HCIA学习第一天网络基础

计算机出现

计算机的出现最初是为了计算简便

要想学习计算机首先要将自己的思维变成计算机

计算机所能理解的语言是二进制编码，人类理解的语言是抽象语言

人类的抽象语言经过计算机电脑的加工，转换成二进制语言，之后计算机运算后将运算结果的二进制语言转换为人类所能理解的抽象语言

计算机最初的四个加工车间

应用层：计算机与人进行交互（人机交互）------人输入抽象语言------计算机编码------后台程序

表示层：将“编码”------转换成电脑可以理解的二进制语言，或者是反向转换

介质访问控制层：操控物理层，运算结果通过表示层转换成编码，再通过应用层转换为抽象语言

物理层：实现各种功能

出现人类最早的网络------对等网

计算机不断发展，出现各种问题，通过解决多种问题，对等网发展成为局域网

1、人数增加------节点增加

直线型拓扑（总线型拓扑）成本低，断联瘫痪，延迟高，安全隐私问题，数据泄露问题------环形拓扑------树状拓扑（降低延迟，安全性提高，层级越高断联瘫痪的概率越大）------波环形拓扑（全网状拓扑）成本高------星型结构（对中心设备的强度要求极高）

节点增加------HUB集线器------出现安全、延时、地址、冲突问题

首先解决地址问题------地址要唯一，格式要相同

出现MAC地址（一般在网卡上出现）------以48位二进制构成，以16进制显示在介质访问控制层（包括源MAC和目标MAC）随二进制一起传输给其他节点

再之后经过不断的发展完善出现了IP地址：可以通过命令工具cmd来查看IP  ipconfig/all

解决冲突问题------CSMA/CD 载波侦听多路访问 / 冲突检测机制（通俗来说就是排队）

        机制解析：1、首先使用监听功能，当发现有消息传播时，停止自身发送，进行监听排队，随时准备进入下一个阶段。        2、当前消息完成，监听到完毕状态后，立刻发送。        3、当消息相撞时，互相给彼此发送一个阈值（随机发送，会有大小区分），达到阈值时发送消息，这样就避免了冲突问题。（虽然解决了一定的冲突问题，但是大大增加了延时问题）

2、使用距离延长------距离增加

常见的网线------RJ-45双绞线------最长距离是100m，超过之后会出现电信号变弱现象------出现中继器（类似放大器，用来增强电信号）解决电信号变弱问题

出现新要求：

1、无限的传输距离        2、没有冲突------所有节点均可同时收发消息        3、形成单播------一对一进行数据传输。

        为解决上述问题出现了 网桥 （端口密度降低）------又出现 交换机 （交换机的端口密度大大提升）

交换机：

交换机工作在介质访问控制层

解决上述问题1、无限的传输距离------交换机的读写功能，当遇到交换机时不仅增强电信号，而且 内容被重新书写        2、没有冲突------交换机可以转换电流并电流并储存二进制数据        3、形成单播------运用转发储存的原理，储存一批转发一批，实现一对一的识别一对一的发送

        工作原理：

1、当数据帧进入交换机后，交换机会先查看数据的源MAC，之后将该数据进入的接口与MAC地址映射到本地的MAC地址表中，之后查看目标MAC地址，根据目标MAC地址查询本地MAC地址表，        2、若存在记录则直接从该表中所记录的接口进行发送。如果没有目标的MAC地址接口，则泛洪该数据（除了进入的接口外转发给所有其他的接口）

MAC地址表老化时间：300s        网路速率公式：约等于（宽带 / 8）85%

知识疏导：

对等网------变大网络------无限的传输距离  无冲突  单播

交换机------介质访问控制层（二层设备）------识别MAC地址 认识进行单播，不认识泛洪该数据（泛洪的范围越大，就会造成越大的网络延时）------为解决此问题出现 路由器 ------衍生出一个新的车间 网络层 出现协议IP（互联网协议---使用地址---IP地址）------IP地址------出现ARP协议（广播）------广播域（泛洪范围）

路由器的每一个接口都是一个泛洪范围的边界

IP地址：

IP地址又叫做逻辑地址：临时使用，在某个地域或区域范围内使用的地址

IPV4地址：32位二进制构成，存在网络位和主机位的区分；网络位用于标识所在的范围，采用点分十进制表示，为方便人读写记忆，所以采用了8位一分形式。

例如：

00000000——0

00000001——1

00000010——2

00000100——4

00001000——8

00010000——16

00100000——32

01000000——64

10000000——128

11000000.10101000.10000000.00000000——三十二位二进制

即192.168.128.0

所有的IP地址都有子网掩码（通过连续的 1 和连续的 0 构成，连续的 1 所在位置即为网络位，连续的 0 所在的位置即为主机位）

IP地址：192.168.1.0/24——11000000.10101000.10000000.00000000-------斜体加下划线即为网络位（确认是否在同一个范围），网络位不同即不在同一个范围

