OSI模型

网络拓补结构

城域网

核心层

核心层是城域网的最高层，负责处理大量的数据流量。核心层的设备通常是高性能的路由器和交换机，能够处理大量的数据传输。高速数据交换。

• 提供对外（互联网出口）的连接
• 为整个城域网提供一个高速、安全与具有QoS保障能力的数据传输环境

汇聚层

汇聚层位于核心层和接入层之间，负责将接入层的流量汇聚到核心层。汇聚层的设备通常是中等性能的路由器和交换机，能够处理中等规模的流量。

• 处理身份认证、计费和宽带控制
• 流量汇聚：将多个接入层节点的数据向上透传

接入层

接入层是城域网的最底层，负责将终端设备（如PC、服务器等）接入网络。接入层的设备通常是交换机，能够提供多个端口供终端设备连接。

城域网技术描述

• 可以使用==SNMP==实现带外网络管理，利用IP网络及协议进行网络管理，汇聚层以上（核心交换层）带外管理，汇聚层以下（用户接入层）带内管理
• 保证服务质量QoS的有：==资源预留（RSVP）、区分服务（diff server）和多协议标记交换（MPLS）==

技术特征

ADSL（非对称数字用户路线）

下行快，上行慢
上行速率在64kbps~640kbps，下行速率在500kbps~7Mbps

使用了一个 FDM（频分复用技术）

1. 语音信道： 0~4kHz，用于普通电话通话。
2. 上行信道： 25kHz~200kHz（大约），用于上传数据。
3. 下行信道： 200kHz~1.1MHz（大约），用于下载数据。

Cable Modem（电缆调制解调器）

Cable Modem也是频分复用技术，将信道分为上行信道和下行信道。

• 专门为用线电视网进行数据传输设计的
• 无需拨号
• 非对称速率：上行慢，下行快
• 共享式带宽：用的人越多，速度越慢

MPLS（Multi-Protocol Label Switching，多协议标签交换）

如果把光纤比作高速公路，光以太网是公路的标准，那么 MPLS 就是一套“高速路自动收费与导航系统”。

1. MPLS 的核心逻辑：不再看 IP 地址
   传统的路由器在转发数据时，需要拆开数据包查 IP 地址，然后去庞大的路由表里一行行比对，这就像快递员每到一个分拣站都要拆开包裹看具体地址，效率较低。

MPLS 的做法是：

• 打标签（Labeling）： 在数据进入 MPLS 网络边缘时，给它贴上一个短而固定长度的标签（Label）。
• 快速交换： 路径中间的交换机只看这个“标签”编号，查一个简单的索引表就直接甩到下一个接口。它不需要去看复杂的 IP 路由表。

2. MPLS 的技术特征

• “多协议” (Multi-Protocol)： 它可以承载各种协议，不仅是 IP，也可以是传统的 ATM 或帧中继（Frame Relay）。
• 二层半协议： 在 OSI 模型中，它介于第二层（数据链路层）和第三层（网络层）之间。它在以太网帧头和 IP 头之间插入了一个 MPLS 头部。
• 面向连接： 虽然以太网是无连接的，但 MPLS 通过建立 LSP（标签交换路径），让数据包像走铁路轨道一样，沿着预先设定的路径行驶。

HDSL（High-bit-rate Digital Subscriber Line，高比特率数字用户线路）

对称传输，上下行对等，利用2到3对双绞线
上行传输速率最大可以达到1.5544Mbps

VDSH（Very-higt-bit-rate Digital Subscriber Line）

非对称带宽特性
上行速率为2.3Mbps，下行速率为51Mbps

RPR环

• 50ms实现自愈
• 方向性
  • 外环（Outer Ring）：顺时针方向传输数据分组
  • 内环（Inner Ring）：逆时针方向传输数据分组
  • RPR同时利用这两个环来传输数据和控制信息，带宽利用率极高。
• 带宽共享
• SRP公平算法：RPR 能够自动调节各个节点的发送速率，防止某个节点占用过多带宽导致其他节点“饿死”。
• 目的节点剥离： 在 RPR 环中，数据帧由源节点发出，由目的节点从环上剥离。

