【无标题】HCIA基础

计算机网络的概述

1. 计算机诞生

1.  诞生日期 1946年
2. 计算机语言：二进制语言（通过二进制语言实现人机交互）
3. 计算机功能性计算

• 应用层 （人机交互的接口 自然语言-->编码-->机器语言）
• 表示层  （进一步将编码---->二进制语言）
• 介质访问控制层(控制物理层(硬件),将二进制语言转化为电流发放给物理层)
• 物理层  (电流的输入输出 CPU计算)

1. 提升计算机运算速率

• 升级硬件设备
• 增加计算机数量

1. 对等网

1. 概念:对等网采用分散管理的方式，网络中的每台计算机既作为客户机又可作为服务器来工作，每个用户都管理自己机器上的资源。

1. 网络扩大方案

1. 增大距离

• 需要增大传输距离,需要克服的两点因素

• 信号失真 : 把一个信号输入一个系统，得到的输出信号波形与输入信号波形不同
• 信号衰弱 :

• 解决方案:中继器

       缺点:需要外接电源,不能无限增加中继器

1. 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伸,链接各个节点
• 
• 优点:信道利用率高 结构简单 成本 

缺点:同一时刻只允许两台节点通信

• 环形: 由节点与节点链接的线路组成一个闭合的环

 

优点:结构简单 增加和删除设备便于操作

缺点:当某个节点或线缆出现问题 会导致整个网络瘫痪

• 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。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。

 集线器(HUB) 充当中央节点功能 (通过识别Mac地址 实现文件传输)

1. 纯物理层设备
2. 缺点 安全  延时问题
3. Mac地址 是有48位二进制组成的 减号分16进制
4. 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 。

• 网状（全连接）：就是星型拓扑的扩展

        

 

       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:结构复杂 成本高

1. 网络扩大需求

1. 完全没有冲突 （电流转换为二进制）
2. 无线距离传输 （电流转换为二进制）
3. 单播传输（一对一发送数据）

1. 网桥

1.  将电流转化为二进制数据 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

1. 交换机 ---网桥的升级版

1. 二层设备 （介质访问控制层）
2. 交换机识别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，且转发的是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

 

PC1 传输数据到PC2:  pc1创建类似信封的数据包，内部存储所需传输的数据， 信封表面填写有： 发送者PC1Mac地址； 收件者PC3Mac地址， 交换机收到PC1的数据包后会记录端口A所连接的PC1的Mac地址到交换机的Mac表上， 并识别数据包所填写的收件者Mac地址， 若Mac表中未记录收件者Mac地址则会通过洪泛将数据包转发到处A以外所有端口， PC2收到数据包文件 会核实不是自己的Mac地址， 将数据包丢弃 。PC3收到数据包文件核实为是自己的Mac地址，会读取数据，同时，交换机会记录PC3的Mac地址以及所对应的端口号。

1. 路由器 （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

1. 数据的转发

• 基于路由表实现数据传输

1. 由于路由器的产生，通讯被分为了两种

• 依靠交换机进行数据转发 ---同广播域转发
• 依靠路由器进行数据转发----跨广播域转发

1. IP地址（逻辑地址）

1. IP地址分为两种

• IPv4  32位二进制 总量约42亿个 点分十进制（目前常用）

• IPv6  128位二进制 冒号分十六进制（未来的发展趋势）

1. IP换算方式

 

例：二进制转十进制11000000.10101000.00000011.00001010

2^7+2^6. 2^7+2^5+2^3. 2^1+2^0 . 2^3+2^1 即 192.168.3.10

十进制转二进制： 减法 （从高位开始减 够减写1 减不了写0）

1. IP地址分为两部分 分别是 网络位+主机位

• 网络位：表示该IP所在的网段（即同一个广播域）
• 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 不同洪泛范围的网络位也不相同

1. 掩码

1. 掩码是用来判断IP地址的网络位的
2. 32位二进制组成 ，并且使用点分十进制表示，是连续的1+连续的0组成
3. 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

1. 网关

1. 路由器与广播域所连接的接口，而这个接口所配置的IP地址即为网关IP

• 判断是否为同一个广播域
• 若为同一个广播域，则将数据发送给交换机，由交换机进行洪泛或单波形式转发
• 若为不同广播域，则将数据发送给路由器，及网关IP所在设备，再由路由器进行转发
• 目的机收到数据后，重复上三步过程进行数据回复

      

 

例：PC1传输数据到PC3

• 通过判断PC3IP地址确定为跨广播域传输
• 数据包目的IP为PC3 IP地址 目的Mac地址为Q
• 路由器收到数据包后 根据Mac地址确定接收后删掉Mac地址查看IP信息根据IP匹配路由表中某项 将数据包补全源Mac与目的Mac进行转发
• 交换机收到数据包进行单波传输或洪泛
• PC3 核实IP地址和Mac地址与自己相同 接收数据包

1. ARP协议

1. 根据已知的地址来获取与其对应的另一个地址
2. 工作原理

• 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

 

