思科網絡技術學院教程（第7版）網絡簡介

思科網路技術學院項目是思科公司在範圍內推出的一個主要面向初級網路工程技術人員的培訓專案，旨在讓多的年輕人學習的網路技術知識，為互聯網時代做好準備。《思科網路技術學院教程（第7版）：網路簡介》是思科網路技術學院的配套書面教材，主要內容包括：當今網路的現狀、交換機和終端設備的基本配置、協定和模型、實體層、數制系統、資料連結層、乙太網交換、網路層、位址解析、基本路由器配置、IPv4編址、IPv6編址、ICMP、傳輸層、應用層、網路安全基礎、構建小型網路。本書每章末尾還提供了複習題，並在附錄中給出了答案和注釋，以檢驗讀者對每章知識的掌握情況。《思科網路技術學院教程（第7版）：網路簡介》適合準備參加CCNA認證考試的讀者以及各類網路技術初學人員參考閱讀。

第1章　當今網路 1
學習目標 1
1.1 網路影響我們的生活 1
1.1.1 網路連接我們 1
1.1.2 潛力無限 1
1.2 網路元件 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 中繼裝置 3
1.2.5 網路介質 4
1.3 網路表示方式和網路拓撲 5
1.3.1 網路表示方式 5
1.3.2 拓撲圖 6
1.4 常見網路類型 7
1.4.1 多種規模的網路 7
1.4.2 局域網和廣域網路 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 融合網路 12
1.6 可靠網路 13
1.6.1 網路架構 13
1.6.2 容錯能力 14
1.6.3 可擴展性 14
1.6.4 服務品質 15
1.6.5 網路安全 15
1.7 網路趨勢 16
1.7.1 近期趨勢 16
1.7.2 自帶設備（BYOD） 17
1.7.3 線上協作 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 電力線網路 19
1.7.8 無線頻寬 19
1.8 網路安全 20
1.8.1 安全威脅 20
1.8.2 安全解決方案 21
1.9 總結 21
複習題 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 作業系統 25
2.1.2 GUI 26
2.1.3 作業系統的用途 27
2.1.4 存取方法 27
2.1.5 終端模擬程式 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 設定檔 37
2.5.2 修 行配置 38
2.5.3 將配置捕獲到文字檔中 38
2.6 埠和位址 40
2.6.1 IP地址 40
2.6.2 介面和埠 41
2.7 配置IP位址 42
2.7.1 手動配置終端設備的IP位址 43
2.7.2 自動配置終端設備的IP位址 43
2.7.3 交換機虛擬介面配置 44
2.8 總結 44
複習題 45

第3章　協定和模型 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 網路通訊協定要求 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 節點圖示說明 53
3.2 協議 53
3.2.1 網路通訊協定概述 53
3.2.2 網路通訊協定功能 54
3.2.3 協議交互 55
3.3 協議簇 55
3.3.1 網路通訊協定簇 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協定模型 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 協定數據單元 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 第三層邏輯位址 71
3.7.3 同一網路中的設備 72
3.7.4 數據鏈路層地址的角色：同一個IP網路 72
3.7.5 遠端網路中的設備 73
3.7.6 網路層位址的角色 73
3.7.7 數據鏈路層地址的角色：不同的IP網路 74
3.7.8 數據鏈路地址 75
3.8 總結 76
複習題 78

第4章　實體層 80
學習目標 80
4.1 實體層的用途 80
4.1.1 物理連接 80
4.1.2 實體層 81
4.2 實體層的特徵 82
4.2.1 實體層標準 82
4.2.2 物理元件 83
4.2.3 編碼 83
4.2.4 信號 84
4.2.5 頻寬 84
4.2.6 頻寬術語 85
4.3 銅纜佈線 86
4.3.1 銅纜佈線的特徵 86
4.3.2 銅纜的種類 87
4.4 UTP佈線 89
4.4.1 UTP佈線的屬性 89
4.4.2 UTP佈線標準和連接器 90
4.4.3 直通和交叉UTP電纜 92
4.5 光纜佈線 93
4.5.1 光纜佈線的屬性 93
4.5.2 光纜介質類型 93
4.5.3 光纜佈線的使用 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
複習題 99

