HCIP笔记（第一、二章）
第一章：HCIA复习
一、OSI七层参考模型
OSI模型（Open Systems Interconnection，开放系统互连）是国际标准化组织(ISO)提出的网络通信概念模型，将网络通信划分为7个层次：
（1）物理层（Physical Layer）
功能：传输原始比特流，定义电气、机械特性
协议/标准：RS-232、V.35、IEEE 802.3（以太网物理层）
设备：网卡、中继器、集线器
数据单位：比特(bit)
（2）数据链路层（Data Link Layer）
功能：
帧同步
差错控制（CRC）
流量控制
MAC地址寻址
协议：PPP、HDLC、以太网(Ethernet II)、802.11(Wi-Fi)
设备：交换机、网桥
数据单位：帧(Frame)
（3）网络层（Network Layer）
功能：
逻辑寻址（IP地址）
路由选择
拥塞控制
协议：IP、ICMP、ARP、RIP、OSPF
设备：路由器
数据单位：数据包(Packet)
（4）传输层（Transport Layer）
功能：
端到端通信
可靠传输(TCP)
不可靠但高效传输(UDP)
流量控制
协议：TCP、UDP
数据单位：段(Segment)
（5）会话层（Session Layer）
功能：
建立、管理和终止会话
同步控制
协议：NetBIOS、RPC
示例：SQL会话、HTTP会话
（6）表示层（Presentation Layer）
功能：
数据格式转换
加密/解密
压缩/解压缩
协议：SSL/TLS、JPEG、MPEG
（7）应用层（Application Layer）
功能：为用户应用程序提供网络服务接口
协议：HTTP、FTP、SMTP、DNS、Telnet
通信过程（封装与解封装）
封装：在原始数据的基础上加入一些额外信息形成新的格式。
解封装：拆掉封装的额外信息，还原成原始数据。
补充：
端口号：0-65535，0和65535不能用，系统保留
知名端口号：1-1023
HTTP---80---TCP
HTTPS---443---TCP
FTP---20/21---TCP
TFTP------UDP
DNS---53---TCP/UDP
SMTP:邮件的发送端---25---tcp
POP3:邮件的接收端---110---tcp
telnet---23---tcp
DHCP---67（服务器端）68(客户端)
动态端口号：1024以上的随机端口号
信号的三种传输模式：
单工模式：通信的一方具备收或发两个功能。收音机
半双工模式：通信的双方具备收和发两个功能，但不是同时具备。对讲机
双工模式：通信的双方同时具备收和发两个功能。
二、TCP/IP四层模型
TCP/IP模型是实际互联网使用的协议栈，由美国国防部开发，分为4层：
（1）网络接口层（Network Access Layer）
对应OSI：物理层+数据链路层
功能：物理传输和本地网络访问
协议：以太网、Wi-Fi、PPP
（2）网络层（Internet Layer）
对应OSI：网络层
核心协议：
IP（Internet Protocol）
ICMP（Ping工具使用）
ARP（地址解析）
IGMP（组播管理）
（3）传输层（Transport Layer）
对应OSI：传输层
主要协议：
TCP（可靠传输）
UDP（高效传输）
（4）应用层（Application Layer）
对应OSI：会话层+表示层+应用层
常见协议：
HTTP/HTTPS
FTP/SFTP
SMTP/POP3/IMAP
DNS
SSH/Telnet
TCP/IP跨层封装
跨层封装 --- 取消某些层面的封装结构。目的是为了减少设备的资源消耗。
OSI与TCP/IP模型对比
| 对比维度 | OSI模型 | TCP/IP模型 |
|---|---|---|
| 提出组织 | ISO（国际标准化组织） | 美国国防部(DoD) |
| 分层结构 | 7层（理论模型） | 4层（实用模型） |
| 标准化程度 | 严格分层，理论性强 | 更灵活，实用性强 |
| 协议支持 | 不绑定特定协议 | 与TCP/IP协议簇紧密绑定 |
| 通用性 | 通用网络概念框架 | 实际互联网标准 |
