H3C网络认证教程

第一篇计算机网络基础第一章计算机网络概述第二章OSI参考模型与TCP/IP模型第三章局域网基本原理第四章广域网基本原理第五章IP基本原理第六章TCP和UDP基本原理第一章．计算机网络概述计算机网络已经广泛应用在我们的身边，正改变着人们工作和生活的方式。网络给社会带来的革新是深远的。传统各行各业之间信息的分隔局面，正在被信息化所革新，使得行业之间信息的共享，业务平台互通成为可能。另外，计算机软件已不再局限于过去的单机运行，形形色色的网络应用——如办公自动化系统、远程教学、应用于各行各业的管理软件等等，无不与计算机网络发生着紧密的联系。计算机网络的迅速普及和企业的IT化发展导致了社会对网络工程师的大量需求。企业越来越需要大量的专业人才为他们设计、架构、管理并充分发挥计算机互联网络的作用。对于初学者而言，首先建立对计算机网络的初步而轮廊性的认识是非常必要的。本章将会为你学习后续章节的知识打下良好的基础：对于己经学习过相关知识的学员，通读本章，将能够帮助您对网络的基础知识进行快速的回顾。本章目标学习完本课程，您应该能够：■掌握计算机网络的定义和基本功能■了解计算机网络的演进过程■掌握计算机网络的类型和衡量计算机网络的性能指标■了解计算机网络的协议标准及其标准化组织第一节.计算机网络的定义和基本功能（1）计算机网络的定义计算机网络是一组自治计算机互连的集合计算机网络，顾名思义是由计算机组成的网络系统。根据IEEE(电子电器工程师协会，InstituteofElectricalandElectronicsEngineers)高级委员会坦尼鲍姆博士的定义：计算机网络是一组自治计算机互连的集合。自治是指每个计算机都有自主权，不受别人控制；互连则是指使用通信介质进行计算机连接，并达到相互通信的目的。这个定义过于专业化,通俗地讲计算机网络就是把分布在不同地理区域的独立计算机以及专门的外部设备利用通信线路连成一个规模大、功能强的网络系统.从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享信息资源。（2）计算机网络的基本功能资源共享分布式处理与负载均衡综合信息服务归纳说来，计算机网络能为人们带来以下显而易见的益处：•资源共享资源分为软件资源和硬件资源。软件资源包括形式多种多样的数据，如数字信息、消息、声音、图像等；硬件资源包括各种设备，如打印机、FAX、MODEM等，网络的出现使资源共享变得简单，交流的双方可以跨越时空的障碍.随时随地传递信息、共享资源。•分布式处理（distributedprocessing)与负载均衡（loadbalancing)通过计算机网络，海量的处理任务可以分配到分散在全球各地的计算机上。例如，一个大型ICP(InternetContentProvider)网络访问量相当之大，为了支持更多的用户访问其网站，在全世界多个地方部署了相同内容的(WorldWideWeb)服务器；通过一定技术使不同地域的用户看到放置在离他最近的服务器上的相同页面，这样可以实现各服务器的负荷均衡，并使得通信距离缩短。•综合信息服务网络发展的趋势是应用日益多元化，即在一套系统上提供集成的信息服务，如图像、语音、数据等。在多元化发展的趋势下，新形式的网络应用不断涌现，如电子邮件(E-mail)、IP电话、视频点播（VOD-VideoOnDemand)、网上交易（E-marketing)、视频会议（VideoConferencing)等。第二节．计算机网络的演进计算机网络是计算机技术与通信技术两个领域的结合，一直以来它们紧密结合，相互促进，相互影响，共同推进了计算机网络的发展。计算机网络经历了以下几个主要发展阶段：•主机互连这种产生于二十世纪60年代初期，基于主机（Host)之间的低速串行（Serial)连接的联机系统是计算机网络的最初雏形。在这种早期的网络中，终端借助电话线路访问计算机，由于计算机发送/接收的为数字信号，电话线传输的是模拟信号，这就要求在终端和主机间加入调制解调器（Modena俗称“猫”)，进行数/模间的转换。