Computer Networks · Midterm

От кабеля до маршрутизатора. Пять лекций, один стек.

Компоненты сети и Cisco IOS, протоколы и модели OSI / TCP/IP, физический уровень, Ethernet и MAC-таблица коммутатора, IPv4 / IPv6, ARP и базовая настройка роутера. Тест в стиле Cisco с пояснениями, задачи со случайными числами и open questions с образцами ответов.

—вопросов теста с пояснениями

—open questions с образцами

—средний лучший результат

Режимы

Как готовиться

Программа

Что входит в мидтерм

Лекции 1–5

Лекция	Главное
L1	Hosts, P2P, intermediary devices, media; LAN / WAN; fault tolerance, scalability, QoS, security; IOS modes, пароли, running / startup-config
L2	Требования к протоколам, unicast / multicast / broadcast, TCP/IP и OSI, организации стандартов, PDU и инкапсуляция
L3	Physical layer: encoding, signaling, bandwidth / throughput / goodput, UTP / STP / coax, straight-through / crossover, fiber SMF / MMF, Wi-Fi 2.4 / 5 GHz
L4	Data link: LLC / MAC, CSMA/CD и CSMA/CA, топологии, кадр Ethernet 64–1518, MAC-адреса и hex, MAC address table
L5	IP: connectionless, best effort; заголовки IPv4 и IPv6, default gateway, routing table, ARP, настройка роутера и интерфейсов

Формат конкретного мидтерма в слайдах не указан. Здесь всё покрыто в двух форматах: выбор ответа (как Cisco checkpoint exam) и развёрнутые ответы.

Порядок подготовки

Прочитай «Ключевое». Таблица «что путают» и цифры дают половину баллов в тестах Cisco.
Пройди тест по одной лекции, сразу читай пояснения. Цель: стабильно выше 80%.
Реши задачи на hex и MAC-таблицу, пока не будут получаться без ошибок: это любимые вопросы по L4.
Выучи порядок команд настройки роутера (L5) и переходы между режимами IOS (L1): их просят написать руками.
Пробный мидтерм на 40 вопросов из всех лекций и повтор ошибок, пока база не опустеет.

Lecture 1

Networking Today. Basic Switch and End Device Configuration

Из чего состоит сеть, какие бывают сети и подключения к интернету, четыре свойства надёжной сети, тренды, а затем Cisco IOS: доступ, режимы, синтаксис команд, базовая настройка и сохранение конфигурации.

Компоненты сети

Host / end device: Любой компьютер в сети. Сообщение начинается и заканчивается на end device (ПК, ноутбук, телефон, принтер, IP-телефон, сервер).
Server: Компьютер, который предоставляет информацию: email server, web server, file server. На нём стоит серверное ПО.
Client: Компьютер, который отправляет запросы серверу: браузер запрашивает страницу у web server, почтовый клиент забирает письма с email server.
Intermediary device: Соединяет end devices: switch, wireless access point, router, firewall. Также управляет потоком данных: regenerate and retransmit сигналы, хранит информацию о существующих путях, сообщает другим устройствам об ошибках и сбоях связи.
Network media: Среда передачи: медные провода (электрические импульсы), оптоволокно из стекла или пластика (импульсы света), беспроводная передача (модуляция определённых частот электромагнитных волн).

Peer-to-Peer

Устройство может быть одновременно клиентом и сервером. Рекомендуется только для очень маленьких сетей.

Плюсы

Easy to set up
Less complex
Lower cost
Для простых задач: передача файлов, общий принтер

Минусы

No centralized administration
Not as secure
Not scalable
Slower performance

Представления и топологии

NIC (Network Interface Card) — подключает устройство к сети. Physical port — разъём на устройстве. Interface — специализированный порт; термины port и interface часто используются как синонимы.
Physical topology diagram — физическое расположение промежуточных устройств и прокладка кабелей (комнаты, стойки).
Logical topology diagram — устройства, порты и схема адресации (IP-адреса, сети).

Типы сетей

По размеру: small home (несколько компьютеров + интернет), SOHO (Small Office / Home Office: домашний или удалённый офис подключается к корпоративной сети), medium to large (много площадок, сотни и тысячи компьютеров), world wide (интернет, сотни миллионов компьютеров).

	LAN	WAN
Область	Небольшая география (здание, кампус)	Большая география, соединяет LAN между собой
Кто управляет	Одна организация или человек	Обычно один или несколько service providers
Скорость	High-speed bandwidth внутри	Обычно более медленные каналы между LAN

Internet — всемирная совокупность связанных LAN и WAN. Никому не принадлежит. За структурой следят IETF, ICANN, IAB.
Intranet — частная сеть LAN/WAN организации, доступна только её членам и тем, у кого есть разрешение.
Extranet — безопасный доступ к сети организации для людей из другой организации, которым нужны её данные (поставщики, партнёры).

Подключение к интернету

Дом и малый офис

Cable — высокая пропускная способность, always-on, от кабельного ТВ-провайдера.
DSL — высокая пропускная способность, always-on, по телефонной линии.
Cellular — через сеть мобильной связи.
Satellite — главный плюс для сельской местности без ISP.
Dial-up — дешёвый, низкая скорость, через модем и телефонную линию.

Бизнес

Нужны higher bandwidth, dedicated connections, managed services.
Dedicated leased line — зарезервированные каналы в сети провайдера между удалёнными офисами.
Ethernet WAN (Metro Ethernet) — LAN-технология, расширенная на WAN.
Business DSL, в том числе SDSL (Symmetric DSL).
Satellite — когда проводного решения нет.

Converged networkРаньше телефон, видео и данные шли по отдельным сетям с разными правилами. Converged network несёт data, voice и video по одной инфраструктуре с одним набором правил и стандартов.

Надёжная сеть: 4 характеристики архитектуры

Fault Tolerance: Ограничивает влияние сбоя (затронуто как можно меньше устройств). Нужны несколько путей (redundancy). Обеспечивается packet switching: трафик режется на пакеты, каждый может пойти своим путём. В circuit-switched сетях (выделенный канал) так нельзя.
Scalability: Сеть можно быстро и легко расширить для новых пользователей и приложений без ухудшения для существующих. Достигается следованием принятым стандартам и протоколам.
Quality of Service (QoS): Главный механизм надёжной доставки для всех пользователей. Голос и живое видео требовательны; рывки видео = спрос на bandwidth выше доступного и QoS не настроен. С QoS-политикой роутер управляет потоком данных и голоса.
Security: Network infrastructure security (физическая защита устройств, запрет неавторизованного доступа) и information security (защита передаваемых данных). Три цели: Confidentiality (читают только адресаты), Integrity (данные не изменены в пути), Availability (своевременный надёжный доступ для авторизованных).

