HCIP——HCIA回顾（笔记）

OSI

OSI -- 开放式系统互联参考模型（7层参考模型）

应用层

抽象语言 -》编码

表示层

编码-》二进制

会话层

提供应用程序的会话地址

传输层

分段

数据包容量不易过大，否则影响传输效率及共享宽带；分段大小由MTU决定；（MTU：最大传输单元，默认1500）

端口号

0-65535，其中1-1023注明端口，用于默认标记固定服务；1024-65535动态端口（高端口），用于随机对应终端的各种进程。

UDP

用户数据报文协议 --- 非面向连接的不可靠传输协议；传输层的基本协议，仅完成传输层的基本工作（分段、端口号）

TCP

传输控制协议 --- 面向连接的可靠传输协议；除了完成传输层的基本工作外，还需要保障传输的可靠性；

面向连接 --- 通过TCP的三次握手建立端到端的虚链路

可靠传输 --- 四种机制（确认、重传、排序、流控（滑动窗口））

TCP的三次握手

最开始的时候客户端和服务器都是处于CLOSED关闭状态。主动打开连接的为客户端，被动打开连接的是服务器。

TCP服务器进程先创建传输控制块TCB，时刻准备接受客户进程的连接请求，此时服务器就进入了 LISTEN 监听状态

第一次握手 TCP客户进程也是先创建传输控制块TCB，然后向服务器发出连接请求报文，这是报文首部中的同部位SYN=1，同时选择一个初始序列号 seq=x ，此时，TCP客户端进程进入了 SYN-SENT 同步已发送状态

第二次握手 TCP服务器收到请求报文后，如果同意连接，则会向客户端发出确认报文。确认报文中应该 ACK=1，SYN=1，确认号是ack=x+1，同时也要为自己初始化一个序列号 seq=y，此时，TCP服务器进程进入了 SYN-RCVD 同步收到状态

第三次握手 TCP客户端收到确认后，还要向服务器给出确认。确认报文的ACK=1，ack=y+1，自己的序列号seq=x+1，此时，TCP连接建立，客户端进入ESTABLISHED已建立连接状态 触发三次握手

有人可能会很疑惑为什么要进行第三次握手？

主要原因：防止已经失效的连接请求报文突然又传送到了服务器，从而产生错误

第一次握手： 客户端向服务器端发送报文
证明客户端的发送能力正常

第二次握手：服务器端接收到报文并向客户端发送报文
证明服务器端的接收能力、发送能力正常

第三次握手：客户端向服务器发送报文
证明客户端的接收能力正常

TCP的四次挥手

数据传输完毕后，双方都可释放连接。最开始的时候，客户端和服务器都是处于ESTABLISHED状态，然后客户端主动关闭，服务器被动关闭。

第一次挥手 客户端发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态

第二次挥手 服务器端接收到连接释放报文后，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT 关闭等待状态

第三次挥手 客户端接收到服务器端的确认请求后，客户端就会进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文，服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。

第四次挥手 客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态，但此时TCP连接还未终止，必须要经过2MSL后（最长报文寿命），当客户端撤销相应的TCB后，客户端才会进入CLOSED关闭状态，服务器端接收到确认报文后，会立即进入CLOSED关闭状态，到这里TCP连接就断开了，四次挥手完成

为什么客户端要等待2MSL？

主要原因是为了保证客户端发送那个的第一个ACK报文能到到服务器，因为这个ACK报文可能丢失，并且2MSL是任何报文在网络上存在的最长时间，超过这个时间报文将被丢弃，这样新的连接中不会出现旧连接的请求报文。

网络层

Internet协议

IP地址逻辑（临时）寻址

IPV4报头

标准长度20字节 -- 可扩展到60字节

第一行

version：版本（4比特），IPV4 为0100，IPV6为0110

IHL：ip头部长度（4比特），带参数（0101=5 ，单位是32比特，最大头部就是15*32/8，范围是20字节-60字节，只能以4字节为基础增加。

Service Type：服务质量（8比特）对数据标识时使用
QOS --- 服务质量
TOS（type of service） ：标记1，ip优先级：3+5（000 001 010 011 100 101 110 111）0-7（用前三个比特标记）2，DSCP区分服务代码点：6+2,0-63+ECN（显示拥塞通告，顺畅为00拥堵为11）3，PHB：逐跳行为（每一跳行为）兼容模式，共有21个分类（IP优先级全部有，DSCP部分有（匹配多少用多少）Packet Length：ip数据包总长度（16比特）

第二行

Identification：标识符（16比特）

Flags：标记位（3比特）
R（保留位）
DF（不分片（0或1））
MF（最后一个片段=0（0或1）

Fragment Offset：分片偏移（13比特）

第三行

TIme to Live：生存时间（8比特）
路由次数（255-1）

Protocol：上层使用协议（8比特）
范围1-255

Header Checksum：表头检查码（16比特）

第四行

Source Address：源地址（32比特）

第五行

Destination Address：目标地址（32比特）

第六行

Option：可选项（定义数据传输时进行标识）（默认为0，如果有内容则Option与padding之和必须是32或者32的倍数）1，严格选路2，松散选路3，记录路由4，时间戳
Padding：填充项（垫片）

数据链路层

以太网/PPP/HDLC/FR/ATM.....