在这种联机系统中，计算机是网络的中心，同时也是控制者。这是是一种非常原始的计算机网络，它的主要任务是通过远程终端与计算机的连接，提供应用程序执行、远程打印和数据服务等功能。•局域网二十世纪70年代，随着计算机体积、价格的下降，出现了以个人计算机为主的商业计算模式。商业计算的复杂性要求大量终端设备的资源共享和协同操作，导致了对本地大量计算机设备进行网络化连接的需求，局域网（LAN,LocalAreaNetwork)由此产生了。当今主流局域网技术——以太网（Ethernet)就是在此时期产生的。1973年，Xerox公司的RobertMetcalfe博士（以太网之父）提出并实现了最初的以太网。后来DEC、Intel和Xerox合作制定了一个产品标准，该标准最初以这三家公司名称的首字母命名，称作CHX以太网。其它流行的LAN技术还有IBM的令牌环技术等。•互联网（internet)由于单一的局域网无法满足对网络的多样性要求，二十世纪70年代后期，广域网技术逐渐发展起来，以便将分布在不同地域的局域网互相连接起来。1983年,ARPANET采纳TCP(传输控制协议，TransmissionControlProtocol)和IP(因特网协议，InternetProtocol)协议作为其主要的协议簇，使大范围地网络互联成为可能。•因特网（Internet)20世纪80年代到90年代是网络互联发展时期。在这一时期，ARPANET网络的规模不断扩大，将全球无数的公司、校园、ISP(InternetServiceProvider)和个人用户，最终演变成今天的延伸到全球每一个角落的Internet。1990年ARPANET正式被Internet取代，退出了历史舞台。越来越多的机构、个人参与到Internet中来，使得Internet获得了高速发展。第三节．计算机网络的类型（1）局域网、城域网和广域网LAN（LocalAreaNetwork）通常指几米到几千米以内的，可以通过某种介质互联的计算机、打印机、modem或其他设备的集合WAN（WideAreaNetwork）分布距离远，它通过各种类型的串行连接以便在更大的地理区域内实现接入MAN（MetropolitanAreaNetwork）MAN覆盖范围为中等规模，介于局域网和广域网之间，通常是在一个城市内的网络连接（距离为10KM）按计算机网络覆盖范围的大小，可以将计算机网络分为局域网（LocalAreaNetwork,LAN)、城域网（MetropolitanAreaNetwork,MAN)、广域网（WideAreaNetwork,WAN)。局域网通常指几千米范围以内的，可以通过某种介质互联的计算机、打印机、Modem或其他设备的集合。局域网连接的是小范围内的计算机，系统覆盖半径从几米到几千米，覆盖范围局限在房间、大楼或园区内。一个局域网通常为一个组织所有，常用于连接公司办公室或企业内的个人电脑和工作站，以便共享资源（如打印机、数据库等）和交换信息。传统局域网的传输速度为10Mbps〜100Mbps,传输延迟低（几十微秒），出错率低。而新的局域网传输速度可超过1Gbps。局域网与其它网络的区别主要体现在以下几个方面：•网络所覆盖的物理范围•网络的拓扑结构•网络所使用的传输技术由于局域网分布范围极小，一方面容易管理与配置，另一方面容易构成简洁规整的拓扑结构，加上网络延迟小（一般在几十微秒以下）、数据传输速率高、传输可靠、拓扑结构灵活的优点，使之得到广泛的应用，成为了实现有限区域内信息交换与共享的典型有效的途径。城域网覆盖范围为中等规模，介于局域网和广域网之间，通常是在一个城市内的网络连接(距离为10km左右)。目前城域网建设主要采用IP技术和ATM技术，宽带IP城域网是根据业务发展和竞争的需要而建设的城市范围内（可能包括所辖的县区等）的宽带多媒体通信网络,是宽带骨干网络（如中国电信IP骨干网络、联通骨干ATM网络等）在城市范围内的延伸。