| 层次对应 | 完整的分层结构 | 应用层合并了OSI上三层功能 |
三、DHCP协议（动态主机配置协议）
1. DHCP概述
DHCP是一种网络管理协议，用于自动分配IP地址及其他相关网络配置参数（如子网掩码、默认网关、DNS服务器等）。它基于UDP协议，客户端使用68端口，服务器使用67端
1.1 DHCP的主要功能
自动分配IP地址：避免手动配置，减少错误。
IP地址租约管理：动态回收和重新分配IP地址。
提供其他网络参数：
子网掩码（Subnet Mask）
默认网关（Default Gateway）
DNS服务器地址
域名（Domain Name）
WINS服务器（可选）
NTP服务器（时间同步）
1.2 DHCP的优缺点
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| ✔ 减少手动配置错误 | ✖ 依赖DHCP服务器，单点故障可能影响网络 |
| ✔ 提高IP地址利用率 | ✖ 安全性较低（可能遭受DHCP欺骗攻击） |
| ✔ 支持大规模网络 | ✖ 需要额外服务器资源 |
2.DHCP工作原理（DORA过程）
DHCP的工作过程通常称为DORA（Discover, Offer, Request, Acknowledgement），分为4个阶段：
2.1 DHCP Discover（发现阶段）
客户端（无IP地址）发送DHCP Discover广播（目标IP：
255.255.255.255，目标MAC：FF:FF:FF:FF:FF:FF）。用于寻找可用的DHCP服务器。
2.2 DHCP Offer（提供阶段）
DHCP服务器收到Discover后，从地址池中选择一个可用IP，发送DHCP Offer（仍为广播或单播，取决于客户端支持）。
包含：
提供的IP地址
租期（Lease Time）
子网掩码、网关、DNS等
2.3 DHCP Request（请求阶段）
客户端选择一个Offer（通常第一个收到的），发送DHCP Request广播（告知所有DHCP服务器它选择了哪个Offer）。
其他DHCP服务器收到后，会收回未被选中的IP。
2.4 DHCP Acknowledgement（确认阶段）
被选中的DHCP服务器发送DHCP ACK，确认IP分配成功。
客户端正式使用该IP地址。
特殊情况：
如果服务器返回DHCP NAK，表示IP分配失败（可能已被占用）。
客户端收到NAK后，会重新发起Discover。
3. DHCP租约管理
3.1 租期（Lease Time）
DHCP分配的IP地址是临时的，有租期（默认通常为24小时）。
T1（50%租期）：客户端尝试续租（发送DHCP Request单播给原服务器）。
T2（87.5%租期）：如果续租失败，客户端广播请求其他服务器。
3.2 IP地址释放
客户端可以主动发送DHCP Release，提前归还IP。
如果租期到期且未续约，服务器会回收IP。
4. DHCP报文格式
DHCP基于BOOTP协议扩展，报文结构如下：
| 字段 | 长度（字节） | 说明 |
|---|---|---|
| op | 1 | 消息类型（1=请求，2=回复） |
| htype | 1 | 硬件类型（1=以太网） |
| hlen | 1 | 硬件地址长度（6=MAC地址长度） |
| hops | 1 | 经过的DHCP中继数 |
| xid | 4 | 事务ID（客户端随机生成，用于匹配请求/响应） |
| secs | 2 | 客户端启动后的秒数 |
| flags | 2 | 广播/单播标志 |
| ciaddr | 4 | 客户端当前IP（如果已有） |
| yiaddr | 4 | 服务器分配的IP |
| siaddr | 4 | 引导服务器IP（如TFTP服务器） |
| giaddr | 4 | 中继代理IP（跨网段时使用） |
| chaddr | 16 | 客户端MAC地址 |
| sname | 64 | 服务器主机名（可选） |
| file | 128 | 引导文件名（可选） |
| options | 可变 | DHCP选项（如子网掩码、DNS等） |
5. DHCP中继（Relay Agent）
