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前言

华为HCIA认证是华为认证体系中的初级网络工程师认证，面向网络入门学习者，覆盖计算机网络基础原理、OSI分层模型、交换技术、路由基础、IP编址、ARP协议、VLSM可变长子网掩码、CIDR无类域间路由、VRP操作系统、网络传输介质等核心基础知识。本笔记基于课程学习资料整理，对课堂知识点进行梳理、补充基础概念、解释原理逻辑，兼顾理论理解与计算实操，适合零基础入门复习使用。

第一章 计算机网络基础概念

1.1 计算机网络的组成与作用

计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物，借助各类传输介质，将分布在不同位置的独立计算机、终端设备互相连接，完成信息的收集、发布、存储、处理与应用。计算机网络最核心的目的是资源共享，资源共享可以划分为硬件资源、软件资源、信息资源三类。

1. 硬件资源共享：局域网环境下，多台主机共用同一台打印机、共享服务器算力，不必为每一台设备单独购置全套硬件，降低硬件成本。例如办公室多台电脑共用一台网络打印机，就是典型硬件资源共享。

2. 软件资源共享：网络软件、服务器操作系统、云端应用、网络游戏服务都属于软件资源。用户不需要在本地完整安装全部程序，通过网络访问远端服务器，调用软件提供的服务。

3. 信息资源共享：这是互联网最核心价值。联网设备之间实现互相通信、数据存储、数据交互，网页浏览、文件传输、即时聊天本质都是信息资源的共享。

现代互联网底层通信方式为分组交换（包交换）。分组交换会把较长的数据拆分成为多个数据包，每一个数据包封装源地址、目标地址等控制信息，数据包在网络各个中间节点上接力转发，不同数据包可以走不同路径，最终在目的设备重新组装还原原始数据。分组交换对比老式电路交换，信道利用率更高，适配互联网突发式的数据传输业务。互联网的雏形是阿帕网（ARPANET），阿帕网的技术体系发展演变为今天的互联网。早期简单局域网为对等网，网络内部主机地位平等，没有专门服务器与客户端区分。

1.2 集线器网络的四大缺陷

早期局域网使用集线器组网，集线器是纯物理层设备，所有设备处在同一个冲突域，会出现冲突、寻址、延迟、安全四大问题。

1. 冲突问题：多台主机同一时刻向集线器发送电信号，电信号在铜缆介质中发生碰撞干扰，数据遭到破坏无法识别。为解决冲突，使用CSMA/CD载波侦听多路访问/冲突检测技术。设备发送数据前先侦听链路是否空闲，如果链路有信号就等待；发送过程中持续检测冲突，一旦检测冲突立刻停止发送，等待随机时间后重新尝试发送，本质是排队机制，减少信号冲突概率。但CSMA/CD只能缓解冲突，无法彻底消除冲突。

2. 寻址问题：物理链路中，设备依靠MAC地址识别设备。MAC地址也叫物理地址，由48位二进制组成，通常写成12位十六进制，格式如6C-94-66-EF-89-36，由设备厂商在网卡出厂时烧录在硬件芯片当中，理论全球唯一。Windows系统可以执行ipconfig /all命令查看本机网卡MAC地址。没有MAC地址，网络无法区分链路上不同主机。

3. 延迟问题：冲突重传、集线器信号复制转发，会带来网络传输延迟，主机数量越多冲突概率越高，延迟越严重。

4. 安全问题：集线器收到信号会向所有接口复制转发，所有主机都可以接收到全部流量，容易造成数据被窃听，安全性很差。 集线器无法解决上述全部问题，因此诞生二层设备交换机，交换机解决集线器大部分短板：可以无限延长传输距离、彻底解决冲突域、支持单播一对一数据发送。

1.3 交换机工作原理

交换机属于数据链路层（二层）设备，核心组件是MAC地址表，MAC地址表记录MAC地址和交换机接口的对应关系，每一条表项拥有300秒老化时间，长时间没有流量触发就自动删除记录。

