HCIA笔记
第一章：计算机网络的诞生与发展
计算机网络概述
1.计算机网络发展史应用层：把人类语言转换计算机编码（ASCII, Unicode)
表示层：把编码转换为二进制（0，1）
介质访问控制层：把二进制转换为电信号
物理层：传输电信号
局域网：几千米以内的网络
计算机网络规模
增大网络传输距离
同轴电缆：155Mb/s
优点：耐用性比较好，抗电磁干扰能力强
缺点：传输速率低，造价成本高
b kb Mb Gb Tb
1kb=1024b
1Mb=1024kb
1Gb=1024Mb
双绞线：
结构：八根铜丝，两两相绞
线序：
T568A：白绿、绿、白橙、蓝 白蓝、橙、白棕、棕
T568B：白橙、橙、白绿、蓝 白蓝、绿、白棕、棕
水晶头型号：
RJ45
RJ11---电话线的头
双绞线的分类：
屏蔽双绞线
非屏蔽双绞线
双绞线的优缺点
优点：造价成本低
缺点：传输距离只有100米
光纤：
结构：纤芯是玻璃纤维
单模光纤：（黄色）传输单一光源信号，传输距离比较远，可以达到5KM，1310nm
多模光纤：（橙色或者绿色）传输多种光源信号，传输距离可达2KM，850nm
优点：传输距离远、传输速率高（40Gb/s）、被广泛使用
缺点：造价成本高、需要配置光模块使用、易折弯
无线传输介质：蓝牙、红外线、
增加接入设备
计算机网络拓扑结构
节点：指网络中的各种设备
总线型网络：
结构：所有节点共享一条通信线路
优点：通信线路利用率特别高，同一时刻只能有两个节点相互通信，组网结构简单
缺点：安全性低，某一节点发消息，其他节点都能收到；
同一时刻只能有两个节点相互通信，对于用户来说，需要抢占通信线路；
扩充节点数量不太容易；
通信线路故障，会造成网络瘫痪；
星型网络
结构：所有的节点通过中新节点互连
优点：组网结构简单；
中心节点有监视功能，可以监视整个网络
缺点：两个节点的通信需要通过中心节点的转发，会降低数据接收的安全性；
不太容易扩充节点数量；
中心节点故障会造成网络瘫痪；
环形网络
结构：两个节点之间首位互连形成封闭的环形
优点：组网简单
缺点：网络中的节点故障越多，造成的网络问题越严重；
不容易增加新节点；
树形网络：
结构：一种层次化的星型结构
优点：容易扩充节点数量
缺点：最高层级的节点故障，造成的网络问题越严重
网状型网络（全网状型网络和部分网状网络）
结构：所有节点两两互连，形成一个网络形状
优点：可靠性比较高
缺点：不容易增加新节点
网络设备简介
- 集线器
特点：集线器内部为总线型结构，是一种共享型介质（共享的是通信线路）；
任意时间只有两个主机能通信，占用通信线路；
工作在物理层，没有寻址能力，所有数据泛洪式（广播）转发；
集线器组网的问题：
地址问题：搞清楚谁发送谁接收问题
MAC地址：物理地址
网络连接详细地址：
MAC地址格式：由48位二进制
12位的16进制构成（每4位二进制转换成一个16进制）
MAC地址的组成：前24位代表厂商，后24位是由厂家编写的。全球唯一的地址，不可能出现重复现象。
泛洪式传输的问题：一个主机发送的消息，其他主机都能收到
冲突问题：同一时间都想要发送数据
冲突域：形成冲突的范围
解决办法：CSMA/CD带载波侦听的多路访问冲突检查技术
第一步：载波监听，想发送信息包的节点要确保没有其他节点在使用共享介质，所以该节点首先要监听信道上的动静（即先听后说）。
第二步：如果信道在一定时段内寂静无声（称为帧间缝隙IFG），则该节点就开始传输（无声则讲）。
第三步：如果信道一直很忙碌，就一直监视信道，直到出现最小的IFG时段时，该节点才开始发送它的数据（有空就说）。
第四步：冲突检测，如果两个节点或更多的节点都在监听和等待发送，然后在信道空时同时决定立即（几乎同时）开始发送数据，此时就发生碰撞。这一事件会导致冲突，并使双方信息包都受到损坏。以太网在传输过程中不断地监听信道，以检测碰撞冲突（边听边说）。
第五步：如果一个节点在传输期间检测出碰撞冲突，则立即停止该次传输，并向信道发出一个“拥挤”信号，以确保其他所有节点也发现该冲突，从而摒弃可能一直在接收的受损的信息包（冲突停止，即一次只能一人讲）。
第六步：多路存取，在等待一段时间（称为后退）后，想发送的节点试图进行新的发送。
这时采用一种叫二进制指数退避策略（Binary Exponential Back off Policy）的算法来决定不同的节点在试图再次发送数据前要等待一段时间（随机延迟）。
第七步：返回到第一步。
- 网桥：网桥的每一个接口都能隔离一个冲突域
- 交换机：多接口的网桥，每个接口都能隔离冲突域,有自学习的功能。
