数据交换

网络核心解决的基本问题：通过数据交换来实现数据从源主机通过网络核心送达目的主机。

为什么需要数据交换？如果两台主机需要通信的话，最直接的方法是使用通信链路连接任意一对主机，这会导致 $N^2$ 链路问题，在成本和技术方面都是不可行的；如果将每台主机与一台交换设备相连，这样每台主机仅需要一条链路，交换设备可以实现这些主机之间的数据转发，但局限于网络规模及主机间的距离；为了保证连通性并且适应不同的网络规模，于是将交换设备互连在一起形成交换网络，主机与交换网络中的某台交换设备相连，交换网络负责将数据转发至目的主机。

数据交换从技术分类上来看，可以大致分为三大类：电路交换、报文交换、分组交换。

电路交换

最典型电路交换网络：电话网络。

电路交换的三个阶段：
（1）建立连接（呼叫、电路建立）
（2）通信
（3）释放连接（拆除电路）

电路交换在通信过程中最显著的特点是资源独占，通信连接通过多路复用技术（Multiplexing）来共享中继线，因此电路交换网络才能够同时进行多路通信。

多路复用技术

多路复用（Multiplexing），简称复用，将链路、网络资源（如带宽）划分为“资源片”，将资源片分配给各路通信，每路通信独占其分配到的资源片进行通信。
也就是说资源独占其实是多路复用技术的特点，电路交换网络由于采用了多路复用技术，所以也具有资源独占的特点。

缺点：由于资源片被独占，当建立的连接不使用该资源传输数据时，这样的资源片被闲置（idle）。

典型的多路复用技术：频分多路复用、时分多路复用、波分多路复用、码分多路复用。

频分多路复用 FDM

频分多路复用（Frequency-division multiplexing，FDM），是指载波带宽被划分为多种不同频带的子信道，每个子信道可以并行传送一路信号的一种多路复用技术（共享时间）。
用户在分配到一定的频带后，在通信过程中始终都占用这个频带，例如下图中四个不同颜色代表四个用户所占用的频带。

时分多路复用 TDM

时间域被分成周期循环的等长的时分复用帧（TDM 帧），每个用户在每个 TDM 帧中占用固定序号的时隙，每个用户所占用的时隙是周期性出现（其周期就是 TDM 帧的长度）。
时分多路复用的所有用户是在不同的时间占用相同的频带宽度（共享信道的频率）。

波分多路复用 WDM

波分复用就是光的频分复用，波分复用的实质就是频分复用。

码分多路复用 CDM

CDM 与 FDM（频分多路复用）和 TDM（时分多路复用）不同，它划分编码空间，它既共享信道的频率，也共享时间，是一种真正的动态复用技术。码分多路复用广泛应用于无线链路共享，如蜂窝网、卫星通信等。
每个用户分配一个唯一的 $m$ 比特的码片序列（chipping sequence），其中 “0” 用 “-1” 表示，“1” 用 “+1” 表示，各用户使用相同频率载波，利用各自码片序列编码数据，编码信号=（原始数据）× （码片序列）：

• 发送比特 1（+1） 时站点就发送码片序列；
• 发送比特 0（-1） 时就发送码片序列的反码。

当两个或多个用户同时发送时，各路数据在信道中被线性相加。为了从信道中分离出各路信号，要求各用户的码片序列是相互正交的，即对任意两个用户的码片序列 $S_i,S_j$，应满足：
$$\frac{1}{m}{S}_i\cdot S_j=\{\begin{array}{ll}1,& i=j\\ 0,& i\ne j\end{array}\frac{1}{m}{S}_i\cdot \overline{S_j}=\{\begin{array}{ll}-1,& i=j\\ 0,& i\ne j\end{array}$$其中 $\overline{S_j}$ 是码片序列 $S_j$ 的反码。

令 { d i } \{d_i\} {di​} 为发送的原始数据序列，各用户的叠加向量为：
$$P=\sum _{i=1}^N{d}_i\cdot S_i$$接收用户利用发送用户的码片序列与信道中的叠加向量进行内积运算，就可以得到对应用户发送的数据（解码）：
$$\frac{1}{m}{S}_i\cdot P=\{\begin{array}{ll}1,& S_i\in P\\ -1& \overline{S_i}\in P\\ 0,& S_i,\overline{S_i}\notin P\end{array}$$举例：

