CCNA Exploration 1（网络基础知识）学习报告

 

 

CCNA Exploration 1（网络基础知识）学习报告

 

 CCNA Exploration1（网络基础知识）介绍了一些基础的网络概念和技术，从中可以了解到现代网络的发展历程、网络的基本概念、基本协议以及一些接入方面的基本技术。对OSI模型的认识以及对数据转发规则的探究，都使得自己对流量转发有了更新的认识。

 

 在CCNA Exploration1这份材料中，我们可以了解到网络的基本概念、网络的通信原理、网络基本协议、网络基本模型、OSI以及TCP/IP模型各层的相关协议及作用、网络编址规则、数据链路的介质知识、物理层的传输介质知识、以太网概念、网络规划和布线以及网络的一些基本配置知识。

 

网络基本模型、OSI以及TCP/IP模型

 OSI模型全名叫Open System Interconnection（开放式系统互连），从下到上一次为1到7层，如下图：

____________________________

|__________ 应用层___________|

|__________ 表示层___________|

|__________ 会话层___________|

|__________ 传输层___________|

|__________ 网络层___________|

|__________数据链路层________|

|__________ 物理层___________|

 

 数据在1-4层被封装后都有不同的名称，传输层叫段、网络层叫包、数据链路层叫帧、物理层叫比特。数据在应用层被初始创建，从上到下一次进行封装，最后以比特流的形式发送出去，到目的后从下到上再依此进行解封装，这也就是所谓的封装解封装过程。TCP/IP模型可以看作是OSI模型的简化版，它只有4层，从下到上依次为：网络接入层、Internet层、传输层和应用层。它于的OSI模型的各层对应关系如下：

 

  _________________________               __________________________

 |_________ 应用层__________|             |                         |

 |_________ 表示层__________|    <--->    |          应用层          |

 |_________ 会话层__________|             |_________________________|

 |_________ 传输层__________|    <--->    |_________ 传输层__________|

 |_________ 网络层__________|    <--->    |_________ 网络层__________|

 |_________数据链路层_______|     <--->   |           网络           |

 |_________ 物理层__________|             |_________ 接入层__________|

 

 

 虽然TCP/IP模型没有OSI模型那么完整，但是在流量传输过程中有这4层就够了，TCP/IP模型的封装和解封装的过程和OSI模型是一致的，它的一些协议标准也和OSI模型是一致的，所以不用担心无法识别的问题。

 

网络编址规则

 

 目前流行的网络编址有IPv4和IPv6两种，我们一般所使用的都是IPv4，它们都是通常都是以点分十进制的形式出现的，比如192.168.1.1 。IPv4的地址都被点分为4段，每个段叫做二进制八位数，我们把上面所示的IPv4地址转换成二进制就能很容易理解了。

 

192.168.1.1      <-----------> 11000000 10101000 00000001 00000001

 

 IPv4 地址有它的网络部分和主机部分，每个 IPv4 地址都会用某个高阶比特位部分来代表网络地址，一般子网掩码可以表示出某的地址的网络部分以及主机部分。比如：192.168.1.1/24 其中的24就表示这个地址的前24位是它的网络部分，剩下的8个比特位则表示其主机部分，由2^8=256 可得出该网络会出现256个地址，当然广播地址和网络号是不能被主机所使用的。

 网络编址中，还要掌握的就是十进制到二进制和二进制到十进制的快速转换。

 

 

 我们以192.168.1.1 的 第一个八比特位为例：

 

1    1    0    0    0    0    0    0

 

8    7    6    5    4    3    2    1

 

2^7  2^6 2^5  2^4  2^3 2^2  2^1  2^0

 

128  64   32  16    8    4    2    1

 

我们将每一位进行1-8的编号，那么利用2 ^ (n-1) 就可以得到每位所对应的十进制数值。192可以由高8位的128和64相加得来。那也就是说八比特位的前两个二进制数应该置1，最后的结果就是11000000. 同样根据168=128+32+8 得：10101000