问题：DHCP Discover是广播，无法跨网段。
解决方案：使用DHCP中继（如路由器或专用中继代理）。
工作原理：
客户端发送Discover广播。
中继代理（如路由器）收到后，单播转发给指定的DHCP服务器（修改
giaddr字段）。DHCP服务器根据
giaddr判断客户端所在网段，分配对应IP。
6. DHCP安全与攻击防护
6.1 DHCP欺骗攻击（Rogue DHCP Server）
攻击方式：黑客搭建恶意DHCP服务器，分配错误的网关/DNS（如指向钓鱼网站）。
防护措施：
DHCP Snooping（交换机安全功能，只允许信任端口提供DHCP服务）。
静态绑定IP-MAC（防止IP冲突）。
6.2 DHCP耗尽攻击（DHCP Starvation）
攻击方式：伪造大量DHCP请求，耗尽IP池。
防护措施：
端口安全（限制每端口的MAC数量）。
DHCP限速（如Cisco的
ip dhcp snooping limit rate）。
7. 实验：配置DHCP服务器（以华为设备为例）
7.1 基本DHCP配置
[R1] dhcp enable # 启用DHCP服务
[R1] ip pool LAN1 # 创建地址池
[R1-ip-pool-LAN1] network 192.168.1.0 mask 24 # 设置地址范围
[R1-ip-pool-LAN1] gateway-list 192.168.1.1 # 默认网关
[R1-ip-pool-LAN1] dns-list 8.8.8.8 # DNS服务器
[R1-ip-pool-LAN1] lease day 1 hour 0 minute 0 # 租期1天
[R1-ip-pool-LAN1] quit[R1] interface GigabitEthernet0/0/0
[R1-GigabitEthernet0/0/0] dhcp select global # 应用DHCP池7.2 DHCP中继配置
[R2] dhcp enable
[R2] interface GigabitEthernet0/0/1
[R2-GigabitEthernet0/0/1] dhcp select relay # 启用中继
[R2-GigabitEthernet0/0/1] dhcp relay server-ip 10.1.1.1 # 指向DHCP服务器DNS协议详解（域名系统）
1. DNS概述
DNS是互联网的"电话簿"，负责将域名（如www.baidu.com）转换为IP地址（如180.101.49.12）。它采用分布式数据库架构，基于UDP/TCP 53端口工作。
1.1 DNS的核心功能
| 功能 | 说明 |
|---|---|
| 域名解析 | 将域名转换为IP（正向解析） |
| 反向解析 | 将IP转换为域名（PTR记录） |
| 负载均衡 | 通过轮询返回多个IP（如CDN） |
| 邮件路由 | 通过MX记录定位邮件服务器 |
1.2 DNS的优势
易记性：比IP地址更友好
灵活性：IP变更不影响域名访问
分布式：无单点故障
2. DNS架构与组成
2.1 域名层次结构
根域（.）
└── 顶级域（TLD）：com, net, org, cn...└── 二级域：baidu, google...└── 子域名：www, mail, api...2.2 DNS服务器类型
| 类型 | 作用 |
|---|---|
| 根DNS服务器 | 全球13组，管理顶级域（如.com） |
| TLD服务器 | 管理特定顶级域（如.com域服务器） |
| 权威DNS服务器 | 管理具体域名的记录（如baidu.com的NS） |
| 递归DNS服务器 | 替客户端完成完整查询（如ISP提供的DNS） |
3. DNS查询过程
3.1 递归查询 vs 迭代查询
| 类型 | 特点 | 示例 |
|---|---|---|
| 递归查询 | 客户端要求DNS服务器必须返回最终结果 | 浏览器 → 本地DNS |
| 迭代查询 | 服务器只返回已知信息，客户端继续查询 | 本地DNS → 根DNS → TLD DNS |
3.2 完整解析流程（以访问www.baidu.com为例）
