思科網絡技術學院教程 (第7版) 網絡簡介 Introduction to Networks Companion Guide (Ccnav7)

Rick Graziani（里克·格拉齐亚尼）在加利福尼亚州圣克鲁斯的卡布利洛学院和加州大学教授计算机科学与计算机网络课程。Rick在任教之前，曾在信息技术领域为Santa Cruz Operation公司、天腾电脑公司、洛克希德导弹和太空公司工作，并曾在美国海岸警卫队服役。他拥有加利福尼亚州立大学蒙特里湾分校的计算机科学与系统理论学士学位。Rick还担任思科网络学院课程工程小组的课程开发人员。当Rick休息的时候，他最喜欢在圣克鲁斯冲浪。

Allan Johnson（艾伦·约翰逊）于1999年进入学术界，将所有的精力投入教学中。在此之前，他做了10年的企业主和运营人。他拥有MBA和职业培训与发展专业的教育硕士学位。他曾在高中教授过7年的CCNA课程，并且已经在得克萨斯州科帕斯市的Del Mar学院教授CCNA和CCNP课程。2003年，Allan开始将大部分时间和精力投入CCNA教学支持小组，为全球各地的网络学院的教师提供服务以及开发培训材料。当前，他在思科网络学院担任全职的课程负责人。

 

