HCIP面试第一章内容总结
一 HCIA简单复习
1.1 回顾WEB页面的请求过程
协议：http/https
用户在浏览器输入 URL 后，浏览器先进行 DNS 解析获取服务器 IP 地址，然后与服务器建立 TCP 连接，通过 HTTP 协议发送请求报文。服务器接收并处理请求，将响应报文通过 HTTP 协议传回，浏览器接收后解析渲染，最终呈现出 Web 页面。
1，通过DHCP获取一个IP地址DHCP --- 动态主机配置协议 --- C/S架构 --- 67（服务器）/68（客户端） --- DHCP下发时包含一个可用的IP地址，以及网关，DNS服务器的信息。1，客户端 --- 服务器 --- DHCP-Discover --- 广播传输层 --- UDP --- Sport：68 Dport：67网络层 --- IP --- SIP：0.0.0.0 DIP：255.255.255.255数据链路层 --- 以太网 --- SMAC：自己MAC DMAC：FFFF-FFFF-FFFF交换机的转发原理 --- 数据来到交换机，先记录源MAC地址和进入接口的对应关系到本地的MAC地址表中，之后，再根据目标MAC地址来查看本地的MAC地址表，如果有记录，则实现单播。如果查不到，则泛洪 --- 除了进入的接口外，将数据包从剩余所有接口发出。
2，DNS的域名解析，发送DNS请求报文找本地的DNS服务器解析域名。DNS的查询方式 --- 1，递归查询；2，迭代查询DNS请求报文传输层 ：UDP SPORT:随机 DPORT:53网络层 ：IP SIP:68.85.2.101 DIP:68.87.71.226数据链路层：以太网 SMAC:自己 DMAC：68.85.2.1（网关的MAC地址）通过ARP根据网关的IP地址获取网关的MAC地址 跨网段通信DMAC写网关的MAC地址就好。本地DNS服务器接收到请求报文之后，如果本地缓存中存在记录，则直接返回DNS应答报文，如果没有则通过迭代查询（TCP:53）向根服务器发送请求。
路由器的转发：基于目标IP地址去查看本地的路由表。之后，依靠路由表中的路由条目进行转发。路由表中没有对应的路由条目，则直接丢弃。直连路由：（1）接口双UP （2）接口配置有IP地址静态路由:由管理员手动写上的的路由条目动态路由：所有路由器一起运行相同的路由协议，之后，由路由器彼此之间沟通交流，最终计算出到达未知网段的路由信息。
3，本地通过HTTP协议获取谷歌服务器的网页信息。HTTP协议传输层使用TCP协议，因为TCP协议是面向连接的协议，所以，需要在正式发送HTTP请求报文之前先建立TCP的连接 --- 三次握手
DNS定义
域名系统，是互联网的一项核心服务。它作为将域名和 IP 地址相互映射的分布式数据库，能够使人更方便地访问互联网，而不用去记住能够被机器直接读取的 IP 地址。
DNS工作原理
递归查询：用户向本地 DNS 服务器发起查询请求，本地 DNS 服务器代替用户向其他 DNS 服务器进行查询，直到获取最终结果并返回给用户。例如，用户在浏览器输入
www.example.com，本地 DNS 服务器会去查找该域名对应的 IP 地址并返回给用户。迭代查询：本地 DNS 服务器向其他 DNS 服务器查询时，被查询的服务器会返回一个最佳的查询提示，让本地 DNS 服务器再向这个提示的服务器进行查询，如此反复，直到获取结果。
DNS缓存
浏览器缓存：浏览器会将最近访问过的域名和对应的 IP 地址缓存一段时间，下次访问相同域名时，会先从浏览器缓存中查找。
操作系统缓存：操作系统也会有 DNS 缓存，当浏览器缓存中没有找到对应的 IP 地址时，会从操作系统缓存中查找。
本地 DNS 服务器缓存：本地 DNS 服务器会将查询过的域名和对应的 IP 地址缓存，以提高查询效率。
DNS安全问题
DNS 劫持：攻击者通过篡改 DNS 解析结果，将用户引导到恶意网站，从而获取用户的敏感信息。
