奠基·计算机网络(修订版)（配光盘）（清华电脑学堂）

前 言 IT职业生涯从《奠基计算机网络》开始 有不少计算机专业的学生毕业找工作，发现不能立刻满足用人单位对IT人才的要求。现在我们来分析一下原因，看一下在学校学到的专业课程和用人单位的要求。 计算机专业课程：C语言，数据结构，离散数学，数据库原理，编译原理，操作系统，计算机组成原理，计算机网络原理，数字电路、模拟电路等。可以看到学校的课程设置偏理论、偏底层，学完这些课程要是不去制造计算机都有点屈才，这些理论再讲10年课本都不需要更新，学校做到了以不变应万变。 再看用人单位的需求，下面列出智联招聘网站几家用人单位对IT人才的需求，可以看到，虽然职位是网络工程师，但恨不得什么都能干，有的还要求你有经验。 用人单位 职位 技能要求 上海杨浦区 同欣进修学校 网络工程师 1.具有丰富的计算机硬件知识，精通计算机、服务器和网络维护； 2.熟悉局域网架构，具有良好的网络规划、组建、维护和独立处理网络系统故障的能力； 3.熟悉路由器、交换机、网络设备的设置与管理； 4.熟练使用办公软件。 浙江中国轻纺城网络有限公司 网络维护工程师 1.有一定的局域网维护经验（包括路由器、交换机等），会简单的综合布线能力； 2.熟练操作通用办公软件，能够对出现的网络问题、电脑病毒、打印机故障等及时有效地处理； 3.熟悉Linux操作系统； 4.熟悉Windows Server服务器，了解Active Directory（域管理）等基本的管理和使用； 5.熟悉Web、FTP、Mail软件配置。 百事饮料(南昌)有限公司 网络维护人员 1.熟悉Windows网络组建，域管理，Cisco网络设备和服务器的基本维护； 2.熟练地对单机硬件/电脑周边设备及Windows操作系统进行排障处理，熟悉常用工具软件及办公软件的应用及维护。 可以看到这三家单位都是招聘网络维护工程师，从技能要求来看，要求能够维护具体的设备，能够操作具体的服务器（Windows Server 或 Linux）。因此在学校学的网络原理、操作系统，不能立刻胜任这些工作，计算机专业尚且如此，更不要说有志于投身网络的其他专业和社会人员了。因此你要进一步针对具体的网络设备和服务器进行学习，这就是职业IT培训。 计算机专业的学生，刚出校门，面对用人单位的要求，发现自己似乎什么都不会，尤其是要求有经验，这对刚出校门的学生几乎苛刻。于是有的学生就开始迷茫和彷徨，不知道从何下手开始学习。 从智联招聘100家企业对IT人才的技能要求，同时结合本人从事微软、思科等厂家培十余年的经验，为微软正版用户做技术支持6年的经验，这里将IT技能进行了归纳整理。这些技能覆盖了企业对IT人才80%以上的技能要求。 从上图可以看到，企业组建网络不是目的，目的是为了在网络上进行更多的应用，比如企业邮件服务器、数据库服务器、办公自动化网站、流媒体服务器（用来开展培训）等。这些应用需要运行在Windows Server或Linux服务器上，因此你还要能够配置Windows Server和Linux服务器。这些服务器要想对用户提供服务，就要确保网络的畅通、安全和稳定。 因此我把IT技能分层，一个全面的IT人才，应该掌握以下技能： （1）能够维护企业的局域网（规划网络、划分VLAN），广域网（使企业的网络连接到Internet和企业远程网络）。（本书的名称《奠基计算机网络》有两个层面的意思：一、本书是你学习网络的的基础，二、本书是你IT职业生涯的开始）。 （2）在服务器方面的技能，你需要学会服务器（Windows Server和Linux）的配置，网络基础服务的实现（比如域名解析服务器、DHCP服务器的搭建，远程访问服务器的配置等等）。 （3）在这些服务器上承载的各种企业应用，也需要掌握专门的技能，比如数据库的管理[包括性能优化、高可用技术（数据库镜像、双机热备技术）、搭建企业邮件服务器（如微软邮件服务器Exchange 2010的管理）]。 （4）在前三条贯穿始终的是安全，包括网络安全、操作系统安全、应用安全。 （5）在前三条贯穿始终的还有高可用，包括网络高可用、服务器高可用、应用高可用。 （6）还有虚拟化技术（如微软的Hyper-V和VMWare的ESX服务器），能够搭建更加灵活的企业数据中心，这也是当前主流的IT技术。 以上列出的课程，是一个IT网络从业人员应该掌握的技能，旨在为计算机专业的在校大学生和刚刚参加工作的人员，确定一个学习方向。你可以在任何一个领域深入学习，比如深入学习数据库，可以做一个专业的DBA。 本书的目标 本书的目标就是让你胜任企业网络方面的工作，让你解决工作中遇到的问题，如果你打算报考计算机方向研究生，这本书并不适合你；如果你打算学完之后从事网络方面的工作，本书是最佳选择。 《奠基计算机网络》是一本讲解计算机网络基础的图书，但其内容并没有只局限于计算机网络，还包括网络安全、网络排错、Windows Server 2003搭建网络服务器和使用Windows实现的网络功能。 该书主要面向当前和未来的网络技术，因此没有过多地介绍互联网的历史，而是对下一代网络协议IPv6进行了详尽的介绍。该书没有打算让读者去研发TCP/IP协议，因此对于TCP/IP封装起来的内部的工作机制没有过多的讲解，但通过在Windows Server 2003上安装服务和配置服务器安全，使读者能够更深入地理解TCP/IP协议传输层和应用层协议之间的关系、服务和端口的关系、端口和网络安全的关系。学习后，你将能够通过查看建立的TCP会话来检查Windows操作系统是否中了木马，并使用IPSec防止木马。该书没有打算让读者去制造网卡或其他网络设备，因此没有为你详细讲述网卡传输信号的细节，也不会让你用复杂的公式计算以太网数据包传输延迟，但对于网络中使用网卡MAC地址欺骗造成的网络故障进行了详尽的讲解，为你展示了使用捕包工具捕获数据包排除网络故障的方法。该书没有打算让读者去改进动态路由的算法，因此对于复杂的动态协议的算法没有过多的讲解，但对于各种动态路由协议的适用场景和特点进行了详细的介绍和比较，并设计实验环境供你体验。总之，本书为你提供了对所学知识操作一遍的机会，消除读者对纯理论的神秘感，所有的实验环境在光盘中都为你提供了。 为什么写这本书 高校的计算机网络教程大多偏重理论，没有针对具体的网络设备安排课程内容。如果报考研究生，掌握这些理论是必不可少的。本书中的案例也可作为高校计算机网络的实验手册，这对于你深刻理解计算机网络中的理论有很大帮助。 再就是针对Cisco网络工程师认证的教程《CCNA学习指南》，是针对Cisco认证的教材。其内容只局限于网络知识和Cisco路由器的操作，没有进一步扩展，比如讲授TCP/IP，没有更进一步地讲述网络安全，也没有讲述在Windows操作系统上实现的网络安全。再比如，在讲授网络地址转换NAT时，只讲到在Cisco路由器上实现的地址转换，并没有讲述在Windows Server上实现的NAT。在讲授Cisco路由器实现的VPN时，没有讲述使用Windows实现的VPN。在讲授IPv6时，没有讲授IPv4和IPv6共存技术的具体实施。 本人从事IT技术培训工作十余年，并多年从事微软的产品技术支持服务，在排除操作系统和网络故障方面积累了大量的经验。在讲授CCNA课程时，将为客户排除网络故障的大量案例插入合适的章节，使抽象的理论和实际结合，在授课过程中尽量避免使用听起来高深的术语，而是使用直白晓畅的语言进行阐述。经过多年的积累沉淀，逐渐形成自己CCNA授课的风格和内容，广受学员欢迎，尤其是初学网络的学员。 对于自学计算机网络的学生，苦于没有网络设备，使得网络的学习仅停留于理论，而陷入困顿。有些学校即便有网络设备，也很难为每一个学员提供实验所需的网络环境。基于此，本书使用Packet Tracer和Dynamips软件为读者设计、搭建好了实验环境，读者只需打开软件，按着书上的步骤验证所需知识即可。 本书适合谁 ? 计算机网络的初学者 ? 高校在校生 ? 企业IT员工 对读者的要求 要求读者有使用网络的经验，那怕你会QQ聊天或网络偷菜，也就算是有了学习本书的基础。 本书特色 ? 侧重应用，尽量挖掘理论在实践中的应用。 ? 使用路由器模拟软件Packet Tracer设计实验和实验步骤。 ? Dynamips软件搭建实验环境。有些实验Packet Tracer不支持，就使用Dynamips软件模拟真实的路由操作系统。 ? 针对理论设计了实验环境，帮助你理解理论。 ? 有和教材相对应的PPT，适合作为学校教材。 ? 光盘中教学有视频，帮助你自学。 ? 学习本书，你只需一台内存1GB以上的计算机即可。 本书主要内容 第1章：介绍了局域网、广域网、服务器、客户机、OSI参考模型、网络设备等基本概念；集线器、交换机、路由器的功能；网卡、网线、直通线、交叉线、全反线的应用场景；OSI参考模型与网络排错以及网络安全的关系；Cisco组网的三层模型。 第2章：详细阐述TCP/IP的层次结构，以及每层包含的协议，讲解了传输层两个协议——TCP和UDP的应用场景，应用层协议和传输层协议的关系，应用层协议和服务之间的关系；演示了在Windows Server 2003上安装配置FTP服务、Web服务、POP3服务、SMTP服务和DNS服务，启用服务器的远程桌面，并且配置客户端连接这些服务器；配置Windows防火墙保护Windows XP安全和使用TCP/IP筛选配置服务器安全，防止主动入侵计算机；配置IPSec严格控制进出服务器的数据流量，避免木马程序造成威胁；展示使用捕包工具排除网络故障。 第3章：本章内容包括IP地址层次结构、IP地址分类、保留的IP地址、私有地址、等长子网划分和变长子网划分。 第4章：讲述如何使用Dynamips软件在计算机上运行路由器IOS，并搭建本书的实验环境，然后在这个软件上运行IOS进行路由器的常规配置来熟悉Cisco命令行界面；当完全熟悉了这个界面后，你将能够配置主机名、口令和其他更多的内容，并且通过使用 Cisco IOS来进行排错；使用安全设备管理器（SDM）管理路由器、恢复路由器密码、升级和安装路由器IOS。 第5章：在本章中您将学习数据包路由的详细过程，以及网络能畅通的必要条件。通过本章的学习，您将能够排除数据包路由产生的网络故障，并且能够使用路由汇总和默认路由简化路由表的配置，你还能够在Windows中配置路由和默认路由。通过配置路由器的路由表，可以实现网络的负载均衡。 第6章：本章讲述配置路由器使用动态路由协议自动构建路由表；讲述RIP（路由信息协议）、EIGRP（增强内部网关路由协议）以及OSPF（开放式最短路径优先）的工作特点和配置方法；配置RIP和EIGRP支持变长子网和不连续子网，配置EIGRP进行手动汇总，配置OSPF协议多区域，在边界路由器进行汇总；配置路由再发布、将静态路由发布到动态路由、不同动态路由协议之间实现路由再发布。 第7章：本章介绍交换机、集线器和网桥设备的区别，以及交换机如何优化网络；介绍设计高可用的交换网络和交换机阻断环路的生成树技术；交换机端口安全；介绍什么是VLAN（虚拟局域网）、如何创建VLAN，以及将相应的接口指定到特定的VLAN，配置干道链路和VLAN间路由；使用VTP（VLAN间干道协议）协议简化VLAN管理。 第8章：本章内容包括从OSI参考模型来看网络安全，典型的安全网络架构，安全威胁，标准访问控制列表，扩展访问控制列表，使用访问控制列保护路由器安全，基于时间的访问控制列表，使用ACL降低安全威胁。 第9章：本章介绍网络地址转换（Network Address Translation，NAT）、动态网络地址转换和端口地址转换（Port Address Translation，PAT），PAT也称为网络地址转换复用；介绍NAT、PAT和端口映射的应用场景以及配置方法；演示了使用Windows XP配置连接共享实现NAT和端口映射、在Windows Server 2003上配置NAT和端口映射。 第10章：本章介绍IPv6相较现在的IP有哪些方面的改进，IPv6的地址体系，IPv6下的计算机地址配置方式，IPv6的静态路由和动态路由，支持IPv6的动态路由协议RIPng、EIGRPv6和OSPF协议v3的配置；IPv6和IPv4共存技术、双协议栈技术、6 to 4的隧道技术、ISATAP隧道和NAT-PT技术。 第11章：本章主要为大家介绍广域网使用的协议，重点讲授广域网协议HDLC、PPP和帧中继。同时给还会介绍VPN的配置，使用Cisco路由器和Windows Server 2003配置为远程访问服务器。 