网络工程设计与应用

第1章 网络工程概述1

1.1 网络工程基本概念1

1.1.1 网络工程的定义1

1.1.2 网络系统集成2

1.2 网络系统集成体系结构4

1.2.1 网络系统集成的体系框架4

1.2.2 网络系统集成模型5

1.2.3 网络系统集成模型的特点5

1.2.4 网络需求分析的重要性6

1.2.5 逻辑网络设计6

1.2.6 物理网络设计6

1.2.7 网络安装与调试7

1.2.8 网络验收与维护7

1.3 系统集成原则和生命周期7

1.3.1 网络系统集成遵循的原则7

1.3.2 网络系统集成的生命周期8

1.4 网络工程设计中的基本问题9

1.4.1 网络工程的主要阶段9

1.4.2 网络工程设计中需要注意的问题10

1.4.3 网络设计的约束因素11

1.4.4 网络系统选用的网络操作系统11

1.4.5 计算机网络中的用户12

1.5 网络工程的招投标13

1.5.1 网络工程的招投标概述13

1.5.2 网络工程招投标步骤13

1.5.3 用户对投标书的审定内容15

1.6 网络工程文档及管理15

1.6.1 技术文档概述15

1.6.2 网络工程文档的作用16

1.6.3 网络工程文档的分类17

1.6.4 网络工程文档的主要内容19

1.6.5 网络工程文档的管理与维护20

1.7 网络施工的质量控制与监理21

1.7.1 网络工程的质量控制21

1.7.2 网络工程的监理22

习题23

第2章 网络工程理论与技术25

2.1 计算机网络协议层次和位置25

2.1.1 理论技术基础在网络设计中的作用25

2.1.2 计算机网络体系结构与协议层次26

2.1.3 计算机网络协议（PDU）的格式27

2.1.4 计算机网络协议及协议要素27

2.2 TCP/IP协议参考模型27

2.2.1 TCP/IP协议的两个要点27

2.2.2 TCP/IP协议结构28

2.2.3 网络协议的捆绑29

2.3 计算机网络中的地址30

2.3.1 网络地址概述30

2.3.2 网络地址的使用30

2.3.3 网络地址之间的转换31

2.4 IP地址划分技术32

2.4.1 IP地址概述32

2.4.2 有类IP地址33

2.4.3 特殊IP地址34

2.4.4 专用IP地址及用途34

2.4.5 IP层转发分组的过程35

2.4.6 子网划分技术35

2.4.7 划分子网的例子36

2.4.8 无分类编址（CIDR）和变长子网掩码（VLSM) 37

2.4.9 路由汇聚技术38

2.4.10 最长前缀匹配39

2.5 网络互联技术40

2.5.1 网络互联概述40

2.5.2 网络互连设备41

2.6 以太网技术42

2.6.1 以太网技术概述42

2.6.2 以太网的帧格式43

2.6.3 快速、千兆和万兆以太网技术44

2.7 虚拟局域网（VLAN）技术47

2.7.1 VLAN概述47

2.7.2 实现VLAN的方式48

2.7.3 VLAN使用的帧格式49

2.7.4 VLAN协议与主干连接标准49

2.8 路由寻址技术50

2.8.1 路由技术概述50

2.8.2 路由和路由表51

2.8.3 路由选择算法51

2.8.4 路由协议52

2.8.5 默认路由53

2.8.6 层次路由53

2.8.7 因特网中的路由层次54

2.8.8 因特网中的路由协议54

2.8.9 NAT技术55

2.9 网络接入技术57

2.9.1 广域网接入技术57

2.9.2 无线广域网接入58

2.9.3 因特网接入技术概述59

2.9.4 因特网接入技术的特征59

习题61

第3章 计算机网络设备63

3.1 传输介质和连接器63

3.1.1 传输介质63

3.1.2 连接器66

3.1.3 直通线、交叉线和全反线68

3.2 网络适配器68

3.2.1 网络适配器的用途68

3.2.2 网络适配器的连接69

3.3 调制解调器70

3.3.1 调制解调器的作用70

3.3.2 Modem的标准和分类70

3.3.3 Modem的基本功能71

3.4 网桥72

3.4.1 网桥的功用72

3.4.2 网桥的工作原理72

3.5 路由器73

3.5.1 路由器的作用73

3.5.2 路由器的结构74

3.5.3 路由器的工作原理74

3.6 交换机74

3.6.1 交换机概述74

3.6.2 交换机的工作原理76

3.6.3 交换机的工作方式77

3.6.4 交换机的分类77

3.6.5 以太网交换机78

3.6.6 交换机的级联和堆叠78

3.6.7 多层交换的概念79

3.6.8 局域网采用三层交换技术79

3.6.9 三层交换与传统路由器的比较81

3.7 网络服务器主机82