DNS 缓存污染：攻击者向 DNS 服务器发送虚假的 DNS 响应，污染 DNS 服务器的缓存，导致用户获取错误的 IP 地址。
防范措施：使用安全的 DNS 服务器，如公共的 114.114.114.114、Google 的 8.8.8.8 等；开启 DNSSEC（域名系统安全扩展）功能，验证 DNS 响应的真实性。
1.2 简述抽象语言和电信号的转化过程
抽象语言转电信号：先对抽象语言进行编码，使其变为数字信号（二进制），再经调制将数字信号（二进制）转换为电信号以便传输。
电信号转抽象语言：接收端收到电信号后，通过解调还原为数字信号（二进制），再经解码将数字信号转换回抽象语言。
1.3 OSI七层参考模型
OSI:开放式系统互联参考模型(从下往上)
物理层：负责处理物理介质上的信号传输，如电缆、光纤等，定义了电气、机械等特性，意义在于为数据传输提供物理连接和信号传输的基础。
数据链路层：将物理层接收到的信号转换为数据帧，负责相邻节点间的数据传输和差错检测等，确保数据在链路中的可靠传输。（控制物理层，实现二进制和电信号的转换）
网络层：为数据在不同网络之间传输选择路径。它通过 IP 地址来标识网络中的设备，将数据封装成数据包，根据路由表决定数据包的转发路径，实现网络之间的通信。（根据IP地址实现逻辑寻址）
传输层：提供端到端的传输，如 TCP 和 UDP 协议，确保数据的可靠传输或高效传输，实现应用程序之间的通信。
会话层：建立、维护和管理会话，负责会话的建立、同步和拆除等，使不同主机上的应用程序能进行会话。（维持网络应用和网络服务器之间的连接）
表示层：对数据进行转换、加密解密和压缩解压缩等，确保数据在不同系统间的正确表示和理解。（编码转换为二进制）
应用层：抽象语言转换成编码，为用户提供网络（应用）服务，如 HTTP、FTP 等协议，使用户能直接使用网络应用，是人机交互的接口。
分治思想：在网络领域，分治是一种把网络相关的复杂问题，如大规模数据处理、复杂网络拓扑分析等，分解为若干易于处理的子问题，分别解决后再综合得出整体解决方案的策略。传输层知识补充：端口号端口号是网络通信中用于标识不同应用程序或服务的逻辑地址。它是一个16位的整数，范围从1到65535。其中，1到1023为知名端口，被特定服务固定使用，如80端口用于HTTP服务；1024到49151为注册端口；49152到65535为动态或私有端口，供应用程序临时使用。网络层知识补充： 如何得到对方的IP地址？（1）直接知道目标 IP 地址：设备直接用 IP 地址与目标主机通信，跳过解析，快速建立连接传输数据。（2）通过域名进行访问 ---DNS：输入域名，本地 DNS 先查缓存，无记录则向其他服务器查询，直至解析出 IP 地址。（3）通过 APP 或应用程序来访问：APP 预设服务器地址，用户操作时向其发请求获取数据。（4）通过广播获取：局域网内设备发广播消息，符合条件的设备接收并响应。
补充：
OSI 和 TCP/IP 协议的区别如下：
分层结构：OSI 有 7 层，从物理层到应用层；TCP/IP 有 4 层，分别是网络接口层、网际层、传输层和应用层。
设计理念：OSI 是先有模型后有协议，理论性强；TCP/IP 则是从实践中发展而来，更注重实用性。
协议数量：OSI 网络层有多种协议，TCP/IP 在网络层主要是 IP 协议。
OSI只支持顺序封装，TCP/IP协议可以顺序封装，也可以跨层封装（跨四层封装或跨三、四层封装）
1.4 TCP/IP协议
（2）TCP/IP 四层模型（标准模型）
网络接口层（数据链路层-帧 物理层：比特流）：对应 OSI 模型的物理层和数据链路层，负责将数据转换为可在物理介质上传输的信号，并处理物理介质上的信号接收和发送，实现与物理网络的连接。
网络层（包）：与 OSI 模型的网络层功能类似，主要负责处理 IP 地址和路由选择，将数据包从源主机传输到目标主机，实现不同网络之间的通信。
