路由选择算法）

特点：简单开销小，但不能及时适应网络状态的变化

动态路由选择算法（自适应路由选择算法）

特点：较好适应网络状态的变化，但实现复杂，开销大

一个自治系统最重要的特点就是它有权决定在本系统内应采取何种路由选择协议

路由选择协议：

内部网关协议IGP（包括路由信息协议RIP，开放最短路径优先协议OSPF）；

外部网关协议EGP（主要是BGP）

RIP 是内部网关协议使用得最广泛的一种协议；

特点：协议简单，适合小的自治系统，跳数小于15

OSPF 特点:

1. OSPF 使用分布式链路状态协议（RIP 使用距离向量协议）

2. OSPF 要求路由发送本路由与哪些路由相邻和链路状态度量的信息（RIP 和OSPF都采用最短路径优先的指导思想，只是算法不同）

3. OSPF 要求当链路状态发生变化时用洪泛法向所有路由发送此信息（RIP 仅向相邻路由发送信息）

4. OSPF 使得所有路由建立链路数据库即全网拓扑结构（RIP 不知道全网拓扑）OSPF 将一个自治系统划分若干个小的区域，为拉适用大网络，收敛更快。每个区域路由不超过200 个

区域好处：洪泛法局限在区域，区域内部路由只知道内部全网拓扑，却不知道其他区域拓扑主干区域内部的路由器叫主干路由器（包括区域边界路由和自治系统边界路由）

BGP 路由选择协议的四种分组打开分组；更新分组（是核心）；保活分组；通知分组；

第五章：局域网技术

交换机采用采用两种转发方式技术：快捷交换方式和存储转发交换方式

虚拟局域网VLAN 组网定义方法：（交换机端口号定义；MAC 地址定义；网络层地址定义；基于IP 广播组）

综合布线特点：（兼容性；开放性；灵活性；可靠性；先进性；经济性）

综合布线系统组成：（工作区子系统；水平子系统；干线子系统；设备间子系统；管理子系统；建筑物群子系统）

综合布线系统标准：

（1）ANSI/TIA/EIA 568-A

（2）TIA/EIA-568-B.1 TIA/EIA-568-B.2TIA/EIA-568-B.3

（3）ISO/IEC 11801

（4）GB/T 50311-2000GB/T50312-2000

IEEE802.3 10-BASE-5 表示以太网10mbps 基带传输使用粗同轴电缆，最大长度=500m

IEEE802.3 10-BASE-2200m

IEEE802.3 10-BASE-T使用双绞线

快速以太网提高到100mbps

IEEE802.3U 100-BASE-TX最大长度=100M

IEEE802.3U 100-BASE-T4针对建筑物以及按结构化布线

IEEE802.3U 100-BASE-FX使用2 条光纤最大长度=425M

支持全双工模式的快速以太网的拓扑构型一定是星形

自动协商功能是为链路两端的设备选择10/100mbps 与半双工/全双工模式中共有的高性能工作模式，并在链路本地设备与远端设备之间激活链路；自动协商功能只能用于使用双绞线的以太网，并且规定过程需要500ms 内完成

中继器工作在物理层，不涉及帧结构，中继器不属于网络互联设备

10-BASE-5 协议中，规定最多可以使用4 个中继器，连接3 个缆段，网络中两个结点的最大距离为2800m

集线器特点：

（1）以太网是典型的总线型结构

（2）工作在物理层执行CSMA/CD 介质访问控制方法

（3）多端口网桥在数据链路层完成数据帧接受，转发与地址过滤功能，实现多个局域网的数据交换

透明网桥IEEE 802.1D 特点：

（1）每个网桥自己进行路由选择，局域网各结点不负责路由选择，网桥对互联局域网各结点是透明

（2）一般用于两个MAC 层协议相同的网段之间的互联

透明网桥使用了生成树算法评价网桥性能参数主要是：帧过滤速率，帧转发速率

按照国际标准，综合布线采用的主要连接部件分为建筑物群配线架(CD); 大楼主配线架（BD）；楼层配线架（FD），转接点（TP）和通信引出端(TO)，TO 到FD 之间的水平线缆最大长度不应超过90m；

设备间室温应保持在10 度到27 度相对湿度保持在30%-80%

责编：陈靖娴