3.7.1 服务器主机基本概念82

3.7.2 服务器主机和集群技术83

习题84

第4章 网络设计需求分析85

4.1 网络设计需求分析概述85

4.1.1 网络需求分析的概念85

4.1.2 分析网络应用目标86

4.1.3 网络需求分析的内容87

4.1.4 分析网络项目范围88

4.1.5 分析网络项目应用需求88

4.1.6 需求分析中存在的问题89

4.2 分析网络设计中的约束90

4.2.1 用户网络业务需求分析90

4.2.2 网络结构和性能的需求分析91

4.2.3 网络业务约束对网络设计的影响91

4.2.4 网络应用目标检查的内容93

4.2.5 需求分析报告和可行性报告93

4.3 网络设计需求分析的技术指标94

4.3.1 网络需求分析涉及的技术指标94

4.3.2 时延95

4.3.3 吞吐量95

4.3.4 丢包率96

4.3.5 网络延时抖动和路由97

4.3.6 网络带宽和响应时间98

4.3.7 利用率和网络效率99

4.3.8 可用性、可靠性和可恢复性100

4.3.9 网络分析的其他技术指标100

4.3.10 网络技术指标汇总报告101

4.4 网络流量需求分析101

4.4.1 网络流量分析的方法101

4.4.2 因特网流量的特征102

4.4.3 网络流量边界分析104

4.4.4 网络流量特征分析105

4.4.5 网络流量分析的例子106

习题107

第5章 综合布线系统设计109

5.1 综合布线系统概述109

5.1.1 综合布线系统的基本概念109

5.1.2 综合布线系统具有的特点110

5.1.3 综合布线系统的标准111

5.1.4 综合布线系统的组成112

5.2 综合布线系统的工程设计117

5.2.1 综合布线设计的内容117

5.2.2 综合布线系统的部件117

5.2.3 综合布线系统设计原则118

5.2.4 综合布线行业惯例119

5.2.5 综合布线系统的屏蔽问题119

5.2.6 综合布线系统的测试和验收120

5.3 网络机房设计121

5.3.1 机房设计的主要内容121

5.3.2 机房环境设计121

5.3.3 机房电源设计123

5.3.4 机房电源接地设计124

5.3.5 机房设计的进一步分析126

习题127

第6章 计算机网络设计129

6.1 计算机网络设计概述129

6.1.1 计算机网络设计的主要内容129

6.1.2 网络设计的基本原则130

6.1.3 网络组成结构的基本概念131

6.2 网络拓扑结构设计131

6.2.1 网络拓扑结构的一般描述131

6.2.2 网络拓扑结构的类型132

6.2.3 点对点拓扑结构133

6.2.4 环型拓扑结构134

6.2.5 网状型拓扑135

6.2.6 总线型拓扑136

6.2.7 星型拓扑136

6.2.8 蜂窝型拓扑137

6.2.9 混合型拓扑137

6.2.10 平面网络结构138

6.3 网络分层设计139

6.3.1 分层设计模型139

6.3.2 分层设计原则140

6.3.3 接入层设计140

6.3.4 汇聚层设计141

6.3.5 核心层设计142

6.3.6 网络冗余设计142

6.3.7 网络负载均衡设计144

6.3.8 服务子网设计145

6.4 网络性能设计147

6.4.1 网络带宽设计147

6.4.2 网络服务质量设计149

6.5 企业网（Intranet）设计150

6.5.1 Intranet设计概述150

6.5.2 Intranet的WAN设计151

6.6 IP地址规划设计152

6.6.1 网络中的寻址技术与方法152

6.6.2 获得IP地址的方法153

6.6.3 IP地址规划的原则154

6.6.4 网络地址规划技术154

6.6.5 IP地址规划实例分析155

6.7 选择路由协议156

6.7.1 网络中的路由层次156

6.7.2 网络中的路由协议157

6.7.3 路由协议的比较158

6.8 选择网络管理协议158

6.8.1 网络管理的基本功能158

6.8.2 网络管理机制159

6.8.3 网络管理协议和平台159

6.9 网络设计案例分析160

6.9.1 校园计算机网络设计160

6.9.2 大型企业主干网设计163

6.9.3 家庭无线局域网设计165

习题167

第7章 网络安全设计169

7.1 网络安全概述169

7.1.1 网络安全面临的问题169

7.1.2 开放的网络安全服务170

7.1.3 TCP/IP网络安全技术模型和IATF170

7.2 网络安全设计过程171

7.2.1 网络安全设计的步骤171

7.2.2 网络风险评估172