报文交换

报文指源主机（应用）发送的信息整体，如一个文件，报文整个地发送，一次一跳，报文交换是分组交换的前身。

每一个结点接收整个报文，检查目标结点地址，然后根据网络中的交通情况在适当的时候转发到下一个结点。经过多次的存储——转发，最后到达目标，因而这样的网络叫存储——转发网络。其中的交换结点要有足够大的存储空间（一般是磁盘），用以缓冲收到的长报文。

分组交换

分组：报文分拆出来的一序列相对较小的数据包，在拆分出的原始数据加上头部信息形成一个分组。因此，分组交换需要报文的拆分（源主机处）和重组（目的主机处），也会产生额外开销。

分组交换采用的是统计多路复用（Statistical Multiplexing），各用户所占用的共享链路带宽并不是事先分配好的，而是采用动态分配带宽的方式：对于分组队列中的每一个分组，都是使用链路的全部带宽进行传输；但从统计角度来说，如果某用户发送的数据多，那么它所占用的共享链路带宽也要多，即按需共享链路。

分组交换与报文交换都采用了存储-转发交换方式：

• 报文交换以完整报文进行“存储-转发”
• 分组交换以较小的分组进行“存储转发”
• 分组交换中的交换节点（路由器）大部分时间可以并行地转发分组，而报文交换只能串行转发报文，且分组交换交换节点所需的缓冲空间要小于报文交换，从这点来看，分组交换要优于报文交换。

分组交换与电路交换：

• 电路交换采用 FDM、TDM 等多路复用技术，而分组交换采用的是统计多路复用。
• 分组交换允许更多用户同时使用网络，网络资源充分共享，因此分组交换适用于突发数据传输网络。
• 分组交换无需呼叫建立、拆除，技术相对简单。
• 分组交换可能产生拥塞：分组延迟和丢失，需要协议处理可靠数据传输和拥塞控制。
• 电路交换是面向语音实时交互通信提出的，在分组交换网络中实现电路级性能保障还有很多问题需要解决。

路由知识

参考资料《路由与交换技术》及其实验指导，清华大学出版社；总结了常用的一些知识点，其他也会陆续总结分享。
其中有部分知识点重复，重复的知识点是相互补充，加深记忆，还望见谅。

一、网络分层设计模型

二、交换网部分

1.交换机的工作原理（广播域、冲突域的理解）

工作原理：
a、地址学习
b、帧的转发
c、环路防止
广播域：广播数据时可以发送到的区域
冲突域：数据必然发送到的区域

2.交换机的基本配置

（登录方法、视图模式、？和TAB键的作用、恢复出厂设置、显示运行配置）

登录方法：en
视图模式：conf t
？ ：显示该命令下的所有命令及简单描述（以结尾）
Tab ：自动补全当前代码
恢复出厂：set default（交换机）、del（路由器）
显示运行：show …（ip router）
重启：reload
查看运行配置：show running-config

3.VLAN的作用、划分方法和划分配置

Vlan的作用：
VLAN优点：广播控制，安全性，带宽利用，延迟；
VLAN的缺点：VLAN之间的信号交流复杂，加大了路由器负载，过多的VLAN会造成网络性能下降，导致网络主干链路流量加大，增加了网络的抽象性，专用性仍然很强。
Vlan的划分方法：vlan 10；vlan 20；
Vlan的划分配置：
Int fa0/1
switchport mode access
switchport access vlan 100

4.二层和三层交换机上的Trunk链路配置，VLAN网关配置

Trunk配置：
（二层交换机）
Int fa0/1
Switchport mode trunk
Switchport trunk allowed vlan all
No shutdown

（三层交换机）
Int fa0/1
SWitchport trunk encapsulation dot1q
Switchport mode trunk
Switchport trunk allowed vlan all
No shutdown

配置VLAN的IP地址：
Switch(config)#interface vlan 10 //进入VLAN10
Switch(config-if)#ip add 192.168.10.1 255.255.255.0 //给VLAN10配置IP地址
Switch(config-if)#exit

5.交换机端口链路聚合

静态链路聚合：
Switch(config)#int port-channel 1（聚合号）
#exit
#Int range fa0/1-2
#channel-group 1 mode on
动态链路聚合：
int port-channel 1
interface ethernet 0/0/1-2
channel-group 1 mode active

6.生成树协议(判断根桥、根端口和指定端口 spanning-tree配置)

