HCIA的相关笔记

网络到底是什么？

百度百科：网络是信息传输、接收、共享的一个虚拟平台，通过将各个点、面、体的信息联系到一

起，从而实现资源的共享。

汉语字典：在电的系统中，由若干个元件组成的，用来使电信号按一定要求传输的电路或电路的部

分，被称为网络。

信息交互

电话网络 --- 信件通讯

1、需要一个通道 --- 用于传输

2、需要节点 --- 用于数据的中转

3、需要存在载体 --- 数据本身

网络就是通过一些特殊的通道，把分部在不同地理位置的物品连接起来，从而实现信息的传输和共

享

计算机网络

计算机技术通信技术

计算机

1946年，分时操作系统；二进制语言 --- 机器语言

功能：

应用层 --- 人机交互接口；将自然语言转换为编码

表示层 --- 将编码转换为二进制

介质访问控制层 --- 控制硬件；比如将二进制转换为电流然后控制物理层输出电信号

物理层 --- 电流的输入输出、CPU计算等等

OSI七层参考模型

对等网

网络扩大方案

增加距离

信号失真 --- 指的是信息传递到本地后，可以识别，但是不清晰；可能存在识别错误的情况。

信号衰减 --- 指的是信号在传输过程中存在能量损耗，导致最后节点无法读取信号。

解决方式：1.网线 --- 减小失真现象，不能完全避免；2.中继器解决信号衰减(最多延长五倍传输距

离)。

增加节点

网络拓扑结构 --- 将各个节点连接以后的样式

总线型 --- 由一条多芯的线缆向四周延伸，连接各个节点

优点：结构简单、信道利用率高

缺点：同一时刻，仅允许两个节点通讯。

环形 --- 由节点和节点连接的线路组成的闭合环

缺点：当某一节点故障时，会影响全网，导致整张网络瘫痪。

星型 --- 由中心节点和通过链路连接到中心节点的节点组成 --- 是使用最广泛的

优点：结构简单、扩展性强

缺点：信道利用率低；对中心节点要求非常高，如果该节点故障，则影响全网。

全连接 --- 属于星型的变种，任意一个节点都可以是中心节点

优点：节点之间存在多条路径，稳定；故该拓扑结构多用于广域网中。

缺点：成本高

HUB --- 集线器

纯粹的物理设备，拥有多个接口，连接多个节点；数据转发--->左手倒右手。

当某个接口接收到电信号后，HUB设备会将该电信号进行复制，然后从除了进入接口以外的其他接

口发送。

集线器缺点：

安全问题
延时问题
地址问题 --- ID --- 硬件地址，即MAC地址，48bit的字符串，每个设备固定的；全球唯一。
冲突问题 --- 冲突指的是信号在线路上相遇并且相互低消的过程。

载波侦听多路访问/冲突检测机制 --- CSMA/CD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。

网络继续扩大需求

1、传输距离不受限

2、完全解决冲突

3、单播传输，一对一传输

网桥 --- 交换机

交换机：接收到电信号后，会将电信号的内容，转换为二进制，并临时存储在自己的内存中；所以

我们也将交换机称为二层设备。

交换机 --- MAC地址表：会记录下交换机收到的数据中的源MAC地址与接收该数据的接口的对应关

系；每一次收到报文都需要学习；表单中的每一个表项，都存在一个老化时间，为5分钟，即300秒。

交换机转发逻辑：当接收到数据报文后，首先进行自学习；然后根据目的MAC地址，在MAC地址表中查找对应表项，如果存在表项，则直接单播转发；如果没有对应表项，则会进行洪泛操作。

洪泛操作：除了流量的进入接口以外的接口，全部复制转发一份数据。

洪泛的范围 --- 广播域

一台交换机中，一个接口可以对应多个MAC地址，但一个MAC地址只能对应一个接口

路由器

隔离广播域 --- 路由器的一个接口就是一个广播域的边界

转发数据 --- 基于路由表转发

依靠交换机转发数据 --- 同广播域

依靠路由器转发数据 --- 跨广播域

IP地址 --- 逻辑地址

IPv4地址 --- 32bit组成，点分十进制表示形式；42亿IPv6地址 --- 128bit组成

192.168.1.1 === 11000000.10101000.00000001.00000001

IP地址 = 网络位 + 主机位网络位 --- 表示该IP所在的网段(广播域) 主机位 --- 表示该网段中的主机编号一般在同一个广播域中，使用相同网络位不同主机位；在不同广播域中，网络位不能相同

掩码

掩码是32位二进制组成，使用点分十进制表示的字符串，其特征是连续的1+连续的0。掩码位数和IP地址位数是一一对应的，其中掩码为1，则对应的IP的bit位是网络位。