浏览器缓存 → 2. 本地hosts文件 → 3. 本地DNS服务器 →
根DNS（返回.com服务器） → 5. .com TLD服务器（返回baidu.com的NS） →
baidu.com权威服务器（返回www的A记录） → 7. 返回客户端
3.3 DNS缓存机制
TTL（Time-To-Live）：控制记录缓存时间（如3600秒）
分级缓存：客户端、本地DNS、ISP DNS均会缓存
4. DNS记录类型
| 记录类型 | 说明 | 示例 |
|---|---|---|
| A | IPv4地址记录 | www → 192.168.1.1 |
| AAAA | IPv6地址记录 | www → 2001:db8::1 |
| CNAME | 别名记录 | www → example.com |
| MX | 邮件服务器记录 | @ → mail.example.com |
| NS | 域名服务器记录 | @ → ns1.example.com |
| TXT | 文本信息（如SPF防垃圾邮件） | "v=spf1 mx ~all" |
| PTR | 反向解析记录 | 1.1.168.192.in-addr.arpa → www |
5. DNS报文格式
DNS报文由Header + Question + Answer + Authority + Additional组成：
5.1 头部（Header）
| 字段 | 说明 |
|---|---|
| Transaction ID | 查询ID（用于匹配请求/响应） |
| Flags | 标志位（QR: 0=查询, 1=响应） |
| QDCOUNT | 问题部分条目数 |
| ANCOUNT | 回答部分资源记录数 |
5.2 查询示例（Wireshark抓包）
DNS Query:Header: Opcode: Standard query (0)Questions: 1Question:Name: www.baidu.comType: A (Host Address)Class: IN (0x0001)6. 关键协议扩展
6.1 DNSSEC（DNS安全扩展）
功能：防止DNS欺骗（缓存投毒）
原理：使用数字签名验证数据真实性
6.2 DoH（DNS over HTTPS）
特点：通过HTTPS加密DNS查询
端口：TCP 443
应用：Chrome/Firefox支持
6.3 DoT（DNS over TLS）
特点：通过TLS加密DNS
端口：TCP 853
7. DNS攻击与防护
7.1 DNS劫持
手法：篡改DNS响应（如恶意路由器）
防护：使用DoH/DoT，配置可信DNS（如8.8.8.8）
7.2 DDoS攻击
目标：瘫痪DNS服务器
防护：Anycast技术（如Cloudflare）
7.3 缓存投毒
手法：伪造DNS响应
防护：DNSSEC验证
8. 实验：DNS配置示例（以华为设备为例）
[R1] dns resolve # 启用DNS解析
[R1] dns server 8.8.8.8 # 设置上游DNS
[R1] ping www.baidu.com by-domain # 通过域名测试第二章、网络类型和数据链路层协议
网络类型的分类：
1.多点接入网络（MA）：一条网段内上出现多个设备
BMA：广播型多点接入（broadcast）：支持广播，所有设备之间能互访，例如：以太网
NBMA（NOn-Broadcas Multi-Access）：非广播型多点接入-----不支持广播，如：帧中继网络
spoke之间不能互访
spoke和hub之间能互访
广泛应用在运营商的接入网中，可以用一根线连接多个宽带用户，并且每个用户之间是隔离的，互不影响，节省运营商成本
2、P2MP（点到多点网络）point-to-Multipoint
点到多点网络，由其他网络类型手动更改：如在ospf接口下ospf network-type 网络类型
模拟组播发送协议报文（帧中继建立子接口模拟组播发报文），需要手动指定邻居；
3、点到点网络（P2P）point-to-point
特点：一个网络中只有两台设备，即一根线只能连接两个设备
点到点网络的搭建：使用串线连接设备的串线接口（serial），形成一个P2P网络