S(config)# spanning-tree vlan 10 root primary （主根）
S(config)# Spanning-tree vlan 10 root secondary （备份根）

S(config)# Spanning-tree vlan 10 priority 24576 （网桥优先级）

S(config)# int fa0/1
S(config)# Spanning-tree port-priorit 110 （端口优先级）
判断根桥：
根据优先级和MAC地址，优先级小的那个就是根桥；
如果优先级一样就看MAC地址，MAC最小的就剩根桥
判断根端口：
端口所在ID值较小的端口（离根桥最近，花销最小的设备上的端口）
判断指定端口：
根桥上的端口全是指定端口
（如果是非根桥的指定端口，选择端口所在ID值较小的端口）

三、冲突域与广播域

1、交换机（链路层）

所有端口同一广播域；同一端口同一冲突域。

2、路由器（网络层）

它的一个接口就是一个广播域；它的一个接口就是一个冲突域。
（无255.255.255.255）

3、一个vlan一个广播域。

4、集线器（物理层）

所有端口在同一个广播域；所有端口同一个冲突域。

四、注意点1（vlan创建）

1、VLAN创建后，其配置信息写在交换机的flash中，配置文件是vlan.dat
2、要删除某个VLAN，则只要在全局模式下使用no命令即可
（但先要将该VLAN中的端口指定到其它VLAN中，然后删除该VLAN）
3、如要彻底删除VLAN的配置，必须删除文件VLAN.dat
4、同一个vlan主机间可自由通信，不同vlan之间必须通过路由器或三层交换机进行数据包路由转发。
5、Vlan作用：广播控制，安全性，带宽利用，延迟。
6、交换机分割了冲突域，但不能分割广播域，随着交换机端口数量的增多，网络中广播增多，降低了网络效率，为了分割广播域，引入vlan。

五、注意点2（三层交换机与静态链路聚合）

1、三层交换机与两层交换机相比，trunk多了一个封装：
switchport trunk encapsulation dot1q
switchport mode trunk
swichport trunk allowed vlan all

2、链路聚合：(静态链路聚合）
int port-channel channel-id
exit
interface ethernet interface-id
channel-group channel-id mode on

六、网络基础部分

1.理解IP地址，子网掩码，路由器接口IP地址配置命令

IP地址：（IPv4地址总数=232=42亿个）例如172.16.122.1

子网掩码：

IP地址配置命令：
int fa0/1
IP address 192.168.100.1 255.255.255.0
no shutdown（打开端口）

2.掌握使用CIDR地址计算网址的方法

3.IP地址中网关的作用和配置

作用：网关实质上是一个网络通向其他网络的IP地址
IP地址配置：IP address 192.168.1.1 255.255.255.0

4.子网划分

七、路由网部分

1.路由器的工作原理（广播域、冲突域的理解）

工作原理：路由与转发

广播域（基于第二层（链路层））：
广播域就是说如果站点发出一个广播信号后能接收到这个信号的范围。通常来说一个局域网就是一个广播域。
冲突域（基于第一层（物理层））：
一个站点向另一个站点发出信号。除目的站点外，有多少站点能收到这个信号。这些站点就构成一个冲突域。

2.路由器的基本配置

（登录方法、视图模式、显示运行配置）
登陆方法，视图模式：

显示历史记录：show history

3.路由器的VLAN单臂路由、VLAN间路由、直连路由，静态路由，默认路由

单臂路由（实现Vlan间的通信）：
Router_config# Int f0/0
Router_config# no shutdown
exit
Int f0/0.10（子接口）
encapsulation dot1q 10
ip address 192.168.10.254（网关地址） 255.255.255.0（子网掩码）

直连路由：
interface f0/0
ip address 10.1.1.1 255.0.0.0（或者192.168.2.1 255.255.255.0）
no shutdown

静态路由：
ip route 192.168.1.0（目的网络地址） 255.255.255.0 （子网掩码） 192.168.2.1（下一跳IP地址，与本路由器直接相连的下一路由器的接口地址）
或
ip route 192.168.1.0 255.255.255.0 s0/0 (下一跳路由接口号)

默认路由：当在路由表中找不到目标网络的条目时，请求转发到默认路由接口
ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.2.2
Vlan间路由即vlan间通信成功

