2021~2022你不得不知的思科网络知识点

物理层
物理层由工程师开发的电子电路、介质和连接器组成。
网络接口卡 (NIC) 将设备连接到网络。。

物理层标准管理三个功能区：
物理组件
编码
信令

 铜缆:电脉冲（电信号）光缆:光脉冲（光信号）无线介质：微波信号

带宽是介质承载数据能力的名称。
吞吐量是通过介质传输的位的量度。

用来衡量带宽质量的术语包括:

延迟:延迟是指数据从一个给定点传送到另一给定点所用的时间，包括时延。
吞吐量:吞吐量是给定时段内通过介质传输的位的量度

 影响吞吐量的因素有很多:流量大小流量类型从源通往目的地的过程中遇到的网络设备数量所造成的延时。

实际吞吐量:在给定时间段内传输的有用数据

 实际吞吐量就是吞吐量减去建立会话、确认、封装和重传所产生的流量开销。实际吞吐量总是低于吞吐量，而吞吐量通常低于带宽。

了解：
网络使用铜介质是因为其价格低廉、易于安装、对电流的电阻低。但是，铜介质受到距离和信号干扰的限制。
在铜缆中，通过电脉冲传输数据。目的设备网络接口中的探测器接收的信号必须可成功解码为与发送的信号相符。但是，信号传输的距离越远，信号下降就越多。这称为信号衰减。因此，所有铜介质必须严格遵循指导标准所指定的距离限制。

铜缆：
电脉冲的时间和电压值易受两个干扰源的干扰：

电磁干扰 (EMI) 或射频干扰 (RFI) :EMI 和 RFI 干扰信号会扭曲和损坏通过铜介质承载的数据信号.EMI 和 RFI的潜在来源包括无线电波和电磁设备
串扰:一根电线中信号的电场或磁场对邻近电线中的信号造成的干扰。将电路中相反的电线扭绞在一起，可以有效抵消串扰

EMI 和 RFI 会因来自荧光灯或电动机的干扰而扭曲网络信号

铜缆布线类型：

非屏蔽双绞线 (UTP) :用于网络主机与中间网络设备的互连，例如交换机和路由器。
屏蔽双绞线 (STP) :STP
电缆结合屏蔽技术来应对 EMI 和 RFI，使用线缆扭绞技术来应对串扰。
同轴电缆,简称同轴:

 无线安装有线电视互联网安装

同轴电缆将天线连接到无线设备。它还可以与光纤布线捆绑在一起，实现双向数据传输。

UTP减少串扰的负面影响：
抵消
变化每个线对中的扭绞次数

光缆
光纤介质的类型
光缆通常分为两种类型：

单模光纤 (SMF):使用单束激光作为数据光源发射器,跨越数百公里的长距离传输.用于长途电话和有线电视中的光纤。
多模光纤(MMF):使用 LED 发射器发送光脉冲.用于 LAN 中.几百米（500米左右）

多模和单模光纤之间的主要区别之一就是色散的数量。
色散是指光脉冲在时间上的分布。
色散增加意味着信号强度损失增加。多模光纤具有比单模光纤更大的色散

无线
无线介质使用无线电或微波频率来承载代表数据通信二进制数字的电磁信号。

无线网络的一些局限性:
覆盖面积
易受干扰
安全性 - 无线通信覆盖无需进行介质的物理接线。
共享介质 - WLAN以半双工模式运行，意味着一台设备一次只能发送或接收

无线标准：

Wi-Fi (IEEE 802.11) - 无线 LAN (WLAN) 技术，通常称为 Wi-Fi.WLAN使用一种称为“载波侦听多路访问/冲突避免 (CSMA/CA)”的争用协议。
蓝牙 (IEEE 802.15) - 是一个无线个人局域网标准。
WiMAX (IEEE 802.16) - 通常称为微波接入全球互通 (WiMAX)，这个无线标准采用点到多点拓扑结构，提供无线带宽接入。
Zigbee (IEEE 802.15.4) -Zigbee是一种用于低数据速率、低功耗通信的规范。它适用于需要短距离、低数据速率和长电池寿命的应用。Zigbee 通常用于工业和物联网
(IoT) 环境，如无线照明开关和医疗设备数据采集。