Тренды

BYOD (Bring Your Own Device) — «any device, with any ownership, used anywhere»: ноутбуки, планшеты, смартфоны, e-readers.
Online collaboration — Cisco WebEx / Webex Teams: сообщения, картинки, видео, ссылки.
Video communications — видеозвонки и конференции (Cisco TelePresence).
Cloud computing — хранить файлы и запускать приложения на серверах в интернете; возможно благодаря data centers. Четыре типа облаков: Public (для всех, pay-per-use или бесплатно), Private (для одной организации, например правительства), Hybrid (два и более типа, части связаны одной архитектурой), Custom (под отрасль: здравоохранение, медиа; может быть private или public).
Smart home — техника в бытовых приборах (духовка знает из календаря, когда ты придёшь).
Powerline networking — подключение к LAN через электророзетку адаптером, данные на определённых частотах; удобно там, где не достаёт Wi-Fi.
Wireless broadband — WISP (Wireless ISP, чаще в сельской местности) и сотовая технология с антенной снаружи дома.

Cisco IOS: доступ

Shell — интерфейс пользователя (CLI или GUI). Kernel — связывает железо и ПО, распределяет ресурсы. Hardware — физическая часть.
GUI удобнее, но может падать и зависать, поэтому сетевые устройства обычно настраивают через CLI.

Console: Физический management port. Для обслуживания и начальной настройки (устройству не нужна сеть).
SSH: Secure Shell: защищённое удалённое CLI-подключение через виртуальный интерфейс по сети. Рекомендуемый способ удалённого доступа.
Telnet: Незащищённое удалённое подключение: логин, пароли и команды идут plaintext.

Terminal emulation programs для подключения через console, SSH или Telnet: PuTTY, Tera Term, SecureCRT.

Режимы IOS

Режим	Prompt	Что можно
User EXEC	`Switch>`	Только базовые команды мониторинга
Privileged EXEC	`Switch#`	Все команды и функции (show, copy, reload, debug)
Global configuration	`Switch(config)#`	Настройки всего устройства
Line configuration	`Switch(config-line)#`	Console, SSH, Telnet, AUX доступ
Interface configuration	`Switch(config-if)#`	Порт коммутатора или интерфейс роутера

Switch> enable                  ! user EXEC → privileged EXEC
Switch# configure terminal      ! → global config
Switch(config)# line console 0  ! → line config
Switch(config-line)# interface vlan 1   ! сразу в другой sub-режим
Switch(config-if)# exit        ! на уровень выше → global config
Switch(config)# end            ! или Ctrl+Z → сразу в privileged EXEC
Switch# disable                 ! → user EXEC

exit / endexit поднимает на один уровень (из sub-режима в global config, из global config в privileged EXEC). end и Ctrl+Z из любого режима конфигурации возвращают сразу в privileged EXEC. Из одного sub-режима в другой можно перейти напрямую, введя команду нужного режима.

Структура команды

Switch> ping 192.168.10.5 — prompt, command, пробел, keyword или argument. Keyword — параметр, определённый в ОС (show ip protocols). Argument — значение, которое задаёт пользователь (192.168.10.5).

Обозначение	Смысл
boldface	команды и keywords вводятся буквально
italics	аргументы, значение даёшь ты
[x]	необязательный элемент
{x}	обязательный элемент
[x {y \| z}]	обязательный выбор внутри необязательного элемента

Context-sensitive help (?): какие команды есть в режиме, какие начинаются с данных букв, какие аргументы и keywords у команды.
Command syntax check: если интерпретатор не понял команду, он объясняет, что не так (ambiguous, incomplete, incorrect).
Команды можно сокращать до уникального префикса: conf t = configure terminal.

Клавиша	Действие
Tab	дополняет частично введённую команду
Backspace	стирает символ слева от курсора
← / Ctrl+B, → / Ctrl+F	курсор на символ влево / вправо
↑ / Ctrl+P	предыдущие команды из history buffer
Enter / Space (при --More--)	следующая строка / следующий экран; любая другая клавиша прерывает вывод
Ctrl+C, Ctrl+Z	выйти из режима конфигурации в privileged EXEC
Ctrl+Shift+6	универсальный break: прервать DNS lookup, traceroute, ping

Базовая настройка

Hostname

Первая команда на любом устройстве. По умолчанию имя заводское (у коммутатора Cisco это «Switch»). Правила: начинается с буквы, без пробелов, заканчивается буквой или цифрой, только буквы, цифры и дефисы, меньше 64 символов. Вернуть по умолчанию: no hostname.

Пароли

Длиннее 8 символов, смесь регистров, цифр и спецсимволов, не один пароль на все устройства, не обычные слова. В лабах используют cisco и class — это слабые пароли, не для продакшена.

Switch(config)# hostname Sw-Floor-1
Sw-Floor-1(config)# line console 0          ! пароль user EXEC через консоль
Sw-Floor-1(config-line)# password cisco
Sw-Floor-1(config-line)# login             ! без login пароль не спрашивается
Sw-Floor-1(config-line)# exit
Sw-Floor-1(config)# enable secret class     ! пароль privileged EXEC
Sw-Floor-1(config)# line vty 0 15           ! удалённый доступ Telnet/SSH, 16 линий
Sw-Floor-1(config-line)# password cisco
Sw-Floor-1(config-line)# login
Sw-Floor-1(config-line)# exit
Sw-Floor-1(config)# service password-encryption   ! шифрует все plaintext-пароли
Sw-Floor-1(config)# banner motd # Authorized Access Only! #
Sw-Floor-1(config)# end
Sw-Floor-1# copy running-config startup-config

VTY lines — виртуальные линии для Telnet/SSH. Многие коммутаторы Cisco поддерживают 16 линий: 0 15.
startup-config и running-config показывают большинство паролей открытым текстом → service password-encryption, проверить через show running-config.
Banner MOTD предупреждает неавторизованных; # — delimiting character, ставится до и после текста.

Файлы конфигурации

Файл	Где	Свойства
startup-config	NVRAM	Сохранённая конфигурация, загружается при старте или перезагрузке. Не теряется при выключении.
running-config	RAM	Текущая конфигурация, изменения действуют сразу. RAM volatile: всё теряется при выключении или перезагрузке.

Сохранить: copy running-config startup-config (privileged EXEC).
Изменения не помогли и ещё не сохранены → удалить команды по одной или reload (устройство ненадолго уйдёт offline).
Плохие изменения уже сохранены → erase startup-config, затем reload, чтобы очистить running-config в RAM.
Архив в текстовый файл: в PuTTY / Tera Term включить logging, выполнить show running-config, выключить logging.

Lecture 2

Protocols and Models

Правила коммуникации, функции протоколов, наборы протоколов и TCP/IP, организации стандартов, модели OSI и TCP/IP, сегментация, PDU, инкапсуляция и деинкапсуляция.

Правила коммуникации

Мало иметь соединение: устройства должны договориться, как общаться. Три элемента любой коммуникации: source (отправитель), destination (получатель), channel / media (путь). Все коммуникации регулируются протоколами — правилами.