例：PC1传输数据到PC3

• 通过判断PC3IP地址确定为跨广播域传输 需要获取AR1的Mac地址
• PC1构建另一个数据包 填写源Mac地址 和IP地址  以及网关IP地址并将Mac地址填写为全F（全F 代表广播报文广播帧）
• 交换机收到数据包核实目的Mac为全F时，直接进行洪泛；
• 接收方收到数据包后核实Mac地址全F接收 进而核实IP地址 IP地址不同丢弃 IP地址相同 回复

1. ARP请求包/ARP应答包

• 发送ARP请求包前会检查本地ARP缓存表是否知道网关Mac
• 本地ARP缓存表：IP与Mac对应关系（老化时间---180s）
• Windows查看ARP缓存表（arp-a）

1. 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ARP主机查询Mac地址

                           TCP/IP协议栈

1. OSI七层模型

1. 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

1. 应用层  人机交互接口自然语言--->编码
2. 表示层  编码-->二进制语言
3. 会话层  针对传输的每一种数据建立已调链接（防止不同数据相互干扰）

            控制层面：上三层

            数据层面：下四层

1. 传输层  区分流量 定义数据传输方式  （TCP/UDP协议）
2. 网络层  通过IP地址进行逻辑寻址    （IP协议）
3. 数据链路层 分为两个子层：逻辑链路控制层--LLC 介质访问控制层-Mac
4. 物理层  定义了物理特性 （电器电压 接口规范）；传输比特流（电流）

 

1. .报文封装与解封装

1. 报文封装

 

应用层产生     原始数据（二进制字符串）

传输层         为原始数据加上TCP/UDP Header

网络层         为上述数据加 IP Header

数据链路层     加Date Link Header CRC

物理层         以比特流形式将二进制数据发送

1. 报文解封

   

 

物理层  接收比特流转化为二进制

数据链路层 查看Date Link Header确定是找自己的拆掉  CRC 还给网络层

网络层     查看IP Header拆掉确定是找自己的拆掉  还给传输层

传输层     查看TCP/UDP Header ..拆掉  还给应用层

应用层     处理数据

1. .PDU

1. 协议数据单元----数据在不同层面的表现形式
2. 上三层 ----数据
3. 传输层------数据段
4. 网络层------数据包
5. 数据链路层-----数据帧
6. 物理层--------比特流

1. TCP/IP协议

1.  物理层

1.   规定一些物理特性（数据传输速率，传输模式，网络拓扑，电气电压）
2. 代表设备 中继器 集线器
3. 介质

• 同轴电缆（早期使用）

1. 两种标准

1. 传输速率相同 都为10Mbps
2. 传输距离不同 500M和185M

• 双绞线

    

 

1. 屏蔽双绞线（STP） 非屏蔽双绞线（UTP）
2. 类型： 1 ，2,  3 ,  4,  5（常见），超5,  6，超6,  7
3. 线序----双绞线

1. 网线：双绞线+RJ-45水晶头组成
2. 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（目前使用）

1. 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568B，一端568A，一般用于相同设备连接

• 光纤

1. 进行光信号传输
2. 10Mbps---100Gbps
3. 分为单模（传输距离更远 波长1310） 多模（传输效率更高 波长850） 两种类型

• 双工模式

1. 半双工： 通信双方都能发送和就收数据 但不能同时进行（对讲机）
2. 全双工： 通信双方都能发送和就收数据 但可以同时进行
3. 同一物理链路连接的设备双工模式必须相同

1. 数据链路层

1. 典型设备：网桥 交换机
2. 链路类型

• 局域网 以太网
• 广域网 PPP、HDLC、FR

1. 二层物理地址-----Mac地址

• 48位二进制组成 减号十六位进制表示
• 全网唯一
• 分成两个部分

1. 前二十四位 厂商ID
2. 后二十四位表示产品ID

1. 数据帧

• 数据帧类型决定数据如何传输
• 一种IEEE802.3帧格式、Ethernet_Ⅱ帧格式

 

• 帧校验序列：让接收帧的网卡或接口判断是否发生了错误。
• 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

1. 网络层

1.   网络层有一个重要东西----IP地址

• IP地址是个逻辑地址

1. IP地址的有类分址

     

 

1. 单播地址：A B C
2. 组播地址：D
3. 保留地址：E

1. 特殊地址

• 无效地址0.X.X.X   0.0.0.0（代表所有网络地址）
• 本地测试地址（环回地址） 127.X.X.X
• 本地链路地址162.254.0.0/16
• 广播地址全1 即（255.255.255.255）
• 定向广播地址  主机位全1  192.168.1.255/24
• 网段 X.X.X.0/24   X.X.0.0/16   X.0.0.0/8

1. 私有地址   任何人都可以使用

A类一个网段 10.0.0.0----10.255.255.255

B类 十六个  172.16.0.0---172.31.255.255

C类  256个  192.168.0.0---192.168.255.255

1. 公有地址  需要分配

    除私有地址与特殊地址外，均为公有地址

具有全球唯一性