第 1章　當今網絡 1

學習目標 1

1.1 網絡影響我們的生活 1

1.1.1 網絡連接我們 1

1.1.2 潛力無限 1

1.2 網絡組件 2

1.2.1 主機角色 2

1.2.2 點對點 2

1.2.3 終端設備 3

1.2.4 中間設備 3

1.2.5 網絡介質 4

1.3 網絡表示方式和網絡拓撲 5

1.3.1 網絡表示方式 5

1.3.2 拓撲圖 6

1.4 常見網絡類型 7

1.4.1 多種規模的網絡 7

1.4.2 局域網和廣域網 8

1.4.3 互聯網 9

1.4.4 內聯網和外聯網 10

1.5 互聯網連接 11

1.5.1 互聯網訪問技術 11

1.5.2 家庭和小型辦公室的互聯網連接 11

1.5.3 企業的互聯網連接 12

1.5.4 融合網絡 12

1.6 可靠網絡 13

1.6.1 網絡架構 13

1.6.2 容錯能力 14

1.6.3 可擴展性 14

1.6.4 服務質量 15

1.6.5 網絡安全 15

1.7 網絡趨勢 16

1.7.1 近期趨勢 16

1.7.2 自帶設備（BYOD） 17

1.7.3 在線協作 17

1.7.4 視頻通信 17

1.7.5 雲計算 18

1.7.6 家庭中的技術趨勢 18

1.7.7 電力線網絡 19

1.7.8 無線帶寬 19

1.8 網絡安全 20

1.8.1 安全威脅 20

1.8.2 安全解決方案 21

1.9 總結 21

復習題 23

第 2章　交換機和終端設備的基本配置 25

學習目標 25

2.1 思科IOS訪問 25

2.1.1 操作系統 25

2.1.2 GUI 26

2.1.3 操作系統的用途 27

2.1.4 訪問方法 27

2.1.5 終端模擬程序 28

2.2 IOS導航 29

2.2.1 主命令模式 29

2.2.2 配置模式和子配置模式 30

2.2.3 在IOS模式之間導航 30

2.3 命令結構 31

2.3.1 基本的IOS命令結構 31

2.3.2 IOS命令語法檢查 31

2.3.3 IOS幫助功能 32

2.3.4 熱鍵和快捷方式 32

2.4 設備基本配置 34

2.4.1 設備名稱 34

2.4.2 密碼準則 35

2.4.3 配置密碼 35

2.4.4 加密密碼 36

2.4.5 旗標消息 37

2.5 保存配置 37

2.5.1 配置文件 37

2.5.2 修改運行配置 38

2.5.3 將配置捕獲到文本文件中 38

2.6 埠和地址 40

2.6.1 IP地址 40

2.6.2 接口和埠 41

2.7 配置IP地址 42

2.7.1 手動配置終端設備的IP地址 43

2.7.2 自動配置終端設備的IP地址 43

2.7.3 交換機虛擬接口配置 44

2.8 總結 44

復習題 45

第3章　協議和模型 48

學習目標 48

3.1 規則 48

3.1.1 通信基礎知識 48

3.1.2 通信協議 48

3.1.3 規則建立 49

3.1.4 網絡協議要求 49

3.1.5 消息編碼 50

3.1.6 消息格式化和封裝 50

3.1.7 消息尺寸 52

3.1.8 消息時序 52

3.1.9 消息傳輸選項 52

3.1.10 節點圖標說明 53

3.2 協議 53

3.2.1 網絡協議概述 53

3.2.2 網絡協議功能 54

3.2.3 協議交互 55

3.3 協議簇 55

3.3.1 網絡協議簇 55

3.3.2 協議簇的演變 56

3.3.3 TCP/IP協議示例 57

3.3.4 TCP/IP 協議簇 57

3.3.5 TCP/IP通信過程 59

3.4 標準組織 63

3.4.1 開放標準 63

3.4.2 互聯網標準 64

3.4.3 電子和通信標準 65

3.5 參考模型 65

3.5.1 使用分層模型的好處 65

3.5.2 OSI參考模型 65

3.5.3 TCP/IP協議模型 66

3.5.4 OSI和TCP/IP模型的比較 67

3.6 數據封裝 68

3.6.1 對消息進行分段 68

3.6.2 排序 69

3.6.3 協議數據單元 69

3.6.4 封裝示例 70

3.6.5 解封示例 70

3.7 數據訪問 71

3.7.1 地址 71

3.7.2 第三層邏輯地址 71

3.7.3 同一網絡中的設備 72

3.7.4 數據鏈路層地址的角色：同一個IP網絡 72

3.7.5 遠程網絡中的設備 73

3.7.6 網絡層地址的角色 73

3.7.7 數據鏈路層地址的角色：不同的IP網絡 74

3.7.8 數據鏈路地址 75

3.8 總結 76

復習題 78

第4章　物理層 80

學習目標 80

4.1 物理層的用途 80

4.1.1 物理連接 80

4.1.2 物理層 81

4.2 物理層的特徵 82

4.2.1 物理層標準 82

4.2.2 物理組件 83

4.2.3 編碼 83

4.2.4 信號 84

4.2.5 帶寬 84

4.2.6 帶寬術語 85

4.3 銅纜布線 86

4.3.1 銅纜布線的特徵 86

4.3.2 銅纜的種類 87

4.4 UTP布線 89

4.4.1 UTP布線的屬性 89

4.4.2 UTP布線標準和連接器 90

4.4.3 直通和交叉UTP電纜 92

4.5 光纜布線 93

4.5.1 光纜布線的屬性 93

4.5.2 光纜介質類型 93

4.5.3 光纜布線的使用 94

4.5.4 光纖連接器 94