4.动态路由RIP、OSPF、EIGRP配置

RIP配置：
router rip
version 2 //version 2代表rip 2不能变\或默认路由：default_information orig
no auto-summary \关闭自动汇总
network 192.168.1.0
network 192.168.2.0（需要配置rip的网络地址）

EIGRP配置：
router eigrp 10
no auto-summary
network 192.168.9.0（需要配置的网段地址）

OSPF配置：
router ospf 10（进程号）
router-id 1.1.1.1 （路由器ID：标识路由器）
network 192.168.3.0（网络号） 0.0.0.255（反向子网掩码） area 0 （区域号）
network 172.16.0.0 0.0.255.255 area 0

Router ID——是在OSPF区域内唯一标识一台路由器的IP地址

5.RIP和OSPF 特点对比

6.广域网配置（PPP，认证PAP）

PPP（Point to Point Protocol）协议：
在点对点链路上运行的数据链路层协议
PAP：
两次握手认证协议，口令以明文传送，被认证方首先发起认证请求。
PPP配置：
单向认证：

（被认证方）
host name Ra
Int s0/1/1
ip address ip 200.100.100.1 255.255.255.0
encapsulation ppp
ppp pap sent-username Ra password 123456 //Ra发送过去的认证消息
No shutdowm
exit

（主认证方）
host name Rb
user-name Ra password 123456
Int s0/1/1
ip address 200.100.100.2 255.255.255.0
encapsulation ppp
ppp authentication pap
No shutdown
exit
双向认证：

八、注意点3（vlan间路由技术与ip路由协议）

1、vlan间路由技术： 三层交换
2、单臂路由产生的瓶颈：数据量大，路由器和交换机之间的路径会成为整个网络的瓶颈。
解决：应用三层交换机—>二层交换+三层转发
3、创建VLAN： vlan 30
4、配置网关地址
interface vlan 30
ip address 192.168.30.1 255.255.255.0
5、启动IP路由协议
ip routing

九、注意点4（各类路由）

1、直连路由：在路由器上配置了接口的IP地址
Int f 0/0
ip add 10.1.1.1 255.0.0.0
no shut
特点：运用在规模较小，拓扑机构固定的网络中
2、静态路由：由管理员手工配置，是单向的；
ip route 192.168.1.0（目标地址）255.255.255.0 192.168.2.1(下一站地址)
特点：路由表是人工设置的，除非网络管理员干预，否则静态路由不发生变化。
2、默认路由：
IP route 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.2.2（下一跳地址）
特点：默认路由的优先级最低，即没有找到其他路由项时使用。
使用环境：一般应用在只有一个出口的末端网络，用于连接Internet，安全性不高，作为其他路由的补充。
4、单臂路由：（此时交换机上做trunk）
Int f0/0.10
encapsulation dotlq 10
ip add 192.168.10.1 255.255.255.0
int f0/0 no shut

十、注意点5（各类配置）

1、路由技术（动态路由）：路由器之间通过路由协议动态地构建路由表
2、自治系统：执行统一路由策略的一组网络设备的组合
Rip、eigrp、ospf三种动态路由协议工作原理、特点和度量方法
3、rip配置（路由标记是R）
route rip
version 2// 默认路由是default_imformation orig
no auto-summary
network
show IP route

4、Eigrp配置 （路由标记是D）
router eigrp 10
no auto-summary
network 192.168.1.0
show ip route show ip eigrp neighbor show ip eigrp topology

5、Ospf配置（路由标记是O）
route ospf 1
router -id 1.1.1.1
network 192.168.3.0 0.0.0.255 area 0
show ip route show ip ospf neighbor show ip ospf database

十一、注意点6（PPP和PAP拓展）

1、Ppp协议：在串行链路上封装上层数据报文的方法，采用链路控制协议来建立配置控制和测试，采用网络控制协议来支持多种网络层路由协议。
2、Ppp链路建立：链路不可用，链路建立 认证 网络层协议 链路终止阶段
优点：支持同步或异步串行链路的传输，支持多种网络层协议，支持错误检测，支持用户认证，允许进行数据压缩。
3、pap两次握手协议：口令以明文发送，认证方首先发起认证请求

十二、网络安全部分

1.路由器和三层交换机上的ACL作用及其配置（标准和扩展）

*可以限制网络流量、提高网络性能。 　　
*提供对通信流量的控制手段。 　　
*是提供网络安全访问的基本手段。
*可以在路由器端口处决定哪种类型的通信流量被转发或被阻塞。
*访问控制列表（ACL）——应用于路由器接口的指令列表 ，用于指定哪些数据包可以接收转发，哪些数据包需要拒绝