7.2.3 网络安全方案和策略的开发173

7.2.4 网络安全防护技术173

7.3 网络安全机制与技术174

7.3.1 网络安全模型174

7.3.2 对称密钥机制与公钥机制175

7.3.3 数字签名技术177

7.3.4 报文鉴别技术(报文摘要MD)177

7.3.5 密钥分配机制179

7.4 网络安全技术180

7.4.1 访问控制技术180

7.4.2 审计和恶意软件的防护181

7.4.3 防火墙技术182

7.4.4 入侵检测技术184

7.4.5 虚拟专用网VPN186

7.4.6 物理安全性187

7.4.7 网络隔离技术188

7.4.8 网络安全保密管理制度189

7.4.9 提供网络安全性例子189

7.5 网络数据备份与容错技术190

7.5.1 网络数据备份190

7.5.2 容错技术192

7.5.3 网络存储技术193

7.5.4 异地容灾和容错电源196

习题197

第8章 路由器配置199

8.1 路由器配置基本概念199

8.1.1 路由器配置的基本内容199

8.1.2 路由器系统的组成200

8.1.3 路由器的接口201

8.1.4 IOS和进程202

8.1.5 IOS配置文件202

8.1.6 Cisco路由器产品系列203

8.2 路由器的基本配置203

8.2.1 路由器配置的途径203

8.2.2 路由器配置环境搭建204

8.2.3 路由器的一般配置过程207

8.2.4 IOS的启动与系统配置207

8.3 路由器配置模式209

8.3.1 路由器配置权限和配置模式209

8.3.2 改变配置模式的方法209

8.3.3 ROM检测模式210

8.3.4 其他配置模式210

8.4 IOS命令行接口CLI211

8.4.1 CLI使用约定和规则211

8.4.2 命令行的注释和默认设置212

8.4.3 显示和查看路由器状态214

8.5 IOS备份、口令管理和路由器测试214

8.5.1 IOS及配置文件的备份方法214

8.5.2 路由器口令管理216

8.5.3 路由器测试命令216

8.6 路由器常用配置217

8.6.1 IP路由配置步骤217

8.6.2 路由协议配置218

8.6.3 广域网协议配置223

8.7 网络地址转换NAT及配置226

8.7.1 网络地址转换NAT概述226

8.7.2 网络地址转换NAT配置226

8.8 路由器应用配置228

8.8.1 路由器应用配置的环境228

8.8.2 静态路由协议配置228

8.8.3 RIP路由协议配置230

8.8.4 OSPF路由协议配置231

8.9 访问控制列表配置232

8.9.1 访问控制列表配置232

8.9.2 标准访问控制列表配置233

8.9.3 扩展访问控制列表配置234

8.10 路由器系统软件恢复和维护235

8.10.1 路由器密码恢复235

8.10.2 路由器IOS的故障237

8.10.3 路由器IOS恢复方法238

8.10.4 FTP站点的创建238

8.10.5 Rommon模式下的IOS恢复240

8.10.6 通过FTP或TFTP的IOS恢复240

习题242

第9章 交换机配置244

9.1 交换机配置基础知识244

9.1.1 交换机在组网中的作用244

9.1.2 交换机的命名和标识244

9.1.3 Cisco交换机内部组成和产品分类245

9.2 交换机的配置247

9.2.1 配置交换机的过程247

9.2.2 配置交换机的工作模式247

9.2.3 交换机端口的默认配置248

9.2.4 交换机的常规配置249

9.2.5 清除交换机配置的方法251

9.3 VLAN的配置技术251

9.3.1 VLAN的配置技术概述251

9.3.2 基于端口划分VLAN252

9.3.3 VLAN的配置步骤253

9.3.4 在同一个交换机上创建VLAN253

9.3.5 创建跨越交换机的VLAN254

9.4 VLAN之间的路由配置255

9.4.1 单臂路由应用环境255

9.4.2 对Cisco 3750交换机的配置256

9.4.3 VLAN的单臂路由配置256

9.4.4 对Cisco 2950交换机的配置257

9.4.5 VLAN之间路由配置的测试257

9.4.6 删除VLAN的方法258

9.5 用Telnet远程配置交换机258

9.5.1 为交换机开启登录权限和操作权限258

9.5.2 使用Telnet对交换机进行远程管理259

9.6 通过Web界面访问交换机的配置259

9.6.1 交换机的Web管理259

9.6.2 交换机Web管理配置过程260

9.7 三层交换机配置260