Протоколы учитывают

Identified sender and receiver
Common language and grammar
Speed and timing of delivery
Confirmation / acknowledgment

Требования сетевых протоколов

Message encoding
Message formatting and encapsulation
Message size
Message timing
Message delivery options

Encoding: Преобразование информации в форму, пригодную для передачи. Decoding — обратный процесс.
Formatting & encapsulation: Сообщение должно иметь определённый формат, который зависит от типа сообщения и канала.
Message size: Кадры ограничены по размеру (минимум и максимум), поэтому длинное сообщение режется на части, у каждой своя адресация; у получателя части собираются обратно.
Message timing: Flow control — скорость и объём передачи. Response timeout — сколько ждать ответа. Access method — когда можно отправлять; collision = два устройства передают одновременно. Есть проактивные протоколы (предотвращают коллизии) и реактивные (восстанавливаются после).

Delivery option	Кому
Unicast	one to one
Multicast	one to many (группа, обычно не все)
Broadcast	one to all. Есть в IPv4, нет в IPv6. В IPv6 добавляется anycast.

В документации все устройства иногда рисуют одним node icon (кружок).

Протоколы

Реализуются в software, hardware или в обоих; у каждого своя function, format, rules.

Типы

Network communications — общение устройств через сети
Network security — аутентификация, целостность, шифрование
Routing — роутеры обмениваются маршрутами и выбирают лучший путь
Service discovery — автоматическое обнаружение устройств и сервисов

Функции

Addressing — кто отправитель и получатель
Reliability — гарантированная доставка
Flow control — эффективная скорость
Sequencing — уникальная метка каждого сегмента
Error detection — испорчены ли данные
Application interface — process-to-process между приложениями

Протокол	Роль при загрузке веб-страницы
HTTP	Как взаимодействуют web server и web client; содержимое и формат
TCP	Ведёт отдельные разговоры, гарантирует доставку, flow control
IP	Доставляет сообщения глобально от отправителя к получателю
Ethernet	Доставляет сообщения от одного NIC к другому NIC в той же Ethernet LAN

Protocol suites

Protocol suite — группа взаимосвязанных протоколов для одной коммуникационной функции. Рассматриваются по уровням: верхние и нижние (нижние перемещают данные и обслуживают верхние).

TCP/IP — самый распространённый, поддерживается IETF. Open standard (свободно доступен любому производителю) и standards-based (одобрен организацией стандартов для interoperability).
OSI — разработан ISO и ITU.
AppleTalk (Apple) и Novell NetWare (Novell) — проприетарные.

Протоколы TCP/IP работают на application, transport и internet уровнях. Самые частые LAN-протоколы network access уровня: Ethernet и WLAN.

Уровень TCP/IP	Протоколы
Application	DNS, DHCP, SMTP, POP3, IMAP, FTP, TFTP, HTTP / HTTPS
Transport	TCP, UDP
Internet	IPv4, IPv6, ICMPv4, ICMPv6, NAT, OSPF, EIGRP
Network Access	ARP, Ethernet, WLAN

Организации стандартов

Open standards поощряют interoperability, competition, innovation. Организации vendor-neutral и non-profit.

Организация	Чем занимается
ISOC	Internet Society: открытое развитие и эволюция интернета
IAB	Internet Architecture Board: управление и развитие стандартов интернета
IETF	Internet Engineering Task Force: разрабатывает, обновляет и поддерживает технологии интернета и TCP/IP (RFC)
IRTF	Internet Research Task Force: долгосрочные исследования по интернету и TCP/IP
ICANN	Координирует распределение IP-адресов, управление доменными именами
IANA	Для ICANN управляет IP-адресами, доменами и идентификаторами протоколов (номера портов)
IEEE	«I-triple-E»: стандарты в энергетике, медицине, телекоме и сетях (802.3 Ethernet, 802.11 Wi-Fi)
EIA	Электрическая проводка, разъёмы, 19-дюймовые стойки
TIA	Радиооборудование, вышки сотовой связи, VoIP, спутниковая связь
ITU-T	Сжатие видео, IPTV, широкополосная связь (DSL)

Модели

Польза layered model: помогает в проектировании протоколов (у уровня свои данные и интерфейсы с соседями), поощряет конкуренцию (продукты разных вендоров работают вместе), изменения в одном уровне не затрагивают другие, даёт общий язык.

OSI	Что делает	TCP/IP
7 Application	Протоколы process-to-process коммуникации	Application: представляет данные пользователю, кодирование, управление диалогом
6 Presentation	Общее представление данных между сервисами приложений (формат, сжатие, шифрование)
5 Session	Сервисы для presentation, управление обменом данными (сессии)
4 Transport	Сегментация, передача и сборка данных отдельных коммуникаций	Transport: связь между устройствами через разные сети
3 Network	Обмен отдельными кусками данных по сети (адресация, маршрутизация)	Internet: лучший путь через сеть
2 Data Link	Методы обмена кадрами через общую среду	Network Access: управляет железом и средой
1 Physical	Активировать, поддерживать и деактивировать физические соединения	Network Access: управляет железом и средой

СравнениеOSI делит application уровень TCP/IP на 3 (application, presentation, session), а network access на 2 (data link, physical). TCP/IP не указывает, какие протоколы использовать на физической среде; это описывают уровни 1 и 2 OSI. Мнемоника сверху вниз: All People Seem To Need Data Processing.

Сегментация и инкапсуляция

Segmenting — разбиение сообщения на меньшие части. Multiplexing — чередование нескольких потоков сегментов в одном канале.
Плюсы сегментации: increases speed (большие данные не занимают канал целиком) и increases efficiency (повторно отправляются только потерянные сегменты, а не весь поток).
Sequencing — нумерация сегментов для сборки у получателя; за это отвечает TCP.
Encapsulation — каждый протокол добавляет свою информацию (header, у кадра ещё trailer). На каждом этапе у PDU (Protocol Data Unit) своё имя.

DataApplication (data stream)
SegmentTransport (+ TCP/UDP header)
PacketNetwork (+ IP header)
FrameData link (+ header и trailer)
BitsPhysical (bit stream)

Encapsulation — процесс сверху вниз: уровень делает своё и передаёт ниже, пока данные не уйдут битами. De-encapsulation у получателя — снизу вверх: каждый уровень снимает свой заголовок и передаёт выше: bits → frame → packet → segment → data. Пример: web server инкапсулирует страницу, клиент деинкапсулирует её для браузера.

Lecture 3

Physical Layer

Зачем нужен физический уровень, его стандарты (components, encoding, signaling), bandwidth и родственные термины, медь (UTP, STP, coax), straight-through и crossover, оптоволокно, беспроводная среда и Wi-Fi: каналы, частоты, RSSI и SNR.