传输层（段）：与 OSI 模型的传输层功能相同，提供端到端的通信服务，确保数据在不同主机的应用程序之间的正确传输，通过 TCP 和 UDP 协议实现可靠或不可靠的传输。
应用层（报文）：包含了各种网络应用协议，如 HTTP、FTP、DNS 等，为用户提供各种网络应用服务，直接与用户和应用程序进行交互，实现网络应用的具体功能。
（3）TCP/IP协议五层模型（对等模型）
应用层：为用户提供网络应用服务，直接与用户和应用程序交互。存在封装，封装取决于应用层协议。
传输层：在不同主机的应用程序间实现可靠（TCP）或不可靠（UDP）的数据传输。
网络层：利用IP 地址进行寻址和路由选择，实现不同网络间数据包传输。
数据链路层：将数据包封装成帧，通过 MAC地址实现相邻节点间数据传输与差错控制。（以太网协议）
物理层：负责在物理介质上进行信号的传输与接收，定义物理设备特性。
补充（1）以太网Ⅱ型帧
以太网二型帧是以太网中常用的一种数据帧格式，由目的 MAC 地址、源 MAC 地址、类型字段、数据和帧校验序列（FCS）等字段组成。目的和源 MAC 地址用于标识收发设备，类型字段（type）指的是上一层所使用的协议类型，也就是网络层，数据字段承载实际数据，FCS 用于差错检测。
FCS:就是帧校验序列，它基于循环冗余校验算法（CRC）生成，用于检测数据在传输过程中是否发生错误，保障数据传输准确性。
SOF:帧首定界符，用于标识一帧数据的起始，为数据传输界定边界。
802.3：定义的 MAC 层是介质访问控制层，负责控制对物理介质的访问，协调设备间通信。
802.2：规定的 LLC （逻辑链路控制层），能对数据分片，还可标识上层应用，保障数据有序传输。
补充（2）TCP和UDP的定义
TCP
TCP 即传输控制协议，是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。在数据传输前需通过三次握手建立连接，传输中采用滑动窗口等机制保障数据准确有序，结束时四次挥手断开连接，常用于对数据准确性要求高的场景。
UDP
UDP 即用户数据报协议，是一种无连接的传输层协议。它不事先建立连接就直接发送数据报，不保证数据可靠到达，也不进行排序和重传。具有开销小、传输速度快的特点，常用于对实时性要求较高、可容忍一定数据丢失的场景，如视频流、音频通话等。
补充（3）什么是面向连接
面向连接就是在正式传输数据之前，先建立一个点到点的连接。是一种在数据通信中广泛采用的模式。在数据传输前，通信双方会经历一个建立连接的过程，像 TCP 协议通过三次握手来确认双方状态与能力，协商传输参数。连接建立后，双方进入数据传输阶段，此过程中连接会持续维持，保障数据能有序、可靠地传送，还可实现流量控制与差错处理。当数据传输完毕，双方再通过特定步骤断开连接，如 TCP 的四次挥手，以释放资源。
补充（4）TCP和UDP协议的区别
一、TCP是面向连接的协议，传输前要三次握手建连，结束时四次挥手断连；UDP是无连接的协议，随时收发数据。
二、TCP传输是可靠的，有确认、重传、排序、流控机制保证数据完整准确；UDP不可靠，传输不保证，无纠错机制，可能丢包、乱序，也就是“尽力而为”。
三、TCP可以实现流控，基于滑动窗口机制，接收方反馈窗口大小，发送方据此调整速率实现流控； UDP只顾发送，不考虑接收方状况，无法流控。
四、TCP可以实现分段，会根据 MTU 将数据分成合适大小的段，还会编号按序传输，确保可靠交付；而UDP不能实现分段，将应用层数据原样封装。
五、TCP占用资源较大，速度较慢; UDP占用资源较小，速度快。
补充（5）TCP（传输控制协议）首部格式表