4.5.5 光纖接插線 95

4.5.6 光纜與銅纜的類比 96

4.6 無線介質 96

4.6.1 無線介質的屬性 96

4.6.2 無線介質的類型 97

4.6.3 無線LAN 97

4.7 總結 98

復習題 99

第5章　數制系統 101

學習目標 101

5.1 二進制數制系統 101

5.1.1 二進制和IPv4地址 101

5.1.2 二進制位置記數法 102

5.1.3 將二進制數轉換為十進制數 104

5.1.4 十進制到二進制的轉換 105

5.1.5 十進制到二進制的轉換示例 108

5.1.6 IPv4地址 113

5.2 十六進制數制系統 114

5.2.1 十六進制和IPv6地址 114

5.2.2 十進制到十六進制的轉換 115

5.2.3 十六進制到十進制的轉換 115

5.3 總結 116

復習題 116

第6章　數據鏈路層 118

學習目標 118

6.1 數據鏈路層的用途 118

6.1.1 數據鏈路層 118

6.1.2 IEEE 802 LAN/MAN 數據鏈路子層 119

6.1.3 提供介質訪問 120

6.1.4 數據鏈路層標準 121

6.2 拓撲 121

6.2.1 物理和邏輯拓撲 121

6.2.2 WAN拓撲 123

6.2.3 點對點WAN拓撲 123

6.2.4 LAN拓撲 124

6.2.5 半雙工和全雙工通信 125

6.2.6 訪問控制方法 125

6.2.7 基於競爭的訪問：CSMA/CD 126

6.2.8 基於競爭的訪問：CSMA/CA 128

6.3 數據鏈路幀 129

6.3.1 幀 129

6.3.2 幀字段 129

6.3.3 第 2層地址 130

6.3.4 LAN和WAN上的幀 131

6.4 總結 133

復習題 133

第7章　以太網交換 136

學習目標 136

7.1 以太網幀 136

7.1.1 以太網封裝 136

7.1.2 數據鏈路子層 137

7.1.3 MAC子層 138

7.1.4 以太網幀字段 139

7.2 以太網MAC地址 140

7.2.1 MAC地址和十六進制 140

7.2.2 以太網MAC地址 141

7.2.3 幀處理 142

7.2.4 單播MAC地址 143

7.2.5 廣播MAC地址 144

7.2.6 組播MAC地址 145

7.3 MAC地址表 145

7.3.1 交換機基礎知識 146

7.3.2 交換機的學習和轉發 146

7.3.3 過濾幀 148

7.4 交換機速率和轉發方法 149

7.4.1 思科交換機上的幀轉發方法 149

7.4.2 直通交換 150

7.4.3 交換機上的內存緩沖 150

7.4.4 雙工和速率設置 151

7.4.5 auto-MDIX 152

7.5 總結 152

復習題 153

第8章　網絡層 155

學習目標 155

8.1 網絡層特性 155

8.1.1 網絡層 155

8.1.2 IP封裝 156

8.1.3 IP的特徵 157

8.1.4 無連接 157

8.1.5 盡力而為 157

8.1.6 介質無關 158

8.2 IPv4數據包 159

8.2.1 IPv4數據包報頭 159

8.2.2 IPv4數據包報頭字段 159

8.3 IPv6數據包 160

8.3.1 IPv4的局限性 160

8.3.2 IPv6概述 161

8.3.3 IPv6數據包報頭中的IPv4數據包報頭字段 161

8.3.4 IPv6數據包報頭 162

8.4 主機的路由方式 163

8.4.1 主機轉發決策 163

8.4.2 默認網關 164

8.4.3 從主機路由到默認網關 164

8.4.4 主機路由表 165

8.5 路由簡介 165

8.5.1 路由器數據包轉發決策 166

8.5.2 IP路由器的路由表 166

8.5.3 靜態路由 167

8.5.4 動態路由 168

8.5.5 IPv4路由表簡介 169

8.6 總結 170

復習題 171

第9章　地址解析 173

學習目標 173

9.1 MAC和IP 173

9.1.1 同一網絡中的目的地址 173

9.1.2 遠程網絡中的目的地址 174

9.2 ARP 175

9.2.1 ARP概述 175

9.2.2 ARP功能 176

9.2.3 從ARP表中刪除條目 177

9.2.4 網絡設備上的ARP表 177

9.2.5 ARP問題：ARP廣播和ARP欺騙 178

9.3 IPv6鄰居發現 179

9.3.1 IPv6鄰居發現消息 179

9.3.2 IPv6鄰居發現：地址解析 180

9.4 總結 181

復習題 181

第 10章　基本路由器配置 184

學習目標 184

10.1 配置初始路由器設置 184

10.1.1 基本路由器配置步驟 184

10.1.2 路由器基本配置示例 185

10.2 配置接口 186

10.2.1 配置路由器接口 186

10.2.2 配置路由器接口的示例 187

10.2.3 檢驗接口的配置 188

10.2.4 配置驗證命令 188

10.3 配置默認網關 192

10.3.1 主機的默認網關 192

10.3.2 交換機的默認網關 193

10.4 總結 194

復習題 195

第 11章　IPv4編址 197

學習目標 197

11.1 IPv4地址結構 197

11.1.1 網絡部分和主機部分 197

11.1.2 子網掩碼 198