Назначение

До любой коммуникации нужно физическое подключение к локальной сети, проводное или беспроводное. Подключает устройство NIC; у устройства может быть несколько NIC (wired и wireless). Не все подключения одинаково быстры.
Физический уровень транспортирует биты через среду. Принимает от data link уровня целый кадр и кодирует его в серию сигналов. Это последний шаг инкапсуляции.
Следующее устройство на пути принимает биты, снова собирает кадр и решает, что с ним делать.
На домашнем беспроводном роутере: антенны Wi-Fi, несколько Ethernet switchports и internet port.

Стандарты физического уровня

Их пишут организации по железу и электрике: ISO, EIA/TIA, ITU-T, ANSI, IEEE (а не IETF, как для верхних уровней). Три функциональные области:

Physical components: Железо, среда и разъёмы, которые передают сигналы: NIC, интерфейсы, коннекторы, материалы и конструкция кабелей.
Encoding: Превращает поток битов в формат, который распознает следующее устройство: предсказуемые шаблоны. Примеры: Manchester, 4B/5B, 8B/10B. В Manchester бит кодируется переходом в середине интервала (по Cisco: 0 = переход high→low, 1 = low→high).
Signaling: Как «1» и «0» представлены в среде: электрические сигналы по меди, импульсы света по оптике, микроволновые сигналы по беспроводной среде.

Bandwidth и термины

Bandwidth — ёмкость, с которой среда может переносить данные. Digital bandwidth — сколько данных проходит за единицу времени: бит в секунду. Зависит от свойств среды, технологий и законов физики.

Единица	Сокр.	Равно
Bits per second	bps	базовая единица
Kilobits per second	Kbps	1 000 bps = 10³
Megabits per second	Mbps	1 000 000 bps = 10⁶
Gigabits per second	Gbps	10⁹ bps
Terabits per second	Tbps	10¹² bps

Latency: Время (включая задержки), за которое данные проходят от одной точки до другой.
Throughput: Реально переданные биты через среду за период времени. Обычно меньше bandwidth.
Goodput: Полезные данные за период. Goodput = Throughput − traffic overhead (заголовки, подтверждения, установка соединения, повторы).

Медный кабель

Самый распространённый: дешёвый, легко монтируется, низкое сопротивление току.

Ограничения

Attenuation — чем длиннее путь, тем слабее сигнал.
EMI (electromagnetic interference) и RFI (radio frequency interference) искажают сигнал.
Crosstalk — наводка от соседних проводов.

Защита

Строго соблюдать ограничения длины → против attenuation.
Металлический экран и заземление → против EMI/RFI.
Скручивание пар → против crosstalk.

Тип	Устройство	Где
UTP	4 цветные витые пары в пластиковой оболочке, без экрана; разъём RJ-45. Оболочка защищает от повреждений, скрутка от помех, цветная изоляция разделяет и маркирует провода.	Самая частая среда: хосты ↔ промежуточные устройства
STP	Общий оплёточный или фольгированный экран + фольга на каждой паре; RJ-45. Лучше защита от шума, но дороже и сложнее в монтаже.	Там, где сильные помехи
Coaxial	Оболочка → медная оплётка / фольга (второй проводник и экран) → пластиковая изоляция → медная жила. Разные коннекторы.	Антенны беспроводных устройств, кабельный интернет у клиента

Свойства UTP

Скорость от 10 Mbps до 40 Gbps, самый дешёвый на узел, маленькие кабель и разъём, максимум 100 м (30 м для 40 Gbps).
Cancellation: провода в паре с противоположной полярностью; скрученные, их магнитные поля взаимно гасятся и гасят внешние EMI/RFI. Разное число скруток на парах тоже снижает crosstalk.
Стандарты кабелей: TIA/EIA-568 (типы, длины, разъёмы, терминирование, методы тестирования). Электрические категории даёт IEEE: Cat 3, Cat 5 / 5e, Cat 6.
Плохо обжатый кабель: провода раскручены далеко от разъёма. Правильно: оболочка заходит в RJ-45, раскрутка минимальная.

Straight-through или crossover

Straight-through

Оба конца по одному стандарту (T568A–T568A или T568B–T568B). Соединяет разные устройства:

switch ↔ router
switch ↔ PC
switch ↔ server

Crossover

Один конец T568A, другой T568B (пары передачи и приёма меняются местами). Соединяет однотипные:

switch ↔ switch
router ↔ router
router ↔ PC (оба «хосты»)
PC ↔ PC

ПравилоSwitch с «хостами» (PC, server, router) → straight-through. Одинаковые группы (switch–switch, а также router и PC между собой) → crossover. Сейчас многие устройства умеют auto-MDIX и подстраиваются сами.

Оптоволокно

Реже UTP из-за цены, но передаёт дальше и быстрее любой другой среды.
Меньше затухание и полностью невосприимчив к EMI/RFI.
Тонкие гибкие нити из очень чистого стекла; биты кодируются импульсами света от лазера или LED; кабель работает как wave guide.

	Single-Mode Fiber (SMF)	Multimode Fiber (MMF)
Ядро	Очень маленькое	Больше
Источник	Дорогие лазеры, один луч	Дешёвые LED, свет под разными углами
Расстояние	Long-distance, до ~100 км	До 10 Gbps на 550 м
Dispersion	Меньше	Больше (поэтому максимум 550 м)
Цвет оболочки	Жёлтый	Оранжевый или aqua

Dispersion — растягивание светового импульса во времени; больше дисперсия → больше потеря сигнала.

Применение: enterprise networks (backbone и соединение инфраструктуры), FTTH (always-on широкополосный доступ домам), long-haul (провайдеры между городами и странами), submarine (трансокеанские подводные). Разъёмы: ST (straight-tip), SC (subscriber connector), LC (lucent connector, simplex и duplex). Patch cords: SC-SC, LC-LC, ST-LC, ST-SC.

Свойство	UTP	Fiber
Bandwidth	10 Mb/s – 10 Gb/s	10 Mb/s – 100 Gb/s
Distance	1 – 100 м	1 – 100 000 м
Immunity to EMI/RFI	Low	High (полностью)
Immunity to electrical hazards	Low	High (полностью)
Стоимость среды и разъёмов	Lowest	Highest
Навыки монтажа / меры безопасности	Lowest	Highest

Fiber — в основном backbone для нагруженных point-to-point соединений между узлами распределения и между зданиями кампуса.

Беспроводная среда

Электромагнитные сигналы радио- и микроволновых частот; максимальная мобильность. Ограничения:

Coverage area — зависит от физических особенностей места (стены, здания).
Interference — мешают многие бытовые устройства.
Security — физический доступ к среде не нужен, передачу может принять кто угодно.
Shared medium — WLAN работают в half-duplex: одновременно передаёт одно устройство; больше пользователей → меньше bandwidth каждому.

Стандарты беспроводной связи охватывают data link и physical уровни: кодирование в радиосигнал, частота и мощность, приём и декодирование, конструкция антенн.

