HCIA脱产班学习笔记1

网络发展

计算机网络概述
计算机发展
1946年第一台电子计算机问世美国宾西法尼亚大学
第一个发展阶段，1946年到1956年，电子管计算机时代
第二个发展阶段，1956年到1964年，晶体管的计算机时代
第三个发展阶段，1964年到1970年，集成电路与大规模集成电路的计算机时代
第四个发展阶段，1970年至今，超大规模集成电路的计算机时代

使用机器语言，即二进制语言

计算机的功能性计算
1.应用层：人机交互接口，自然语言—>编码—>机器语言
2.表示层：进一步将编码—>二进制语言
3.介质访问控制层：控制物理层，二进制转换为电流发送给物理层
4.物理层：电流的输入输出，CPU计算

解决计算机性能不足等问题
1.升级硬件配置
2.增加计算机数量

对等网
通常是由很少几台计算机组成的工作组
对等网可以说是当今最简单的网络

网络扩大方案
1.增大距离
想要延长传输距离，需要克服两点因素
信号失真：信号在传输过程中与原有信号或标准相比所发生的偏差
信号衰弱：信号传输过程中因能量损失过大以致完全无法识别
中继器：对信号加压以避免信号衰弱（纯物理层设备）
需要外接电源
不能无限制增加中继器
2.增加节点
网络拓扑结构
总线型：由一条多芯的线缆向四周延申，连接各个节点
优点：信道的利用率高，结构简单，成本低
缺点：同一时刻仅允许两台节点通讯

环型：由节点与节点连接的线路组成一个闭合的环
优点：结构简单，增加和删除设备操作方便
缺点：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
优点：结构简单，连接方便，扩展性强
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）：星型拓扑的扩展
优点：从节点到节点有多条路径可选，网络稳定，在广域网中
缺点：成本高，结构复杂

集线器（HUB）
纯物理层设备
缺点：安全问题，延时问题
地址：MAC地址，是由48位二进制组成的，表现为减号分十六进制
冲突问题：CSMA/CD机制—载波侦听多路访问/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

网络扩大需求
1.完全没有冲突
2.可以无限制距离传输
将电流在传输途中转换为二进制
3.单播传输（一对一传输数据）

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，重新生成新的电信号进行发送

交换机—网桥的升级版
二层设备（介质访问控制层） PC量少于200为宜
可以识别MAC地址
MAC地址表：记录MAC地址和相对应的端口号
MAC地址表的老化时间：5min
洪泛：将数据包复制并进行转发，目标为除接收端口以外的所有端口
广播域：一个数据包的洪泛范围
路由器—全球互连
三层设备
1.隔离广播域
路由器的每一个接口都是一个独立的广播域
2.转发数据
基于路由表进行数据转发

由于路由器产生，通讯被分为两种
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

IP地址—逻辑地址
IP地址有两种
IPv4：32位二进制，约42亿（2³²），点分十进制（192.168.1.1）
IPv6：128位二进制，冒号分十六进制
IP地址分为两部分：网络位+主机位
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

192.168.1.1
11000000.10101000.00000001.00000001
128+64+0+0+0+0+0+0=192
128+0+32+0+8+0+0+0=168

掩码
用来判断IP地址的网络位
32位二进制组成，点分十进制表示
由连续的1+连续的0组成
掩码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
192.168.1.1/24

11000000.10101000.00000001.00000001
11111111.11111111.11111111.00000000
位运算，两者为1则结果为1，两者不同或两者为0则结果为0
11000000.10101000.00000001.00000000=192.168.1.0

网关
路由器与该广播域所连的接口，这个接口所配置的IP地址为网关IP
1.判断是否为同一广播域
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.目的主机接收该数据后，重复上三步过程进行数据回复
以上图为例，PC1要和PC3建立连接，首先要从PC1发送一个发送IP地址为192.168.1.1，MAC地址为全A，接收IP地址为192.168.2.1，MAC地址为全Q的数据包，MAC地址为全Q的路由器接收到数据包后清除MAC地址信息，重新写入发送MAC地址为全Z，接收MAC地址为全C的数据包