11.1.3 前綴長度 199

11.1.4 確定網絡：邏輯與（AND） 199

11.1.5 網絡地址、主機地址和廣播地址 200

11.2 IPv4單播、廣播和組播 202

11.2.1 單播 202

11.2.2 廣播 203

11.2.3 組播 204

11.3 IPv4地址的分類 204

11.3.1 公有和私有IPv4地址 204

11.3.2 路由到互連網 205

11.3.3 專用IPv4地址 206

11.3.4 傳統的有類編址 207

11.3.5 IP地址的分配 208

11.4 網絡分段 208

11.4.1 廣播域和分段 208

11.4.2 大型廣播域存在的問題 209

11.4.3 劃分網絡的原因 210

11.5 對IPv4網絡進行子網劃分 211

11.5.1 在二進制八位組邊界上劃分子網 211

11.5.2 在二進制八位組邊界內劃分子網 212

11.6 使用/16和/8前綴劃分子網 213

11.6.1 使用/16前綴創建子網 213

11.6.2 使用/16前綴創建100個子網 214

11.6.3 使用/8前綴創建1000個子網 216

11.7 按照要求劃分子網 218

11.7.1 對私有和公有IPv4地址空間進行子網劃分 218

11.7.2 將子網數量最大化，以及將未使用的主機IPv4地址最小化 220

11.7.3 示例：高效的IPv4子網劃分 220

11.8 VLSM 222

11.8.1 IPv4地址保留 222

11.8.2 VLSM 224

11.8.3 VLSM拓撲地址分配 225

11.9 結構化設計 226

11.9.1 IPv4網絡地址規劃 226

11.9.2 設備地址分配 227

11.10 總結 227

復習題 229

第 12章　IPv6編址 231

學習目標 231

12.1 IPv4的問題 231

12.1.1 IPv6的必要性 231

12.1.2 IPv4和IPv6共存 232

12.2 IPv6地址表示 233

12.2.1 IPv6編址格式 233

12.2.2 規則1：省略前導0 234

12.2.3 規則2：雙冒號 235

12.3 IPv6地址類型 236

12.3.1 單播、組播、任播 237

12.3.2 IPv6前綴長度 237

12.3.3 IPv6單播地址的類型 237

12.3.4 關於唯一本地地址的註意事項 238

12.3.5 IPv6 GUA 238

12.3.6 IPv6 GUA結構 239

12.3.7 IPv6 LLA 240

12.4 GUA和LLA靜態配置 241

12.4.1 路由器上的靜態GUA配置 241

12.4.2 Windows主機上的靜態GUA配置 242

12.4.3 鏈路本地單播地址的靜態配置 243

12.5 IPv6 GUA的動態編址 244

12.5.1 RS 和RA消息 244

12.5.2 方法1：SLAAC 245

12.5.3 方法2：SLAAC和無狀態DHCPv6 245

12.5.4 方法3：有狀態的DHCPv6 246

12.5.5 EUI-64過程和隨機生成 247

12.5.6 EUI-64過程 247

12.5.7 隨機生成的接口ID 248

12.6 IPv6 LLA的動態編址 249

12.6.1 動態LLA 249

12.6.2 Windows上的動態LLA 249

12.6.3 思科路由器上的動態LLA 250

12.6.4 驗證IPv6地址配置 251

12.7 IPv6組播地址 252

12.7.1 分配的IPv6組播地址 253

12.7.2 周知的IPv6組播地址 253

12.7.3 請求節點的IPv6組播地址 254

12.8 IPv6網絡的子網 254

12.8.1 使用子網ID劃分子網 254

12.8.2 IPv6子網劃分示例 255

12.8.3 IPv6子網分配 255

12.8.4 配置了IPv6子網的路由器 256

12.9 總結 257

復習題 258

第 13章　ICMP 261

學習目標 261

13.1 ICMP消息 261

13.1.1 ICMPv4和ICMPv6消息 261

13.1.2 主機可達性 261

13.1.3 目的不可達或服務不可達 262

13.1.4 超時 262

13.1.5 ICMPv6消息 262

13.2 ping和traceroute測試 264

13.2.1 ping：測試連接 264

13.2.2 ping本地環回地址 265

13.2.3 ping默認網關 265

13.2.4 ping遠程主機 266

13.2.5 traceroute：測試路徑 267

13.3 總結 267

復習題 268

第 14章　傳輸層 270

學習目標 270

14.1 數據傳輸 270

14.1.1 傳輸層的作用 270

14.1.2 傳輸層的職責 271

14.1.3 傳輸層協議 273

14.1.4 傳輸控制協議（TCP） 274

14.1.5 用戶數據報協議（UDP） 274

14.1.6 正確的應用程序使用正確的傳輸層協議 275

14.2 TCP概述 276

14.2.1 TCP功能 276

14.2.2 TCP報頭 277

14.2.3 TCP報頭字段 277

14.2.4 使用TCP的應用程序 277

14.3 UDP概述 278

14.3.1 UDP功能 278

14.3.2 UDP報頭 278