第12章：网络排错和IP地址自动分配，本章以一台计算机不能访问Internet为例，讲述了网络网络排错的一般步骤，讲解了如何配置路由器支持跨网段分配IP地址。 致 谢 河北师范大学软件学院采用“校企合作”的办学模式。在课程体系设计上与市场接轨；在教师的使用上，大量聘用来自企业一线的工程师；在教材及实验手册建设上，结合国内优秀教材的知识体系，大胆创新，开发了一系列理论与实践相结合的教材（本教材即是其中一本）。在学院新颖模式培养下，百余名学生进入知名企业实习或已签订就业合同，得到了用人企业的广泛认可。这些改革及成果的取得，首先要感谢河北师范大学校长蒋春澜教授的大力支持和鼓励，同时还要感谢河北师范大学校党委对这一办学模式的肯定与关心。 在本书整理完成的过程中，对河北师范大学数信学院院长邓明立教授、软件学院副院长赵书良教授以及李文斌副教授表示真诚的谢意，是他们为本书的写作提供了一个良好的环境，是他们为本书内容的教学实践保驾护航。他们与编著者关于教学的沟通与交流为本书提供了丰富的案例和建议。感谢河北师范大学软件学院教学团队中的每一位成员，还要感谢河北师范大学软件学院每一位学生，是他们的友好、热情、帮助和关心促使本书的形成。 最后，感谢我的家人在本书创作过程中给予的支持与理解。 韩立刚 MSN：onesthan@hotmail.com QQ：458717185

目 录 第1章 计算机网络 1 1.1 Internet概览 2 1.1.1 Internet示意图 2 1.1.2 国内Internet骨干网 3 1.1.3 本书涉及的主要技术 5 1.2 本书涉及的几个概念 6 1.2.1 局域网和广域网 6 1.2.2 服务器和客户机 7 1.3 网际互联模型 8 1.3.1 分层的方法 9 1.3.2 参考模型的优点 9 1.3.3 OSI的分组 11 1.4 理解OSI参考模型 11 1.4.1 实例：应用程序包含IP地址 带来的麻烦 11 1.4.2 OSI参考模型与排错 12 1.4.3 通过建立的会话查看木马 14 1.5 网络设备 15 1.5.1 网卡 15 1.5.2 网线 18 1.5.3 集线器 20 1.5.4 交换机 23 1.5.5 路由器 24 1.6 数据封装 26 1.7 传输模式 27 1.7.1 半双工和全双工以太网 27 1.7.2 设置网卡的双工模式 28 1.8 Cisco组网三层模型 29 1.8.1 核心层 30 1.8.2 汇聚层 31 1.8.3 接入层 31 1.8.4 高可用网络设计 32 1.9 习题 33 第2章 TCP/IP协议 37 2.1 OSI和DoD模型 38 2.2 传输层协议 38 2.2.1 传输控制协议 39 2.2.2 用户数据报协议 39 2.3 应用层协议 40 2.3.1 应用层协议和传输层协议 的关系 40 2.3.2 应用层协议和服务的关系 41 2.3.3 示例1：查看远程桌面侦听 的端口 42 2.3.4 示例2：端口冲突造成服务 启动失败 44 2.4 应用层协议和服务 45 2.4.1 在Windows Server 2003 上安装服务 45 2.4.2 配置FTP服务器 48 2.4.3 配置Web服务器 52 2.4.4 配置SMTP服务和POP3服务 55 2.4.5 启用远程桌面且更改默认端口 63 2.4.6 配置DNS服务器 66 2.5 配置服务器网络安全 70 2.5.1 端口扫描 70 2.5.2 使用Telnet排除网络故障 71 2.5.3 Windows防火墙保护客户端 安全 72 2.5.4 使用TCP/IP筛选保护服务器 安全 76 2.5.5 使用IPSec保护服务器安全 80 2.6 网络层协议 91 2.6.1 IP协议 92 2.6.2 ICMP协议 94 2.6.3 IGMP协议 99 2.6.4 ARP协议 100 2.7 使用捕包工具排除网络故障 105 2.7.1 示例：查看谁在发送广播包 105 2.7.2 捕包软件安装的位置 108 2.8 习题 110 第3章 IP地址 115 3.1 理解IP地址 116 3.1.1 IP地址组成 