2025.7.5暑假hcia
第一章
一、计算机网络概述
计算机网络规模
延长传输距离
同轴电缆：
优点：抗电磁干扰强、不易弯折
缺点：网速慢155Mb/s、成本高
双绞线：8根线，两两相绞
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
RJ45、RJ11
双绞线的分类：
屏蔽双绞线：
非屏蔽双绞线：
优点：造价成本低
缺点：传输距离只有100米
光纤：
单模光纤：纤芯较细，可传递单一光源、传输距离5KM、成本高，黄色,1310nm， (SM:代表单模光模块)
多模光纤：纤芯较粗、可传递多种光源、传输距离2KM、成本低，橙色或者水绿色，850nm (MM:代表多模光模块)
优点：抗干扰性非常强、传输距离远（70KM）、传输质量比较高、传输速率高（40Gb/S）,被广泛使用；
缺点：抗弯折性差，成本大，因为需要配套光模块去使用
无线传输介质：蓝牙、红外线、通信卫星
增加接入的数量
（3）计算机网络拓扑结构
节点：能上网的网络设备
总线型网络：
结构：所有节点通信一条通信线路；
优点：结构简单、组网成本低；
通信线路利用率比较高，同一时刻只能有两个节点通信
缺点：安全性低，某一节点发消息，其他节点都能收到；
通信线路故障，造成整个网络瘫痪；
网络延伸距离有限，整个网络容纳的节点数量有限；
星型网络：
结构：所有节点都通过中心节点相连；
优点：结构简单、组网成本低；
中心节点便于监控整个网络，故障容易诊断；
缺点：安全性不高，中心节点故障，造成整个网络瘫痪；
不太容易扩展新节点；
环型网络：
结构：首尾互联，形成封闭的环路
优点：节省组网线缆
缺点：不太容易扩展新节点；
出现故障的节点越多，对整个网络的通信影响更大；
树型网络：
结构：一种层次化的星型结构网络
优点：容易扩展新节点；
缺点：层级越高的节点出现故障，造成的网络问题更加严重；
网状型网络：
结构：节点之间通过线缆两两互联；
优点：具有高可靠性；
缺点：组网结构复杂、成本高；
二、网络设备简介
1、集线器（hub）---物理层
特点：
内部架构总线型的结构，共享同一个通信线路；
同一时刻，只能有两个主机通信；
用于扩大冲突域。
产生问题：
泛洪传输：一个主机发消息，其他主机都能收到。
地址问题：MAC地址：
12位--16进制
48位的二进制
前24位由厂商申请，，后24位厂商编写
冲突问题：解决方法:CSMA/CD技术----带载波侦听的多路访问/冲突检测技术
2、网桥
网桥的每一个接口都能隔离一个冲突域
3、交换机：
（1）特点
转发数据，多接口的网桥，自学习能力
（2）MAC地址表形成过程----交换机
目标MAC：MAC2 源MAC：MAC1+数据
（3）MAC地址表特点
老化时间：300秒
一个接口对应多个MAC地址，一个MAC地址只能对应一个接口。
（4）交换机处理数据的方式
泛洪：若交换机的MAC地址表中没有MAC地址与接口的对应关系，则交换机将数据帧从除了收到数据帧的端口之外的其他端口泛洪转发。
单播：若交换机的MAC地址表中有MAC地址与接口的对应关系，则一对一单播
丢弃：主机收到数据帧，根据帧中目标MAC地址判断，若自己与目标MAC地址不一致，则丢弃
4、路由器
（1）特点：
提供路由，转发数据，隔离广播域，标识广播域，扩大网络传输的范围，工作在网络层设备
标识广播域：
IP地址：192.168.1.1 192.168.1.2 192.168.2.1 192.168.2.2
子网掩码：255.255.255.0---连续的1或者0
IP格式：
IPV4：192.168.1.1 -----点分十进制------32位二进制
IPV6：由128位二进制构成
fe80:0000:0001:0000:0440:44ff:1233:5678 冒分十六进制表示
二进制与十进制互换：
0000 0000-----0---最小值
0000 0001-----1---2^0
0000 0010-----2---2^1
0000 0100-----4---2^2
0000 1000-----8---2^3
0001 0000-----16---2^4
0010 0000-----32---2^5
0100 0000-----64---2^6
1000 0000-----128---2^7
1010 0100-----128+32+4=164
168-----128+32+8----1010 1000
10-----8+2----0000 1010
100--64+32+4---0110 0100
255--1111 1111---最大值
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；此时发送的数据帧是ARP request报文；
所有主机收到后会做个对比，对比一下数据帧中的目的IP地址，如果数据中的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，此时这个数据包是ARP reply 报文，告知主机1自己的MAC地址；同时主机2会学习主机1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。
arp表：
IP地址---MAC地址的对应关系
总结：广播请求，单播回复。
ARP表特点：老化时间是180秒
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；地址冲突的检测；
路由器工作原理---依靠IP地址寻址转发
目标MAC：MAC C 源MAC：MACA + 目标IP：10.2.0.1/16 源IP：10.1.0.2/16+数据
目标MAC：MAC B 源MAC：MACD + 目标IP：10.2.0.1/16 源IP：10.1.0.2/16+数据
总结：
同一广播域转发，交换机直接查询MAC地址表进行转发
不同广播域转发，交换机会直接查询网关IP地址的MAC地址，先转发到网关路由器，再由其查询路由表进行转发
1、IP地址分类（自然或主类划分）
IP地址构成：网络位+主机位
A类：1-126----可用主机数量：2^24-2----255.0.0.0
