HCIP第一、二章笔记整理

第一章：TCP 协议的扩展

一、面向连接

• 点到点：TCP 通讯中仅存在通讯双方，无第三方。
• 连接性质：非物理链路上的连接，而是逻辑上的连接。

二、TCP 的报文结构

• 核心字段：包括源端口号（16 位）、目标端口号（16 位）、序列号（32 位）、确认应答号（32 位）、首部长度（4 位）、保留位（6 位）、标记位（如 SYN、ACK、RST 等）、窗口大小（16 位）、校验和（16 位）、紧急指针（16 位）、选项（可变长度）及数据。
• TCP 连接标识（四元组）：由源 IP 地址、源端口、目标 IP 地址、目标端口组成，可唯一标识一条 TCP 连接。

三、TCP 的异常连接

• RST 标记位作用：当主机接收到无效 TCP 连接请求时，会发送 RST 标记位置 1 的 TCP 报文段，用于中断连接（终止无效连接）。

四、TCP 的可靠传输机制

可靠传输依赖连接确认机制、重传机制、流控、校验和，具体如下：

1. 连接确认机制
   发送方要求接收方回复确认报文段（ACK 标记位置 1），并通过确认序列号标识已接收的数据，确保数据被对方收到。

2. 重传机制（超时重传）

   • RTT（Round-Trip Time）：数据发出到收到确认报文的往返时间。
   • RTO（Retransmission Timeout）：超时重传时间，动态调整（避免过短导致不必要重传，过长导致时延）。
   • 超时间隔加倍：网络拥塞时，重传间隔加倍以缓解拥塞。
   • 快速重传：接收方收到失序报文（序列号大于期望）时，连续发送 3 个冗余 ACK，发送方无需等待超时即重传丢失报文。

3. 流控机制

   • 滑动窗口：接收方通过窗口大小字段通知发送方可接收的数据量，发送方按窗口大小发送数据（支持累计确认，减少重传）。
   • 小窗口处理：接收方缓冲区满时，窗口设为 0，发送方暂停发送；仅当满足以下条件之一时恢复：
     • 窗口大小≥MSS 且数据大小≥MSS；
     • 收到之前发送数据的 ACK。

五、TCP 的拥塞控制

1. 目的：根据网络拥堵情况调整发送量，缓解拥堵。
2. 拥塞判断：以丢包为标志（超时未确认或收到 3 个冗余 ACK）。
3. 控制方法
   • 拥塞窗口（cwnd）：发送方维护的动态窗口，与接收窗口取最小值作为实际发送窗口（网络拥堵时减小，通畅时增大）。
   • 控制过程：
     • 慢开始：连接初期，cwnd 以指数增长（初始 1 个 MSS），直至达到慢启动门限（ssthresh）。
     • 拥塞避免：cwnd 达到 ssthresh 后，以线性增长（每轮次 + 1 个 MSS）。
     • 快重传：收到 3 个冗余 ACK 后立即重传丢失报文。
     • 快恢复：重传后调整 cwnd 为 ssthresh（ssthresh 更新为当前 cwnd 的一半），进入拥塞避免阶段。

第二章：网络类型及数据链路层协议

一、网络类型的分类（4 种）

1. 多点接入网络（MA）

   • BMA（广播型多点接入）：支持广播，多设备互访（如以太网）。
   • NBMA（非广播型多点接入）：不支持广播（如帧中继网络），仅 spoke 与 hub 互访，spoke 间隔离（节省运营商成本）。

2. P2MP（点到多点网络）
   由其他网络类型手动修改（如 OSPF 接口配置），需模拟组播并手动指定邻居。

3. P2P（点到点网络）
   仅两台设备连接（串线接口），传输标准：

   • E1（欧洲）：2.048Mbps；
   • T1（北美）：1.544Mbps。

二、数据链路层协议

1. MA 网络：以太网协议

   • 定义：传输 EthernetII 类型帧的协议，属于 BMA（支持多点接入和广播）。
   • 构建：通过以太网线（同轴电缆、光纤、双绞线）连接以太网接口，利用 MAC 地址标识设备。
   • 特点：支持高频分技术，并行发送数据以叠加带宽。

2. P2P 网络协议

   • HDLC（高级数据链路控制协议）
     私有协议（厂商不兼容），支持透明传输、高效传输、FCS 校验（确保完整性），但不支持验证和 IP 协商（思科默认采用）。
   • PPP（点到点协议）
     公有协议（厂商兼容），支持同步 / 异步线路，具体如下：
     • 特点：支持验证、IP 地址协商（动态分配）、多网络层协议，无重传机制（开销小）。
     • 帧结构：包含 Flag（0x7E）、Address（0xFF）、Control（0x03）、Protocol（标识 LCP/NCP）、Information（数据）、FCS（校验）。
     • 组成：
       • LCP（链路控制协议）：协商链路参数（MTU、认证方式等）；
       • NCP（网络控制协议）：协商网络层协议（如 IP 地址）；
       • 验证协议：PAP（两次握手，明文密码）和 CHAP（三次握手，加密验证，更安全）。
     • 工作过程：链路建立（LCP）→ 可选认证（PAP/CHAP）→ 网络层协商（NCP）。
     • MP（多链路 PPP）：捆绑多个 PPP 链路，提升带宽、实现负载分担和备份（通过 MP-Group 配置）。