第5章　數制系統 101
學習目標 101
5.1 二進位數制系統 101
5.1.1 二進位和IPv4位址 101
5.1.2 二進位位置記數法 102
5.1.3 將二進位數轉換為十進位數 104
5.1.4 十進位到二進位的轉換 105
5.1.5 十進位到二進位的轉換示例 108
5.1.6 IPv4地址 113
5.2 十六進位數制系統 114
5.2.1 十六進位和IPv6地址 114
5.2.2 十進位到十六進位的轉換 115
5.2.3 十六進位到十進位的轉換 115
5.3 總結 116
複習題 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 存取控制方法 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 幀欄位 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
複習題 133

第7章　乙太網交換 136
學習目標 136
7.1 乙太網幀 136
7.1.1 乙太網封裝 136
7.1.2 數據鏈路子層 137
7.1.3 MAC子層 138
7.1.4 乙太網幀欄位 139
7.2 乙太網MAC位址 140
7.2.1 MAC地址和十六進位 140
7.2.2 乙太網MAC位址 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 交換機上的記憶體緩衝 150
7.4.4 雙工和速率設置 151
7.4.5 auto-MDIX 152
7.5 總結 152
複習題 153

第8章　網路層 155
學習目標 155
8.1 網路層特性 155
8.1.1 網路層 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數據包報頭欄位 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數據包報頭欄位 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 預設閘道器 164
8.4.3 從主機路由到預設閘道器 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
複習題 171

第9章　地址解析 173
學習目標 173
9.1 MAC和IP 173
9.1.1 同一網路中的目的地址 173
9.1.2 遠端網路中的目的地址 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 網路設備上的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
複習題 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 配置介面 186
10.2.1 配置路由器介面 186
10.2.2 配置路由器介面的示例 187
10.2.3 檢驗介面的配置 188
10.2.4 配置驗證命令 188
10.3 配置預設閘道器 192
10.3.1 主機的預設閘道器 192
10.3.2 交換機的預設閘道器 193
10.4 總結 194
複習題 195

第11章　IPv4編址 197
學習目標 197
11.1 IPv4位址結構 197
11.1.1 網路部分和主機部分 197
11.1.2 子網路遮罩 198
11.1.3 首碼長度 199
11.1.4 確定網路：邏輯與（AND） 199
11.1.5 網路位址、主機位址和廣播位址 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位址 206
11.3.4 傳統的有類編址 207
11.3.5 IP地址的分配 208
11.4 網路分段 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 劃分網路的原因 210
11.5 對IPv4網路進行子網劃分 211
11.5.1 在二進位八位元組邊界上劃分子網 211
11.5.2 在二進位八位元組邊界內劃分子網 212
11.6 使用/16和/8首碼劃分子網 213
11.6.1 使用/16首碼創建子網 213
11.6.2 使用/16首碼創建100個子網 214
11.6.3 使用/8首碼創建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位址空間進行子網劃分 218
11.7.2 將子網數量 化，以及將未使用的主機IPv4位址 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網路位址規劃 226
11.9.2 設備位址分配 227
11.10 總結 227
複習題 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位址表示 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網址類別型 236
12.3.1 單播、組播、任播 237
12.3.2 IPv6首碼長度 237
12.3.3 IPv6單播地址的類型 237
12.3.4 關於 本地地址的注意事項 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 鏈路本地單播位址的靜態配置 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 隨機生成的介面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位址配置 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組播位址 254
12.8 IPv6網路的子網 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
複習題 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預設閘道器 265
13.2.4 ping遠端主機 266
13.2.5 traceroute：測試路徑 267
13.3 總結 267
複習題 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 使用者數據報協定（UDP） 274
14.1.6 正確的應用程式使用正確的傳輸層協定 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報頭欄位 277
14.2.4 使用TCP的應用程式 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報頭欄位 279
14.3.4 使用UDP的應用程式 279
14.4 埠號 280
14.4.1 多個單獨的通信 280
14.4.2 通訊端對 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伺服器過程 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： 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伺服器進程與請求 294
14.7.4 UDP用戶端進程 294
14.8 總結 296
複習題 298

