CCNA 网络基础知识最新PPT课程

本文还有配套的精品资源，点击获取

简介：CCNA课程涵盖了网络基础的各个方面，包含OSI模型、TCP/IP协议、路由协议、VLAN以及思科设备配置等内容。本套PPT资源旨在帮助学习者全面理解网络通信的运作，从OSI的七层模型到TCP/IP协议簇，再到路由协议的选择与配置，以及VLAN技术的实现与管理，学习者能够逐步掌握网络技术，为通过CCNA认证或解决实际网络问题打下坚实基础。

1. OSI模型全面介绍

OSI模型（Open Systems Interconnection model）作为网络通信领域的基石，为复杂网络技术的分层和标准化提供了清晰的框架。它被广泛应用于各种网络设备和协议，以实现系统间可靠和有效的通信。 OSI模型将网络通信划分为七个层次，从物理层到应用层，每一层负责不同的功能，并且仅了解其上层和下层的接口信息。

1.1 层次结构与各层功能

• 物理层（Layer 1） ：主要负责数据的传输，包括电压级别、时序等。
• 数据链路层（Layer 2） ：负责在相邻节点间的帧传输，进行错误检测和纠正。
• 网络层（Layer 3） ：核心是路由选择，确保数据包能从源传输到目的地。
• 传输层（Layer 4） ：提供端到端的通信服务，如TCP和UDP协议。
• 会话层（Layer 5） ：建立、管理和终止会话。
• 表示层（Layer 6） ：处理数据格式和编码，确保数据在发送和接收端之间以一致的格式交换。
• 应用层（Layer 7） ：提供用户接口，实现特定应用服务，例如HTTP和FTP。

通过这七个层次，OSI模型不仅简化了复杂问题，而且促进了不同厂商设备间的互操作性，是理解现代网络通信不可或缺的工具。在下一章中，我们将探讨TCP/IP模型，它是OSI模型的实际应用，并在互联网中扮演着核心角色。

2. TCP/IP协议簇详解

2.1 理解TCP/IP模型架构

2.1.1 层次结构与各层功能

TCP/IP模型，也称为Internet协议套件，是一种用于互联网和其他网络通信的分层协议。模型分为四层，每一层承担着网络通信中的不同功能。

• 应用层：提供了网络应用服务，如HTTP、FTP、SMTP等。它是用户与网络交互的界面，负责处理数据格式和数据交换。
• 传输层：主要负责在网络节点之间提供端到端的数据传输，传输层有两个核心协议：TCP和UDP。TCP提供可靠的、面向连接的服务，而UDP提供无连接服务，传输效率更高。
• 网际层（网络层）：核心协议是IP协议，负责将数据包从源地址传输到目标地址。这一层是整个网络通信过程中数据包路由选择的关键。
• 网络接口层（链路层）：这是TCP/IP模型与实际物理网络接口的最后一层，定义了如何使用硬件来发送和接收数据包。

为了更好地理解，我们通过一个例子来阐述数据是如何在网络中流动的：

1. 用户通过应用层的HTTP协议发送一个网页请求。
2. 请求被封装成TCP段，并添加必要的传输层控制信息。
3. TCP段被进一步封装成IP数据报，网络层IP协议确定路由路径。
4. 最后，IP数据报在链路层被封装成帧，并通过物理介质发送。

2.1.2 协议与服务之间的关系

在TCP/IP模型中，协议是实现特定功能的规则集，而服务则是协议所支持的功能集合。每个层次都由一个或多个协议实现，这些协议提供了不同层次的服务。

以一个简单的网页访问过程为例：

1. 应用层的HTTP协议向用户提供了获取网页的服务。
2. HTTP服务请求需要通过传输层的TCP协议来确保数据正确、顺序地传输。
3. 网际层的IP协议负责将TCP数据报发送到正确的主机。
4. 网络接口层将IP数据报封装成适合特定网络传输的数据帧，完成整个数据传输过程。

TCP/IP模型中的每一层都为上层提供接口，同时又使用下层的服务。这种分层设计使得网络通信模块化，便于理解和实施，同时也支持了不同网络技术之间的互操作性。

2.2 IPv4与IPv6的比较分析

2.2.1 地址结构与寻址机制

IPv4与IPv6是互联网协议的两个版本，它们在地址结构和寻址机制上存在明显差异。

IPv4使用32位地址空间，地址通常表示为四个0到255之间的十进制数，由点分隔。例如，192.168.1.1。IPv4地址数量有限，全球Internet已经面临地址耗尽的问题。