#每部分的解释源端口号（16 位）：标识发送数据的应用程序端口。目的端口号（16 位）：标识接收数据的应用程序端口。序号（32 位）：标记本报文段在发送方数据字节流中的位置。确认序号（32 位）：期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节序号。首部长度（4 位）：指示 TCP 首部长度，以 4 字节为单位。保留（6 位）：保留为今后使用，目前置为 0。URG：紧急指针有效标志位。ACK：确认序号有效标志位。PSH：推送标志，提示接收方尽快将数据交付应用层。RST：重置连接标志位。SYN：同步序号，用于建立连接。FIN：发送方完成数据发送，请求释放连接。窗口大小（16 位）：告知对方自己的接收窗口大小，用于流量控制。校验和（16 位）：检测 TCP 首部和数据在传输中是否出错。校验数据完整性。紧急指针（16 位）：配合 URG，指出紧急数据末尾在报文段中的位置。选项：可选字段，用于实现额外功能，如最大报文段长度等。数据：承载应用层实际要传输的数据。
补充（6）UDP头部格式
目标和源端口：主要是告诉 UDP 协议应该把报文发给哪个进程。
包长度：该字段保存了 UDP 首部的长度跟数据的长度之和。
校验和：校验和是为了提供可靠的 UDP 首部和数据而设计，防止收到在网络传输中受损的 UDP包。
补充（7）网络数据封装TCP,UDP适用
网络数据封装从应用层开始，逐步向下各层进行：
应用层：生成原始数据，如网页内容、邮件信息等。
传输层：接收应用层数据，添加 TCP 或 UDP 首部。TCP 会分配源和目的端口号等，建立可靠连接；UDP 仅添加端口号等简单信息，提供无连接服务。
网络层：获取传输层数据单元，添加 IP 首部，包含发送端和接收端 IP 地址等，用于网络路由寻址。
数据链路层：得到网络层数据报，添加以太网首部（含 MAC 地址等）和尾部（如循环冗余校验信息），封装成数据帧，便于在局域网传输。 最终封装好的数据帧通过物理层转化为比特流在网络介质上传输。
什么是MSS?(上图数据那一部分，最大理论值为：MTU-20-20=1460字节)
MSS 即最大段大小，是 TCP 协议里的概念。它规定了 TCP 连接中，一个报文段所能携带数据的最大字节数，不包含 TCP 和 IP 首部。在建立连接时，通信双方会协商确定 MSS 值，一般依据链路 MTU 计算得出，合适的 MSS 可提升传输效率。
这个参数需要在TCP三次握手时，前两个SYN包中进行协商，如果双方不同，则需要按照小的来执行，减少分片带来麻烦。
补充（8）TCP三次握手和四次挥手（超级重点）
三次握手
SYN 是同步序列编号，它是 TCP 首部中的一个控制位，取值为 1 时表示该 TCP 报文段用于同步序号，主要在建立 TCP 连接时发挥作用。
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；
| 三次握手的过程 |
|---|
| 客户端给服务器发送一个SYN段(在 TCP 标头中 SYN 位字段为 1 的 TCP/IP 数据包), 该段中也包含客户端的初始序列号(Sequence number = x)。(CP规定，SYN报文段（SYN=1的报文段）不能携带数据，但需要消耗掉一个序号。) |
| TCP服务器收到请求报文后，如果同意连接，则发出确认报文。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。这个报文也不能携带数据，但是同样要消耗一个序号。 |
| TCP客户进程收到确认后，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。TCP规定，ACK报文段可以携带数据，但是如果不携带数据则不消耗序号。当服务器收到客户端的确认后也进入ESTABLISHED状态，此后双方就可以开始通信了。 |
四次挥手
| 四次挥手过程 |
|---|
