HCIA（学习笔记一）

HCIA学习笔记（计算机网络）

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计算机网络

信息收集、发布、存储、处理和应用是计算机网络的载体。
资源共享是计算机网络的目的。
包交换是计算机网络的通信方式。
包交换是数据组成数据包，在各个网络节点中不断传递，最终达到目的。

计算机技术
第一台计算机 "ENLAC"1946年2月14在斯坦福大学诞生，用于弹道计算。
将抽象语言转换成电信号。（抽象语言->编码->二进制->电信号->对电信号进行处理）

通信技术
1876年，贝尔获得电话专利—公共交换电话网—电路交换。

互联网----前身----阿帕网

对等网：两台电脑搭建的网络

扩大网络规模：

1、延长传输距离
物理层：放大器（接电加压）5倍传输距离

传输介质：
1）RJ-45双绞线：8根铜丝，分为四组，两两相绞；传输距离为100米；
2）屏蔽双绞线：有金属外壳屏蔽外界干扰；
3）非屏蔽双绞线：无金属外壳；
4）光纤：传播光信号。（光导纤维）

2、增加节点数量
网络拓扑结构：
1）直线型结构
2）环形结构
3）星型结构
4）网状结构
5）混合型结构（多环型结构）

性价比最高的：星型结构

星型结构中间设备：
集线器（hub）

交换机：
工作原理：
数据来到交换机，交换机会先看数据中的源MAC地址，然后将源MAC地址和进入的接口的对应信息记录在MAC地址表中。然后看目标MAC地址，根据MAC地址表进行查询，如果有记录则按照对应记录进行单播。如果没有记录，则将进行泛洪。

泛洪：除了数据进入的接口外，将数据转发至其他所有接口。
泛洪范围：除了数据进入的接口外，其他同一设备的其他接口。（多台交换机级联的情况下，所有交换机处于同一个泛洪范围）。
在MAC地址表中，一个接口可以对应多个MAC地址。
一个MAC地址只能对应一个接口。
MAC地址表有300s老化时间

路由器：
1、隔离泛洪范围，路由器的一个接口对应一个泛洪范围。
2、转发

IP地址：
逻辑地址
IPV4：由32位二进制构成（点分十进制）
IPV6：由128位二进制构成（冒分十六进制）

分类
A: 0XXX XXXX 0-127
B: 10XX XXXX 128-191
C: 110X XXXX 192-223
D: 1110 XXXX 224-239
E: 1111 XXXX 240-255

A、B、C ：单播地址，既可以作为源IP使用，也可以作为目标IP使用
D : 组播地址 : 只能作为目标IP使用，不能充当源IP
E : 保留地址

掩码
A 255.0.0.0
B 255.255.0.0
C 255.255.255.0

特殊IP地址
1、127.0.0.1-127.255.255.255.254
环回地址 排错
2、255.255.255.255
受限广播地址
3、主机位全1
直接广播地址（跨广播域，不知道目标IP地址）一般情况下，路由器拒绝转发包。
4、主机位全0
全0表示IP范围，代表一个网段（网络号）
5、0.0.0.0
（1）代表没有地址
（2）代表任意地址
6、169.254.0.0/16
代表一个网段，自己配置IP地址从此网段中选取，但无法访问其他网关。
前十六位是网络位

一般给网关配置IP地址为该段第一个或最后一个
次方轴：
00000001 1
00000010 2
00000100 4
00001000 8
00010000 16
00100000 32
01000000 64
10000000 128

十进制转二进制 — 凑
10.8.184.242 ---- 00001010.00001000.10111000.11110010

二进制转十进制 — 加
11100101.11110001.00100011.10001100 — 229.241.35.140

区分范围：
网络位：相同泛洪范围内的主机具有相同得到网络为
主机位：在同一个泛洪范围内区分不同的主机

子网掩码： 区分网络位和主机位（32位二进制）
1代表网络位 0代表主机位
11100101.11110001.00100011.10001100
11111111.11111111.11111111.00000000