ARP协议：地址解析协议：通过一个地址找到另一个地址；

        过程：源IP、源MAC地址发送出去  ， 携带目标  ， 和全F  广播发送

广播域：泛洪区域

广播：在一个泛洪区域内，迫使交换机将一个数据进行泛洪

ARP缓存老化时间：180s

免费的ARP：又称无故ARP（源MAC和目标MAC相同）不同于一般的ARP请求，它并非期待的想要得到MAC地址或者IP地址，而是当主机启动时，发送一个免费的ARP包，请求自己的IP地址和MAC地址。一般情况下有两个作用1、验证IP是否冲突2、更换物理网卡

路由器工作原理：

PC端在访问其他设备时，会先基于目标IP地址判断与自己是否存在同一个广播域，若在同一个范围，则通过ARP广播获取MAC地址，随后进行单播通讯；若不在同一个范围，则需要封装目标MAC地址为本地网关的MAC地址，将数据发送至路由器处，由路由器代为转发。

IPV4地址详解：

IPV4地址：32位二进制构成 点分十进制标识

IPV6地址：128位二进制，冒分十六进制标识

IPV4地址：使用子网掩码进行网络位和主机位的区分；存在着ABCDE五类地址：ABC类为单播地址；D类为组播地址；E类为保留地址；

ABC类作为单播地址------既可以当做源IP使用，也可以当做目标IP使用，每一个单播地址都标识着一个唯一的节点。只有单播地址可以作为源IP。

D类：为组播地址------只能作为目标IP使用

E类：  ……  

基于IP地址的第一个8位进行分类：

A类：1-126        前8位为网路位        子网掩码：255.0.0.0

B类：128-191        前16位为网络位        子网掩码：255.255.0.0

C类：192-223        前24位为网络位        子网掩码：255.255.255.0

D类：224-239        不分网络位和主机位

E类：240-225        不分网络位和主机位

特殊地址

一、127        环回地址        127.0.0.1--127.255.255.255        用作拍错历程分析；

二、255.255.255.255        受限广播域

三、主机位全 0         192.168.1.0        255.255.255.0        不是单播地址，代表一个网段、网络号。

四、主机位全 1         192.168.1.255/24        即 代表 192.168.1.255        255.255.255.0        直接广播地址

五、0.0.0.0        代表没有地址；代表所有地址

六、169.254.0.0/16        本地链路地址，自动私有地址

VLSM：可变长子网掩码------子网划分

子网的划分：

子网的汇合：无类域间路由------CIDR        简而言之：取相同位，去不同位（去掉的不同位当 0 处理，取到的相同位即为合并后的网络位）

【练习】

主机位全0 或主机位全1

一、192.168.2.0/24 划分为4个子网 256

解答：

11000000.10101000.00000010. 00 000000

11111111.11111111.11111111. 00 000000

分四个网段：

11000000.10101000.00000010. 00 000000 192.168.2.0/26

192.168.2.0/26------192.168.2.63/26

11000000.10101000.00000010. 01 000000 192.168.2.64/26

192.168.2.64/26------192.168.2.127/26

11000000.10101000.00000010. 10 000000 192.168.2.128/26

192.168.2.128/26------192.168.2.191/26

11000000.10101000.00000010. 11 000000 192.168.2.192/26

192.168.2.192/26-----192.168.2.255/26

二、172.16.0.0/15 划分为4个网段，并写出每个子网的可用主机范围。

解答：

128 64 32 16 8 4 2 1

172.0001000 0.0 0000000.00000000

255.1111111 0.0 0000000.00000000

分四个网段，2^2 = 4

从主机位借位两个给网络位

172.0001000 0.0 0000000.00000000 172.16.0.0/17

172.16.0.0/17------172.16.127.255/17

172.0001000 0.1 0000000.00000000 172.16.128.0/17

172.16.128.0/17------172.16.255.255/17

172.0001000 1.0 0000000.00000000 172.17.0.0/17

172.17.0.0/17------172.17.177.255/17

172.0001000 1.1 0000000.00000000 172.17.128.0/17

172.17.128.0/17------172.17.255.255

所求是可用主机范围，即去除主机位全 0 和全 1 ，则全 0 位加一，全 1 位减一

172.16.0.1/17----172.16.127.254/17

172.16.128.1/17----172.16.255.254/17

172.17.0.1/17----172.17.127.254/17

172.17.128.1/17----172.17.255.254/17

三、取相同位，去不同位（去掉的不同位当0处理，取到的相同位即为合并后的网络位）

将以下四个子网进行子网合并：

172.16.33.0/24        172.16.44.0/24        172.16.55.0/24        172.16.63.0/24

解答：

128 64 32 16 8 4 2 1

172.16.001 00001.00000000

172.16.001 01100.00000000

172.16.001 10111.00000000

172.16.001 11111.00000000

172.16.001 00000.00000000------172.16.32.0/19