| 客户端发送第一次挥手，之后由 ESTABLISHED 状态转为 FIN_WAIT1 状态； 服务器收到客户端的第一次挥手之后，发送第二次挥手给服务器，服务器进入 CLOSE_WAIT 状态，等待服务器自身的 SOCKET 关闭等处理； |
| 客户端收到服务器的第二次挥手，进入 FIN_WAIT2 状态，等待服务器关闭； |
| 服务器发送第三次挥手，然后进入 LAST_ACK 状态； 客户端收到第三次挥手，发送第四次挥手，客户端进入 TIME_WAIT 状态 |
| 服务器收到第四次挥手，进入 CLOSED 状态，客户端等待 2MSL 后，进入 CLOSED 状态 |
补充：TCP连接状态解释
| CLOSED | 关闭状态，表示当前主机没有正在运行的传输连接 |
|---|---|
| LISTEN | 监听状态，表示服务器正在等待新的传输连接进入 |
| SYN-RCVD | 表示主机已收到一个连接请求，但尚未确认 |
| SYN-SENT | 表示主机已经发出一个连接请求，等待对方确认 |
| ESTABLISHED | 传输连接建立，双方进入正常数据传输状态 |
|---|---|
| FIN-WAIT-1 | （主动关闭）主机已经发送关闭连接请求，等待对方确认 |
| FIN-WAIT-2 | （主动关闭）主机已收到对方关闭连接确认，等待对方发送关闭连接请求 |
| TIMED WAIT | 完成双向传输连接关闭，等待所有分组消失 |
| CLOSING | 双方同时尝试关闭传输连接，等待对方确认 |
|---|---|
| CLOSE WAIT | （被动关闭）收到对方发来的关闭连接请求，并已确认 |
| LAST ACK | （被动关闭）等待最后一个关闭连接确认，并等待所有分组消失 |
案例：企业员工不能访问娱乐节目，讲述原理
企业借助 AC（无线控制器）设备和 TCP 原理限制员工访问娱乐节目。
AC 设备作为网络管理核心，可集中管控接入网络的无线接入点和终端。在员工发出访问请求时，该请求以 TCP 报文形式传输。AC 设备会分析 TCP 报文首部信息，如源 IP（员工设备）、目的 IP（娱乐节目网站）和端口号。一旦发现目的 IP 对应娱乐网站或端口号用于娱乐服务，AC 设备依据预设策略拦截该 TCP 连接的建立，阻断报文传输，使员工无法与娱乐节目网站完成 TCP 三次握手，从而无法访问相关内容。
补充（9）IP协议
4位版本：指定IP协议的版本（IPv4/IPv6），对于IPv4来说，就是4。
16位总长度：IP报文（IP报头+有效载荷）的总长度，用于将各个IP报文进行分离。
8位生存时间：数据报到达目的地的最大报文跳数，一般是64，每经过一个路由器的转发，TTL -= 1，一直减到0还没到达，那么就丢弃报文，这个字段主要是用来防止出现路由循环。
16位首部校验和：使用CRC进行校验, 来鉴别头部是否损坏。
32位源IP地址：表示发送端所对应的IP地址。
32位目的IP地址：表示接收端所对应的IP地址。
TCP是6，UDP是17
该字段用于标识 IP 数据报所承载的上层协议。当取值为 6 时，表示此 IP 数据报封装的是 TCP 协议数据，TCP 提供可靠传输；取值为 17 时，意味着封装的是 UDP 协议数据，UDP 则是无连接、高效但不保证可靠的传输协议。
IP 协议为什么要分片 一是不同网络的最大传输单元（MTU）有差异，像以太网 MTU 一般 1500 字节，当大尺寸 IP 数据包从大 MTU 网络传向小 MTU 网络，就得分片才能继续传输。 二是能提升传输效率与可靠性，小数据单元出错概率低，出错时只需重传出错分片。 三是可适配不同网络设备处理能力，减轻设备处理负担，保证数据顺利传输。
经过网络层的封装，数据最终会交付给下层的数据链路层。由数据链路层进行网络上的转发。可是，数据链路层由于物理特征的原因，一般无法转发太大的数据，即数据链路层一次可以转发到网络的报文大小是有限制的（一般为1500，MTU，最大传输单元）。
什么是MTU?