HFC（Hybrid Fiber-Coaxial，混合光纤同轴电缆网）

简单来说，HFC 就是把**光纤（Fiber）和同轴电缆（Coaxial）**结合起来的宽带接入技术。

• 共享带宽：同一个光节点下的所有用户共享一条下行带宽，与ADSL（独享）最大的区别
• 频率划分
  • 上行信道： 5MHz - 42MHz（用于上传）。
  • 电视信道： 50MHz - 550MHz（用于看电视）。
  • 下行数据信道： 550MHz 以上（用于下载上网数据）。
• 非对称性： 下行速率（最高可达 40Mbps 甚至更高）远大于上行速率。
• 双向传输系统

传输速率

OC速率

$OC-1 = 51.84 \text{ Mbps}$
OC-n = $n \times 51.84$

中继距离

传输协议

802

个人局域网（WPAN）——“近身距离”

• 802.15：无线个人个域网标准。
  • 802.15.1：蓝牙 (Bluetooth)。
  • 802.15.4：低速率无线个域网（ZigBee 的底层），你玩 ESP32 搞传感器网络时常接触。

局域网（LAN）——“一栋楼/一个校园”

• 802.3：以太网 (Ethernet) 标准。这是有线网络的基石。
  • 衍生考点：802.3u (快速以太网/100Mbps)、802.3z (千兆以太网)。
• 802.11：无线局域网 (WLAN) 标准，即 Wi-Fi。
  • 成员：802.11a/b/g/n/ac/ax。

b 是最垃圾的 2.4GHz 11Mbps
a 升级到5GHz 54Mbps
g 就是b提升到了a的速率 2.4GHz 54Mbps
n WIFI4，双频，多输入多输出（MIMO）
ac WIFI5，只支持5GHz MU-MIMO技术
ax WIFI6，双频，理论9.6Gbps，OFDMA技术

城域网（MAN）——“一个城市”

==远距离无线宽带接入标准==

• 802.16：宽带无线接入标准，通常称为 WiMAX。解决城市范围内的无线宽带覆盖。
  • a：提供非视距（NLOS）传输，信号可以穿透障碍物或反射传输。
  • d：固定无线带宽，用于“最后一公里”接入，类似无线版的ADSL。不支持移动性。
  • e：移动WiMAX。采用了SOFDMA（可扩展正交频分复用多址）。高速移动保持上网

光以太网

• 分配带宽
• 具有认证与授权功能
• 支持VPN和防火墙
• 支持MPLS（多协议标签交换）
• 计费功能

中小型网络系统总体规划与设计

路由器

• 传统路由器采用共享背板带宽结构，高性能路由器（40Gbit/s）一般采用交换式结构
• 路由器的服务质量主要表现在队列管理机制、端口硬件队列管理和支持QoS协议
• 通过路由表来决定包转发路径
• 路由器的可用性=无故障连续工作时间（MTBF）大于 10万 小时，且系统故障恢复时间小于 30分钟

背板（或背板带宽，Backplane Bandwidth）

• 定义：是指路由器或交换机接口处理器（或接口卡）和数据总线间所能吞吐的最大数据量。

• 意义：它代表了设备内部数据交换架构的理论物理极限。您可以将其理解为设备内部的“高速公路总宽度”。背板带宽越高，意味着设备在各端口之间调度数据的能力越强。

路由器的吞吐量（包转发能力）与路由器的端口数量和速率、包类型、包长度有关

吞吐量**（Throughput）**

• 定义：是指路由器在没有丢包的情况下，单位时间内能够实际转发的最大数据量。通常用包转发率（pps，即每秒转发的数据包数量）或比特率（bps）来衡量。
• 意义：它代表了设备在真实运行环境下的实际数据处理与转发能力。您可以将其理解为这条高速公路上“实际能够顺利通过的车流量”。

