自考网络工程复习资料04749.docx
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自考网络工程复习资料04749
网络工程
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。
(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。
(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。
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)DEX(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。
承载网络不管它采用何种网络体系,在拓扑结构上可以分成3大类,即点到点,广播网络,多点非广播多路访问网络。
1、点到点网络
点到点网络是最简单的网络拓扑,它实际上就是一根通信电缆连接两台网络设备构成的网络。
2、广播网络
广播网络也是一种简单的网络,虽然比点到点网络复杂一点,即任何一个设备发送报文在网络中的其他设备都能收到。
广播网络中的报文发送方式有两种:
广播和单播。
广播是网络本身的特点,即一个设备发送报文大家都能收到;单播是靠地址机制和接收设备实现的。
3、非广播多路访问网络
非广播多路访问网络简称非广播网络,实际上,除广播网络和点到点网络之外的其他网络都可以被看成是NBMA网络的。
3.2Cisco公司的HDLC封装
Cisco的HDLC封装实际上只是利
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