14.3.3 UDP報頭字段 279

14.3.4 使用UDP的應用程序 279

14.4 埠號 280

14.4.1 多個單獨的通信 280

14.4.2 套接字對 280

14.4.3 埠號組 281

14.4.4 netstat命令 282

14.5 TCP通信過程 283

14.5.1 TCP服務器過程 283

14.5.2 TCP連接的建立 285

14.5.3 會話終止 286

14.5.4 TCP三次握手的分析 286

14.6 可靠性和流量控制 287

14.6.1 TCP可靠性：確保按序交付 287

14.6.2 TCP可靠性：數據丟失和重傳 288

14.6.3 TCP流量控制：窗口大小和確認 290

14.6.4 TCP流量控制：最大段大小（MSS） 291

14.6.5 TCP流量控制：避免擁塞 292

14.7 UDP通信 292

14.7.1 UDP低開銷與可靠性 292

14.7.2 UDP數據報重組 293

14.7.3 UDP服務器進程與請求 294

14.7.4 UDP客戶端進程 294

14.8 總結 296

復習題 298

第 15章　應用層 300

學習目標 300

15.1 應用層、表示層和會話層 300

15.1.1 應用層 300

15.1.2 表示層和會話層 300

15.1.3 TCP/IP應用層協議 301

15.2 對等網絡 302

15.2.1 客戶端/服務器模型 302

15.2.2 對等網絡 303

15.2.3 對等應用程序 304

15.2.4 常見的對等應用程序 304

15.3 Web和電子郵件協議 305

15.3.1 超文本傳輸協議和超文本標記語言 305

15.3.2 HTTP和HTTPS 307

15.3.3 電子郵件協議 307

15.3.4 SMTP、POP和IMAP 308

15.4 IP編址服務 310

15.4.1 域名服務 310

15.4.2 DNS消息格式 311

15.4.3 DNS分層 312

15.4.4 nslookup命令 313

15.4.5 動態主機配置協議 313

15.4.6 DHCP工作原理 314

15.5 文件共享服務 315

15.5.1 文件傳輸協議 315

15.5.2 服務器消息塊 316

15.6 總結 317

復習題 318

第 16章　網絡安全基礎 321

學習目標 321

16.1 安全威脅和漏洞 321

16.1.1 威脅類型 321

16.1.2 漏洞分類 322

16.1.3 物理安全 323

16.2 網絡攻擊 324

16.2.1 惡意軟件的類型 324

16.2.2 偵察攻擊 324

16.2.3 訪問攻擊 325

16.2.4 拒絕服務攻擊 327

16.3 緩解網絡攻擊 328

16.3.1 縱深防禦方法 328

16.3.2 保留備份 328

16.3.3 升級、更新和補丁 329

16.3.4 認證、授權和審計 329

16.3.5 防火牆 330

16.3.6 防火牆的類型 331

16.3.7 終端安全 331

16.4 設備安全 331

16.4.1 思科AutoSecure 332

16.4.2 密碼 332

16.4.3 其他的密碼安全性 333

16.4.4 啟用SSH 334

16.4.5 禁用未使用的服務 334

16.5 總結 335

復習題 336

第 17章　構建小型網絡 338

學習目標 338

17.1 小型網絡中的設備 338

17.1.1 小型網絡拓撲 338

17.1.2 小型網絡的設備選擇 339

17.1.3 小型網絡的IP編址 339

17.1.4 小型網絡中的冗餘 341

17.1.5 流量管理 342

17.2 小型網絡應用程序和協議 342

17.2.1 常見的應用程序 342

17.2.2 常見的協議 343

17.2.3 語音和視頻應用程序 345

17.3 擴展為大型網絡 345

17.3.1 小型網絡的增長 345

17.3.2 協議分析 346

17.3.3 員工網絡利用率 346

17.4 驗證連接 347

17.4.1 通過ping驗證連接 347

17.4.2 擴展ping 349

17.4.3 通過traceroute驗證連接 350

17.4.4 擴展traceroute 352

17.4.5 網絡基線 353

17.5 主機和IOS命令 354

17.5.1 Windows主機的IP配置 354

17.5.2 Linux主機的IP配置 357

17.5.3 macOS主機的IP配置 358

17.5.4 arp命令 359

17.5.5 常用show命令回顧 360

17.5.6 show cdp neighbors命令 365

17.5.7 show ip interface brief命令 366

17.6 故障排除方法 366

17.6.1 基本的故障排除方法 366

17.6.2 解決還是上報 367

17.6.3 debug命令 367

17.6.4 terminal monitor命令 368

17.7 故障排除場景 369

17.7.1 雙工操作和不匹配問題 370

17.7.2 IOS設備的IP編址問題 370

17.7.3 終端設備的IP編址問題 371

17.7.4 默認網關問題 372

17.7.5 排除DNS故障 373

17.8 總結 374

復習題 376

附錄　復習題答案 378