HCIA课程学习第一天笔记

计算机网络的概述

计算机

第一台 1946年

机器语言——二进制语言

计算机的功能性计算

1应用层：可用于数据传递，人机交互接口，由自然语言转换到编码再转换为机器语言

2表示层：进一步将编码转换为二进制语言

3介质访问控制层：控制物理层（硬件），可将二进制转换为电流发放给物理层

4物理层：电流输入输出，cpu计算，本身不具备识别二进制的功能

先1234 再4321

解决性能低下

1升级硬件配置

2增加计算机数量

对等网 两台计算机连接在一起

网络扩大方案

1增大距离

想要延长传输距离，需要克服两点（能量损耗）

信号失真

信号衰弱

中继器（一层设备电流加压削弱能量损耗）本身需要不断的电流，需要外接电源，可延长但不能无限延长即不能无限制增加中继器，最大可增加五倍

2增加节点

网络拓扑结构

总线型：由一条多芯线缆向四周延伸，连接各个节点

图

优点：信道利用率高（总线无时无刻不在使用）成本低结构简单

缺点：同一时刻仅允许两台节点通讯

环形：由节点与节点连接的线路组成一个闭合的环

图

优点：结构简单，增加和删除设备操作方便

缺点：只能单方向传输，当某个节点或线缆出现故障，会导致整张网络瘫痪

星型：由中央节点和通过链路与中央节点相连的节点组成

图

优点：结构简单，连接方便，扩展性强。星型拓扑也是现在最常用的拓扑结构。

缺点：信道利用率不高，对中央节点要求高。

网状（全连接）：就是星型拓扑的扩展

图

优点：从节点到节点有多条路线可走，网络稳定，在广域网中。

缺点：成本高，结构复杂。

集线器（HUB）：纯物理(一)层设备（面临淘汰）

缺点：

1安全：全方位发送

2延时问题

3缺少地址：MAC地址，由48位二进制组成，表现为减号分十六进制

4冲突问题：总线型两端电流在相反方向相遇并相互抵消

解决4 用CSMA/CD机制——载波监听多路访问/冲突检测机制（先听后发、边听边发、冲突停发、随机延迟后重发）

冲突域：连接在同一导线上的所有工作站的集合

网络扩大的需求

1完全没有冲突

2无线距离传输

3单播传输（一对一发送数据）

网桥

将电流转换为二进制数据，并且将二进制数据存储在设备内存中，会重新生成新的电信号进行发送（解决1 2）

交换机——网桥的升级版（解决3）最多连接的pc不超过200

是二层设备

交换机只可以识别MAC地址

MAC地址表（MAC地址、端口号），MAC地址表的老化时间--5min

洪泛：指的是将数据包复制进行转发，且除了原接口外所有接口都会发送这个数据

广播域：一个数据包的洪泛范围（包括原接口）

路由器（三层设备）接收数据后先找MAC再找IP，若有MAC会丢掉MAC去寻找IP

隔离广播域

路由器的每一个接口都是一个独立的广播域

转发数据

基于路由表进行数据转发

由于路由器的产生，我们的通讯分为了两种

1依靠交换机进行数据转发——同广播域转发

2依靠路由器进行数据转发——跨广播域转发

根据ip来判断是否属于同一广播域

IP地址——逻辑地址

IP地址有两种

IPv4：32位二进制组成，总量约42亿，点分十进制，如192.168.1.1

IPv6：128位二进制组成，冒号分十六进制

IP地址分为两部分：主机位网络位

网络位：表示该IP所在的网段

主机位：表示主机编号

一般洪泛范围相同的使用同一个网络位不同主机位，不同洪泛范围网络位不能相同

掩码

掩码是用来判断IP地址的网络位的

32位二进制组成，并且使用点分十进制表示。是用连续的1+连续的0组成

掩码中的每一位比特位都与IP相对应，其中掩码的1所对应的IP地址中的比特位即为网络位。

11000000.10101000.00000001.00000001===192.168.1.1

11111111.11111111.11111111.00000000===255.255.255.0

196.168.1.1/24 即IP地址的前24位为网络位

位运算：两者为1则结果为1，两者不同或两者均为0则结果为0

即11000000.10101000.00000001.00000000 将其换算为10进制

网关

指的是路由器与该广播域所连的接口，而这个接口所配置的IP地址则为网关IP

通讯过程

1判断是否是同一个广播域

2若为同一广播域，则将数据发送给交换机，由交换机进行洪泛或单播形式转发

3若为不同广播域，则将数据发送给路由器，即网关IP所在设备，再由路由器进行转发