路由器的吞吐量（包转发能力）与路由器的端口数量和速率、包类型、包长度有关

延时与延时抖动

• 从第一个字节进入路由器，到该帧的最后一个字节离开路由器所经历的时间就是延时
• 延时与包长度、链路传输速率有关

丢包率

• 丢包率是衡量路由器超负荷工作能力的指标之一

服务质量

• 路由器的服务质量主要表现在队列管理机制（调度算法，拥塞管理）、端口硬件队列管理和QoS协议

IP地址规划

网络地址聚合

1. 核心原理：找“共同点”
   地址聚合的基础是二进制匹配。只要一组网络地址的前面若干位（Prefix）是一模一样的，我们就可以把它们合并。

1
2
3
4
5

聚合步骤：
将需要聚合的 IP 地址转换成 二进制。
从左向右对比，找到所有地址中 完全相同的位数。
保持这些相同位不变，后面全部补 0，得到聚合后的网络地址。
相同位的长度，就是新的 子网掩码（CIDR）。

2. 实例演示
   假设我们需要聚合以下四个网段：

1
2
3
4

192.168.0.0/24
192.168.1.0/24
192.168.2.0/24
192.168.3.0/24

第一步：转为二进制（只看有差异的第三段）

1
2
3
4

192.168.00000000.0
192.168.00000001.0
192.168.00000010.0
192.168.00000011.0

第二步：找相同位
可以看到，这四个地址的前 22 位（前两个八位字节 16 位 + 第三段的前 6 位 000000）是完全一样的。

第三步：得出结果
将相同部分保留，后面补 0，得到：192.168.0.0。
掩码长度为 22。

聚合后的地址为：192.168.0.0/22

路由设计技术基础

🌟 RIP 路由更新题秒杀口诀

第一步：找“下一跳是 R2”的行（无条件信任）—— 最强突破口！

• 特征：看原路由表，下一跳明确写着 R2。
• 结论：不管距离变大、变小还是没变，它一定采用了 R2 的数据。
• 计算：R2报文里的值 = 更新后的值 - 1
  第二步：找“距离变小了”的行（喜新厌旧）
• 特征：原下一跳不是 R2，但更新后的距离比原来小。
• 结论：说明走 R2 这条新路更近，它抛弃了原路，采用了 R2 的数据。
• 计算：R2报文里的值 = 更新后的值 - 1
  (注：做完这两步，基本就能算出好几个精确值，通常足以在选择题里排除错误选项、直接锁定胜局了！)
  第三步：找“下一跳不是R2，且距离没变”的行（坚持原路）
• 特征：原下一跳是别人，且更新后的距离和原来一模一样。
• 结论：说明走 R2 这条新路没有比原来的路更近（新路大于或等于原路），所以拒绝更新。
• 推论：R2报文里的值 + 1 ≥ 原来的值（也就是说 R2报文里的值 ≥ 原来的值 - 1）

局域网技术基础及应用

• STP电缆价格比UTP要贵，而且对安装施工的要求较高，但是STP比UTP的抗电磁干扰能力好。
• 多介质插座是用来连接UTP和STP的
• 当在单一信息插座上进行两项服务时，宜采用Y形适配器
• 在管理子系统中更改、增加、交换、扩展线缆用于改变线缆路由

综合布线系统标准

• 国际标准：ISO/IEC 11801
• 北美标准：TIA/EIA 568
• 中国国家标准：GB 50311 与 GB 50312

无论是哪套标准，其物理架构通常都划分为以下六个子系统：

1. 工作区子系统(WorkArea)：终端设备到插座的部分。
2. 水平子系统(Horizontal)：楼层配线间到工作区插座。
3. 管理子系统(Administration)：配线架、跳线等管理设备。
4. 垂直干线子系统(Backbone)：连接楼层配线间与设备间。
5. 设备间子系统(EquipmentRoom)：安装核心网络设备的主枢纽。
6. 建筑群子系统(Campus)：连接多栋建筑物之间的布线