以太网

在二层主要负责两个功能

1，控制物理层（该层的基本功能）

2，提供MAC地址进行物理寻址（以太网的额外功能）

物理层

总结

上三层为应用程序对数据流量进行加工以及处理的阶段，下四层负责数据的传输

名词解释

1、MTU  最大传输单元  传输层对数据分段的大小
2、封装  数据从高层向低层的加工过程，过程中数据封装每层的头部，不断变大
3、解封装 数据从低层向高层的识别过程，过程中需要读取，删除部分头部，不断变小
4、PDU  -- 协议数据单元  各层数据在封装完成后，对数据的单位称呼
应用层---报头
传输层--段
网络层--包
数据链路层--帧
物理层-- 比特 
5、ARP --地址解析协议  通过对端的一种地址来获取对端另一种地址
AARP 正向ARP -- 已知同一网段的ip地址，通过广播来获取该ip对应的MAC地址
反向ARP --- 已知对端的MAC地址，获取本地的ip地址；
FARP -- 无故ARP  使用AARP，来查询本地的ip地址； --- 用于ip地址的冲突检测
6、DNS-- 域名解析服务  通过域名地址，查询对应的ip地址；主要用于http、https等服务
7、TCP/IP与OSI的区别
1）层数不同  
2）OSI模型的网络层支持所有的网络层协议，TCP/IP的网络层实际被成为internet层，仅支持IP协议；
3）TCP/IP协议栈道支持跨层封装
跨层封装--- 应用层数据直接封装于3层报头或者2层报头；
封装3层报头：同一广播域内的服务型协议--ARP/OSPF..... 使用的设备均为3层设备
封装2层报头：同一交换网络内的二层设备服务型协议---STP 
正常应用程序封装的数据流量不做跨层处理
因此跨层封装的意义在于更快的完成服务型协议间的沟通计算

跨层封装时，部分层面的功能，必须由其他层面来辅助完成；
--- 4层的分段、端口号（区分进程）
跨层封装到3层报头时，IPV4报头可以对数据进行分片，之后每片内容填充于报头中，携带到目的地；
3层报头中还存在协议号，用于对标后方所封装的协议0-255，6代表TCP/17代表UDP；
其余数字每一个皆对应一个固定的跨层封装协议

2层报头中也有类似的功能来实现分段、进程区分；
主讲以太网：在非跨层封装到2层时，以太网使用第二代数据帧，该帧不具备分片功能，仅存在类型号，可用于区分进程；
故一旦数据被跨层封装到二层时，将启用第一代以太网封装；
第一代封装将数据链路层分为了两层 --->LLC逻辑链路控制子层+MAC介质访问控制子层
LLC层负责分片和提供类型号来区分进程，MAC层用于提供MAC，以及控制物理层；
LLC层 --802.2标准   MAC层-802.3标准

数据包转发过程（重点）

源终端设备需要进行数据封装，从高层封装到物理层；过程中基于应用层流量，选择传输层的协议和端口号；基于目标ip地址、目标mac来封装三层和二层头部；
1，本地已知
2，访问网页基于域名，通过dns服务器进行解析
3，终端客户软件提前存储服务器ip地址，直接访问服务器，基于服务器中转来与实际目标通讯
获取目标mac地址方式：使用arp请求通过广播的形式来获取统一广播设备的mac地址

交换机的工作原理：当数据帧进入交换机后，先查看数据中的源mac地址，然后将其与对应的入口记录；之后基于目标mac地址，查询本地的mac地址表，若表中存在记录，按照记录对应接口单播转出；若没有记录，需要洪泛流量（除了流量进入的接口外，其他所有接口复制转出）

终端访问另一设备时，在过去目标ip地址后，关注目标ip地址是否和本地处于同一网段；若在同一网段，使用arp获取对端mac地址后，单播通讯；当目标ip地址与源头不在同一网段，将封装目标mac地址为本地的网关位置，之后数据进入路由器，由路由器将数据基于路由表路由转发到目标地点；
数据在跨网段传输过程中，源、目ip地址正常不变化，单源。目mac地址在每一个广播域中重新编写，用于该广播域内的物理寻址；

mac地址：由48位二进制构成，使用16进制标识；全球唯一，出厂时烧录到芯片中；

IPV4地址

由32位二进制构成，点分十进制标识
分类：ABCDE五类
其中ABC为单播地址 --- 唯一计科作为目标ip地址，也可作为源ip地址； --- 只有单播地址可以配置为各个节点的ip；
D类为组播地址，只能作为目标ip地址；

基于ip地址的第一段即可分类：

A 1-126

B 128-191

C 192-223

D 224-239

E 240-255

特殊地址

1，在ABC地址中存在私有ip地址与公有ip地址的区分
公有地址：具有全球唯一性，可以在互联网中通讯，且需要付费使用
私有地址：仅具有本地唯一性，不能在互联网中通讯，无需付费使用
所以，通过私有构建的企业或局域网，访问全部为公有地址的互联网时，必须转换为合法且唯一的互联网公有ip地址；
私有地址：
10.0.0.0/8  
172.16.0.0/16-172.31.0.0/16
192.168.0.0/24-192.168.255.0/24