速率转换公式： 100Mbps / 8 * 0.85

ping
发送一个ICMP协议数据包，要求对端强制回包，主要作用是用来检测网络的连通性。

ARP协议：
地址解析协议
通过一个地址来获取另一个地址
工作原理： ARP发送广播情求，所有广播域内的主机均可收到该请求包。所有收到广播包的主机和设备首先查看源IP和源MAC地址，然后将其对应关系记录在ARP缓存表中。再看请求的IP，如果情求的IP是自己的IP，则将已单播的形式回包；否则，丢弃该数据包。之后再发送信息时优先查看ARP缓存表中的记录，有 则按照记录中的MAC地址进行转发；否则则重新以广播的形式发送ARP请求包进行获取。
正向ARP：已知IP获取MAC
反向ARP：已知MAC获取IP(RARP)
CMD中查看ARP缓存表 arp -a

广播地址： FFFF-FFFF-FFFF
广播： 逼交换机泛洪
广播域： 广播域 = 泛洪范围

广播 != 泛洪
泛洪被动
广播主动

VLSM
可变长子网掩码
对IP地址进行子网划分

192.168.0.0/24 划分4个网段
192.168.0.00 000000 26 /// 192.168.0.0/26 /// 192.168.0.1-192.168.62
192.168.0.01 000000 26 /// 192.168.0.64/26 /// 192.168.0.65-192.168.0.126
192.168.0.10 000000 26 /// 192.168.0.128/26 /// 192.168.0.129-192.168.0.190
192.168.0.11 000000 26 /// 192.168.0.192/26 /// 192.168.0.193-192.168.0.254

CIDR
无类域间路由
汇总路由；取相同，去不同。

192.168.0.00 000000 26
192.168.0.01 000000 26
汇总：
192.168.0.128/25

192.168.0.10 000000 26
192.168.0.11 000000 26
汇总：
192.168.0.0/25

OSI参考模型

open system Internet 开放式系统互联
OSI/RM

ISO 国际标准化组织

OSI核心思想 ——分层
什么是分层？属于同意层面的不同功能具有相同或相似的目的，不同层次之间的功能将存在较大的差异；上一层都是在下一层提供的服务的基础上提供增值服务。

分层的作用：
1、保证各层次之间的独立性；
2、更易于标准化；
3、便于学习；

七层模型

应用层
表示层
会话层
传输层
网络层
数据链路层
物理层

应用层
计算机与用户之间的接口；

表示层
主要解决被传输信息的内容和表达形式；数据加/解密；

会话层
维持网络应用和应用服务器之间的会话连接；

传输层
为实现端到端的传输
用端口号（port）区分不同应用，用[1-65535]表示不同端口；
1-1023叫知名端口号：标定应用；

网络层
实现分别位于不同网络的源节点和目的节点之间的数据包传输；

数据链路层
1、MAC（介质访问控制层）
MAC具体在上一篇笔记中 link
2、LLC（逻辑链路控制层）
FCS 帧校验序列；确保数据的完整性；
CRC 循环冗余算法；

物理层
对数据进行调制或编码，使之成为模拟信号、电信号、光信号以实现在不同传输介质上的传输；

但生活中不使用OSI模型，正常使用TCP/IP模型

TCP/IP模型

互联网实际上是由很多协议组成的，很多网络遵循这个协议构成互联网；
TCP/IP协议族

协议
应用层：

HTTP TCP 80端口：超文本传输协议
HTTPS = HTTP + TLS(网络安全协议) TCP 443
FTP TCP 20/21： 文件传输协议 20->主要传输数据 21->传输命令
tFTP UDP 69： 简单文件传输协议
telnet TCP 23：远程登陆协议
DHCP UDP 67/68：动态主机配置协议
DNS UDP 53：域名解析协议