IPv6使用128位地址空间，它提供了几乎无限的地址数量。IPv6地址通常由8组四位十六进制数字表示，各组之间用冒号分隔。例如，2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。IPv6的地址格式简化了路由处理，并且支持更多自动配置和移动性。

2.2.2 协议转换与过渡策略

随着互联网的快速发展，从IPv4向IPv6的平滑过渡成为了一个重要议题。在过渡过程中，一些协议和机制被设计来同时支持IPv4和IPv6，如双协议栈、隧道技术和地址翻译（NAT-PT）。

双协议栈是指网络设备同时运行IPv4和IPv6协议栈，根据目的地址决定使用哪种协议。隧道技术是指将IPv6数据封装在IPv4数据包中传输，反之亦然。NAT-PT允许IPv6主机与IPv4主机进行通信，但其应用受到限制，并在RFC 4966中被标记为不推荐使用。

2.3 TCP/IP模型下的传输控制协议TCP

2.3.1 TCP的三次握手与四次挥手

TCP是一种面向连接的、可靠的传输层协议。它使用三次握手机制来建立连接，确保通信双方的同步，以及数据传输的可靠性和顺序性。

三次握手过程如下：

1. 客户端发送一个带有SYN标志的数据段，表示开始一个连接请求。
2. 服务器响应一个带有SYN/ACK标志的数据段，表示接受连接请求。
3. 客户端再次发送一个带有ACK标志的数据段，表示确认连接。

释放一个TCP连接需要四次挥手：

1. 主动关闭的一方发送一个带有FIN标志的数据段。
2. 被动关闭的一方响应一个带有ACK标志的数据段。
3. 被动关闭的一方发送一个带有FIN标志的数据段，表示同意关闭连接。
4. 主动关闭的一方最后响应一个带有ACK标志的数据段，完成连接释放。

2.3.2 流量控制与拥塞控制机制

TCP使用流量控制和拥塞控制机制来维护网络的稳定和高效。流量控制是为了防止发送方发送数据过快，导致接收方处理不过来；而拥塞控制是为了防止过多的数据注入到网络中，引起网络拥塞。

流量控制通过滑动窗口协议实现，它允许发送方在等待确认之前发送多个数据段。窗口大小会动态调整，以适应网络条件和接收方的处理能力。

拥塞控制则由四种算法组成：慢启动、拥塞避免、快速重传和快速恢复。慢启动和拥塞避免用于探测网络负载，快速重传和快速恢复用于处理数据段丢失的情况。这些机制确保了在不确定的网络环境中TCP连接的可靠性和稳定性。

3. 路由协议：静态与动态路由

3.1 静态路由的原理与配置

3.1.1 静态路由的适用场景

静态路由是一种路由选择方式，在网络中被手动配置并固定下来，它不依赖任何动态路由协议，而是由网络管理员根据网络的拓扑结构进行指定。静态路由适用于以下几种场景：

• 网络拓扑简单且稳定 ：在网络的规模较小或网络结构不经常变动时，静态路由配置简单，易于管理。
• 网络安全要求高 ：在一些需要严格控制路由信息的场景，静态路由可以避免动态路由协议潜在的安全问题。
• 性能要求高 ：对于一些对延迟敏感的应用，静态路由可以提供确定的路径，从而可以保证服务质量（QoS）。
• 特定流量的路由控制 ：当需要对特定流量指定特定路径，或是要进行负载均衡时，静态路由提供了精细控制的可能性。

3.1.2 静态路由的配置方法

配置静态路由通常需要在路由器上手动添加路由条目。配置的步骤如下：

1. 确定目的网络和下一跳地址 ：首先要明确数据包要到达的目的网络以及下一跳路由器的IP地址。
2. 登录路由器 ：通过控制台线、Telnet或SSH等方式登录到路由器的命令行接口。
3. 进入配置模式 ：通过特定命令（如 enable ，然后输入 configure terminal ）进入配置模式。
4. 添加静态路由条目 ：使用 ip route 命令添加静态路由。格式为 ip route [目的网络] [子网掩码] [下一跳地址或出接口] 。

示例配置命令如下：

Router(config)# ip route 192.168.2.0 255.255.255.0 192.168.1.2

该命令表示将目的网络 192.168.2.0/24 的路由指向下一跳地址 192.168.1.2 。如果下一跳地址不可达，路由器则不会添加这条静态路由。

静态路由的配置虽然简单，但当网络拓扑发生变化时，管理员必须手动更新配置，这在大型网络中可能会变得非常繁琐。因此，在复杂的网络环境中，动态路由协议通常是更优的选择。