Стандарт	IEEE	Что
Wi-Fi	802.11	Wireless LAN (WLAN)
Bluetooth	802.15	Wireless Personal Area Network (WPAN)
WiMAX	802.16	Point-to-multipoint, широкополосный беспроводной доступ
Zigbee	802.15.4	Низкая скорость и энергопотребление, IoT

WLAN требует Wireless Access Point (AP) (собирает сигналы пользователей и подключает к медной инфраструктуре) и wireless NIC adapters на хостах. Важны совместимость оборудования и строгие политики безопасности.

Infrastructure mode: клиенты подключаются к AP. BSA (Basic Service Area) — зона одного AP; несколько BSA, соединённых DS (Distribution System, проводная сеть), образуют ESS (Extended Service Set). Клиент может roaming между AP.
SSID — имя беспроводной сети («guest», «voice»). BSSID — MAC-адрес радио AP. Один AP может вещать несколько SSID (MBSSID).

802.11	Частота	Скорость, Mbps
802.11	2.4 GHz	1, 2
802.11a	5 GHz	до 54
802.11b	2.4 GHz	до 11
802.11g	2.4 GHz	до 54
802.11n	2.4 и 5 GHz	до 600
802.11ac	5 GHz	до 3500

Каналы

2.4 GHz ISM: 2.4–2.4835 GHz (2.497 в Японии); каналы 1–14 (в США до 11, в Европе 13, в Японии 14). Непересекающиеся: 1, 6, 11 (в Японии ещё 14).
5 GHz: четыре полосы UNII (UNII-1 5.15–5.25, UNII-2 5.25–5.35, UNII-2 extended 5.470–5.725, UNII-3 5.725–5.825) и ISM 5.725–5.875 (пересекается с UNII-3). Возможен channel bonding: 40, 80, 160 MHz.
Каждый AP работает на одном канале; каналы соседних AP должны не перекрываться, иначе co-channel и adjacent channel interference.

2.4 GHz

+ больше дальность, лучше распространение

− больше помех (Wi-Fi и не-Wi-Fi), мало каналов

5 GHz

+ менее загруженный спектр, больше непересекающихся каналов

− хуже распространение, старые устройства не поддерживают

Радиосигнал

Frequency: Сколько циклов в секунду (Hz): как часто виден сигнал. 2 цикла за 1 с = 2 Hz.
Wavelength: Длина одного цикла волны (λ). Выше частота → короче волна.
Amplitude: Сила (высота) сигнала.
Free path loss: Электромагнитная волна ослабевает, распространяясь от излучателя.
RSSI: Received Signal Strength Indicator: насколько хорошо устройство принимает сигнал (в dBm, например −60 dBm).
SNR: Signal-to-Noise Ratio: сила сигнала после влияния шума. SNR = RSSI − Noise: −60 dBm − (−100 dBm) = 40 dB. Больше — лучше.

Безопасность Wi-Fi: «open air» — нет физических барьеров, тихие атаки; протокол 802.11 хорошо задокументирован, большинство атак нацелены на management frames; нелицензируемый спектр — дешёвое и доступное оборудование.

Lecture 4

Data Link Layer. Ethernet Switching

Подуровни LLC и MAC, топологии и duplex, CSMA/CD и CSMA/CA, кадр и его поля, кадр Ethernet, MAC-адрес в hex, unicast / broadcast / multicast и как коммутатор учит и пересылает кадры по MAC address table.

Назначение data link уровня

Отвечает за связь между NIC конечных устройств.
Даёт верхним протоколам доступ к физической среде и инкапсулирует пакеты Layer 3 (IPv4, IPv6) в кадры Layer 2.
Выполняет error detection и отбрасывает испорченные кадры.
Ethernet работает на data link и physical уровнях; семейство описано в IEEE 802.2 и 802.3.

Подуровень	Стандарт	Роль
LLC (Logical Link Control)	IEEE 802.2	Связь между сетевым ПО верхних уровней и железом. Помещает в кадр информацию, какой протокол сетевого уровня используется.
MAC (Media Access Control)	IEEE 802.3 (Ethernet), 802.11 (Wi-Fi), 802.15 (Bluetooth)	Инкапсуляция данных и управление доступом к среде, адресация data link уровня. Реализован в железе (NIC).

Инкапсуляция IEEE 802.3 включает: Ethernet frame (внутренняя структура), Ethernet addressing (source и destination MAC от NIC к NIC в одной LAN), Ethernet error detection (trailer FCS).

Media access: legacy Ethernet на шине или хабах — общая half-duplex среда с CSMA/CD. Современные LAN на коммутаторах работают в full-duplex и не нуждаются в CSMA/CD.

Стандарты data link пишут IEEE, ITU, ISO, ANSI.

Топологии

Physical topology — физические соединения. Logical topology — виртуальные связи через интерфейсы и схему IP-адресации.
WAN: point-to-point (самая простая и частая, постоянная связь двух узлов; среда не делится, поэтому протоколы простые), hub and spoke (как звезда: центральный узел соединён с филиалами point-to-point каналами), mesh (высокая доступность, каждый соединён с каждым).
LAN: star / extended star (легко ставить, масштабировать и чинить). Устаревшие: bus (все в цепочке, терминаторы на концах; ранний Ethernet) и ring (каждый с соседями; Token Ring).

Half-duplex

Одновременно передаёт или принимает одно устройство на общей среде. WLAN и legacy шины с хабами.

Full-duplex

Оба устройства передают и принимают одновременно. Так работают Ethernet-коммутаторы.

Методы доступа

Multiaccess network — два и более устройства пытаются обратиться к сети одновременно.

Метод	Как	Где
CSMA/CD	Contention-based, half-duplex. Устройства передают одновременно → коллизия → обнаруживают её → ждут случайное время и повторяют.	Legacy Ethernet (шина, хабы)
CSMA/CA	Contention-based, half-duplex. Передающий указывает время передачи; остальные знают, сколько среда будет занята, и избегают коллизий.	IEEE 802.11 WLAN
Controlled access	Deterministic: у каждого узла своё время в среде.	Legacy: Token Ring, ARCNET

Кадр data link

Data link инкапсулирует данные header + data + trailer. Поля зависят от протокола; объём управляющей информации зависит от метода доступа и логической топологии.

Поле	Назначение
Frame start / stop	Начало и конец кадра
Addressing	Source и destination узлы
Type	Какой Layer 3 протокол внутри
Control	Flow control services
Data	Payload
Error detection	Ошибки передачи (trailer)

Layer 2 address = physical address: в заголовке кадра, только для локальной доставки по линку, меняется каждым устройством, которое пересылает кадр (роутер переписывает MAC).
Протоколы L2 зависят от топологии и среды: Ethernet, 802.11 Wireless, PPP, HDLC, Frame Relay. Ethernet и 802.11 — LAN; PPP, HDLC, Frame Relay — WAN.