11000000.10101000.00000001.00000001 11111111.11111111.11111111.00000000

例如：

192.168.1.1/24

网关

网络的门户 --- 特指广播域的门户，一般指的是路由器的接口，而该接口的IP地址，被称为网关IP。

ARP协议

原理：根据已知的地址来获取未知的另一种地址。

MAC地址48bit全部为1，即FFFF-FFFF-FFFF的地址，是特殊地址，被称为广播MAC地址；用途：

当交换机收到目的MAC为全F的地址时，会忽略查表过程，直接进行洪泛操作。而一般我们将目的MAC为全F的数据报文称为广播数据包。

ARP缓存表：

设备在收到报文后，会将报文中的IP地址和MAC地址的对应关系记录下来，形成ARP

表项，每个表项存在老化时间180秒，3分钟

ARP分类：

正向ARP --- 通过IP获取MAC

反向ARP --- 通过MAC获取IP

免费(无故)ARP --- 冲突检测和自我介绍

TCP/IP协议栈：

七层：

物理层

双工模式：

半双工

全双工

特殊地址：

无效地址：0.X.X.X --- 0.0.0.0(网络地址：代表所有网络)

本地测试地址：127.X.X.X --- 127.0.0.1

广播地址：255.255.255.255 --- 代表广播数据包

主机位全1的地址：定向广播地址，192.168.1.255/24

主机位全0的地址：网段，192.168.1.0/24

设备配置的IP地址只能是单播地址(A/B/C)中的有效地址；即配置时，不能使用网段的第一位IP地址和最后一位IP地址。

私网地址(私有地址) --- 可以重复使用的IP地址

A类提取1个网段：10.0.0.0/8

B类提取16个网段：172.16.0.0/16 --- 172.31.0.0/16

C类提取256个网段：192.168.0.0/24 --- 192.168.255.0/24

公网地址：是A/B/C三类中，除了私网地址和特殊地址以外的地址信息

一般私网地址任何人都可以使用，自行配置；但是公网地址只能向运营商合法购买，具备全球唯一

性

TTL --- 生存时间；单位是三层转发设备(路由器)的数量；在以太网环境中，每经过一台路由器，则

TTL数值减1，当该数值=0时，则该数据包会被路由器丢弃。

IP分片

MTU --- 最大传输单元；是数据链路层的概念，指的是一个数据帧可以携带的最大数据量。在以太网环境中，MTU数值默认为1500字节

传输层

端口号：标识应用层协议；

0-65535保留端口号：0和65535静态端口号(著名端口号)：1-1023 --- 某些常见协议固定使用的端口号

HTTP --- 80

HTTPS --- 443

SSH --- 22

Telnet --- 23

FTP --- 20/21

动态端口号：1024-65535 --- 协议随机选择

TCP协议 --- 传输控制协议：

是一种面向连接的可靠控制协议。

TCP分段 --- 与IP分片相同；

因为TCP为了保证自己的可靠性，具备一个重传机制，如果数据在网络层分片，这些片段在传输过程中丢失时，TCP没有办法进行重传(因为其不知道分片结果)，所以为了满足重传机制，TCP提前分段，让传输给网络层的数据满足网络层MTU的要求即可。

MSS(最大传输段) = MTU - IP头部 - TCP头部

可靠性

确认机制 --- 每传输一次报文，则必须收到对方的确认报文，才可以发送自己的下一个报文。

重传机制 --- 超时重传；当本地发送一个报文后，如果较长时间没有得到回复，则会重新发送一个报文。

排序机制 --- 按照序列号的顺序进行排序。流控机制(滑动窗口机制)

