数据通信与网络技术之网络基础
前言
通过学习《数据通信与网络技术》最后要达到目标：
- 对网络有初步认识。
- 掌握网络和互联网的概念。
- 了解网络拓扑、网络类别。
- 了解常见的网络设备的功能。
- 能够根据企业网络规模设计二层和三层结构的企业网络。
一、网络概述
1.计算机网络的发展
1）主机带终端形式的计算机网络
集中式处理，主-从模式，依赖于中央主机的处理能力
2）基于通信网络的计算机网络
分组交换网：以存储转发传输分组的通信子网
重要设备：交换机（switch）、路由器（router）
资源子网
通信子网
实现资源共享，但没有形成统一的标准
3）标准化的计算机网络
IBM - SNA DEC - DNA
开放系统互联基本参考模型 - OSI-RM
因特网 - TCP/IP协议
网络体系结构标准化
4）以Internet为代表的计算机互联网络
2.网络与互联网
网络： 由若干结点和连接这些结点的链路组成的。
将距离较近的计算机通过网线连接到交换机就可以形成一个网络。
互联网： “网络的网络” 网际网。
多个网络通过路由器互连即可形成互联网。
internet:（通用名词） 互联网（互连网）
Internet:（专用名词）因特网 TCP/IP协议
3.计算网络的定义
1）计算机网络：指将地理位置不同的具有独立功能的计算机、终端以及相应所需的通信设备利用通信线路连接起来的集合，在网络协议规范下用以实现信息传输。
计算机之间相互独立自治；通信线路；网络协议；资源共享
2）计算机网络是一些互相连接的、自治的计算机的集合。
4.计算机网络的组成
硬件：
终端（PC）、传输介质（有线、无线）、网络连接设备（交换机、路由器）
软件：
网络操作系统、网络协议（TCP/IP）、网络管理软件、网络通信软件、网络应用软件
5.计算机网络的特点
资源共享、数据通信、集中管理、分布式网络处理、负载均衡、提高系统可靠性、人工智能
6.网络拓扑
拓扑：网络设备连接的形态结构
1）星形网络（star）
所有节点通过一个中心节点连接在一起。
结构简单、便于扩展、容易控制、故障影响小、
中心节点负荷重，对中心节点依赖过高
2）总线形网络(bus)
所有节点通过一条总线（如同轴电缆）连接在一起。
费用低、扩展性好、网络由竞争、传输距离有限
3）环形网络（ring）
所有节点连成一个封闭的环。
扩展性不强，加大传输时延
4）树形网络（tree）
树形结构实际上是一种层次化的星形结构。
易于扩展、容易隔断故障，对根节点依赖性大
单点失效 （如何解决） ---冗余
5）网状形网络（net）
所有节点都通过线缆两两互连。
全网状形网络
6）部分网状形网络
只有重点节点之间才两两互连。
路线复杂，故障定位难
6）组合形网络
由前面所讲的星形、树形和部分网状网络结合在一起的网络结构。
优点：即具有星形网络的易于增加节点、在中心监控流量的特点，又具备树形网络分层的特点，同时还具备部分网状网络的可靠性。
缺点：需要冗余设备和线缆，成本高。
选择拓扑：可靠性，可维护性，费用，灵活性，响应时间和吞吐量
逻辑拓扑：标识设备、端口及IP策略
物理拓扑：标识设备的物理位置，配置端口及电缆安装
二、网络类别
1.按照网络覆盖的地理范围分类
- 个域网（个人区域网络）PAN: 个人的电子设备用无线技术连接起来的网络
- 局域网 LAN ：分布范围小、组建简单、网络私有性、传输速度快、误码率低
由个人、企业购置，面向局域内用户 - 城域网 MAN：作为连接LAN的”桥梁“
- 广域网 WAN： 教育部的CERNET
网络范围广、网络成本高、网络复杂、网络成本高、传输速度慢、误码率高
由ISP(Internet Service Provide， 因特网服务提供商) 设计、购置、运营维护
作为公共资源为用户提供网络服务
WAN wide area network 广域网 （连接LAN，ISP因特网服务提供商 INTERNET service provider 来出钱构建，维护，例如联通 移动）
2.按照网络使用者
公有网络（公众网）
是指电信公司（国有或私有）出资建造的大型网络。
私有网络：某些单位的内网
是某个部门为本单位的特殊业务工作需要而建造的网络。
三、按照网络的交换技术
交换：动态分配占用传输线路资源的方式
1）电路交换 （面向连接）
建立连接；通信；释放连接