 

   在IPv4网络中，主机可以采用三种方式来通信，他们分别是单播，组播和广播。单播主要用于端到端的通信中，主机与主机之间的通信就是一种单播通信。组播和广播都有单特殊的目的地址，广播通常只局限于本地网络，而组播不仅可以用于本地网络，而且可以通过网际网络路由通信。

 

  IP地址是可以分类的。IP地址分为五类，A类保留给政府机构，B类分配给中等规模的公司，C类分配给任何需要的人，D类用于组播，E类用于实验，各类可容纳的地址数目不同。 

 

  A类地址的第1个字节为网络位，其他3个字节为主机为，地址范围为：1.0.0.1—126.255.255.254 其中10.×.×.×为私有地址。范围为:10.0.0.0-10.255.255.255  其中127.×.×.× 为保留地址。
 

  B类地址前两个字节为网络位，后面两个字节为主机位，地址范围为：128.0.0.1—191.255.255.254  私有地址池为：172.16.0.0—172.31.255.255

 

  C类地址的前3个字节为网络位，最后一个字节为主机位，地址范围为：192.0.0.1—223.255.255.254 私有地址池为：192.168.0.0-192.168.255.255

 

  D类地址不分网络位和主机位，它的第一个字节的前4位固定为1110，整个地址范围为：224.0.0.1—239.255.255.254
 

 E类地址不分网络位和主机位，它的第一个字节的前5位固定为11110，整个地址方位为：240.0.0.1—255.255.255.254

子网划分

  子网划分就是通过将地址块进行划分，从而创建多个逻辑网络。在划分子网的过程中，我们可以利用：2^n 来计算子网数量，其中n表示借位数。同时利用2^n-2 可以计算主机数量，n表示留给主机的位数，-2 是因为要去掉网络号和子网掩码。下面是一个将192.168.1.0/24 划分两个子网的例子。

  192.168.1.0/24 的二进制地址为： 11000000 101010000 00000001 00000000

  掩码24标志了地址的前24位为网络位，要划分2个子网，我们可以利用 2^n=2来计算，n算得1，所以向后借1位，如下：

             11000000 101010000 00000001 00000000

    红色位为所借地址，该位置可以为1和0所以就有一下两个网络号：

    11000000 101010000 00000001 00000000    <----------->   192.168.1.0 /25

    11000000 101010000 00000001 10000000    <----------->   192.168.1.128 /25

  这两个网络的主机位都是后7位，所以所能容纳的主机数量也就是2^7-2=126台。这就是一个简单的子网划分。

  下面来看一个综合的子网划分的例子，拓扑如下：

  

 

 

  要求如下：使用192.168.1.0/24的地址空间，共需要7个网络，其中R1与SW-1对应的网络满足60个主机，R2的A网络满足10个主机，B网络满足25个主机，R3于SW-3的网络满足7的主机。R1-R2、R2-R3、R1-R3的三个网络只需要两个可用IP。

  首先我们应该先考虑地址块较大的子网，也就是R1的网络。它需要满足60个主机，我们可以利用 2^n-2=60 来计算。因为n必须取整，所以n最小应该取6，2^6-2=62>60 所以满足需求。主机位占了6位，网络位就是32-6=26位，所以R1的子网应该是 192.168.1.0/26 ，地址池为 192.168.1.1-192.168.1.64 。26与前面的24相比是借了两位，应该有2^2=4个子网，所以还剩下3个/26的子网。

  接下来要考虑的是第二大地址块，R2B网络的25个主机。同样利用2^n-2=25 取n最小整数的方法我们可以得出n取5合适，也就一个27的子网就可以了，为了不浪费地址我们可以讲第二个/26的子网进行划分，将其分成两个/27的子网。第二个/26的地址池为 192.168.1.65-192.168.1.128 将其再分化后我们取第一个地址池，也就是 192.168.1.65-192.168.1.95 /27……