## Ethernet 物理层标准命名法解析 (x Type-y Name)

以太网标准的命名通常由三个核心部分组成，遵循 $x\text{Base-}y$ 的逻辑结构：

1. 传输速率 (x)

位于连字符之前的数字或字母，代表该标准支持的额定传输速率。

• 数字数字：直接代表速率（Mbps）。例如 10 代表 10 Mbps，100 代表 100 Mbps。
• 数字 + G：代表千兆速率（Gbps）。例如 1G (虽常用 1000Base), 10G, 40G, 100G 。

2. 信号传输方式 (Type)

中间的词汇（通常是 BASE）定义了信号的传输技术。

• BASE：代表 Baseband（基带） 传输。这是目前绝大多数以太网标准的特征，意味着电缆上一次只传输一种信号。
• BROAD：代表 Broadband（宽带）。早期标准（如 10BROAD36）中使用，现已基本退出历史舞台。

3. 介质与编码标识 (y Name)

连字符后的后缀用于区分传输介质（电缆类型）、波长或编码方案。

• T (Twisted Pair)：双绞线（如 10Base-T, 1000Base-T）。
• S (Short wavelength)：短波长多模光纤（850 nm）。
• L (Long wavelength)：长波长单模或多模光纤（1310 nm）。
• E (Extended distance)：超长距离光纤（1550 nm）。
• C (Copper/Coaxial)：铜缆或同轴电缆（早期如 10Base-C）。
• X：代表使用了特定的 8B/10B 编码方式（常用于千兆以太网，如 1000Base-X）。
• 数字（如 -2, -5）：在极早期标准中代表最大传输距离（如 10Base-5 代表 500 米）。

典型示例对比表

交换机及其配置

基本概念

• 基于MAC地址识别，完成转发数据帧功能。
• 工作在[[#OSI模型|数据链路层]]，根据进入端口数据帧的MAC地址进行数据帧的过滤、转发。
• 讲多台数据终端设备连接在一起，构建形状结构的网络。
• 交换机采用盖时间戳的方法刷新交换表
• 一共有三层交换机，其核心在于结合了==二层交换（基于 MAC 地址）==和==三层路由（基于 IP 地址）==的功能

交换机的转发模式（Switching Forwarding Modes）

存储转发 (Store-and-Forward)

工作原理：交换机在转发数据前，必须接收并缓存整个数据帧。随后进行 CRC（循环冗余校验），检查帧是否受损或存在错误。只有校验通过的完整帧才会被转发

优点：可靠性高，支持不同速率转换
缺点：延迟较高

直通转发 (Cut-through)

工作原理：交换机只要识别出数据帧头部的 6或14 字节目的 MAC 地址，就立即开始转发，无需等待剩余部分

优点：延迟极低
缺点：错误扩散，无校验

无碎片转发 (Fragment-free / Modified Cut-through)

工作原理：交换机接收数据帧的前 64 个字节（以太网帧出现冲突和碎片的最小长度）后开始转发。

优点：性价比极高
缺点：无法过滤 64 字节以后的 CRC 校验错误。

交换表内容的建立和维护

思科交换机的交换表保存在可编制内容存储器CAM的高速缓存中

1
2
3
4
5

显示小型交换机交换表命令
show mac-address-table

显示大中型交换机交换表命令
show cam dynamic

交换机划分方法

交换机常见的三种配置模式

CatOS命令

配置IP地址

1

set interface sc0 <ip_addr> <ip mask> <ip_addr>

虚拟局域网技术

• VLAN工作在[[#OSI模型]]的数据链路层。
• 每个VLAN都是一个独立的逻辑网段，一个独立的广播域，它们都有唯一的子网号。
• VLAN之间不能直接通信，必须通过第三层路由功能完成。
• 不同交换器厂家要实现VLAN Trunk功能时，必须使用IEEE802.1Q协议
• 用于标识VLAN的VLAN ID用 12bit 表示
• VLAN范围1~1000，名字最长用32个字符