传输层：

TCP 传输控制协议
UDP 非面向连接的不可靠传输协议

网络层：

IP协议

数据链路层：

以太网协议
PPP协议：Point to Point Protocol 点对点协议

具体为上三层合并，下两层合并；
也有五层模型
分别为 应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层
四层模型为TCP/IP标准模型，五层模型为TCP/IP对等模型；
数据链路层和物理层紧密相关；
物理层识别电信号，数据链路层识别二进制数据；
常用为五层模型 TCP/IP对等模型；

PDU
协议数据单元：数据在每一层都要经过不同的加工和处理，所以在不同层次的数据单元不同

L1PDU 应用层 ------数据报文
L2PDU 传输层 ------数据段
L3PDU 网络层 ------数据包
L4PDU 数据链路层 ------数据帧
L5PDU 物理层 ------比特流

封装和解封装

封装
给每一层重要的部分添加在数据中

应用层：使用不同的协议（OICQ、HTTP、80端口）将不同的数据封装在数据中；
传输层：封装端口号
网络层：封装IP地址
数据链路层：封装MAC地址

TCP / UDP

区别：
1、TCP是面向连接的协议，UDP是无连接的协议
2、TCP的传输是可靠的，UDP的传输时“尽力而为”
3、TCP可以进行流控（流量控制），UDP不能
4、TCP可以惊醒数据分段，UDP不能
5、TCP的传输速度较慢、占用资源较大，UDP传输速度快、占用资源小

TCP协议更适用于对效率要求交低，但对准确性要求较高的场景；
UDP协议更适用于对效率要求更高，但对准确性要求较低的场景；

面向连接
在传输数据之前，先使用预备的协议，建立点到点的连接，然后再传输数据；

TCP头部

添加在上层传输来的数据之前；
传输层本质工作就是将端口号添加在数据前；
序号：防止数据乱码
确认序号：反馈数据
首部长度：指TCP头部的长度
保留字段：暂空。如有拓展则添加；
标记位：

URS：紧急标记位 如URG为1，则激活紧急指针->标识紧急数据位置
ACK：确认标记位 如ACK置1，此数据包主要起确认的作用；
PSH：置1，则直接进入进程不参与缓存；
RST：置1，直接断开TCP连接，不再经历四次挥手；强制断开；
SYN：请求标记位 如SYN置1，请求建立连接
FIN：请求断开标记位 如FIN置1，则请求断开连接

校验和：伪头部校验；将IP协议中12个字节的内容（32位源IP、32位目标IP、8位保留、8位协议、16位总长度）联合TCP头部和数据部分一起进行校验。[反码相加法]
紧急指针：紧急数据长度；
选项：添加特殊数据
TCP头部最短为：20个字节；故TCP头部是可变长的；

UDP头部

添加源端口号和目标端口
UDP定长8个字节
校验和确定数据完整性

TCP建立连接的过程

三次握手：
双向建立连接至少三个数据包：
A->B SYN=1
B->A ACK=1 SYN=1
A->B ACK=1

TCP断开连接的过程

四次挥手：
A->B FIN=1
B->A ACK=1
B->A FIN=1
A->B ACK=1
因为断开连接时，无法确定B->A的数据是否传输完成，所以二三次不能合并；

TCP确保数据可靠性的手段

确认
A->B发送完数据包之后，等待B->A的ACK=1后，再继续传输；
重传
A->B发送完数据包之后，B->A没有ACK=1，则进行重传；
排序
TCP对数据进行分段操作，然后对数据进行排序后传输；
流控
利用滑动窗口对数据进行分段控制传输；

IP协议

IP头部

4位版本位：IP协议的版本
4位首部长度：数据前选项（可变长）
8位服务类型（TOS）：特殊服务需求有服务类型
16位总长度：头部总长度
16位标记位：
3位标志：
13位片偏移：
8位生存时间（TTL）：数据包每经过一个路由器转发，TTL值-1，当TTL数据包为0时，将不会再被路由器转发，直接被丢弃；（防止路由环路）
8为协议：上层所使用的协议；
16位首部校验和：校验首部
32位源IP地址：
32位目标IP地址：
选项