串线：VAG视频线、console配置线
数据链路层协议
1.MA网络：
（1）以太网协议
定义：以太网不是一个网络，而是一个协议，传输标准EthernetII 类型帧的网络
特征：多路访问，广播式的网络，使用MAC地址对设备进行区分和标识
所属类型：可细分至BMA----因为其支持多点接入和广播行为
构建方法：使用以太网线连接设备的以太网接口，形成的网络是以太网络，所运行的二层协议是以太网协议
以太网线：同轴电缆、光纤、双绞线
以太网接口：设备一般提供百兆、千兆、万兆接口
以太网特色：可以提供极大的传输速率---频分技术：一根铜丝上其实可以同时发送不同频段的电波而互不干扰，实现数据并行发送，起到叠加带宽的效果。
2.P2P网络
（1）HDLC协议---高级数据链路控制协议，私有协议，厂商之间不兼容
标准HDLC：ISO组织根据SDLC（面向比特的同步数据链路控制协议）发展改进而来
非标准HDLC:各个厂家在ISO标准的HDLC上再进行修改而成
HDLC协议特点：
（1）对于任何一种比特流都可透明传输
（2）较高的数据链路传输效率
（3）所有的帧都有FCS，传输可靠性高
（4）用统一的帧格式来实现传输
（5）不支持验证，缺乏足够的安全性
（6）协议不支持IP地址协商
（7）用于点到点的同步链路
（2）PPP协议---点到点协议
PPP基本概念：
1、ppp协议，公有协议，所有厂商兼容，支持同步和异步线路；
同步、异步本质区别：所有电路是否在同一时钟沿下同步地处理数据。
特点：
直连间配置不同网段IP地址可以正常通信
ppp协议支持验证，具备错误检测能力，但不具备纠错能力；
对网络层地址进行协商，能够远程动态分配IP地址
[Huawei-Serial4/0/0]remote address 12.0.0.2 -----配置在主动给对端分配地址的设备上
[Huawei-Serial4/0/0]ip address ppp-negotiate ----配置在需要主动获取IP地址的设备上ppp兼容性较好，可同时支持多种网络层协议；
无重传机制，网络开销小；
PPP协议的组成：主要由LCP、NCP以及用于网络安全的可选验证协议族组成
LCP：链路控制协议--主要是完成ppp会话建立第一阶段的协商
NCP：网络控制协议：完成ppp会话建立的第三阶段，针对网络层协议进行协商，IP地址协商。
PPP协议的工作过程：链路建立阶段--LCP建立：通过相互发送LCP协议数据包来商议，如：MTU、是否需要认证，以及使用什么方法认证、链路通信模式、接口速率
认证阶段--ppp认证（可选项）
网络层协议协商阶段--NCP协商---IP地址协商
PPP验证：
1.PAP验证
被验证方首先发起验证请求，两次握手验证；密码以明文传送；支持单、双向认证；
2.CHAP验证
主验证方首先发起验证请求，三次握手验证；不发送密码，安全性比PAP高；支持单、双向认证；
ppp配置命令总结
主验证方：配置用户列表及验证方式
[R2]aaa
[R2-aaa]local-user wangdaye password cipher wdy12345
[R2-aaa]local-user wangdaye service-type ppp
[R2]int Serial 3/0/0
[R2-Serial3/0/0]ppp authentication-mode chap/pap //设置验证类型
[R2-Serial3/0/0]link-protocol ppp //设置接口报文的封装模式被验证方：配置验证用户名
[R1]interface Serial 3/0/0
[R1-Serial3/0/0]ppp chap user wangdaye
[R1-Serial3/0/0]ppp chap password cipher wdy12345
[R1-Serial3/0/0]ppp pap local-user wangdaye password cipher wdy12345PPP MP：MP（multilink ppp），将多个ppp链路捆绑后，当做一条链路使用；
MP可以实现增加带宽、负载分担、链路备份以及降低报文时延
配置方式：用MP-GROUP配置