B类：128-191----可用主机数量：2^16-2----255.255.0.0
C类：192-223----可用主机数量：2^8-2----255.255.255.0
D类：224-239----组播地址，224.0.0.5 224.0.0.9 224.0.0.6
E类：240-254---军队、科研等
2、特殊IP地址
全0地址：0.0.0.0-----没有IP地址；代表所有地址
全1地址：255.255.255.255----广播地址----受限地址----路由器限制
环回地址：127开头的地址 。测试网络连通性，测试TCP/IP组件好着没，127.0.0.0----127.255.255.255-----能用的地址范围：127.0.0.1--127.255.255.254
主机位全0的地址：127.0.0.0/8-----网络地址，标识一个广播域
主机位全1的地址：127.255.255.255---广播地址
3、VLSM
VLSM：可变长的子网掩码，使网络地址划分更加灵活
IP结构：网络位+子网位+主机位
4、CIDR：域间无类路由汇总---取相同、去不同
192.168.0.0/24--192.168.0000 0000.0000 0000
192.168.1.0/24--192.168.0000 0001.0000 0000
192.168.2.0/24--192.168.0000 0010.0000 0000
192.168.3.0/24--192.168.0000 0011.0000 0000
汇总后的网段：192.168.0000 0000.0000 0000---192.168.0.0/22---255.255.252.0
100.1.1.0/24--------100.0000 0001.0000 0001.0000 0000
100.2.1.0/24--------100.0000 0010.0000 0001.0000 0000
100.10.10.0/24-----100.0000 1010.0000 1010.0000 0000
100.20.10.0/24-----100.0001 0100.0000 1010.0000 0000
100.0000 0000. 0000 0000. 0000 0000---100.0.0.0/11---255.224.0.0
——————————————————————————————————
第二章
一、OSI参考模型---OSI/RM---开放系统互连参考模型
1、产生背景
各大厂商都有自己的协议
跨厂商设备不兼容；
用户购买维护设备成本高
2、每层作用
应用层：给应用程序提供网络服务
表示层：定义数据的格式，加密、解密、编码、解码、压缩、解压缩
会话层：对通信双方间的会话进行建立、维护、拆除-----session id---区分同一应用程序的不同进程
传输层：建立端到端的连接（端口号--逻辑连接）；提供分段功能（TCP）
端口号：0-65535，0和65535是系统保留端口
知名端口号：1-1023--知名协议提供端口号
动态端口号：1024-65534---客户端随机使用
HTTP--超文本传输协议---80---TCP
HTTPS--安全的超文本传输协议---443---TCP
FTP--文件传输协议--20、21--TCP
TFTP--简单文件传输协议----UDP
SMTP协议--简单邮件传输协议---发送端使用---25---TCP
POP3协议--邮局协议--接受端使用---110---TCP
telnet协议：远程登录协议---23---TCP
DNS协议：域名解析系统--53---TCP UDP
网络层：路由器，带路由功能的设备---根据IP地址寻址转发数据；提供分片功能
数据链路层：交换机，根据MAC地址寻址转发数据，提供数据帧的封装、解封装、差错检测、透明传输
物理层：传输电信号、光信号；定义物理标准（定义电压、线缆标准）
信号的传输模式：
单工模式：同一时刻，通信的一方的设备都具备收或者发的功能---收音机
半双工模式：同一时刻，通信双方的设备都具备收和发的功能，不是同时具备。对讲机
双工模式：同一时刻，通信双方的设备都同时具备收和发的功能
3、通讯过程（封装与解封装）
封装：在原始的数据前面加上一点额外的信息，形成新的数据
解封装：拆掉已封装的额外信息，还原成最原始的数据。
二、TCP/IP参考模型
1、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
（3）TCP协议的特点
面向连接，可靠协议；
实现流量控制；
进行数据分段；---MSS
（4）适用场景：
对传输效率要求比较低，可靠性要求高，浪费带宽资源---收发文件的时候---FTP，发邮件
2、UDP协议----用户数据协议
（1）头部
（2）UDP特点：
不面向连接，不可靠协议；
不能实现流量控制；
（3）使用场景
对传输效率要求比较高，可靠性要求不高，不浪费带宽资源---打游戏、看视频、看直播---实时画面
2）tcp分段和IP分片
MSS----1500字节
MTU---最大传输单元----1500字节
4、ICMP协议-----网际报文控制协议
（1）作用
差错(或异常)报告；----ping
网络探询；----tracert
（2）头部
（3）实现工具
ping命令 ：测试网络连通性
查询报文：我们可以通过发包数量与回报数量来判断目标的状况
ECHO REquest：ping命令请求
ECHO REPLY：ping命令回复
差错检测报文：
网络不可达：网络故障
主机不可达：寻找的IP地址有问题
协议不可达：协议不兼容
端口不可达：防火墙禁ping服务，端口不连通
重定向：
指导数据报文的流向，使数据流向正确的网关；
特定情况下，当路由器检测到一台主机使用非优化路由的时候，它会向该主机发送一个ICMP重定向报文，请求主机改变路由
tracert命令：路由跟踪
5、以太网帧协议
（1）头部
前同步码：调整接收端的时钟周期使其与发送端一样
帧开始定界符：标识数据帧的开始
FCS：MAC帧的尾部，帧校验序列