交换机完整转发流程：

1. 数据帧到达交换机接口，交换机读取数据帧的源MAC地址（SMAC），把源MAC地址和接收接口绑定，写入本地MAC地址表。

2. 读取帧头部的目标MAC地址（DMAC），查询MAC地址表。

• 如果MAC地址表存在目标MAC对应的接口，直接从对应接口转发，实现单播（一对一发送）。

• 如果MAC地址表找不到目标MAC的记录，执行泛洪：将数据帧从除接收接口以外的全部其他接口转发出去，局域网内所有主机都收到这份数据。

重要规则：一个交换机接口可以学习记录多个MAC地址；但是同一个MAC地址只能对应交换机的一个接口。泛洪的范围我们称之为广播域，交换机不能隔离广播域，所有交换机下设备属于同一个广播域。想要隔离广播域，需要路由器。

第二章 OSI/RM开放式系统互联参考模型

2.1 OSI模型简介

OSI/RM开放式系统互联参考模型，是由ISO国际标准化组织在1979年制定的网络分层标准，将完整网络通信拆分为七层，从上到下依次：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。分层设计优势：降低网络开发复杂度，每层只负责自己的工作，层与层之间接口标准化，某一层技术更新不会影响其他层。

简单理解数据封装过程：应用层产生用户信息；表示层把抽象语言编码成二进制；数据链路层给二进制加上帧头帧尾（包含MAC地址）；物理层将二进制比特流转换成电信号或者光信号在介质传输。接收设备执行反向解封装，一层一层剥除头部，向上交付数据。

补充：实际互联网TCP/IP四层模型是OI模型简化版本，把应用层、表示层、会话层合并为应用层。课堂学习以OSI七层作为理论基础。

​​​​​​2.2 路由器基础功能

​路由器是网络层（三层）设备，两大核心功能：隔离广播域（隔离泛洪范围）、跨网段转发数据包。 路由器每一个接口就是独立广播域，路由器接口收到广播报文，不会把广播报文转发给其他接口，阻断二层泛洪流量，解决交换机广播风暴风险。同时路由器读取数据包IP地址，根据路由表选择路径，实现不同网段之间互相通信。交换机解决同一个网段内部通信；路由器解决不同网段之间通信。

第三章 IPv4地址基础与进制换算

3.1 IP地址版本

IP地址分为IPv4与IPv6两个版本：

1. IPv4：一共32位二进制，采用点分十进制书写。32位二进制分成4组，每组8位，每组转换成0-255十进制数字，小数点隔开。示例：192.168.43.4。

2. IPv6：一共128位二进制，冒分十六进制，用来解决IPv4地址枯竭问题。 IPv4地址分为两部分：网络位、主机位。

• 网络位：用来区分不同广播域（网段），同一个网段所有IP网络位完全相同。子网掩码当中连续的二进制1代表网络位。

• 主机位：同一个网段内部区分不同主机，子网掩码连续二进制0代表主机位。 子网掩码格式是连续1后面跟连续0，不能零散穿插。例如255.255.255.0换算二进制是24个1，8个0，记为/24，代表前24位是网络位，后8位为主机位。

3.2 二进制和十进制互相转换

1. 十进制转二进制：凑数法 示例，把192转为二进制：128+64=192，对应位写1，剩下写0，得到11000000。 168 = 128+32+8，二进制10101000。

2. 二进制转十进制：加法 把二进制值为1位置对应的权重相加。二进制00101110，32+8+4+2=46，十进制就是46。 完整IP二进制示例：11001101.10011010.11100100.00101010，分组计算得到IP地址205.154.228.42。

第四章 VRP通用路由平台基础配置

VRP（Versatile Routing Platform）华为通用路由平台，是华为路由器、交换机的操作系统，拥有多种视图，不同视图权限不同，可执行操作不一样。