物理层的用途

在进行网络通信之前，必须在本地网络上建立一个物理连接。
物理连接可以通过电缆进行有线连接，也可以通过无线电波进行无线连接。
网络接口卡(NIC) 将设备连接到网络。以太网网卡用于有线连接，而 WLAN（无线局域网）网卡用于无线连接。
OSI物理层通过网络介质传输构成数据链路层帧的位。该层从数据链路层接收完整的帧，并将这些帧编码为一系列信号，传输到本地介质上。经过编码的位构成了帧，这些位可以被终端设备或中间设备接收。

使用 UTP 电缆从 PC 串行端口通过控制台连接到思科路由器，必须将此电缆端接为全反电缆或控制台电缆。

UTP
全反电缆是一种思科专有电缆，用于连接路由器或交换机控制台端口。
直通电缆（也称为跳线）通常用于主机到交换机和交换机到路由器的互连。
交叉电缆用于互连相似的设备，例如两台交换机之间、两台路由器之间或两台主机之间。

帧编码会将数据位流转换为发送方和接收方都能识别的预定义代码。这些代码有多种用途，比如用于将数据位与控制位区分开来和用于识别帧的开始和结束。

物理层负责通过物理介质将实际信号作为位传输。
交换帧、控制介质访问和执行错误检测都是数据链路层的功能。

数据链路层

OSI模型的数据链路层(第2层)为物理网络准备网络数据
数据链路层负责网络接口卡 (NIC) 到网络接口卡的通信。

解决问题：相邻节点间数据传输

数据链路层执行以下操作：

允许上层访问介质。
接受数据，通常是第 3 层数据包（即 IPv4 或 IPv6），并将它们封装到第 2 层帧中。
控制数据在介质上的放置和接收方式，通过网络介质在终端之间交换帧。
接收封装的数据，通常是第 3层数据包，并将它们定向到适当的上层协议。
执行错误检测并拒绝任何损坏的帧.

数据链路子层

逻辑链路控制 (LLC) ：放入帧中的信息用于确定帧所使用的网络层协议。此信息允许多个第 3 层协议（如 IPv4 和IPv6）使用相同的网络接口和介质。
介质访问控制 (MAC)：负责数据封装和介质访问控制。提供数据链路层寻址，并与各种物理层技术集成。

以太网LLC子层负责处理协议栈的上层和下层之间的通信。
LLC 用于与应用层的上层进行通信，并将数据包转换到下层以便传输。

MAC 子层提供数据封装：
帧定界 -在成帧过程中提供重要的定界符，用来标识帧中的字段。这些定界符位可以在发送节点与接收节点之间提供同步。
编址 -提供源和目的编址，用于在同一共享介质上的设备之间传输第 2 层帧。
错误检测 - 包含一个帧尾，用于检测传输错误 MAC子层还提供介质访问控制，允许多个设备通过共享（半双工）介质进行通信。全双工通信不需要访问控制。

在路径上的每一跳，路由器都执行以下第 2 层功能：

从介质接受帧
解封帧
将数据包重新封装到新帧中
从适合该物理网络网段的介质转发新帧

MAC 子层的责任是什么？

提供将帧放置在介质上以及从介质中删除帧的方法

介质访问控制方法取决于哪两个条件？

介质共享
拓扑结构

拓扑

物理拓扑和逻辑拓扑

数据链路层为物理网络准备网络数据。必须知道网络的逻辑拓扑，以便能够确定从一个设备向另一个设备传输帧需要什么。

物理拓扑 - 标识物理连接，以及终端设备和中间设备（即，路由器、交换机和无线接入点）如何互连。物理拓扑通常是点对点拓扑或星型拓扑。
逻辑拓扑 - 是指网络将帧从一个节点传输到另一节点的方法。此拓扑使用设备接口和第 3 层 IP 寻址方案识别虚拟连接。

物理拓扑显示设备的物理互连方式。
逻辑拓扑显示网络在相连节点之间传输数据的方式。

物理WAN（广域网）拓扑

点对点
集中星形
网状

物理LAN（局域网）拓扑

星形
扩展星形
总线
环型

访问控制方法
对于共享介质，有两种基本的访问控制方法：
基于竞争的访问

  在基于竞争的多路访问网络中，所有节点都工作在半双工方式，争夺介质的使用。
基于竞争的访问方法示例如下：
在传统总线拓扑以太网局域网上使用载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)
在无线局域网上使用载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA）