3.2 动态路由协议的分类与选择

3.2.1 动态路由协议的比较

动态路由协议能够自动适应网络拓扑的变化，并自动更新路由信息。它们可以分为以下几类：

• 距离向量协议 （如RIP和EIGRP）：这类协议依赖于路由器间的距离和方向信息来决定最佳路径。RIP协议基于跳数，而EIGRP则使用更复杂的度量标准。
• 链路状态协议 （如OSPF和IS-IS）：这类协议通过构建一个完整的网络拓扑图来实现路由的计算。每个路由器都会收集链路状态信息并生成一个链路状态数据库。
• 路径矢量协议 （如BGP）：BGP是运行在自治系统之间的协议，它不仅考虑路径的长度，还考虑路径的属性，用于互联网的路由选择。

3.2.2 路由协议的决策与优化

选择合适的动态路由协议需要考虑如下因素：

• 网络规模 ：小规模网络适合使用简单协议，如RIP或EIGRP；大规模网络则更适合使用OSPF或BGP。
• 网络的物理结构 ：如果网络中存在多个路径，则应使用能够进行负载均衡的协议。
• 安全要求 ：某些协议（如EIGRP和BGP）提供了额外的安全特性，适合安全要求较高的环境。
• 管理成本和复杂度 ：选择一个易于管理和维护的协议，以便于网络的扩展和故障排查。

在选择路由协议时，还需要考虑协议间的互操作性和未来网络升级的可能性。

3.3 实战：配置与管理动态路由

3.3.1 OSPF与EIGRP的配置实例

OSPF（开放最短路径优先）和EIGRP（增强型内部网关路由协议）是两种常见的动态路由协议，下面分别给出配置示例。

OSPF配置：

Router(config)# router ospf 1
Router(config-router)# network 192.168.1.0 0.0.0.255 area 0
Router(config-router)# network 192.168.2.0 0.0.0.255 area 0

该示例配置了两个接口参加到OSPF协议中，每个网络命令指定了要加入的网络以及区域（area）。

EIGRP配置：

Router(config)# router eigrp 1
Router(config-router)# network 192.168.1.0
Router(config-router)# network 192.168.2.0

这里启用了EIGRP协议，指定了两个网络参与路由。

3.3.2 路由协议的故障排除

动态路由协议在实际运行过程中可能会遇到各种问题，故障排除步骤通常包括：

1. 检查接口状态 ：确认所有与路由协议相关的接口处于激活状态。
2. 查看路由表 ：使用 show ip route 或 show ip protocols 等命令检查路由表。
3. 协议特定的命令 ：每个协议都有自己的诊断命令，如OSPF的 show ip ospf neighbor 和EIGRP的 show ip eigrp neighbors 。
4. 调整配置参数 ：有时候，调整一些参数（如定时器、度量值）可以解决问题。
5. 查看日志和调试信息 ：在路由器上开启日志记录和调试信息，可以提供故障诊断的更多信息。

通过以上步骤，管理员可以有效地配置和管理动态路由协议，并对遇到的问题进行有效的故障排除。

4. VLAN技术及其配置

4.1 VLAN的原理与优势

4.1.1 VLAN的工作机制

虚拟局域网（VLAN）是一种网络技术，旨在根据功能、项目组或其他逻辑标准将网络划分为多个广播域。VLAN通过软件而非物理方式来定义，这意味着即便两个主机位于同一物理网络，也可以根据它们所属于的VLAN来进行逻辑上的隔离。这种隔离提供了广播流量的限制，增强了网络安全性，并且可以更有效地利用网络资源。

VLAN的工作原理依赖于将交换机端口分配到特定的VLAN。当一个数据包到达交换机时，它会检查数据包的源和目标MAC地址，以及VLAN标签（如果使用了802.1Q标准）。交换机使用这些信息来决定如何处理和转发数据包。

代码块展示及分析：

# 创建VLAN 10，并将端口1/0/1分配到VLAN 10
switchport mode access
switchport access vlan 10

• switchport mode access 命令将端口配置为访问模式，这意味着端口只属于一个VLAN，并且不处理任何VLAN标签信息。
• switchport access vlan 10 命令将该端口分配给VLAN 10，从而实现VLAN的隔离功能。