116 3.1.2 学习IP地址预备知识 117 3.1.3 IP地址写法 118 3.1.4 IP地址的分类 118 3.1.5 网络ID和主机ID 119 3.1.6 保留的IP地址 120 3.1.7 私有IP地址 121 3.2 等长子网划分 122 3.2.1 子网掩码的作用 122 3.2.2 CIDR 123 3.2.3 等长子网划分 124 3.2.4 判断IP地址所属的网段 127 3.2.5 A类网络子网划分 128 3.3 变长子网划分 129 3.3.1 示例：变长子网划分 129 3.3.2 超网 130 3.3.3 合并网络的规律 131 3.4 习题 133 第4章 Cisco IOS 137 4.1 Cisco路由器的硬件和IOS 138 4.1.1 Cisco路由器的硬件分类 138 4.1.2 Cisco路由器的主要组件 139 4.1.3 路由器IOS命名 141 4.2 连接到路由器进行配置 141 4.2.1 使用超级终端配置路由器 143 4.2.2 使用超级终端Telnet路由器 144 4.3 路由器的常规配置 145 4.3.1 实验环境和要求 146 4.3.2 使用Packet Tracer搭建实验 环境 147 4.3.3 查看路由器信息 150 4.3.4 配置路由器的全局参数 152 4.3.5 配置路由器的接口 153 4.3.6 配置路由器允许通过Telnet 配置 156 4.3.7 查看、保存和删除路由器配置 157 4.3.8 加密口令 159 4.4 Cisco命令行帮助功能 160 4.4.1 使用帮助功能和命令简写 160 4.5 习题 162 第5章 静态路由 165 5.1 IP路由 166 5.1.1 配置静态路由 166 5.1.2 删除静态路由 170 5.2 路由汇总 171 5.2.1 通过路由汇总简化路由表 172 5.2.2 路由汇总例外 173 5.2.3 无类域间路由（CIDR） 173 5.3 默认路由 174 5.3.1 使用默认路由作为指向Internet 的路由 174 5.3.2 让默认路由代替大多数网段 的路由 175 5.3.3 使用默认路由和路由汇总 简化路由表 177 5.3.4 Windows上的默认路由和网关 178 5.4 总结 180 5.5 实验 180 5.5.1 实验1：静态路由 180 5.5.2 实验2：使用默认路由 183 5.5.3 实验3：使用默认路由和路 由汇总 185 5.5.4 实验4：网络排错 186 5.6 习题 187 第6章 动态路由 189 6.1 动态路由 190 6.2 RIP协议 190 6.2.1 RIP的配置过程 191 6.2.2 RIPv1和RIPv2 195 6.3 EIGRP协议 197 6.3.1 EIGRP的配置过程 198 6.3.2 关闭EIGRP的自动汇总 200 6.3.3 查看EIGRP的配置和路由表 200 6.3.4 EIGRP手动汇总 201 6.3.5 确认EIGRP选择的最佳路径 201 6.3.6 查看EIGRP的备用路径 202 6.3.7 查看EIGRP邻居 203 6.3.8 显示EIGRP协议活动 204 6.3.9 更改EIGRP的默认设置 204 6.4 OSPF协议 204 6.4.1 OSPF相关术语 205 6.4.2 支持多区域 207 6.4.3 OSPF的network 参数 208 6.4.4 配置OSPF单区域 209 6.4.5 检查路由表 210 6.4.6 查看OSPF链路状态数据库 211 6.4.7 测试OSPF收敛速度 211 6.4.8 OSPF多区域 213 6.5 RIP、EIGRP和OSPF协议的对比 215 6.5.1 路由协议的类型 215 6.5.2 路由协议的优先级 216 6.5.3 验证路由协议的优先级 216 6.6 实验 219 6.6.1 实验1：配置RIPv2支持变 长子网 219 6.6.2 实验2：配置RIPv2支持不连 续子网 220 6.6.3 实验3：配置EIGRP手动汇总 221 6.6.4 