Кадр Ethernet

Preamble + SFD8 B

Destination MAC6 B

Source MAC6 B

Type / Length2 B

Data46–1500 B

FCS4 B

Минимум 64 байта, максимум 1518 байт; preamble не считается. 6 + 6 + 2 + 46 + 4 = 64; 6 + 6 + 2 + 1500 + 4 = 1518.
Меньше 64 байт → collision fragment / runt frame, автоматически отбрасывается.
Больше 1500 байт данных → jumbo или baby giant frame. Кадр вне min/max получатель отбрасывает (обычно это коллизии или помехи), но jumbo frames поддерживают большинство Fast и Gigabit Ethernet коммутаторов и NIC.
FCS (Frame Check Sequence) — CRC для обнаружения ошибок; не совпало → кадр отброшен.

MAC-адрес и hex

MAC-адрес Ethernet = 48 бит = 12 hex-цифр = 6 байт. Один байт = 8 бит = 2 hex-цифры (00–FF). Одна hex-цифра = 4 бита.
В hex всегда показывают ведущие нули: 0000 1010 = 0A. Обозначения hex: 0x73, 73₁₆, 73H.
Первые 24 бита (6 hex) = OUI (Organizationally Unique Identifier), производитель получает его у IEEE. Остальные 24 бита назначает производитель, уникальны для каждого устройства.
Форматы записи: 00-60-2F-3A-07-BC, 00:60:2F:3A:07:BC, 0060.2F3A.07BC (Cisco).

Hex	Dec	Bin	Hex	Dec	Bin
0	0	0000	8	8	1000
1	1	0001	9	9	1001
2	2	0010	A	10	1010
3	3	0011	B	11	1011
4	4	0100	C	12	1100
5	5	0101	D	13	1101
6	6	0110	E	14	1110
7	7	0111	F	15	1111

Пример: 0xC9 = C·16 + 9 = 12·16 + 9 = 201 = 1100 1001. Обратно: 201 / 16 = 12 остаток 9 → C9.

Обработка кадра NIC

NIC сравнивает destination MAC с собственным MAC в RAM. Не совпало → кадр отбрасывается. Совпало → передаётся вверх на деинкапсуляцию. NIC также принимает broadcast и multicast групп, в которых состоит хост. MAC есть у всех, кто бывает источником или получателем кадра: рабочие станции, серверы, принтеры, мобильные устройства, роутеры.

Тип	Destination MAC	Как пересылается
Unicast	Уникальный адрес одного устройства	По MAC-таблице в один порт (или flood, если адрес неизвестен). MAC по IPv4 находит ARP, по IPv6 — Neighbor Discovery (ND).
Broadcast	`FF-FF-FF-FF-FF-FF` (48 единиц)	Flood во все порты, кроме входящего. Роутер не пересылает. Внутри обычно IPv4 broadcast (все единицы в host-части) — его получают все в broadcast domain.
Multicast	`01-00-5E-…` для IPv4, `33-33-…` для IPv6	Flood во все порты, кроме входящего, если нет multicast snooping. Роутер не пересылает, если не настроена маршрутизация multicast. Бывают и не-IP (например STP).

ВажноSource MAC всегда unicast. Broadcast и multicast бывают только адресом назначения. Многоадресному IP нужен соответствующий multicast MAC.

MAC address table

Коммутатор L2 решает только по MAC-адресам и не знает, что внутри кадра (IPv4, ARP, IPv6 ND).
В отличие от хаба, который повторяет биты во все порты кроме входящего, коммутатор смотрит в MAC address table (она же CAM table, content addressable memory).
При включении таблица пустая.

LearnСмотрит source MAC и порт входа. Нет в таблице → добавляет. Есть → обновляет таймер (по умолчанию запись живёт 5 минут).
ForwardСмотрит destination MAC. Unicast есть в таблице → в этот порт (filtering). Нет → unknown unicast: flood во все порты, кроме входящего.
Broadcast / multicastВсегда flood во все порты, кроме входящего.

Пример из «Switch It!»: в таблице Fa1 = 0A, Fa3 = 0B, Fa9 = 0E. Кадр от 0C (на Fa5) к 0A → коммутатор выучит 0C на Fa5 и отправит кадр только в Fa1. Кадр к 0D, которого нет в таблице, → unknown unicast, flood во все порты, кроме Fa5. Если destination MAC выучен на том же порту, откуда пришёл кадр (например за хабом), коммутатор кадр отбрасывает.

Lecture 5

Network Layer. Address Resolution. Basic Router Configuration

Свойства IP, заголовки IPv4 и IPv6, как хост решает local / remote и использует default gateway, таблица маршрутизации роутера, MAC и IP вместе, ARP, начальная настройка роутера, интерфейсов и default gateway.

Сетевой уровень

Даёт конечным устройствам обмениваться данными. Основные протоколы: IPv4 и IPv6. Четыре операции: addressing end devices, encapsulation, routing, de-encapsulation.

IP инкапсулирует сегмент транспортного уровня; IPv4 или IPv6 не влияет на сегмент L4.
Пакет просматривают все L3-устройства на пути. IP-адресация не меняется от источника до получателя (кроме NAT).

Connectionless: Не устанавливает соединение перед отправкой, нет управляющей информации (синхронизации, подтверждения). Если нужно соединение, это делает другой протокол, обычно TCP.
Best effort: Не гарантирует доставку: нет механизма повторной отправки (меньше overhead), не ждёт подтверждений, не знает, работает ли получатель.
Media independent: Не важно, какой кадр на L2 и какая среда на L1: медь, оптика, беспроводная.

IP ненадёжен (unreliable): не исправляет потерянные или испорченные пакеты, не переотправляет, не упорядочивает. Это делают другие протоколы.

MTU (Maximum Transmission Unit) сетевой уровень узнаёт из управляющей информации data link уровня.
Fragmentation: L3 режет пакет IPv4 на меньшие части, например роутер переходит из Ethernet в медленный WAN с меньшим MTU. Фрагментация добавляет latency. IPv6 роутеры не фрагментируют.

Заголовок IPv4

Двоичный, читается слева направо по 4 байта в строке; главные поля — source и destination. Используется всеми L3-устройствами.

Поле	Смысл
Version	4 бита, `0100` для IPv4
Differentiated Services (DS)	QoS: DiffServ (раньше ToS, Type of Service)
Header Checksum	Обнаруживает порчу заголовка IPv4
Time to Live (TTL)	Счётчик хопов L3: каждый роутер уменьшает на 1; дошёл до 0 → роутер отбрасывает пакет (и шлёт ICMP Time Exceeded)
Protocol	Протокол следующего уровня: ICMP (1), TCP (6), UDP (17)
Source / Destination IPv4 Address	По 32 бита

Ещё есть: Internet Header Length, Total Length, Identification, Flags, Fragment Offset (для фрагментации), Options.

IPv6

Ограничения IPv4: address depletion (адреса кончились), нет end-to-end connectivity (частные адреса и NAT), рост сложности (NAT задумывался временным, добавляет latency и мешает troubleshooting).