4.1.2 VLAN在网络设计中的作用

在网络设计中，VLAN扮演着至关重要的角色。除了上述提到的广播域隔离和安全特性，VLAN还可以用来实现网络的灵活性、简化网络的管理和维护。例如，在多层网络设计中，可以利用VLAN将不同的网络部分（如用户群、服务器群或网络服务）分隔开来，以提供更好的网络控制和性能。

VLAN还有助于提高带宽的使用效率，因为它可以将广播流量限制在特定的VLAN内，而不影响整个网络。此外，VLAN在大型网络中还可以帮助实现负载均衡，通过合理分配网络流量，减少网络拥塞。

4.2 VLAN的配置与管理

4.2.1 VLAN的创建与端口分配

在实际网络环境中配置VLAN时，通常需要在交换机上执行特定的命令来创建VLAN，并将端口分配到这些VLAN中。创建VLAN通常需要指定一个VLAN标识符（ID），该ID在交换机内是唯一的，并用作区分不同VLAN的标准。

代码块展示及分析：

# 创建VLAN 20
vlan 20

# 将端口1/0/2分配到VLAN 20
interface FastEthernet1/0/2
switchport mode access
switchport access vlan 20

• vlan 20 命令在交换机上创建一个名为VLAN 20的虚拟局域网。
• interface FastEthernet1/0/2 命令用于访问具体的物理端口。
• switchport mode access 命令设置端口为访问模式，即端口将只处理一个VLAN。
• switchport access vlan 20 命令将端口分配到VLAN 20，从而将端口的流量限制在VLAN 20内。

4.2.2 VLAN间路由的配置与问题解决

VLAN间路由通常是指配置路由器或者第三层交换机来允许不同VLAN中的主机互相通信。这需要路由器或交换机支持多个VLAN，并能够为每个VLAN配置IP地址作为默认网关。这在配置上通常涉及到子接口的创建和VLAN间访问控制列表（ACL）的配置。

代码块展示及分析：

# 在三层交换机上创建VLAN 30，并为其配置一个子接口
vlan 30
interface vlan 30
ip address 192.168.30.1 255.255.255.0

# 创建子接口并配置路由
interface FastEthernet0/1
no switchport
ip address 192.168.30.2 255.255.255.0
interface FastEthernet0/1.30
encapsulation dot1Q 30
ip address 192.168.30.2 255.255.255.0

# 配置默认路由以达到VLAN外部的目的地
ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.30.1

• no switchport 命令用于将接口从交换端口转换为路由端口。
• ip address 命令为子接口或VLAN接口配置IP地址。
• encapsulation dot1Q 30 命令用于封装802.1Q VLAN标签，将流量与VLAN 30关联起来。
• ip route 命令设置默认路由，用于访问VLAN外部的网络。

4.3 VLAN安全与高级配置

4.3.1 VLAN安全策略与实践

为了加强网络安全，VLAN配置应包括实施适当的安全策略。这些策略可能包括限制对特定VLAN的访问、使用访问控制列表（ACL）来限制VLAN间通信、以及设置VLAN访问映射（VACL），它们都可以用来提高网络的防御能力。

代码块展示及分析：

# 创建VLAN 40并应用访问控制列表
vlan 40
access-map BLOCKLIST 10 deny ip any any
interface vlan 40
ip access-group BLOCKLIST in

• access-map BLOCKLIST 10 deny ip any any 命令定义了一个名为 BLOCKLIST 的访问控制列表，其中规则编号为10，用于拒绝所有IP流量。
• ip access-group BLOCKLIST in 命令将访问控制列表应用于进入VLAN 40的所有IP流量。

4.3.2 高级VLAN技术的应用

VLAN技术的高级应用包括私有VLAN（PVLAN）和动态VLAN。私有VLAN可以进一步细分VLAN，限制同一VLAN内的通信，从而提供更严格的访问控制。动态VLAN则通过利用动态主机配置协议（DHCP）或各种认证协议来动态分配VLAN。

表格展示：

类型	描述	优点	缺点
私有VLAN	将一个VLAN划分为多个子VLAN，不同子VLAN之间通信受限，提高了安全性。	增加了网络安全性；允许更灵活的隔离策略。	实施复杂度较高；可能影响网络性能。
动态VLAN	自动根据主机的MAC地址或用户信息将主机分配到VLAN中。	易于管理；减少手动配置的工作量。	需要额外的配置和认证服务器的支持。

通过实施这些高级VLAN技术，网络管理员可以根据组织的具体需要来定制和优化网络架构。这些技术的应用可以大幅提高网络的可扩展性、安全性和可管理性，以适应不断变化的业务需求和用户行为模式。