实验4：OSPF排错 223 6.7 总结 224 6.8 习题 226 第7章 交换 229 7.1 局域网组网设备 230 7.1.1 集线器 230 7.1.2 网桥 230 7.1.3 交换机 231 7.1.4 查看交换机的MAC地址表 231 7.1.5 交换机上配置监控端口 232 7.2 生成树协议 233 7.2.1 生成树协议 233 7.2.2 生成树术语 234 7.2.3 生成树的操作 235 7.2.4 生成树的端口状态 236 7.2.5 确认和更改根桥 236 7.2.6 关闭VLAN 1的生成树 238 7.3 交换机端口安全 238 7.3.1 端口和MAC地址绑定 239 7.3.2 控制端口连接计算机的数量 241 7.4 VLAN 241 7.4.1 什么是VLAN 242 7.4.2 创建和管理VLAN 243 7.4.3 跨交换机的VLAN 245 7.4.4 配置干道链路 246 7.4.5 帧标记 248 7.4.6 VLAN干道协议（VTP） 249 7.4.7 配置VTP域 250 7.5 配置VLAN间路由 252 7.5.1 单臂路由器实现VLAN间路由 252 7.5.2 多层交换机实现VLAN间路由 254 7.6 习题 255 第8章 网络安全 259 8.1 网络安全简介 260 8.1.1 从OSI参考模型来看网络安全 260 8.1.2 典型的安全网络架构 261 8.1.3 防火墙的种类 261 8.1.4 常见的安全威胁 262 8.2 访问控制列表 265 8.2.1 标准访问控制列表 265 8.2.2 扩展访问控制列表 268 8.2.3 使用访问控制列表保护路由 270 8.3 访问控制列表的位置 271 8.4 习题 271 第9章 NAT 275 9.1 网络地址转换技术简介 276 9.1.1 NAT的应用场景 276 9.1.2 NAT的类型 276 9.2 实现网络地址转换 277 9.2.1 配置静态NAT 277 9.2.2 配置动态NAT 279 9.2.3 配置PAT 281 9.2.4 配置端口映射 282 9.3 在Windows上实现网络地址转换 和端口映射 285 9.3.1 在Windows XP上配置连接 共享和端口映射 285 9.3.2 在Windows Server 2003上配置 网络地址转换和端口映射 287 9.4 动手实验 290 9.5 习题 290 第10章 IPv6 295 10.1 为什么需要IPv6 296 10.1.1 IPv4的不足之处 296 10.1.2 IPv6的改进 297 10.1.3 IPv6协议栈 298 10.1.4 ICMPv6协议的功能 299 10.2 IPv6寻址 301 10.2.1 IPv6寻址及表达式 301 10.2.2 IPv6的地址类型 302 10.2.3 IPv6中特殊的地址 303 10.2.4 IPv6计算机地址配置方法 304 10.3 配置IPv6路由 308 10.3.1 配置IPv6静态路由 308 10.3.2 配置RIPng支持IPv6 310 10.3.3 配置EIGRPv6支持IPv6 312 10.3.4 配置OSPFv3支持IPv6 314 10.4 习题 317 第11章 广域网 321 11.1 广域网简介 322 11.1.1 广域网术语 322 11.1.2 广域网连接类型 323 11.1.3 通用的广域网协议 324 11.2 典型的广域网协议 325 11.2.1 HDLC 325 11.2.2 点到点PPP 327 11.2.3 帧中继 332 11.3 虚拟专用网 340 11.3.1 VPN使用的广域网协议 341 11.3.2 配置Windows服务器为VPN 服务器 342 11.4 习题 349 第12章 网络排错和地址自动分配 353 12.1 网络排错 354 12.1.1 网络排错过程 354 12.1.2 网络排错案例 354 12.2 IP地址自动分配方案 359 12.2.1 配置路由器支持跨网段分配 IP地址 360 12.3 习题 362