面向连接

如果双方发送的报文中，没有携带数据，但是也会消耗一个序列号，但是如果连续发送的信息都没有携带数据，也仅仅只会消耗一个序列号。

三次握手：

四次挥手：

UDP协议 --- 用户数据报协议：

是一种非面向连接的不可靠协议

VLSM --- 可变长子网掩码 --- 子网划分

实现方法：通过从主机位借位给网络位的方式，达到将一个大的网段划分为多个小的网段；而被借出的位被称为子网位，子网位决定了划分出的网段的个数。

CIDR --- 无类域间路由 --- 子网汇总

目的：将多个小的网段汇聚成一个大的网段。

前提条件：1.母网相同；2.掩码一致。

汇总方式：取相同位，去不同位。

例如·：

172.16.1.0/24

ICMP协议 --- 网络层

网络探测，用来在网络设备之间传递各种差错、控制、查询信息，通过收集网络诊断信息，来进行网络故障排错

ping命令

tracert命令 --- 用于路径追踪

（一些实物的照片）

VRP --- 通用路由平台：

$Huawei$ interface GigabitEthernet 0/0/0 ---- 进入GE0/0/0接口的配置视图

$Huawei-GigabitEthernet0/0/0$ ip address 192.168.1.254 24 --- 配置接口IP地址及掩码信息

$Huawei$ display ip interface brief --- 查看IP和接口的对应关系

DNS协议

域名 IP地址

Telnet协议

利用TCP协议，通过TCP与网络设备建立连接，通过这条连接向网络设备传输命令并且被网络设备执行。

应用层协议，是基于TCP协议实现的，端口号23。

任何应用层协议的基础都是基于网络实现的，所以必须在保证网络可达的前提条件下，完成更高层面协议配置操作；而所谓的网络可达--->指的是IP层面。

DHCP --- 动态主机配置协议

是用来给终端设备分配网络参数的。

C/S架构，属于应用层协议，基于UDP(端口号67/68)完成

报文类型

有八中报文类型，其中6种是较为常用的

iscover报文：客户端主动寻找服务器使用的，该报文是广播报文
offer报文：DHCP服务器回复客户端的discover报文，该报文会携带网络参数信息(前提：本地存在)。
request报文：客户端主动向服务器申请IP地址的报文。
ack报文：服务器对客户端请求信息的确认。
nak报文：服务器对客户端请求信息的拒绝；该报文在华为体系中不存在，服务器默认不发送。
release报文：客户端主动发送给服务器，要求释放IP地址。
decline报文：当客户端检测到IP地址冲突时，发送给服务器的报文。
网络中，可能存在某些终端通过静态方式配置IP地址，而这些配置的IP地址服务器并不知晓导致服务器在分配IP地址时，重复分配。

解决方式：客户端收到ACK报文后，会连续发送三次免费ARP报文，如果没有回复，则正常使用该IP地址；如果收到回复，则使用decline报文给服务器发送信息，并且本地重新发送discover报文申请IP地址。

inform报文：当客户端获取到IP地址后，通过该报文获取其他网络参数，如掩码、网关等信息；但是该报文在华为体系不存在；原因是因为华为体系中，在offer报文内部就已经携带了所有参数信息

DHCP租期

在申请到网络参数后，会保存三个计时器

租期更新计时器

默认网络参数的租期时间为24小时。

当租期时间超过50%，客户端会主动单播发送request报文向服务器申请IP地址续租。

租期重绑定计时器

当客户端在续租过程中，因为某些原因导致服务器没有收到续租报文或者服务器本身故障，此时触发二次续租行为。

当租期超过87.5%时，进行二次续租。此时，客户端认为服务器不可用，客户端广播发送request报文进行续租。

租期失效计时器

什么时候客户端不能使用该IP，此时租期失效。 PC主动放弃IP地址。 PC在租期到期之前都没有收到服务器的ACK报文；重新通过discover报文在网络中寻找 DHCP服务器

静态路由

$r1$ display ip routing-table --- 查看路由器的全局路由表

路由项中目的地、下一跳、出接口被誉为是路由项的三要素。一般而言，一个路由项必须存在着三要素信息，才可以被认为是一条可用的路由信息。

目的地必须为网段信息，下一跳必须为数据转发过程中，下一台设备的入接口IP地址。

路由器数据转发原理：

将收到的报文中的目的IP地址与路由表中的每一条路由项进行对比，如果存在匹配成功的路由项，则按照该路由项的指示进行数据转发，否则丢弃报文。如果路由表中存在多条路由项满足匹配，则会按照 "最长掩码匹配规则"来进行路由项筛选。

通常情况下，一条路由项还存在其他参数：

Pre --- 优先级：代表一条路由信息的优先度；用来进行路由项对比使用，优先级数值越小，该条路由信息的优先度越高

Cost--- 度量值(开销)：

是来衡量多条来源一致，优先级一致的路由信息的成本，一般而言，成本越低，该路由项优先度越高。

开销值对比必须是同一个路由协议才有意义。

优先级和开销值是选择出本地最优的路由，并将其加载到路由表中；而最长掩码匹配规则，是在数据转发匹配的多条路由表中已经存在的路由信息中选择最好的路由进行指导转发。

下一跳必须填写为流量到达最终目的地的过程中，经过的下一台设备的入接口的IP地址。

路由器获取到一条静态路由后，会对静态路由中的下一跳地址进行验算，来计算本地是否可以到达这个下一跳地址，如果可以到达，则认为这条静态路由有效，加载到路由表中；否则认为无效，不适用这条路由。