第15章　應用層 300
學習目標 300
15.1 應用層、展示層和工作階段層 300
15.1.1 應用層 300
15.1.2 展示層和工作階段層 300
15.1.3 TCP/IP應用層協定 301
15.2 對等網路 302
15.2.1 用戶端/伺服器模型 302
15.2.2 對等網路 303
15.2.3 對等應用程式 304
15.2.4 常見的對等應用程式 304
15.3 Web和電子郵件協定 305
15.3.1 超文字傳輸協定和超文字標記語言 305
15.3.2 HTTP和HTTPS 307
15.3.3 電子郵件協定 307
15.3.4 SMTP、POP和IMAP 308
15.4 IP編址服務 310
15.4.1 功能變數名稱服務 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 動態主機設定通訊協定 313
15.4.6 DHCP工作原理 314
15.5 檔共用服務 315
15.5.1 檔案傳輸通訊協定 315
15.5.2 伺服器訊息區 316
15.6 總結 317
複習題 318

第16章　網路安全基礎 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 網路攻擊 324
16.2.1 惡意軟體的類型 324
16.2.2 偵察攻擊 324
16.2.3 訪問攻擊 325
16.2.4 拒 服務攻擊 327
16.3 緩解網路攻擊 328
16.3.1 縱深防禦方法 328
16.3.2 保留備份 328
16.3.3 升級、 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
複習題 336

第17章　構建小型網路 338
學習目標 338
17.1 小型網路中的設備 338
17.1.1 小型網路拓撲 338
17.1.2 小型網路的設備選擇 339
17.1.3 小型網路的IP編址 339
17.1.4 小型網路中的冗餘 341
17.1.5 流量管理 342
17.2 小型網路應用程式和協定 342
17.2.1 常見的應用程式 342
17.2.2 常見的協議 343
17.2.3 語音和視頻應用程式 345
17.3 擴展為大型網路 345
17.3.1 小型網路的增長 345
17.3.2 協議分析 346
17.3.3 員工網路利用率 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 網路基線 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 nei ors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 預設閘道器問題 372
17.7.5 排除DNS故障 373
17.8 總結 374
複習題 376
附錄　複習題答案 378

Rick Graziani（里克·格拉齊亞尼）在加利福尼亞州聖克魯斯的卡布利洛學院和加州大學教授計算機科學與計算機網路課程。Rick在任教之前，曾在資訊技術領域為Santa Cruz Operation公司、天騰電腦公司、洛克希德導彈和太空公司工作，並曾在美國海岸警衛隊服役。他擁有加利福尼亞州立大學蒙特裡灣分校的計算機科學與系統理論學士學位。Rick還擔任思科網路學院課程工程小組的課程開發人員。當Rick休息的時候，他喜歡在聖克魯斯衝浪。
 
Allan Johnson（艾倫·詹森）於1999年進入學術界，將所有的精力投入教學中。在此之前，他做了10年的企業主和運營人。他擁有MBA和職業培訓與發展專業的教育碩士學位。他曾在高中教授過7年的CCNA課程，並且已經在德克薩斯州科帕斯市的Del Mar學院教授CCNA和CCNP課程。2003年，Allan開始將大部分時間和精力投入CCNA教學支援小組，為各地的網路學院的教師提供服務以及開發培訓材料。當前，他在思科網路學院擔任全職的課程負責人。