2,127 环回地址，用于测试TCP/IP协议栈道在设备上是否正常
3，全0 0.0.0.0 1）在dhcp请求ip地址作为源ip，代表所有地址2）在路由表作为缺省路由，代表所有目标
4，全1 255.255.255.255 受限广播地址，在不明确目标ip地址时，发送广播时成为目标ip地址，受到路由器的限制，不能转出单个广播域
5，主机位全0 不是一个具体的ip地址，网络号---代表一个网段
6，主机位全1 不是一个具体的ip地址，该网段的直接广播地址
7,169.254.0.0/16 自动私有地址，本地链路地址；终端在通过dhcp行为多次获取ip地址失败后，本地自动生成的一个ip地址，网络号固定，主机位随机

VLSM

可变长子网掩码 --- 通过延长子网掩码的长度，起到将一个网络号码划分为多个可用网段；--- 子网划分

CIDR

无类域间路由 --- 取相同位，去不同位
将多个网络号合成一个网段号码；
CIDR=子网汇总+超网
子网汇总 --- 汇总后，汇总网段地址的掩码长于或等于主类
超网 --- 汇总后，汇总网段的掩码长度短于主类

静态路由

在默认情况下，路由器仅存在直接网段的路由；
直连路由产生的条件：
1，路由器的接口配置了合法的ip地址
2，同时该接口已经开启，且可以通信
所有非直连网段为该路由器的未知网段，获取未知网段方法：
1，静态路由 --- 管理员手写路由表
2，动态路由 --- 所有路由器运行相同的动态路由协议后，路由器之间沟通、协商、计算自动生成路由表
[Huawei]ip route-static 10.1.1.0 24 192.168.1.2目标网络号    下一跳
下一跳：流量从本地发出后，下一个进入的路由器接口  -- 下一个入口地址（路由器）
[Huawei]ip route-static 10.1.1.0 24 GigabitEthernet 0/0/1目标网络号    出接口
出接口：流量从本地路由器发出的接口号；
在MA网络中建议使用下一跳写法，在点到点网络中建议使用出接口写法；

网络类型

点到点 --- 在一个网段中，只能存在两个节点
MA -- 多路访问 ---在一个网段中，存在节点数量不限制；

若在MA网络中使用出接口写法，编辑静态路由；为获取精确的下一跳MAC地址，路由器将使用代理ARP和ICMP重定向；
代理ARP：若一台路由器收到了非本接口直连网段地址的ARP请求，将查询本地路由表，若表中存在到达被请求ip地址的网段的路由，将代理该被请求ip，使用本地的MAC地址进行ARP应答；
ICMP重定向：当路由器发现一个数据包从本地的A口进入后，查询完路由表依然从A口再发出，将告知上一跳设备，本地的下一跳地址来优化转发路径；
基于以上的规则总结：在MA网络中使用出接口写法，数据转发过程繁琐浪费资源，故建议下一跳写法；

在点到点网络中若使用下一跳写法：
由于路由器是递归查询路由表的，故下一跳写法生成的路由条目每次查询时，均需要递归到直连路由上，但出接口写法可以不用递归；因此在点到点网络中，由于其不存在代理ARP/ICMP重定向之类规则，故建议出接口写法；

静态的扩展配置

1）手工汇总当路由器访问多个连续子网（可以汇总成一个网段）时，且全部基于相同的下一跳路径；可以将这些目标网络进行汇总计算后，仅编写到达汇总网段的一条路由即可；--优化路由表，减少路由条目数量，加快查表速度，降低网络延时；

2）路由黑洞 --- 汇总的路由网段中包含了网络内实际不存在的网段时，流量将有去无回；造成资源浪费；  主动黑洞--地址设计不合理   被动黑洞--设备关机断电导致

3）缺省路由 --一条不限定目标，在路由表中0.0.0.0标识的路由，代表所有网段；路由器查表时，在查询完本地所有的直连、静态、动态路由后若依然没有可达路径，才使用该条目；
[Huawei]ip route-static 0.0.0.0 0 12.1.1.2
4）空接口防环路由--当黑洞路由与缺省路由相遇时，将必然出现环路；
通过在黑洞路由器上，编写到达汇总网段的空接口路由，可以防止环路的产生；
[Huawei]ip route-static 1.1.1.0 24 NULL 0
5）浮动静态路由 --默认手写的静态路由优先级为60；直连路由为0；优先级取值范围0-255；越小越优秀；通过在编写静态路由时，修改优先级，可以实现静态路由备份的效果；
[Huawei]ip route-static 1.1.1.0 24 12.1.1.2 preference 61
6）负载均衡--当访问同一网段时，若存在多条开销相似路径时，可以让设备将流量拆分后延多条路径同时传输，实现带宽叠加的效果；