HCIA一.网络基础

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网络基础

• 网络的进化过程
• • 产生网络
  • 扩大网络
  • • 如何扩大网络：
    • 增加网络的核心需求：
    • 交换机的作用
    • 交换机的工作原理
    • 路由器
    • IP地址
    • • IPV4
• OSI参考模型与TCP/IP协议
• • 各个分层的作用
• 其他知识点
• • 封装与解封装
  • PDU协议数据单元
  • DNS域名解析服务
  • 网络部署思路：

网络的进化过程

产生网络——>扩大网络——>无限距离，无冲突，单播——>基于MAC地址单播转发——>洪泛——>洪泛的范围——>路由器——>ip地址（逻辑地址-临时地址）——>ARP——>广播——>广播域（洪泛域）

产生网络

随着批处理和分时系统的产生，计算机的可用性得到极大改善，计算机之间使用通信线连接，可以达到简单的计算机之间的通信。随着时间的发展人们不满足于用一台计算机进行处理，从而产生了网络

扩大网络

如何扩大网络：

一.增加节点 （增加接入设备）
集线器(HUB)（多接口的中继器，构建星形结构）（纯物理层设备）
缺点：
1.安全问题（发出的消息所有人都能接收）
2.延时大–垃圾信息导致
3.地址（唯一性，标准化）MAC地址（物理地址）（网卡芯片的串号48位二进制，以16进制显示）
4.冲突（多个节点同时发送电流，电流在集线器上相遇，碰撞，抵消）–排队（CSMA/CD）
二.增加传输距离
（1）中继器（放大器）–无法无限延长，只加压不还原电波，纯物理层设备

增加网络的核心需求：

1.无限的传输距离
2.无冲突–同时实现所有节点可以同时收发自己的数据
3.单播—一对一传输（安全且效率高）
为此发明了网桥（升级后就是现在的交换机）

交换机的作用

1.代替集线器提供端口密度，用于大量的节点互联
2.理论上无限延长传输距离–通过识别电流为二进制，再重新将二进制转化为电流
3.无冲突----将电流识别为二进制数据，然后存储再转发，防止电流与电流相遇
4.单播—交换机识别数据中的源及目标的MAC地址，基本本地的MAC地址表来进行转发，交换机的MAC地址表是自动记录源mac对应接口产生。

交换机的工作原理

当数据帧进入交换机接口时，先从电流转化为二进制，同时在本地内存中进行存储；之后识别数据帧中源mac地址，将mac地址与该数据进入的接口编号映射记录到交换的MAC地址表中；之后再关注数据帧中的目标mac地址，同时查询交换机的MAC地址表，若表中存在对应接口记录，将仅从对应中单播复制该数据；若表中没有数据，将洪泛该数据；
（洪泛：除流量的入口外，其他所有接口复制转发。）
交换机洪泛范围为一个广播域，但广播域越大，无用信息越多占用带宽导致网络不通畅（卡的一匹）。
路由器可以分隔广播域，进而限制广播域大小，保证网络通常。

路由器

路由器的定义：是实现网络互连设备，工作在网络层
路由器的功能：
路由和转发
1）可以决定数据包从来源端到目的端所经过的路由路径（host到host之间的最佳传输路径），这个过程称为路由；
2）将路由器输入端的数据包移送至适当的路由器输出端（在路由器内部进行），这称为转发。
路由器的作用：
· 实现网络互连，为分组数据提供转发。
· 隔离子网
· 隔离广播域
· 指定访问规则
· 不同类型的网络互联：
3） 工作过程
（通俗的讲），路由器收到数据包的时候，先将电信号转化成数字语言保存在本地存储空间，然后查看MAC地址，确认对象为路由器MAC地址后继续解封装查看目标IP（这就是路由器是网洛层设备的原因），最后重新封装IP地址，MAC地址，将数字信号转化为电信号，发入下一个广播域。