受控访问

  在基于控制的多路访问网络中，每个节点都有自己的时间来使用介质。
使用受控访问的多路访问网络的示例包括：
传统令牌环
传统ARCNET

基于竞争的访问网络示例如下：无线局域网（使用 CSMA/CA）传统总线拓扑以太网局域网（使用 CSMA/CD）使用集线器的传统以太网局域网（使用 CSMA/CD）
如果两台设备同时传输，则会发生冲突。对于传统以太网局域网，两台设备将会检测到网络上的冲突。这就是 CSMA/CD 的冲突检测 (CD) 部分。网卡通过比较传输的数据与接收的数据，或通过识别介质中的信号振幅是否高于正常状况来实现。两台设备发送的数据会损坏且需重新发送。

IEEE 802.11 WLAN 所使用载波侦听多路访问/冲突避免 (CSMA/CA)。
在无线环境中，设备可能无法检测到冲突。CMSA/CA 不会检测冲突，但会通过在传输之前等待来尝试避免冲突.

哪种拓扑显示了网络设备层 IP 地址？
逻辑拓扑

哪种局域网拓扑是混合拓扑？
扩展星型

数据链路层提供了通过共享本地介质传输帧时要用到的编址。
数据链路层地址仅用于本地传送数据链路层通过使用帧头和帧尾进行封装以创建帧，从而准备封装后的数据（通常是IPv4或IPv6数据包），以便在本地介质上进行传输

数据链路层协议包括：

以太网
802.11 无线
点对点协议 (PPP)
高级数据链路控制 (HDLC)
帧中继

连接以太网星型拓扑的设备可以连接到集线器或交换机。

以太网MAC地址
以太网技术依赖于MAC地址
MAC 地址用于标识本地网段上的物理源和目的设备
MAC地址会永久编码到 ROM 芯片中。

收到以太网帧时，网卡会查看帧中的目的 MAC 地址是否与设备 RAM 中存储的物理 MAC 地址匹配

思科交换机上的帧转发方法
交换机使用下面的两种转发方法之一来进行网络端口间的数据交换：

存储转发交换 - 这个帧转发的方法接收整个帧并计算CRC
直通交换 - 这种帧转发的方法在收到整个帧之前即转发帧

存储转发交换的一大优点是，它可以在传播帧之前确定帧是否有错误。当在帧中检测到错误时，交换机丢弃该帧。丢弃有错的帧可减少损坏的数据所耗用的带宽量。
在直通交换中，交换机在收到数据时立即处理数据，即使传输尚未完成。交换机只缓冲帧的一部分，缓冲的量仅足以读取目的 MAC 地址，以便确定转发数据时应使用的端口。
直通交换有两种变体：

快速转发交换 - 快速转发交换提供最低程度的延时。快速转发交换在读取目的地址之后立即转发数据包。
免分片交换

使用直通交换方法的优势是什么？
具有适用于高性能计算应用的较低延迟

交换机使用哪两类内存缓冲技术?

基于端口的内存缓冲
共享内存缓冲

思科交换机可执行哪两项功能？

利用 MAC 地址表根据帧的目的 MAC 地址来转发帧
使用帧的源 MAC 地址建立和维护 MAC 地址表

Auto-MDIX 是最新思科交换机上所支持的一种功能，允许交换机检测并使用与特定端口连接的电缆类型.

什么是 auto-MDIX 功能？
自动配置接口，以使用直通或交叉电缆。

哪个功能可以在互连设备之间自动协商最佳速率和双工设置？
自动协商

802.3 以太网标准指定了网络实施 CSMA/CD 访问控制方法。

交换机是 LAN 的中央连接点，它们维护 MAC 地址表。MAC 地址表具有与每个特定设备的 MAC地址相关联的端口号。交换机检查帧以查看目的 MAC 地址。然后，交换机将在其 MAC 地址表中查找，如果找到该 MAC地址，交换机就将数据转发到与该 MAC 地址关联的端口。

哪个网络设备具有根据MAC地址表中的信息将数据发送到特定目的地的主要功能?
交换机

哪个网络设备根据帧中包含的目的 MAC 地址做出转发决策？
交换机

交换机记录哪些编址信息以构建其 MAC 地址表？
传入帧的第2层源地址

什么是自动 MDIX？
用于检测以太网电缆类型的功能

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