MTU 即最大传输单元，是数据链路层中一个关键概念,指数据链路层设备能一次传输的最大数据字节数。不同网络类型 MTU 不同，如以太网 MTU 常为 1500 字节。节。当上层数据长度超 MTU，需进行分片处理。MTU 值的大小会直接影响网络传输的效率和性能，合理设置 MTU 能优化数据传输。
1.5 ARP是什么以及分类
ARP是什么
（通过一种地址获取另一种地址）
ARP 是将 IP 地址转换为物理地址（MAC 地址）的一种协议，主要用于在局域网中实现 IP 地址与 MAC 地址的映射，使设备能在数据链路层进行通信。因为数据在局域网中传输时，需要知道目标设备的 MAC 地址才能准确送达。
在局域网中，设备通过 ARP 协议发送请求广播，获取目标设备的 MAC 地址，从而确保数据能准确传输到目标。ARP 提高了网络通信效率，是保障网络中数据正确传输的关键环节之一。
ARP的三种分类
正向ARP
定义：正向 ARP 是最常见的 ARP 类型，即通过已知的 IP 地址来获取对应的 MAC 地址，以实现数据链路层的通信。
工作过程：：首先通过广播发送ARP请求报文，广播域内的所有设备都能收到这个请求报文。所有设备收到ARP的请求报文之后，都会先将数据包中源IP地址和源MAC地址记录在本地的ARP缓存表中。之后，再看请求的IP地址是不是本地的IP地址。如果是本地的IP地址，则将回复ARP应答报文；如果不是，则将丢弃该数据包。
反向ARP
定义：与正向 ARP 相反，反向 ARP 用于已知 MAC 地址而需要获取 IP 地址的情况。通常在无盘工作站等场景中使用，无盘工作站在启动时只知道自己的 MAC 地址，需要通过 RARP 来获取服务器分配给它的 IP 地址。
工作过程：无盘工作站启动后，会发送一个 RARP 请求广播包，其中包含自己的 MAC 地址，请求网络中的 RARP 服务器为其分配一个 IP 地址。RARP 服务器收到请求后，根据其 MAC 地址查找对应的 IP 地址，并通过 RARP 响应包将 IP 地址发送给无盘工作站。
免费ARP
利用了正向ARP的工作原理，只不过，请求的是自己本地的IP地址。
定义：免费 ARP 是主机发送的一种特殊的 ARP 数据包，它并非为了获取某个 IP 地址对应的 MAC 地址，而是用于通告其他主机自己的 IP 地址和 MAC 地址绑定信息，或者用于检测 IP 地址是否冲突。
工作过程：主机在启动或网络配置发生变化时，会发送免费 ARP 数据包。这个数据包的源 IP 地址和目标 IP 地址都是自己的 IP 地址，源 MAC 地址是自己的 MAC 地址。如果网络中其他主机收到这个免费 ARP 数据包后，发现其中的 IP 地址与自己的 IP 地址相同，就会知道发生了 IP 地址冲突，并向发送方发送一个 ARP 冲突通告。
1.6 封装和解封装
**封装**是将数据与操作数据的代码捆绑，形成独立模块，隐藏内部细节，仅暴露必要接口，增强安全性与可维护性。就像把物品装盒，外界只通过特定方式取用。==（应用层、传输层、网络层、数据链路层有封装，物理层没有封装）==
解封装则是反向操作，从封装结构里解析出原始数据和信息，如同打开盒子获取物品，供后续处理使用。
从右到左，封装；从左到右，解封装。