HCIA-----数据通讯

HCIA--华为认证初级ICT工程师

HCIAP--高级

HCIAE--专家级

网络的特点

1.需要有一个通道

2.需要有节点

3.都有载体

通过一些特殊的通道把分布在不同地理位置的物品连接起来，从而实现信息的传输与共享。

网络的作用

1.数据通讯

2.资源共享

3.分布处理

计算机网络基础

世界第一台计算机--计算弹道--分时操作系统

二进制语言（计算机语言）

计算机工作的四个过程(先向下后向上)

1.自然语言---编码

2.编码---二进制

3.介质访问控制层：控制硬件；将二进制转化为电流，并控制物理层输出电流。

4.计算---CPU

对等网

1.升级硬件资源

2.增加电脑数量

继续扩大网络

1.增大距离

1.1 信号失真

（1）解决方法：网线

只能减小失真，不能完全解决

1.2 信号衰减

（1）解决方法：中继器

2.增加节点

2.1网络拓扑结构

（1）总线型：由一条多芯网线向四周延展，连接各个节点

优点：信道利用率高，结构简单，成本低

缺点：同一时刻，仅允许两个节点进行通讯

（2）环型：由节点与节点连接的线路组成闭合环。

优点：增加和删除设备简单

缺点：但某一节点故障时，会影响全网，导致整张网络瘫痪

（3）星型：当中央节点和通过链路连接到中央节点的节点组成

优点：结构简单，扩展性强，连接方便

缺点：信道利用率低，对中心节点要求高

（4）网状：实际上是由星型拓扑扩展而来，使用全连接的方式，网状中任意一个节点都属于中心节点

优点：稳定，从节点到节点由多条路径可选-----运营商网络（保障网络稳点）

缺点：结构复杂，成本高

集线器---HUB

纯物理层设备

优点：十分稳定

缺点：

1.安全问题

2.延迟问题----产生大量垃圾信息

3.地址问题---MAC地址--48位二进制---解决方法：12位16位进制表示（0-->9A-->F)(全球唯一)

4.冲突问题-----同一时刻，仅允许两个节点进行通讯----解决方法：载波侦听多路访问/冲突检测机制----CSMA/CD(先听后发，边听边发，冲突停发，随机延迟后重发)----仅减少冲突，并不能完全解决冲突

冲突域：连接在同一根导线上的所有工作站的集合

满足以下条件，出现一台设备：网桥(二层设备----处理二进制)----交换机

1.网络无限传输距离--再发送

2.完全没有冲突---二级制

3.存在单播传输数据---交换机

交换机

识别MAC地址---MAC地址自学习

MAC地址自学习功能：交换机在接受到一个文件报文后，根据数据报文中的元MAC地址，与接收该报文的接口形成对应关系，并记录在MAC地址表中。

然而，交互机根据数据报文的目的MAC地址，查询MAC地址表项，若有匹配项，则根据匹配项的指示直接进行单播转发。

若无匹配项，则进行洪泛操作(除了数据的进入接口外，均发送一份数据)

MAC地址表不是永久记录，而是存在老化时间---5分钟。

交换网络---仅仅由交换机连接各个节点形成的网络---仅具备几十个节点，最对不超过200个节点

广播域---洪泛的范围

路由器（将广播域减小）

1.隔离广播域

路由器的一个接口就是一个独立的广播域

2.转发数据

依靠路由表进行数据转发

依靠交换机进行数据转发-----同广播域

借助路由器进行数据转发-----跨广播域

IP地址

IPv4：32位二级制构成，42亿；点分十进制

IPv6：128位二级制

网络位：表示该该IP所在的网络

主机位：表示主机号

掩码

1.掩码是由32位二级制组成，用以判断IP地址的网络位位数

2.连续的1+连续的0组成

3.掩码中的数字1所代表的含义位IP地址的比特位为网络位

IP：11110000.00001111.10101010.00000001
掩码：111111111111000000000000
​
11110000.00001111.10101010.00000001
11111111.11111111.11111111.00000000

11110000.00001111.10101010.00000001/24
11111111.11111111.11111111.00000000
​
11110000.00001111.10101010.00000010/21
11111111.11111111.11111000.00000000
​
11110000.00001111.10101011.00000001
11111111.11111111.11111111.00000000
​
192.168.1.1/24