IPv6 разработан IETF: 128-битные адреса, упрощённый заголовок (меньше полей), не нужен NAT.

Заголовок упрощён, но не меньше: фиксирован 40 байт.
Убраны поля IPv4: Flags, Fragment Offset, Header Checksum (и IHL, Identification, Options).

Поле IPv6	Смысл
Version	4 бита, `0110`
Traffic Class	QoS, как DS в IPv4
Flow Label	20 бит: пакеты с одинаковой меткой обрабатывать одинаково
Payload Length	16 бит: длина данных (payload)
Next Header	Протокол следующего уровня, как Protocol в IPv4
Hop Limit	Заменяет TTL
Source / Destination	По 128 бит

Extension headers (EH) — необязательные, между заголовком IPv6 и payload: фрагментация (её делает источник), безопасность, мобильность.

Как маршрутизирует хост

Пакет всегда создаётся у источника; каждый хост строит свою таблицу маршрутизации.
Хост отправляет: себе (loopback 127.0.0.1, ::1), локальным хостам (та же LAN), удалённым хостам (другая сеть).
Local или remote: IPv4 — по своему IP, маске подсети и IP получателя; IPv6 — по префиксу, который анонсирует локальный роутер.
Локальный трафик выходит с интерфейса хоста к промежуточному устройству (коммутатору). Удалённый трафик идёт на default gateway.

Default gatewayРоутер или L3-коммутатор. IP в том же диапазоне, что LAN; принимает данные из LAN и может отправить их за её пределы; умеет маршрутизировать. Нет шлюза или он неверный → трафик не выйдет из LAN, а внутри LAN всё работает. Хост узнаёт шлюз статически или по DHCP (IPv4), в IPv6 через Router Solicitation (RS) или вручную. Шлюз — это маршрут «последней надежды» в таблице хоста.

Таблица маршрутизации на Windows: route print или netstat -r. Три секции: Interface List (интерфейсы и MAC), IPv4 Route Table, IPv6 Route Table.

Таблица маршрутизации роутера

Directly connected: Добавляются автоматически, если интерфейс активен и имеет адрес.
Remote: Сети без прямого подключения: вручную (static route) или динамически (routing protocol, роутеры обмениваются информацией).
Default route: Куда отправлять весь трафик, если в таблице нет совпадения.

Static routing

Настраивается вручную
При изменении топологии правится вручную
Для маленьких сетей без резервирования
Часто вместе с dynamic для default route

Dynamic routing

Сам находит удалённые сети
Поддерживает актуальность
Выбирает лучший путь
Находит новый путь при изменении топологии
Может раздавать static default route

Код в `show ip route`	Источник
L	Local: IP-адрес самого интерфейса (/32)
C	Directly connected network
S	Static route (вручную); `S*` — default route
O	OSPF
D	EIGRP

MAC и IP вместе

MAC (L2, physical) — от NIC к NIC в одной сети. IP (L3, logical) — от источника до конечного получателя.
Получатель в той же сети → destination MAC = MAC самого получателя.
Получатель в удалённой сети → destination MAC = MAC default gateway, а destination IP остаётся IP конечного хоста.
Связь IPv4 ↔ MAC находит ARP, IPv6 ↔ MAC — ICMPv6 (Neighbor Discovery).

ARP

Две функции: resolve IPv4 → MAC и вести ARP table (кэш соответствий IPv4–MAC).

Чтобы отправить кадр, устройство ищет в ARP table IPv4 и MAC.
Получатель в той же сети → ищет IPv4 получателя. В другой сети → ищет IPv4 default gateway.
Нашёл → берёт MAC как destination MAC кадра.
Не нашёл → отправляет ARP request (broadcast FF-FF-FF-FF-FF-FF: «у кого этот IP?»). Владелец отвечает ARP reply (unicast) со своим MAC, запись попадает в таблицу.

Начальная настройка роутера

Имя устройства
Защитить privileged EXEC
Защитить user EXEC
Защитить удалённый Telnet / SSH
Зашифровать пароли
Legal notification (banner) и сохранить

Router(config)# hostname R1
R1(config)# enable secret class
R1(config)# line console 0
R1(config-line)# password cisco
R1(config-line)# login
R1(config-line)# line vty 0 4               ! у роутера обычно 5 VTY: 0–4
R1(config-line)# password cisco
R1(config-line)# login
R1(config-line)# transport input ssh telnet
R1(config-line)# exit
R1(config)# service password-encryption
R1(config)# banner motd # WARNING: Unauthorized access is prohibited! #
R1(config)# exit
R1# copy running-config startup-config      ! сохранить в NVRAM

Интерфейсы

R1(config)# interface gigabitEthernet 0/0/0
R1(config-if)# description Link to LAN
R1(config-if)# ip address 192.168.10.1 255.255.255.0
R1(config-if)# ipv6 address 2001:db8:acad:10::1/64
R1(config-if)# no shutdown              ! включить интерфейс (на роутере по умолчанию выключен)
R1(config-if)# exit
%LINK-3-UPDOWN: Interface GigabitEthernet0/0/0, changed state to up
%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface GigabitEthernet0/0/0, changed state to up

Хорошая практика — description с информацией о подключённой сети. Второй интерфейс в примере: G0/0/1 «Link to R2», 209.165.200.225 255.255.255.252, 2001:db8:feed:224::1/64.

Команда проверки	Что показывает
`show ip interface brief` `show ipv6 interface brief`	Все интерфейсы, IP-адреса и статус (Status / Protocol: up / up, administratively down)
`show ip route` `show ipv6 route`	Таблица маршрутизации в RAM
`show interfaces`	Статистика всех интерфейсов (MAC, MTU, BW, duplex, runts, giants); из адресов только IPv4
`show ip interface`	IPv4-статистика интерфейсов роутера
`show ipv6 interface`	IPv6-статистика (link-local, global unicast, joined groups FF02::1)

R1# show ip route
Gateway of last resort is not set
C   192.168.10.0/24 is directly connected, GigabitEthernet0/0/0
L   192.168.10.1/32 is directly connected, GigabitEthernet0/0/0
C   209.165.200.224/30 is directly connected, GigabitEthernet0/0/1
L   209.165.200.225/32 is directly connected, GigabitEthernet0/0/1

Каждый активный интерфейс с адресом даёт две записи: C (сеть) и L (адрес самого интерфейса /32, в IPv6 /128). IPv6 интерфейс автоматически получает link-local FE80::….

Default gateway

На хосте: шлюз используется, когда пакет идёт в другую сеть; это обычно адрес интерфейса роутера в локальной сети хоста. PC1 адресует пакет на IPv4 PC3, но отправляет кадр на G0/0/0 роутера R1. IP хоста и интерфейса роутера должны быть в одной сети.
На коммутаторе: нужен, чтобы управлять коммутатором удалённо из другой сети. Команда в global config: ip default-gateway 192.168.10.1. Коммутатор L2 трафик хостов не маршрутизирует, шлюз нужен только для его собственного management-трафика.