1. 用户视图<Huawei>：尖括号标识，仅支持查看、测试操作，不能修改配置。

• display ip interface brief：查看设备接口IP简要信息，可以看到接口物理状态、协议状态。

2. 进入系统视图：输入systemview，快捷键Ctrl+Z退回用户视图。系统视图标识[Huawei]，可以执行全局配置，例如修改设备名字。

• sysname aa 修改设备主机名为aa。

3. 接口视图：在系统视图输入interface GigabitEthernet 0/0/0进入千兆接口0/0/0，提示符[aa-GigabitEthernet0/0/0]，专门配置接口参数。

• ip address 192.168.1.1 255.255.255.0 给接口配置IP和子网掩码。

• undo ip address 192.168.2.1 24 删除接口IP地址，24等价子网掩码255.255.255.0。

状态说明：Physical物理层状态up代表物理线路连通；down代表网线断开。Protocol协议状态up代表三层协议正常工作；down代表接口没有IP或者二层故障。*down:administratively down代表接口被管理员手动关闭。

第五章 ARP地址解析协议

ARP全称地址解析协议，核心作用：实现二层MAC地址和三层IP地址互相解析转换，是局域网内部通信必不可少的协议。

5.1 正向ARP（IP查MAC）

当主机知道目标IP地址，但是不知道对方MAC地址，使用正向ARP。

工作流程：

1. 源主机发送ARP广播请求报文，目标MAC写全F广播MAC地址（FF-FF-FF-FF-FF-FF），广播会触发交换机泛洪，广播域所有设备收到报文。请求报文中写明：我本机IP、本机MAC，请问IP为XXX设备的MAC是多少？

2. 广播域内每一台收到ARP请求主机，首先把报文中源IP、源MAC记录到本机ARP缓存表。

3. 判断请求询问的IP是不是自己本机IP：

• 不是本机IP：直接丢弃ARP请求报文，不回复。

• 是本机IP：回复ARP应答报文，ARP应答使用单播，直接回复给发送请求的主机，告知自己的MAC地址。

4. 发起请求主机收到应答，将目标IP和目标MAC存入ARP缓存。

Windows电脑执行命令arp -a查看本机ARP缓存表，ARP表项老化时间180秒，超时自动删除记录。

5.2 反向ARP

反向ARP功能和正向ARP相反，已知MAC地址，查询对应的IP地址，应用场景相对少。

5.3 免费ARP

免费ARP报文依然是ARP请求报文，但是请求查询的IP地址是本机自己的IP，不会等待别人回复。免费ARP两大用途：

1. IP地址冲突检测：局域网发送免费ARP，如果收到回复，证明网络里面有其他设备使用了相同IP，产生IP冲突。IP冲突会导致两台主机网络异常。

2. 自我介绍：主机上线或者IP修改，发送免费ARP，广播域其他设备更新ARP缓存，刷新本机IP-MAC映射。

广播与广播域补充：MAC全F是二层广播地址。广播帧到达交换机进行泛洪；路由器接口隔离广播域，广播报文不能跨路由器转发。广播域等价路由器一个接口范围，也等价泛洪范围。

第六章 VLSM可变长子网掩码（子网划分）

VLSM可变长子网掩码，通俗讲就是在主类网段基础上，向主机位借位作为网络位，切割成多个更小子网，节约IP地址资源，解决网络地址浪费问题。子网划分核心：借主机位当网络位，产生多个子网，每个子网拥有自己网络地址、可用主机范围、广播地址。

基础规则：借n位，产生2 ...次方 n 个子网；剩余m位主机位，每个子网可用主机数2 ...次方 m 减 2，减去网络地址和广播地址，这两个地址不能分配主机使用。

示例1：192.168.1.0/24划分为2个子网

向主机位借1位，掩码变为/25，子网掩码255.255.255.128。

1. 子网1：192.168.1.0/25，网络地址192.168.1.0；可用主机范围192.168.1.1-192.168.1.126；广播地址192.168.1.127。

2. 子网2：192.168.1.128/25，网络地址192.168.1.128；可用主机范围192.168.1.129-192.168.1.254；广播地址192.168.1.255。