交换机的工作原理： 交换机工作在二层，可以用来隔离冲突域，在OSI参考模型中，二层的作用是寻址，这边寻址指的是MAC地址，而交换机就是对MAC地址进行转发，在每个交换机中，都有一张MAC地址表，这个表是交换机自动学习的。 所以，总得来说交换机的作用是寻址和转发，这边需要注意的是寻址和转发都是MAC地址，需要跟上周分享的路由器区分开来，路由器寻址寻的是IP地址，而交换机是MAC地址。交换机刚启动时，MAC地址表中无表项。
MAC地址表：
MAC地址 接口
MAC1 GE0/0/1
MAC2 GE0/0/2
MAC表的形成过程：
1.初始情况，交换机的MAC地址表是空的。
2.主机1发送数据帧给主机2
交换机CE0/0/1口接收数据帧后，在MAC地址表中查询该帧的目的，MAC地址，发现没有对应表项，则收到的数据帧是“未知单播帧”
3.交换机在MAC地址表中没有查到对应表项，则交换机对该单播帧执行泛洪操作，同时，交换机学习该数据帧的源MAC地址，并创建对应的MAC地址表项，与接收门GE0/0/1关联。
4.交换机其他端口连接的主机，也会收到该数据帧，但是会丢弃。主机2收到并处理该数据帧，向主机1回复，将数据帧发往交换机。
5.交换机在MAC地址表中查到了对应表项，则交换机对该单播桢执行转发操作，将数据帧从GE0/0/1转发出去。同时，交换机学习该数据帧的源MAC地址，并创建对应的MAC地址表项，与接收口GE0/0/2关联。
交换机处理数据的方式（3）：
泛洪：在MAC地址表中没有找到对应的目的MAC的表项，则执行泛洪操作，除了自己收到数据的接口外其他接口泛洪出去。
丢弃：当收到的数据帧中的MAC地址与自身主机的MAC地址不一致时，执行丢弃操作。
单播：MAC地址表中有对应关系的时候，就执行单播转发操作。
MAC地址表的特点：
MAC地址表的老化时间是300s
一个MAC地址只能对应一个接口，一个接口可以对应多个MAC地址
MAC地址的泛洪攻击（广播风暴）-----造成做严重的后果是交换机卡死（注：一般存在于交换机上）
交换机的分类：
二层交换机：转发数据
三层交换机：转发数据‘承担一些路由器的功能
交换机转发数据的形式：
单播：一对一的通信
广播：一对所有
组播：一对多（直播）
- 路由器
特点：提供路由，转发数据，隔离广播域，扩大网络传输的范围，工作在三层设备
IP地址（逻辑地址）、不唯一、标识不同的广播域
子网页码：配合IP地址标识广播域
192.168.1.0 255.255.255.0
同一广播域：
192.168.2.0 255.255.255.0
192.168.2.1 255.255.255.0
IP地址分类：
IPv4 地址 :由32位二进制构成
192.168.43.14 点分十进制表示（一位十进制需要8位二进制）
IPV6地址：由128位二进制构成
2408:8471:1803:3035:6193:a343:110d:8b7f 冒分十六进制表示
二进制与十进制的的转换
0000 0000=0
0000 0001=1
0000 0010=2
0000 0100=4
0000 1000=8
0001 0000=16
0010 0000=32
0100 0000=64
1000 0000=128
1111 1111=255
0000 0000--1111 1111 即十进制的范围 0-255
十进制与二进制的转化（凑）：
- --128+32+8+4----1010 1100
- ---0001 0000
- --32+16+8---0011 1000
- --128+64+16+8+4+2---1101 1110
ARP协议：地址解析协议，根据已知的ip地址解析出相应的MAC地址
工作原理：
组网完成时，ARP表是空的；
主机1寻找主机2的MAC地址时，会将此数据广播发送给网络所有的主机；此时发送的包是ARP REQUEST
所有主机收到后会做个对比，对比一下数据包中的目的IP地址，如果数据包中的IP地址和自身主机的IP地址是一致的，则认为这个主机1是找自己的，会给主机1做个回复，此时这个包是ARP REPLY,告知主机1自己的MAC地址；同时主机2会学习主机的IP和MAC，并将其写入ARP表中；
主机1 收到后，会学习主机2的IP和MAC地址，并将其写入自己的ARP表中。
总结：广播请求，单薄回复。
ARP表
ARP表的特点：老化时间是180s
ARP分类：正向ARP：根据已知的ip地址解析出相应的MAC地址
反向ARP:根据已知的MAC地址解析出相应的IP地址
免费ARP:自我介绍；地址冲突检测；
路由器的工作原理：
- 发送ARP Request请求10.1.0.2的MAC地址
- 发送ARP Reply 10.1.0.2的MAC地址是C
- 发送IP数据源IP 10.1.0.1目的IP 10.2.0.1 源MAC A 目的MAC C
- 发送ARP Request请求10.2.0.1的MAC地址
- 主机B回应ARP Reply 6 10.2.0.1的MAC是B