城域网作为本地公共信息服务平台的组成部分，负责承载各种多媒体业务，为用户提供各种接入方式，满足政府部门、企事业单位、个人用户对基于IP的各种多媒体业务的需求，因此，宽带IP城域网必须是可管理、可扩展的电信运营网络。城域网划分为“城域网城域部分”和“城域网接入部分”。城域网城域部分为运营商网络，由运营商统一规划与建设，又可分为城域核心层和城域汇接层。城域核心层主要完成城域网内部信息的高速传送与交换，实现与其它网络的互联互通，而城域汇接层主要完成信息的汇聚与分发。城域网接入部分可由运营商、企业、建筑商以及物业管理部门建设，其不仅仅提供传统意义上的接入功能，还可能需要向用户提供本地业务。城域网接入部分又分为接入汇接层和用户接入层，接入汇接层完成信息的汇接与分发，实现用户管理，城域网接入部分的业务提供、计费等功能，而用户接入层为用户提供具体的接入手段。广域网在超过局域网的地理范围内运行，分布距离远，它通过各种类型的串行连接以便在更大的地理区域内实现接入。通常，企业网通过广域网线路接入到当地ISP。广域网可以提供全部时间或部分时间的连接，允许通过串行接口在不同的速率工作。广域网本身往往不具备规则的拓扑结构。由于速度慢，延迟大，入网站点无法参与网络管理，所以，它要包含复杂的互连设备（如交换机、路由器）处理其中的管理工作，互连设备通过通信线路连接，构成网状结构（通信子网）。其中，入网站点只负责数据的收发工作；广域网中的互连设备负责数据包的路由等重要管理工作。广域网的特点是数据传输慢（典型速度为56Kbps〜155Mbps)、延迟比较大（几毫秒)、拓扑结构不灵活，广域网拓扑很难进行归类，一般多采用网状结构，网络连接往往要依赖运营商提供的电信数据网络。（2）网络的拓扑结构网络拓扑（NetworkTopology)指的是计算机网络的物理布局。简单地说，就是指将一组设备以什么样的结构连接起来，通常也称为拓扑结构。基本的网络拓扑模型主要有总线型拓扑、环型拓扑、星型拓扑和网状拓扑，绝大部分网络都可以由这几种拓扑独立或混合构成。了解这些拓扑结构是设计网络和解决网络疑难问题的前提。•总线型（Bus)拓扑总线型拓扑结构是将各个节点的设备用一根总线连接起来，所有的节点间通信都通过统一的总线完成。在早期的局域网中，这是一种应用很广的拓扑结构。其突出的特点是结构简单、成本低、安装使用方便，消耗的电缆长度短、便于维护。但它也具有固有的致命缺点——存在单点故障。总线如果出现故障，整个总线型网络都会瘫痪。由于共享总线带宽，当网络负载过重时，会导致总线型网络性能下降。为了克服这些问题，随后产生了星形的拓扑结构。•星型（Star)拓扑星型拓扑结构，是一种以中央节点（如交换机）为中心，把若干个外围节点连接起来的辐射式互连结构.中央节点对各设备间的通信和信息交换进行集中控制和管理.它的主要特点是系统的可靠性较高，当某一线路发生故障时，不会影响网络中的其他主机；扩充或删除设备较容易，将设备直接连接到中央节点即可；中央节点可以方便地控制和管理网络，并及时发现和处理系统故障。其缺点是需要的连接线缆比总线型拓扑结构多；且一旦中央节点发生故障，网络将不能工作。星形拓扑结构是在当前的局域网中使用较为广泛的一种拓扑结构，它已基本代替了早期局域网采用的总线型拓扑结构。•环型（Ring)拓扑环型拓扑结构是将各节点通过一条首尾相连的通信线路连接起来的一个封闭的环型网。每一台设备只能和它的一个或两个相邻节点直接通信，如果需要与其他节点通信，信息必须依次经过两者之间的每一个设备。环型网络可以是单向的，也可以是双向的。单向是指所有的传输都是同方向的，此时每个设备只能直接与一个邻近节点通信；双向是指数据能在两个方向上进行传输，此时设备可以直接与两个邻近节点直接通信。环型拓扑的结构简单，系统中各工作站地位相等;建网容易，增加或减少节点时仅需简单的连接操作；能实现数据传送的实时控制，可预知网络的性能。在单环型拓扑中，