示例2：192.168.0.0/24划分4个子网

划分4个子网，需要借2位主机位，掩码/26，子网掩码255.255.255.192，块大小64。

1. 192.168.0.0/26：可用1-62

2. 192.168.0.64/26：可用65-126

3. 192.168.0.128/26：可用129-190

4. 192.168.0.192/26：可用193-254

示例3：172.16.0.0/16，划分至少6个网段

需要至少6个子网，借3位，产生2 立方 设备控制 4 =8个子网，掩码变为/19，块大小32。

1. 172.16.0.0/19，可用主机172.16.0.1-172.16.31.254

2. 172.16.32.0/19，可用主机172.16.32.1-172.16.63.254

3. 172.16.64.0/19，可用主机172.16.64.1-172.16.95.254

4. 172.16.96.0/19，可用主机172.16.96.1-172.16.127.254

5. 172.16.128.0/19，可用主机172.16.128.1-172.16.159.254

6. 172.16.160.0/19，可用主机172.16.160.1-172.16.191.254

7. 172.16.192.0/19

8. 172.16.224.0/19

VLSM使用场景：企业网络不同部门主机数量不一样，可以使用不同长度掩码，大网段分配给主机多部门，小子网分配主机少部门，最大限度节约IP地址，是企业网络规划必不可少技术。

第七章 CIDR无类域间路由（路由汇总/超网）

CIDR无类域间路由，也叫路由聚合、汇总，作用是把多个连续小网段合并成一条大路由条目，减少路由器路由表条目数量，降低设备CPU、内存压力，提高路由转发效率。 汇总口诀：取相同，去不同。将多个网段转为二进制，从高位找连续完全相同比特位，相同比特位作为汇总后的网络位，剩下不同比特全部置0，得到汇总网络与掩码。

示例1：汇总192.168.1.0/24、192.168.0.0/24

二进制对比第三个八位：

192.168.00000000.0

192.168.00000001.0

高位23位完全一致，汇总网段192.168.0.0/23。

示例2：汇总192.168.0.0/24、192.168.1.0/24、192.168.2.0/24、192.168.3.0/24

第三个八位二进制00000000、00000001、00000010、00000011，前22位相同，汇总得到192.168.0.0/22，这种聚合超出A/B/C类主网边界的也叫超网。

示例3：汇总172.16.0.0/24、172.16.1.0/24、172.16.2.0/24、172.16.3.0/24

汇总结果172.16.0.0/22。

注意：汇总只能汇总连续网段；如果网段不连续，无法进行精确汇总。汇总也会带来潜在问题，路由黑洞，实际工程中需要结合路由技术规避

第八章 网络传输介质

网络信号传输依靠传输介质，分为有线介质和无线介质，课程主要介绍有线介质：同轴电缆、RJ-45双绞线、光纤。

8.1 RJ-45双绞线

双绞线内部一共8根铜导线，两两互相绞合，绞合可以降低外部电磁干扰，减少信号串扰。常见规格：

1. 超五类双绞线：支持千兆以太网（1000Mbps），最大传输距离100米。局域网布线最常用。

2. 六类双绞线：传输性能更强，带宽更高，同样最大距离100米，适合高带宽千兆、万兆短距离布线。

带宽换算补充：带宽单位bit（比特），文件大小单位Byte（字节），1Byte = 8bit。例100Mbps带宽理论有效速率，需要扣除编码开销：100 /8 星号运算符 0.85 =10.625 MB/s