网关

被称为一个广播域的门户，也就是路由器与该广播域所连接的接口，这个接口的IP地址称之为网关IP

1. 判断是否为同一广播域

2. 若为同广播域，则将数据发送给交换机，由交换机进行洪泛或单播形式转发数据

3. 若为不同广播域，则将数据发送给路由器，即网关IP所在设备，再由路由器进行数据转发

4. 目的主机接收到该数据后，重复前三步操作进行数据发送

ARP协议

原理：根据已知的地址来获取与其对应的另一种未知地址

ARP工作过程：

发送者PC1:

1.PC1发送一个广播帧，源IP和源MAC是PC1的，目的IP是网关，目的MAC是FFFF:FFFF:FFFF

2.该数据包会被通广播域内所有主机接收，并且该报文内容是（ARP请求报文）

3.谁是某某某IP，请回复我

非目的主机PC2：

由于该广播帧是网络中所有主机均可接受的报文，故PC2会接收这个数据帧，提取IP地址，发 现并不是找自己的，所以会丢弃该数据包

目的主机（网关)：

1.网关接收到该报文后，会发现目的IP地址是本接口IP，故会查看报文内容，并打包一个数据报 文进行回复，其中，包含了本接口的MAC地址。

2.实际上，设备在进行ARP请求之前，会先查找本地的ARP缓存表，若本地存在对应关系，则直接按 照本地ARP缓存表中描述的MAC地址进行数据封装。若没有对应关系，则会发送ARP请求报文，接 收方会回复ARP应答报文，当发送方接收到ARP应答报文后，会将该报文的内容填充到ARP缓存表中。

ARP缓存表的老化时间-----180s

ARP分类 :

1.正向ARP----通过IP获取MAC（网络中最常见的）

2.反向ARP----通过MAC获取IP

3.免费ARP----无故ARP-----用于自我介绍和冲突检测

4.代理ARP----由网关设备代替主机查询MAC地址

TCP/IP

美国国防部开发

OSI参考模型

开放式系统互联模型------国际化标准组织ISO提出----协议组（协议模型）

1.应用层：接收用户数据，人机交互的接口

2.表示层：将编码转换为二进制（加密、解密）---统一格式

3.会话层：针对传输的每一种数据建立一条连接（防止不同数据之间相互干扰）

控制层面：上三层

数据层面：下四层

传输层：区分流量、定义数据传输方式；TCP、UDP

网络层：通过IP地址进行逻辑寻址

数据链路层：通过MAC地址进行物理寻址

LLC----逻辑链路控制层

MAC----介质访问控制层

物理层：定义协议物理特性（电压、电气、接口规范）；传输比特流

报文的封装和解封装

PDU

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

TCP/IP---互联网使用

物理层

规定了一些物理特性（数据传输速率、传输模式、电气电压）

代表设备：中继器、集线器

介质

同轴电缆----淘汰

1.10BASE5----粗同轴电缆----500m

2.10BASE2----细同轴电缆----185m

速率极低

双绞线

分为屏蔽双绞线（STP），非屏蔽双绞线（UTP）

类型：1、2、3、4、5、超5、6、超6、7、8

光纤

双工模式

1.全双工：通讯双方都能同时发送和接收数据

2.半双工：通信双方都能发送和接收数据，但是不能同时进行

3.同一条物理线路上的设备双工模式必须相同。

线序

568A ：一三交换，二六交换

568B ：橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕

直连线、交叉线

重点TCP/IP

数据链路层

代表设备---网桥，交换机

链路类型：

1.局域网----以太网(专有：MAC地址)

2.广域网

MAC地址----物理地址----二层地址

前24位：表示厂商ID

后24位：表示产品ID

数据帧

以太网-2格式，IEEE 802.3格式

帧发送方式

单播(一对一)，广播(一对多；目的MAC=FFFF:FFFF:FFFF)，组播(一对一组)

网络层

IP地址----逻辑寻址---全网唯一

IP地址的有类分址-----根据 IP地址前八位二进制的数字特征分类

A:0XXX XXXX----最小0.0.0.0--最大127.255.255.255---掩码为8

B：10XX XXXX----128.0.0.0--191.255.255.255---掩码为16

C：110X XXXX----192.0.0.0--223.255.255.255----掩码为24

D:1110 XXXX-----224.0.0.0--239.255.255.255

E:1111 XXXX----240.0.0.0--255.255.255.255

A\B\C三类：单播地址----可以做源地址，也可以做目的地址
D：组播地址----只能当作目的地址使用
E：保留地址(科研地址)