9.7.1 三层交换机配置要点260

9.7.2 三层交换机配置261

9.8 交换机的系统维护262

9.8.1 交换机密码的恢复262

9.8.2 交换机IOS的恢复263

习题264

第10章 网络测试与分析工具266

10.1 网络测试工具266

10.1.1 设置和查看网络接口工具ipconfig266

10.1.2 查看和设置地址解析协议表项工具arp267

10.1.3 测试网络连通状态工具ping270

10.1.4 查看协议包经过路径工具tracert272

10.1.5 查看网络状态工具netstat273

10.1.6 查看和设置路由表的表项工具route275

10.1.7 查看域名工具nslookup275

10.2 应用层协议工具277

10.2.1 ftp277

10.2.2 telnet277

10.2.3 实现系统管理的NET命令程序279

10.3 网络协议分析工具280

10.3.1 Ethereal概述280

10.3.2 Ethereal的过滤器281

10.3.3 Ethereal应用界面281

10.3.4 Ethereal捕获网络协议包的方法282

10.4 各层协议分析284

10.4.1 以太网II帧协议格式284

10.4.2 IP层协议格式284

10.4.3 ICMP协议格式284

10.4.4 ARP协议格式284

10.4.5 TCP层协议分析285

10.4.6 应用层协议分析285

习题286

第11章 网络工程验收与维护287

11.1 网络工程测试287

11.1.1 网络测试与验收概述287

11.1.2 网络工程测试的方法287

11.1.3 建立原型网络系统288

11.1.4 网络测试工具289

11.1.5 网络测试的主要内容290

11.2 网络工程验收291

11.2.1 网络工程验收的主要内容291

11.2.2 综合布线系统的验收292

11.2.3 网络系统的验收293

11.2.4 网络系统的试运行293

11.2.5 技术文档的验收294

11.3 网络工程维护和管理294

11.3.1 网络工程维护294

11.3.2 网络工程的管理295

11.3.3 网络管理方式295

11.3.4 网络管理模型296

11.3.5 网络性能测试和管理工具297

11.3.6 网络设备管理系统297

11.3.7 网络运行管理制度298

11.4 网络故障处理298

11.4.1 网络故障处理概述298

11.4.2 常见的网络故障299

11.4.3 网络故障定位过程300

11.4.4 网络故障处理方法301

11.4.5 常用网络故障测试工具和命令303

11.4.6 网络各层故障排除的例子305

习题307

附录A SDH与网络常用传输速率标准309

附录B Cisco IOS命令分类索引311

附录C 网络配置参数318

附录D 传输介质标识及参数320

附录E 网络工程用的部分表格323

参考文献330

本书以计算机网络设计、网络系统集成、网络配置、网络工程验收为主线，讨论网络工程设计与应用。内容主要包括网络工程基本理论与技术、网络系统集成体系结构、网络设计需求分析、综合布线设计、计算机网络设计、网络安全设计、网络设备配置技术、网络测试与分析工具、网络工程验收与维护。探讨网络设计、网络工程和网络配置深层次的技术和方法，本书内容实用、脉络清晰、易读易懂。本书可作为网络设计、网络工程、网络配置有关工程技术人员的参考书，还可以作为高等学校计算机类专业、通信和电子等相关专业本科生和研究生的网络工程设计、计算机网络实验课程教材，也适合需要了解网络工程设计的读者阅读。

为教育部“高等学校教学质量与教学改革工程”立项项目之一。
1.以网络工程设计为主线，讨论网络系统集成方法、网络拓扑设计、逻辑网络和物理网络设计、网络安全设计。围绕网络工程设计讨论网络需求分析、网络流量分析，主要讨论网络用户需求，以及网络设计对网络技术指标的需求。主要介绍接入层、汇聚层、核心层构建要点，在设计时需要注意的问题。也介绍了网络冗余设计和网络负载均衡设计。
2.以主流网络设备CISCO 2811路由器，Cisco Catalyst 2950、3750交换机为例，力图讲清楚网络设备配置中的关键技术和方法，给出清晰易懂的描述和命令行配置过程，也介绍了网络设备IOS恢复的方法。同时指出网络配置时需要注意的问题。
3.结合网络工程实施需要，讨论网络工程文档的分类、网络测试的技术和工具、网络验收过程和要求、网络故障定位、网络管理的工具。结合网络数据安全需要，讨论数据备份和容错技术。
4.网络安全设计重点讨论了公钥加密机制实现的数字签名技术，以及报文鉴别技术、报文摘要、密钥分发机制。网络安全技术讨论了常用的防火墙、入侵检测、虚拟专用网、物理安全性机制。