4目的主机接受该数据后，重复上散步过程进行数据回复。

ARP协议（如解决发送数据包时不知道目的MAC）

根据已知的地址来获取与其对应的另一种地址

工作原理：当交换机看见目的MAC为FFFF:FFFF:FFFF（广播数据包会被所有设备接收）时会直接洪泛

ARP请求包（MAC FFFF:FFFF:FFFF）/ARP应答包

本地ARP缓存表：存储IP与MAC的对应关系（老化时间 180s）

Windows端如何查看（arp -a）

ARP分类

正向ARP：通过IP地址获取MAC地址（网络中最常见的）

反向ARP：通过MAC地址获取IP地址

免费ARP：冲突检测和自我介绍使用

逆向ARP：存在于帧中继网络，用于获取IP地址

代理ARP：由网关设备代替主机查询MAC地

TCP/IP协议栈

OSI七层模型

开放式系统互联模型，参考模型，由国际标准化组织ISO提出的

应用层：人机交互接口，将自然语言转换为编码

表示层：将编码转换为二进制

会话层：针对传输的每一条数据建立一条连接（防止不同数据之间的相互干扰）

控制层面：上三层

数据层面：下四层

传输层：区分流量，定义数据传输方式。TCP/IP

网络层：通过IP地址进行逻辑地址（IP协议）

数据链路层：两个子层，逻辑链路控制层---LLC，介质访问控制层---MAC

物理层：定义了一些物理特性（电气电压，接口规范），传输比特流

图

TCP/IP标准模型 TCP/IP对等模型 OSI七层协议

报文封装与解封装

PDU

协议数据单元——数据在不同层面的表现形式

上三层---数据，传输层---数据段，网络层---数据包，数据链路层---数据帧，物理层---比特流

TCP/IP

物理层

规定一些物理特性（数据传输速率、传输模式、电气电压）

代表设备：中继器、集线器

介质

同轴电缆

两种标准：传输速率相同，都为10Mbps；传输距离不同，500m和85m

双绞线

屏蔽双绞线（STP）、非屏蔽双绞线（UTP）

类型：1、2、3、4、5、超5、6、超6、7

线序：568A绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕

568B橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕

直连线：两端线序均为568B，一般用于不同设备间连接

交叉线：一端568B，一端568A，一般用于相同设备间连接

光纤

进行光信号传输从100Mbps---100Gbps

分为单模（波长1310）、多模（波长850）

双工模式

半双工：通信双方都能发送和接收数据，但是不能同时进行

全双工：通信双方都能发送和接收数据，但是可以同时进行

同一物理链路连接的设备双工模式必须相同

数据链路层

典型设备：交换机，网桥

链路类型

局域网---以太网，广域网---PPP、HDLC、FR

二层物理地址---MAC地址

48位二进制组成，减号分十六进制表示；

全网唯一

分成两个部分

前24位：厂商---厂商ID

后24位：表示产品ID

数据帧

数据帧的类型将决定数据将如何传输

一种IEEE802.3帧格式，Ethernet II帧格式

由目的MAC、源MAC、类型字段、数据、帧校验序列组成

帧的发送方式：单播、广播（目的MAC全F）、组播：（一对一组，特定的广播）

网络层

网络层有一个重要的东西叫做IP地址

逻辑寻址

IP地址有类分址（记A B C的网络位、主机位和IP地址范围）

图

特殊地址

无效地址：0,X,X,X; 0,0,0,0（代表所有的网络）

本地测试地址（环回地址）：127,X,X,X

本地链路地址：169.254.0.0/16

广播地址：全1；255.255.255.255

定向广播地址：主机位全1；192.168.1.255/24

网段：主机位全0；x.x.x.0/24、x.x.0.0/16、x.0.0.0/8（不能让路由器使用的地址）

私有地址

A类：有一个网段：10.0.0.0/8；10.0.0.0---10.255.255.255

B类：16个：172.16.0.0---172.31.255.255

C类：256个：192.168.0.0---196.168.255.255

公有地址：除私有地址与特殊地址外，均为公有地址；具有全球唯一性

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