特殊地址----不能手工配置在电脑上

0.0.0.0----网络地址(表示所有地址，或表示没有地址)

255.255.255.255----受限广播地址

192.168.1.0/24----主机位全0----代表该广播域----网段

192.168.1.255/24----主机位全1----定向广播地址

127.X.X.X----本地测试地址

169.254.0.0/16----本地链路地址

私有地址----可重复

A类：10.0.0.0--10.255.255.255----一个地址段

B类：172.16.0.0--172.31.255.255----十六个地址段

C类：192.168.0.0--192.168.255.255--256个地址段

公有地址

除了上述私有地址和特殊地址外的所有单播地址。

IP报文头部

Version长度4bit(比特)（代表版本）

Head Length（IP头部长度）（20-60字节）单位：4字节（最大位1111（二进制）=15*4=60）

TTL(time to live)存活时间255个路由器（存活时间单位/路由器）（只能经过255个路由器，每经过一个路由器（TCL-1））

IP Option :IP地址选项信息，如果需要则带上，如果不需要则不带，大小不固定但IP头部大小不能超过60字节（B）。

。IP分片（在网络层封装完成前完成）----MTU（一次

最大传输单位）（接口上）-----以太网中MTU=1500字节

Identification:标识位，给每一个分片数据报文分配一个序列号，从小到大，一次加以一，用于让接收方重组数据。

fiag：标志位。----3bit

第一位------无意义，用0填充。

第二位-----DF位-----若该位置为1，则代表未分片；若为0，则代 表分片。

第三位---M位-----若为0表示该报文是否是最后一位。若为1，则代表后续还有报文。

（报文如果不齐全则不进行处理）

。片偏移-------计算数据报文在原数据报文中的相对位置，单位为8字节。

例子：

一个5000（0-4999）字节的报文分片后IP+报文=1500字节

：

1. IP+报文=1500字节

   片偏移量=（原报文对应位置-分片后开头位置）-IP地址（20）

   报文大小=整个大小-IP同步大小=1500-20=1480

   DF=0

   M=1

   片偏移=片偏移量/单位=（0-0）/8=0字节

2.

IP+报文=1500字节

报文大小=整个大小-IP同步大小=1500-20=1480

DF=0

M=1

片偏移=片偏移量/8=((1500-0)-20-0)/8=1480/8=185

3.

IP+报文=1500字节

报文大小=整个大小-IP=1500-20=1480

DF=0

M=1

片偏移=片偏移量/8=1480*2/8=370

4.

IP+报文=1500字节

报文大小=5000-1480*3=560

DF=0

M=0（没有后文了）

片偏移=片偏移量/8=((1480*3)+560)/8=555

传输层

端口号---标识进程---16位二进制

0-655535

1-1023--著名端口（静态端口）

1024-65535--动态端口---某些协议自动随机生成

常见端口号

telnet-----23

ftp-----20/21

http----80

https----443

DNS----53

TCP协议---传输控制协议

是一种面向连接的可靠性协议

TCP分段

可靠性

。确认机制：传输确认，每收到一个数据段，均需要进行一次确认

（靠确认序列号，例子：A发给B一个X的报文，B回给A一个（X+1）的报文（指我已经接收到X报文下面我想接收(X+1）的报文，那下一次A给B就发(X+1)的报文）

。重传机制：当一个数据段中的某个报文丢失，会提醒要求重新传输该报文（当报文丢失B 未接收到来自A的报文就不会给A发确认的信息，A就会知道报文丢失进行重新发送）

。排序机制：传输一个数据段，被分为多个报文，从不同路径传输，最终到达目的地的顺序会被打乱，需要重新排序组合恢复原始报文内容。

。流控机制（滑动窗口机制）：调节窗口大小来对流量进行控制（减少ACK的回复次数（量）） （若第一个报文X（大小为1000字节）丢失则不发确认包；若接收到但是第二个（x+1000）丢了则发给A确认包且确认号为（x+1）表示接收到了X报文但是没有接收到（X+1）报文，请发送（X+1）报文，若第三个丢了发给A（X+2001）同上）

窗口大小：指无需等待确认就可以连续发送的最大数据量

（指此时B能处理的数据报文的最大大小）

TCP分段

TCP协议封装的数据不允许在IP层面进行分片操作

MSS（最大传输段）=MTU-IP头部-TCP头部