  利用上面的方法，我们可以很快的计算出其他的子网（PT文件见附件：子网划分）

      数据链路

  OSI 数据链路层的功能是使网络层数据包做好传输准备以及控制对物理介质的访问。

数据链路层的标准

ISO：HDLC（高级数据链路控制）

IEEEE：802.2（LLC）  802.3（以太网）  802.5 （令牌环）  802.11 （无线LAN）

ITU：Q922 （帧中继标准） Q921（ISDN数据链路标准）  HDLC（高级数据链路控制）

ANSI：3T9.5   ADCCP（高级数据通信控制协议）

   数据放到介质上后，就要遵循一定的介质访问控制，其中主要有共享型和非共享型两种。在共享介质访问中，又分争用访问和受控访问。受控访问秩序井然且提供可预测的吞吐量，但确定性方法效率过低，因为每个设备必须等待轮到自己才能使用介质。“争用”也称为非确定性访问，它允许任意设备在它有需要发送的数据时尝试访问介质。为了避免冲突的频繁发生，于是便有了载波侦听多路访问/冲突检测 (CSMA/CD) 。非共享介质访问控制中，在点对点的数据传输中必须考虑半双工和全双工，只有两端相互匹配，数据才可以正常通信。

  针对LAN的以太网技术。以太网是 IEEE 802.2 和 802.3 标准中定义的一系列联网技术，以太网是最广泛使用的LAN技术，它支持10、100、1000和10,000 Mbps的数据带宽。

  针对 WAN 的点对点协议。PPP 是一种 WAN 协议，且保持所选协议可实施多个串行 WAN。PPP 可用于各种物理介质（包括双绞线、光缆和卫星传输）以及虚拟连接。

  针对 LAN 的无线协议。IEEE 802.11 也就是大家所称的Wi-Fi。利用Wi-Fi来实现无线访问。

 

网络基础设备

    集线器：在集线器网络中，所有设备都是共享带宽的，且只支持半双工，这样的话设备的增多必然导致带宽的利用率下降。同时，集线器网络都处在一个冲突域中，虽然有CSMA/CD，但是一旦设备增多，必然增多冲突几率，大大减弱网络质量。

  交换机：交换机可以将LAN划分为多个冲突域，并且支持全双工，从而减少流量冲突的机会。交换机链路有专有带宽，这样大大增强带宽的利用率。交换机都维持着一张表，叫做MAC地址表，交换机利用这张表和所对应的端口进行数据的转发。以太网交换机采用5种基本操作来实现它的用途，它们分别是：获取、过期、泛洪、选择性转发和过滤。

  地址解析协议（ARP）。ARP协议主要有两个功能，将IPv4地址解析为MAC地址和维护映射的缓存。

    网络规划和布线

  选择设备时考虑的因素：成本、端口、速度、可拓展性、管理性。

  选择交换机时考虑的因素：成本、端口/接口速度和类型。

  选择路由器时考虑的因素：可拓展性、操作系统的功能。

  规划安装布线时考虑的因素：电缆总长、工作区域、电信机房、水平布线、主干布线、介质类型、成本、带宽、干扰等。

  直通UTP电缆：直通线两端的设备按照T568A或T568B的标准连接在一起。T568A：绿白 | 绿 | 橙白 | 蓝 | 蓝白 | 橙 | 棕白 | 棕   T568B：橙白 | 橙 | 绿白 | 蓝 | 蓝白 | 绿 | 棕白 | 棕  一般用于一下设备之间的互联：

  交换机到路由器
  计算机到交换机
  计算机到集线器

  交叉UTP电缆：交叉线两端的设备按照T568A或T568B的标准连接在一起。也就是说彼此的发送端对应对方的接收端，一般用于一下设备之间的互联：交换机到交换机

  交换机到集线器
  集线器到集线器
  路由器到路由器
  计算机到计算机
  计算机到路由器

   WAN网连接：数据通信设备（DCE）为其他设备提供始终服务的设备，一般位于接入商端。 数据终端设备（DTE）此设备一般位于客户端或者用户端。