- 发送IP数据源IP 10.1.0.1目的IP10.2.0.1 源MAC D 目的MAC B
IP地址详解
IP地址分类：
IP地址组成：网络位＋主机位
A类：0-126：网络位为前8位，主机位为后24位，可用的IP地址数量：2^24-2
(2个特殊地址不能用)
B类：128-191： 网络位为前16位，主机位后16位，可用的IP地址数量：2^16-2
C类：192-23：网络位为前24位，主机位为后8位，可用的IP地址数量：2^8-2
D类：224-239：用于组播的地址 224.0.0.9
E类：240-255：保留地址
（2）特殊IP地址
127.0.0.1-127.255.255.254 环回地址，测试本机中的tcp/ip组件是否完好
全为0地址： 0.0.0.0 ----没有IP地址；代表任意地址
全为1的地址：255.255.255.255 广播地址---受限地址---受路由器限制（丢弃）
主机位全为0的地址：192.168.1.0/24 代表一个网络地址 ,IP地址范围：192.168.1.1-192.168.1.254
172.16.0.0/16 IP地址范围：172.16.0.1-172.16.255.254
主机位全为1的地址：192.168.1.255 代表广播地址
169.254.0.0/16 运营商的自动私有地址，DHCP协议---动态主机配置协议，自动获取IP地址
（3）VLSM和CIDR
VLSM：可变长的子网掩码，扩大IP地址的数量, 把一个网段划分成多个子网
IP地址组成：网络位+子网位+主机位
192.168.1.0/24 可用的IP地址数量：254 192.168.1.0000 0000
第二章两种参考模型
OSI参考模型---开放系统互连参考模式OSI/RM
ISO--国际标准化组织
产生背景
各大长生之间的设备是不兼容的；
各大厂商都有自己的协议；
用户购买、维护设备成本过高；
每一层的作用：
应用层：为应用程序提供网络服务
表示层：定义了数据的格式，对数据进行加密、解密、压缩、解压缩
会话层：建立维护、拆除通信双方的会话 ------session id
传输层：建立端到端的连接（逻辑上）---依靠端口号
端口号的取值范围：0----65535，其中0和65535是系统保留的端口号
知名端口号：1-1023
动态端口号：1024-65535
DNS：域名解析系统，端口号：53
HTTP协议:超文本传输协议，端口号：80
POP：邮局协议：POP3:发送邮件的时候，端口号：110
SMTP:简单邮件传输协议；接收方，端口号：25
FTP协议：文件传输协议，端口号：20 21
SSH:安全的远程登录 端口号：22
teInet：远程登陆服务 端口号：23
DHCP协议：动态主机配置协议 端口号：67 68
网络层：网络层IP地址寻址和路由，路由器（3层设备）是网络层设备。
数据链路层：MAC地址寻址，交换机一般是2层设备。封装成帧，差错检测，流量控制
LLC子层：逻辑链路控制子层：为数据的传输提供可靠性保障，减少数据帧出现丢失，重复，失序
MMC子层：媒体介入控制子层：识别网络层的协议
物理层：传输电信号，传输比特流，定义了一些参数标准（定义了电压，接口，线缆标准，传输介质的标准，信号传输模式的标准）
信号传输模式：
单工模式：同一时刻只能有一个设备发消息（听收音机广播）
半双工模式：同一时刻，只有一端的设备都可收发消息（传呼机）
全双工模式：同一时刻，两端都可以同时收发消息
通讯过程：（封装与解封装）
封装：在原始数据的基础上添加一些字段信息，形成新的数据
解封装：拆掉封装的额外信息还原成原始数据的数据
过程：发送端：数据从上到下逐层封装
接收端：数据从下到上逐层解封层
OSI分层的好处：各层写作完整的传输数据；
各层功能独立，能快速定位故障问题；
TCP/IP参考模型----传输控制协议互联网协议
产生背景：
OSI抢占市场失败；
OSI划分的层次太多，会话层和表示层存在的意义不大；
模型类型及区别：
通讯过程（封装和解封装)
PDU：协议数据单元
TCP/IP协议簇及抓包分析
TCP协议----传输控制协议
头部：
Source port：源端口
Destination port：目标端口
Sequence number： 序列号，标识本机发送的数据报文编号
Acknowledgment Number：确认号表示收到了对方的消息，请求对方下次发送的数据报文的编号
Data offset：数据偏移，标识数据分段在完整数据中的位置
Reserved：保留，留给将来要开发的功能去使用Window：窗口，通告本机的接收能力
1字节=8位 1Byte=8bit
checksum：校验和 ：保证传输过程中的安全性
urgent pointer：紧急指针
options：可选项
padding：填充
data：数据