IP地址

IP地址分为IPV4 和 IPV6

IPV4

IPV4地址——32位二进制构成，八位点分，用十进制标识
IP地址存在两个部分，前段为网络位，用于标识所在的洪泛范围；后段为主机位，用于标记该个体，前后段的区分通过子网掩码划分
子网掩码
eg 255.255.255.0 前三段为洪泛范围
255.255.0.0 前两段为洪泛范围
同时需要ip地址和MAC地址
ARP（地址解析协议 ） ——通过对端的某种地址来获取对端的另一种地址；
正向ARP——AARP 已知同一网段的其他设备IP地址，通过广播查询到该ip地址对应的MAC地址
广播—使用特殊地址，迫使交换机对数据进行洪泛，将该数据复制给洪泛范围内的所有设备
IPV4举例：
192.168.1.1
11000000101010000000000100000001
存在网络位加主机位 前段位网络位代表所在的广播域 后端为主机位代表广播域内部的唯一性
依赖子网掩码区分网络位和主机位：连续1对应网络位，连续0对应主机位
eg：
11000000101010000000000100000001 192.168.1.1
11111111111111111111111100000000 255.255.255.0

IPV4地址分类：ABCDE五类
其中ABC三类为单播地址，D类为组播地址，E类为保留地址
单播地址：
可以作为源ip地址（唯一能作源ip地址的地址），也可以作为目标ip地址，代表一个唯一的节点
组播地址：代表一个组内所有设备。
广播地址：代表一个广播域内所有设备

基于IP地址的第一个8位进行区分（0-255）
A：1-126
B：128-191
C：192-223
D：224-239
E：240-255

1. ABC三类均为单播地址，它们区别在于默认的子网掩码不一样、
   A：255.0.0.0 （大型网络） B 255.255.0.0 （中型） C 255.255.255.0
   （小型）【只是设计上分成大中小，但是实际上广播域容纳不了过多用户，实际上不用默认子网掩码，由管理员自行分配】
2. 特殊地址
   （1）127 环回地址 127.0.0.1（系统自带虚拟网卡，用于测试该系统的网络协议是否能正常工作，封装，解封装）
   （2） 0.0.0.0 （既可以代表没有ip，也可以代表所有ip）
   （3） 255.255.255.255 （受限广播地址，受到路由器的控制）
   （4） 每一段地址中，主机位全为0 192.168.1.00000 255.255.255.0
   不是一个单播地址，不能配置给设备，网络号，用于这个段；
   简写 192.168.1.0/24（24指的是子网掩码有24个1）
   （5）在每一段地址中，主机位置全1，也不是单播地址，不能配备给设备；直接广播地址 192.168.1.1111111 255.255.255.0
   （6）169.254.0.0/16 本地链路地址，自动私有地址（获取地址失败本地自己配的地址）

子网划分（VLSM变长子网掩码）
通过延长子网掩码的长度，将原来的一个广播域地址切分成多个网段，同时降低了每个网段内部的IP地址数量
eg：
192.168.1.0/24划分两个子网
192.168.1.0 0000000 192.168.1.0 192.168.1.1-126
255.255.255.1 0000000 255.255.255.128
192.168.1.1 0000000 192.168.1.128 192.168.1.129-254
255.255.255.1 00000000 255.255.255.128
172.16.0.0/15 四个子网
172.0001000 0.0 0000000.00000000 172.16.0.0 172.16.0.1-172.16.127.254
255.1111111 1.1 0000000.00000000 255.255.128.0
172.0001000 0.1 0000000.00000000 172.16.128.0 172.16.128.1-172.16.255.254
255.1111111 1.1 0000000.00000000 255.255.128.0
172.0001000 1.0 0000000.00000000 172.17.0.0 172.17.0.1-172.17.127.254
255.1111111 1.1 0000000.00000000 255.255.128.0
172.0001000 1.1 0000000.00000000 172.17.128.0 172.17.128.1-127.17.255.254
255.1111111 1.1 0000000.00000000 255.255.128.0