8.2 光纤

双绞线传输电信号；光纤传输光信号。

信号转换：电信号转为光信号使用发光二极管、注入式激光二极管；接收端光信号转回电信号依靠光电二极管。光纤不受电磁干扰，传输距离远，带宽大。分为多模光纤、单模光纤。

1. 多模光纤：使用发光二极管，光多模式反射传输，传输距离较短，适合机房内部短距离设备互联，成本较低。

2. 单模光纤：使用激光光源，单束光直线传输，传输距离很远，适合长距离城域网、广域网链路，成本更高。

8.3 同轴电缆

早期局域网使用介质，抗干扰性能尚可，现在局域网基本淘汰，有线电视还大量使用同轴电缆。

第九章 综合知识点梳理与实操要点

9.1 设备分层总结

• 物理层设备：集线器，只处理电信号，不能识别MAC、IP；同一个冲突域，同一个广播域。

• 数据链路层（二层）设备：交换机，识别MAC地址，解决冲突域，不能隔离广播域；依靠MAC地址表转发，遇到未知目标MAC执行泛洪。

• 网络层（三层）设备：路由器，识别IP地址；隔离广播域，实现不同网段之间路由转发。

冲突域：同一时间只能一台设备发数据，否则信号冲突。集线器每个端口都在同一个冲突域；交换机每个接口是独立冲突域。广播域：广播帧能够到达的全部范围，路由器分割广播域。

9.2 数据包完整通信流程（同网段通信)

两台PC在同一个网段通信：

1. 应用层生成数据，逐层封装，到网络层加上源IP目标IP；二层封装源MAC、目标MAC。

2. 如果本机不知道目标主机MAC地址，发送ARP广播请求。

3. 交换机收到ARP广播帧，执行泛洪。目标主机收到ARP请求，单播回复ARP应答。

4. 源主机拿到目标MAC，封装完整数据帧发送给交换机。

5. 交换机查询MAC地址表，单播转发数据帧到达目标主机。目标设备逐层解封装读取上层数据。

9.3 数据包完整通信流程（不同网段通信)

两台PC不在同一个网段：主机发现目标IP不在自己网段，会把数据包发给网关（路由器接口MAC），目标MAC填写网关MAC地址，目标IP保持远端主机IP不变。路由器收到数据包，解封装二层头部，读取目标IP，查询路由表，重新封装二层头部转发给下一跳设备，多次转发后到达目标主机。

9.4 计算类学习重点

1. IPv4二进制、十进制互相转换，子网掩码二进制理解，区分网络位主机位。

2. VLSM子网划分：确定借位数量，计算子网网络地址、可用IP范围、广播地址。做题记住2 ...次方 n 算子网数量，2 ...次方 m 减 2算可用主机。

3. CIDR汇总，二进制比对找共同前缀，完成网段聚合。

9.5 VRP命令实操记忆

• system-view• 进入系统视图；sysname改名字；

• interface GigabitEthernet x/x/x进入接口；

• ip address IP 掩码配置IP；undo ip address删除IP；

• display ip interface brief查看接口状态。

第十章 学习总结

HCIA作为网络入门课程，最核心就是理解分层思想，网络通信不是一个设备一次性完成全部工作，每一层各司其职。物理层处理信号；数据链路层解决同一个局域网内部设备寻址冲突；网络层解决跨网段寻址；上层负责用户业务数据。 交换机、路由器的工作机制是网络基础。交换机依靠MAC地址表做二层转发，处理同一个广播域内部流量；路由器依靠IP地址、路由表实现跨网段通信，隔离广播域。ARP协议衔接二层MAC和三层IP，是局域网通信桥梁。IP编址、VLSM子网划分、CIDR路由汇总属于网络规划核心计算技能，做网络部署前需要规划网段，避免地址浪费、路由表过于庞大。VRP命令是华为设备实操基础，掌握视图切换、接口IP配置，是后续实验基础。传输介质决定信号物理传输质量，不同线缆有距离、带宽、适用场景区分。 学习网络不能只背概念，需要把理论结合逻辑：理解数据从一台电脑发出，每一层增加什么头部，设备如何处理，中间发生ARP请求、交换机泛洪、路由器路由转发，数据如何一步步到达对端设备，反向数据如何回来。只有打通完整数据流逻辑，才能把各个零散知识点串联起来，为后续路由协议、访问控制列表、NAT等进阶HCIA知识点打好基础。