ARP协议
根据已知的地址来获取与其对应的另一种地址
工作原理：主机发送信息时将包含目标IP地址的ARP请求广播到局域网络上的所有主机，并接收返回消息，以此确定目标的物理地址
目的MAC为全F的数据包，被称为广播数据包,广播数据包会被所有设备接收
以上图为例，PC1只知路由器IP地址而不知其MAC地址，即发出一个接收IP地址为192.168.1.254，MAC地址为全F的数据包，交换机将数据包洪泛至其他设备，PC2接收到后因不为收件人，将数据包丢弃，而路由器接收到后向PC1返回自身信息，PC1收到后向原本要发出的与PC3连接的数据包中填入路由器MAC地址信息。

ARP请求包/ARP应答包
本地ARP缓存表—老化时间180s
WINDOWS查看ARP缓存表—arp -a

ARP分类
正向ARP—通过IP地址获取MAC地址（网络中最常见）
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地址

TCP/IP协议栈
OSI七层模型
开放式的系统互联模型，参考模型，由国际标准化组织ISO提出
1.应用层：人机交互的接口，自然语言—>编码
2.表示层：编码—>二进制
3.会话层：针对传输的每一种数据建立一条连接（防止不同数据之间相互干扰）
控制层面：上三层
数据层面：下四层
4.传输层：区分流量，定义数据传输方式，TCP/UDP
5.网络层：通过IP地址进行逻辑寻址（IP协议）
6.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
7.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
左：TCP/IP标准模型
中：TCP/IP对等模型
右：OSI模型

报文封装与解封装
报文封装
应用层产生数据称为原始数据
数据从应用层转发到传输层增加TCP/UDP头部（数据段）
到网络层增加IP头部（数据包）
到数据链路层增加数据链路层头部和CRC（数据帧）
到物理层，将二进制数据使用高低电流进行传输（比特流）
报文解封装
物理层接收到数据将之转换为二进制发送到数据链路层
数据链路层查看数据链路层头部，确认后将其与CRC拆掉，将数据传给网络层
网络层查看IP头部，确认后将其拆掉，将数据传给传输层
传输层拆掉TCP/IP头部后，将数据传给应用层
应用层处理数据

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、网络拓扑等、电气电压）
代表设备：中继器、集线器
介质：传输数据所使用的传输线缆
同轴电缆：早期使用
两种标准，传输速率相同，都为10Mbps
传输距离不同，为500m和185m

双绞线：
绞合意义为减少电磁干扰
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

光纤：
进行光信号传输
传输速率：10Mbps—100Gbps不等
单模：传递单光源，距离远，效率低（波长1310）
多模：传输多光源，距离近，效率高（波长850）

双工模式：
半双工：通信双方都能发送和接受数据，但不能同时进行
全双工：通信双方都能发送和接受数据，但可以同时进行
同一物理链路连接的设备双工模式必须相同

线序—双绞线
网线：双绞线+RJ-45水晶头组成
线序一般分为两种
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

直连线与交叉线
直连线：两端线序均为568B，一般用于不同设备间连接
交叉线：一端为568B，一端为568A，一般用于相同设备间连接

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
1.48为二进制组成，减号分十六进制表示
2.全网唯一
3.分为两个部分
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
IEEE802.3帧格式、Ethernet_Ⅱ帧格式
D.MAC：目的MAC
S.MAC：源MAC
Type：类型 0x0800为IP协议；0x0806为ARP协议
FCS：帧尾，帧校验序列
由目的MAC、源MAC、类型字段、数据、帧校验序列组成

帧校验序列：运行CRC算法，根据前面所有数据计算，得出一个结果添加到帧尾

帧的发送方式
单播：一对一的发送与接收
广播：一对所有，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IP地址
逻辑寻址
IP地址有类分址
A、B、C类为单播地址
D类为组播地址
E类为保留地址

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

私有地址
A类：一个网段：10.0.0.0/8
10.0.0.0—10.255.255.255
B类：十六个网段
172.16.0.0—172.31.255.255
C类：256个网段
192.168.0.0—192.168.255.255

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