由项的下一跳属性存在两种填写方式：

本地出接口IP地址 --- 代表目的地与出接口直连

下一台设备的入接口IP地址 --- 代表目的地与本地非直连

路由器构造的ARP报文格式：

如果NextHop = 出接口IP，则使用原始报文中的目的IP来构造ARP报文
如果NextHop ≠ 出接口IP，则使用NextHop属性数值来构造ARP报文

等价路由

环回接口

手工汇总

路由黑洞

在手工汇总过程中，可能会包含一些网络中实际不存在的网段，造成流量有去无回的现象，浪费了链路资源。流量被那一台设备丢弃，则那台设备称为黑洞路由器。

缺省路由(默认路由)

一条不限定目标的路由，即目标网段为0.0.0.0/0；

代表所有网络。一条用来兜底的路由；当设备存在缺省路由时，如果其他任何路由都没有匹配成功数据报文，则该数据包会被路由器按照缺省路由的指示进行数据转发

例如：

$r2$ ip route-static 0.0.0.0 0 12.0.0.1

缺省路由永远是路由器进行数据转发时，最后一个考虑的路由项。 --- 因为最长掩码匹配规则。

注意：缺省路由在网络中的方向必须一致

空接口防环

浮动静态路由

动态路由

动态路由 --- 路由器自身根据网络中链路和节点的信息进行自动调整，使用某种算法自主生成路由。

自治系统 --- AS

定义：

由单一的机构或组织所管理的一系列IP网络设备所构成的集合。进行网络分块化，有利于对网络进行管理。每一个AS区域都有一个编号(ASN)，ASN由16位二进制构成；1-65535，是由IANA组织分配。 AS内部运行相同的路由协议，路由协议运行的边界就是AS边缘。

AS内部使用的动态路由协议 --- 内部网关协议(IGP)

AS之间使用的动态路由协议 --- 外部网络协议(EGP)

注释：HCIP会着重讲AS

RIP --- 路由信息协议

RIP算法 --- 贝尔曼福特算法

当接收到的数据包中包含本地路由表中不存在的路由项，则直接将其加载到本地路由表。

当接收到的数据包中包含本地路由表中已存在的路由项，且下一跳地址相同，则将数据包中的路由更新到本地路由表。

当接收到的数据包中包含本地路由表中已存在的路由项，且下一跳地址不同，则对比Cost值，若本地路由表Cost较大，则将数据包中的路由加载到本地。

当接收到的数据包中包含本地路由表中已存在的路由项，且下一跳地址不同，则对比Cost值，若本地路由表Cost较小，不进行更新。

更新机制

周期更新：设备没经过30秒，会将本地路由表附带在应答报文中向外发送；保活和确认。

触发更新：当某一条路由项发生改变时，仅仅发送这一条路由项。

RIP计时器

RIP的防环手段

触发更新：有一定的防环效果，但是不能完全避免环路；
水平分割：从此口进，不从此口出；
毒性逆转：从此口进，从此口出，但是会将该路由的Cost设置为16

水平分割和毒性逆转是互斥的；默认使用的是水平分割机制，如果同时开启两个机制，按照毒性逆转机制

RIP配置

RIP优缺点

优点 --- 配置简单
缺点：选路不佳占用资源较多收敛速度慢仅支持小规模

RIP扩展配置

OSPF --- 开放式最短路径优先协议（HCIP也会着重讲，非常重要）

OSPF区域化结构划分

OSPF数据包

5种数据包、7种状态机、2种设备关系、3种接口角色以及3张表

OSPF状态机

OSPF工作过程

设备启动OSPF协议，路由器A会向本地所有启动了OSPF协议的直连接口，使用组播224.0.0.5为目的 IP地址，来发送hello报文；hello报文中携带有全网唯一的RID数值。

之后，对端路由器B也将会回复hello报文，该hello报文中会携带路由器A的RID，此时A与B建立邻居关系，并生成邻居表。

邻居关系建立后，邻居之间会进行条件匹配，匹配失败就停留在邻居关系，仅使用hello报文保活；若条件匹配成功，则可以开始建立邻接关系。

邻居之间，通过共享空的DD报文信息，来进行主从关系选举，RID大的为主设备，从设备先使用携带数据的DD报文向主设备共享本地LSA摘要信息；双方将LSA摘要信息共享完毕后，两者使用LSR来询问未知LSA内容，对端使用LSU报文回复完整LSA信息，之后本地在使用LSAck报文进行确认。该过程收集到的所有完整LSA信息，以及本地产生的LSA信息，将会被保存在数据库表(LSDB)中。

在之后，本地基于LSDB，启动SPF算法，计算有向图和最短路径树，计算完成后，将计算出的路由信息全部保存在 OSPF路由表中。此时，路由收敛完成。

最后，使用hello报文周期保活；并且每30min进行一次链路状态刷新。