5. Cisco设备基本配置与管理

5.1 Cisco设备的初始配置

5.1.1 控制台与远程访问配置

Cisco设备通常通过控制台端口进行初始配置。为确保安全和便于远程管理，你必须设置密码并启用远程访问协议。以下是进行控制台端口配置的基本步骤：

1. 使用控制台线连接到设备的控制台端口。
2. 打开终端仿真程序（如PuTTY或Tera Term）。
3. 启动设备并进入CLI（命令行接口）。
4. 首次进入CLI时，系统通常会提示你配置初始设置，包括主机名、密码、启用密码、远程访问等。

Router>enable
Router#configure terminal
Router(config)#hostname R1
R1(config)#enable secret cisco123
R1(config)#line console 0
R1(config-line)#password console123
R1(config-line)#login
R1(config-line)#exit
R1(config)#line vty 0 4
R1(config-line)#password telnet123
R1(config-line)#login
R1(config-line)#exit
R1(config)#ip domain-name example.com
R1(config)#crypto key generate rsa

5.1.2 基本命令行接口的使用

命令行接口（CLI）是Cisco设备的核心管理工具。掌握基本命令对日常操作至关重要。以下是一些常见的CLI命令：

• show running-config ：显示当前运行配置。
• show startup-config ：显示存储在NVRAM中的启动配置。
• copy running-config startup-config ：将运行配置复制到启动配置。
• erase startup-config ：清除NVRAM中的配置。
• write memory 或 copy running-config startup-config ：保存当前配置到NVRAM。

R1#show running-config
R1#write memory

5.2 Cisco网络设备的维护与管理

5.2.1 日常维护任务与工具

Cisco设备的日常维护包括但不限于日志监控、接口状态检查、性能监控和故障诊断。以下是一些维护任务的常用命令：

• show interfaces ：查看所有接口的状态和统计数据。
• show ip interface brief ：简要显示IP接口信息。
• show version ：显示设备的版本和硬件信息。
• show tech-support ：提供技术支持所需的详细诊断信息。
• debug ：用于实时监控网络事件和故障排查。

R1#show interfaces
R1#show ip interface brief
R1#show version
R1#show tech-support

5.2.2 网络设备的备份与恢复

在配置更改之前或定期维护时，备份当前配置至关重要。Cisco设备支持将配置文件保存到TFTP服务器。以下是备份配置文件到TFTP服务器的步骤：

1. 确保TFTP服务器已设置并运行。
2. 在CLI中，指定TFTP服务器的IP地址和将要保存的文件名。

R1#copy running-config tftp
Address or name of remote host []? 192.168.1.100
Source filename []? R1_running.cfg
Destination filename [R1_running.cfg]? [Enter]

5.3 Cisco设备的高级功能配置

5.3.1 高级路由配置与优化

高级路由配置可能涉及策略路由、路由过滤和路由协议的优化。策略路由允许基于特定条件（如源IP、目的IP、应用类型等）动态选择路由。配置策略路由时，使用以下命令：

R1(config)#route-map ROUTE_MAP permit 10
R1(config-route-map)#match ip address prefix-list SOURCE
R1(config-route-map)#set ip next-hop 192.168.1.2
R1(config)#interface GigabitEthernet0/0
R1(config-if)#ip policy route-map ROUTE_MAP

5.3.2 第三层交换与IP服务配置

Cisco设备还支持第三层交换功能，实现数据包的快速转发。配置VLAN间的路由（Inter-VLAN routing）可以通过创建子接口或使用多层交换机实现。

R1(config)#interface GigabitEthernet0/0.10
R1(config-subif)#encapsulation dot1Q 10
R1(config-subif)#ip address 192.168.10.1 255.255.255.0
R1(config-subif)#exit

以上步骤和命令展示了如何对Cisco设备进行初始配置、日常维护管理以及高级功能配置。注意，每个网络环境的需求都不同，因此，配置时需要根据实际网络设计和需求进行调整。在进行任何配置更改之前，建议详细规划并了解设备的配置模型。

本文还有配套的精品资源，点击获取

简介：CCNA课程涵盖了网络基础的各个方面，包含OSI模型、TCP/IP协议、路由协议、VLAN以及思科设备配置等内容。本套PPT资源旨在帮助学习者全面理解网络通信的运作，从OSI的七层模型到TCP/IP协议簇，再到路由协议的选择与配置，以及VLAN技术的实现与管理，学习者能够逐步掌握网络技术，为通过CCNA认证或解决实际网络问题打下坚实基础。

本文还有配套的精品资源，点击获取