传输计算机数据？传输效率低，计算机的数据具有突发性
优点：通信时延小，有序传输，没有冲突，使用范围广，实时性强，控制简单
缺点：建立连接时间长；线路独占，使用效率低；灵活性差
2）报文交换 存储转发
优点：无需建立连接，动态分配线路；提高线路可靠性；提高线路利用率；提高多目标服务
缺点： 引起转发时延；需要较大的存储缓存空间；需要传输额外的信息量
3）分组交换 存储转发
优点：无需建立连接、线路利用率高、简化了存储管理、加速传输、减少出错概率和重发数据量
缺点：引起了转发时延、需要传输额外的信息量；可能会丢失、重复分组
四、组网设备
如图是典型的企业计算机网络，该网络设计模块化、分层设计。
网络设备分三层，即接入层、汇聚层与核心层。
同时也是模块化设计，办公区域1、办公区域2、办公区域3和核心机房。
核心层连接各个模块。
1.交换机
交换机一般是距离终端用户最近的设备。由以太网交换机组建的网络是一个广播域，即一个节点发送的广播帧其余节点都能够收到。
2.路由器
路由器负责在不同网段转发报文，根据收到的报文的目的IP地址选择一条合适的路径将报文传送到下一个路由器或目的地，路径中最后的路由器负责将报文送交目的主机。
路由器隔离广播域，运行路由协议，构建路由表，维护路由表，转发IP报文，接入广域网，网络地址转换，连接交换机组建的网络。
3.防火墙
防火墙是网络安全设备，用于控制两个信任程度不同的网络（如企业内部网络和Internet）之间的安全通信。
- 隔离不同安全级别的网络。
- 实现不同安全级别的网络之间的访问控制（安全策略）。
- 用户身份认证。
- 实现远程接入功能。
- 实现数据加密及虚拟专用网业务。
- 执行网络地址转换。
4.无线设备
常见的无线设备有无线接入点（Access Point，AP）和无线控制器（Access Controller，AC）
5.无线接入点
1).无线接入点（AP）用于无线网络的无线交换机，也是无线网络的核心，无线AP是移动计算机用户进入有线网络的接入点，主要用于宽带家庭、大楼内部以及园区内部，典型距离覆盖几十米至上百米。
2).无线接入点一般支持胖AP（FAT AP）、瘦AP（FIT AP）和云管理这3种工作模式，根据网络规划的需求，可以灵活地在各种模式间进行切换。
- FAT AP：适用于家庭，独立工作，需单独配置，功能较为单一，成本低。
- FIT AP：适用于大中型企业，需要配合AC使用，由AC统一管理和配置，功能丰富。
- 云AP：云AP（Cloud AP）与云管理平台互通，提供覆盖范围达数万平方米。
6.无线控制器AC
1).无线控制器是无线局域网接入点控制设备，负责把来自不同AP的数据进行汇聚并接入Internet，同时完成AP设备的配置管理、无线用户的认证、管理及宽带访问、安全等控制功能。
2).无线控制器一般位于整个网络的汇聚层，提供大容量、高性能、高可靠性、易安装、易维护的无线数据控制业务，具有组网灵活、绿色节能等优势。
五、企业网络的规划和设计
企业组网会涉及到局域网和广域网。
企业局域网的网络设备部署要结合计算机的物理位置，通常交换机实现局域网内部的连接、路由器实现广域网的连接。
1.企业局域网
a.二层结构局域网
- 二层网络的组网能力有限，二层结构适用于小型局域。
办公室中的交换机要求接口多，这样能够将更多的计算机接入网络，这一级别的交换机被称为接入层交换机，这些交换机目前接计算机的端口的带宽通常为100Mbit/s。
汇聚层可以部署路由器，也可以部署交换机。如部署交换机，则交换机通常为三层部署，执行IP报文转发任务。
b.三层结构局域网
- 在网络规模比较大的企业，局域网可能会采用三层结构。
三层结构局域网中的交换机有三个级别：接入层交换机、汇聚层交换机和核心层交换机。
层次模型可以用来帮助设计可扩展、可靠、性能价格比高的层次化网络。
2.企业广域网
企业局域网通常是企业自己花钱购买网络设备进行组建的，带宽通常为10Mbit/s、100Mbit/s或1000Mbit/s，自己维护，覆盖范围小。
企业广域网通常是企业自己花钱租用运营商的线路进行组建的，即花钱买带宽，实现长距离通信。
结尾
本章主要介绍了网络和互联网络的概念、网络拓扑和网络类别，介绍了常见园区网组网设备、企业局域网的网络规划和分层以及广域网在企业组网中的应用。