2.NAT（静态NAT、动态NAT和端口NAT）

1.路由器和三层交换机上的ACL作用及其配置（标准和扩展）
*可以限制网络流量、提高网络性能。 　　
*提供对通信流量的控制手段。 　　
*是提供网络安全访问的基本手段。
*可以在路由器端口处决定哪种类型的通信流量被转发或被阻塞。
*访问控制列表（ACL）——应用于路由器接口的指令列表 ，用于指定哪些数据包可以接收转发，哪些数据包需要拒绝
2.NAT（静态NAT、动态NAT和端口NAT）
.NAT的3种实现方式
*静态转换——内部私有IP的服务器对内网和外网提供WEB、FTP等服务
*动态转换——内部主机（私有IP）通过NAT转换使用公用地址池访问INTERNET
*端口转换——内部主机（私有IP）通过NAT转换使用同1个公用地址访问INTERNET

十三、ACL

1、标准访问控制列表

只使用源地址进行过滤，表明是允许还是拒绝

2、访问控制列表号

从1到99

3、扩展访问控制列表

*基于源和目的地址、传输层协议和应用端口号进行过滤
*每个条件都必须匹配，才会施加允许或拒绝条件
*使用扩展ACL可以实现更加精确的流量控制
*访问控制列表号从100到199

1. OSI七层模型结构，以及各个层的作用。

2.TCP/IP协议栈模型结构，功能，与OSI七层模型的对应关系。

TCP/IP协议是规范不同主机之间进行通信的一系列协议，其中涉及到数据的封装，传输，寻址等一系列内容，是计算机领域非常重要的基础知识

    IP是Internet Protocol（网际互连协议）的缩写，是TCP/IP体系中的网络层协议。

设计IP的目的是提高网络的可扩展性：

    一是解决互联网问题，实现大规模、异构网络的互联互通；

    二是分割顶层网络应用和底层网络技术之间的耦合关系，以利于两者的独立发展。

根据端到端的设计原则，IP只为主机提供一种无连接、不可靠的、尽力而为的数据包传输服务。

传输控制协议（TCP，Transmission Control Protocol）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，

由IETF的RFC 793 [1]  定义。

TCP旨在适应支持多网络应用的分层协议层次结构。

   连接到不同但互连的计算机通信网络的主计算机中的成对进程之间依靠TCP提供可靠的通信服务。

  TCP假设它可以从较低级别的协议获得简单的，可能不可靠的数据报服务。

  原则上，TCP应该能够在从硬线连接到分组交换或电路交换网络的各种通信系统之上操作。
 

各个层有哪些协议，以及知名协议对应的端口号。

HTTP :80端口

Telnet:23端口

FTP:20和21端口

SMTP:25端口

TFTP:22端口

DNS:53端口

SNMP:161和162端口

DHCP：68端口

TCP/UDP两大协议簇;协议簇的区别?应用场景。

 三次握手、四次挥手

 arp协议的作用，arp欺骗怎么防御

作用

防御方法:  

01: 静态MAC地址绑定 windows 电脑命令 =>  arp -s [网关] [正常的MAC地址]  如: arp -s 192.168.3.1  9c-06-1b-b4-3e-b8 

02: 双向静态绑定, 推荐家庭网络, 公共网络不适用

03: 安全软件和防火墙

TCP、UDP、IP、数据帧报文头部有哪些字段

TCP数据段格式    
      TCP是一种可靠的、面向连接的字节流服务。源主机在传送数据前需要先和目标主机建立连接。然后，在此连接上，被编号的数据段按序收发。同时，要求对每个数据段进行确认，保证了可靠性。如果在指定的时间内没有收到目标主机对所发数据段的确认，源主机将再次发送该数据段。 下图为TCP头部结构：

UDP数据段格式    
    UDP是一种不可靠的、无连接的数据报服务。源主机在传送数据前不需要和目标主机建立连接。数据被冠以源、目标端口号等UDP报头字段后直接发往目的主机。这时，每个数据段的可靠性依靠上层协议来保证。在传送数据较少、较小的情况下，UDP比TCP更加高效。   
下图为UDP的头部结构：

IP报文段格式
下图为IP的头部结构：