子网汇总CIDR无类域间路由（取相同位，去不同位）
eg：
192.168.1.0/24 192.168.000000 01.0
192.168.2.0/24 192.168.000000 10.0
192.168.3.0/24 192.168.000000 11.0
汇总成
192.168.0.0/22 192.168.000000 00.0
报头中最重要的参数为源，目标ip地址；TTL = 生存时间-每一次经过路由器转发减1；为0时必须丢弃：初始值——64 128 255（防止路由器反复传包而宕机）

OSI参考模型与TCP/IP协议

正如上图OSI参考模型仅作参考，它只对各层的作用作了简单的界定，并没有对协议和接口进行详细定义，对学习起一个引导的作用，以下是对各层的详细介绍 ：

各个分层的作用

. 应用层
为应用程序提供服务，并规定应用程序中通信相关的细节。包括文件传输·电子邮件 远程登录（虚拟终端）等协议。
. 表示层
将应用处理的信息转换为适合网络传输的格式，或将来自下一层的数据转化为上一层能够处理的格式。因此他主要负责的是数据格式的转换。
具体来说，就是将设备固有的数据格式转化为网络标准传输格式。不同设备对同一比特流解释的结果可能会不同。因此，使它们保持一致是这一层的主要zuoyong。
. 会话层
负责建立和断开连接（数据流动的逻辑通路），以及数据的分割等数据传输相关的管理

上三层主要是属于软件（应用程序处理数据）
下四层主要负责数据传输

. 传输层
起着可靠传输的作用。只在通信双方节点上进行处理，而无需在路由器上处理
优化传输=端口号+分段 （TCP/UDP 负责实施）
1.分段—将上三层数据切分成小的包，便于传输和管理；受MTU限制–MTU最大传输单元（一个数据段的容量上限）默认为1500字节
2.端口号— 0-655535 其中1-1023为静态端口号（服务端使用注明端口来硬射对应服务（固定））
1024-65535为动态端口号（客户端使用标记本地进程）
常见的端口号：
http超文本传输协议–80，
https=http+ssl/tsl安全传输协议–443
dhcp动态主机配置协议–67 68
dns域名解析系统–53

ftp文件传输协议–20 21
tftp简单文件传输协议–69
telnet远程控制协议–23
ssh=telnet+ssl/tls–22
3.UDP：用户数据报文协议 — 仅完成传输层的基本工作 —贴 端口号+分段（非面向连接的不可靠传输协议）
4.TCP：传输控制协议 — 面向连接的可靠传输协议
除完成传输的基本工作外，还需要保障传输的可靠性
（1）面向连接 —— 在第一次传输数据前，通过三次握手建立段到端虚链路
（2）可靠传输 —— 四次挥手（4种传输机制）确认，重传，排序，流控（滑动窗口）
. 网络层
Internet协议（IP）包含IP地址
将数据传输到目标地址。目标地址可以是多个网络通过路由器连接而成的某个地址。因此这一层主要负责寻址进和路由选择。
. 数据链路层
负责屋里面上互联的，节点之间的通信传输。将0，1序列划分呢为具有意义的数据帧传送给对端
数据链路层=逻辑链路控制子层（LLC）+介质访问控制层（MAC）
介质访问控制层 （主要功能） 控制物理硬件（识别硬件语言）（MAC）
逻辑链路控制子层（LLC） 协同上下层工作，其次负责校验
. 物理层
负责0·1比特流（0·1序列）与电压的高低，光的闪灭之间的互换，

其他知识点

封装与解封装

封装 ---- 至上而下的数据的加工过程，过程中数据不断增大
解封装 ---- 封装的逆向过程，是设备对数据的识别读取过程，数据包越来越小。

PDU协议数据单元

对各层封装号的数据，进行单位标记
应用层 数据报文
传输层 段
网络层 包
数据链路层 帧
物理层 比特流

DNS域名解析服务

（俗称给ip取名方便记忆）
将服务器的ip地址与域名映射记录，用于其他设备查询

网络部署思路：

1. 拓扑设计 – ip地址规划
2. 实施
   1）拓扑搭建
   2）底层–所有节点拥有合法ip地址
   3）路由–全网可达
   4）策略：规则，优化，安全
   5）测试
   6）排错
3. 维护
4. 升级（割接）

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