Ключевое и команды

Самое важное без лишнего. Подробности во вкладке «Конспекты», расчёты тренируются во вкладке «Задачи».

Что чаще всего путают

Пара	Разница
Host / intermediary	сообщение начинается и заканчивается на host (PC, server, printer) / промежуточное соединяет и пересылает (switch, router, AP, firewall)
Intranet / extranet	только свои сотрудники / безопасный доступ для другой организации
Physical / logical topology	где стоят устройства и кабели / порты и схема IP-адресации
Packet / circuit switching	пакеты идут разными путями → fault tolerance / выделенный канал, его обрыв рвёт связь
Console / SSH / Telnet	физический порт, начальная настройка / удалённо и зашифровано (рекомендуется) / удалённо, всё plaintext
`>` / `#`	user EXEC (только мониторинг) / privileged EXEC (всё)
`exit` / `end`	на один уровень вверх / из любого config-режима сразу в privileged EXEC (= Ctrl+Z)
`enable password` / `enable secret`	хранится открыто / хешируется; использовать secret
running-config / startup-config	RAM, действует сразу, теряется при выключении / NVRAM, грузится при старте
Keyword / argument	определён в IOS (`ip protocols`) / значение пользователя (`192.168.10.5`)
Encoding / signaling	биты → предсказуемый шаблон (Manchester, 4B/5B) / как 0 и 1 выглядят в среде (ток, свет, радио)
Bandwidth / throughput / goodput	ёмкость среды / реально прошедшие биты / только полезные данные = throughput − overhead
Attenuation / crosstalk / EMI	ослабление с расстоянием (лечится длиной) / наводка соседних пар (скрутка) / внешние помехи (экран)
UTP / STP	без экрана, дешевле / экран, лучше от шума, дороже и сложнее
Straight-through / crossover	разные устройства: switch–PC, switch–router / одинаковые: switch–switch, router–router, PC–PC, router–PC
SMF / MMF	маленькое ядро, лазер, далеко, жёлтый / большое ядро, LED, до 550 м, оранжевый или aqua
2.4 / 5 GHz	дальше, но тесно (3 канала 1-6-11) / больше каналов, хуже проходит, старые устройства не умеют
LLC / MAC sublayer	802.2, какой L3 протокол внутри, связь с ПО / 802.3/802.11, инкапсуляция, доступ к среде, адресация
CSMA/CD / CSMA/CA	обнаружение коллизий, legacy Ethernet / избегание (объявляет длительность), Wi-Fi 802.11
Half / full duplex	по очереди (WLAN, хабы) / одновременно (коммутаторы, CSMA/CD не нужен)
Hub / switch	повторяет биты во все порты / решает по MAC-таблице
Runt / jumbo	меньше 64 байт, отбрасывается / больше 1500 байт данных, поддерживается многими GigE
Learn / forward	коммутатор учит по source MAC / пересылает по destination MAC
Unknown unicast / broadcast	получатель не в таблице → flood / FF-FF-FF-FF-FF-FF → всегда flood; оба не через роутер
MAC / IP	L2, физический, 48 бит, меняется на каждом хопе / L3, логический, 32 или 128 бит, не меняется от источника до получателя
ARP / ND	IPv4 → MAC / IPv6 → MAC (ICMPv6)
TTL / Hop Limit	IPv4 / IPv6, одно и то же: −1 на каждом роутере, 0 → drop
Protocol / Next Header	IPv4 / IPv6: какой протокол внутри (TCP, UDP, ICMP)
DS / Traffic Class	IPv4 / IPv6: QoS
C / L в `show ip route`	connected network (/24) / адрес самого интерфейса (/32)
Static / dynamic route	вручную, для маленьких сетей / протокол сам находит сети и новые пути

Цифры, которые спрашивают

Ethernet frame64 – 1518 байтpreamble (8) не считается; data 46–1500; FCS 4

Поля кадра8 | 6 | 6 | 2 | 46–1500 | 4preamble+SFD | dst MAC | src MAC | type | data | FCS

MAC48 бит = 12 hex = 6 байтOUI = первые 24 бита (6 hex), от IEEE

IPIPv4 32 бита · IPv6 128 битзаголовок IPv6 фиксирован: 40 байт

VersionIPv4 = 0100 · IPv6 = 01104-битное поле

Flow Label · Payload Length20 бит · 16 битполя IPv6

Multicast MAC01-00-5E (IPv4) · 33-33 (IPv6)broadcast: FF-FF-FF-FF-FF-FF

Loopback127.0.0.1 · ::1хост отправляет сам себе

UTP100 м (30 м на 40 Gbps)10 Mbps – 40 Gbps, 4 пары, RJ-45

MMF10 Gbps на 550 мfiber вообще: до 100 000 м, 100 Gb/s

Wi-Fi 2.4 GHzканалы 1, 6, 11США 11 каналов, Европа 13, Япония 14

SNRSNR = RSSI − Noise−60 − (−100) = 40 dB

Goodputthroughput − overheadbandwidth ≥ throughput ≥ goodput

ЕдиницыK = 10³ · M = 10⁶ · G = 10⁹ · T = 10¹²в битах в секунду; 1 байт = 8 бит

VTY linesswitch: vty 0 15 · router: vty 0 416 и 5 линий для Telnet/SSH

Hostname< 64 символовс буквы, без пробелов, конец буква/цифра

MAC table aging5 минуттаймер обновляется при каждом кадре от этого MAC

802.11n / acдо 600 / до 3500 Mbpsn: 2.4 и 5 GHz; ac: 5 GHz

Модели, PDU и устройства

OSI	TCP/IP	PDU	Адрес / устройство	Протоколы
7 Application	Application	Data	—	HTTP, DNS, DHCP, SMTP, FTP
6 Presentation
5 Session
4 Transport	Transport	Segment	порты	TCP, UDP
3 Network	Internet	Packet	IP · router	IPv4, IPv6, ICMP
2 Data Link	Network Access	Frame	MAC · switch, NIC	Ethernet, 802.11, PPP, HDLC, ARP
1 Physical	Network Access	Bits	— · hub, кабель, AP-радио	UTP, fiber, Wi-Fi сигнал

Инкапсуляция: data → segment → packet → frame → bits (сверху вниз у отправителя). Деинкапсуляция у получателя в обратном порядке.

IOS: режимы и команды

Задача	Команда	Режим
Войти в privileged EXEC	`enable`	`>`
Войти в global config	`configure terminal`	`#`
Имя устройства	`hostname R1`	(config)
Пароль privileged EXEC	`enable secret class`	(config)
Пароль консоли	`line console 0` → `password cisco` → `login`	(config-line)
Пароль Telnet/SSH	`line vty 0 15` → `password` → `login` → `transport input ssh`	(config-line)
Зашифровать пароли	`service password-encryption`	(config)
Баннер	`banner motd # текст #`	(config)
Настроить интерфейс	`interface g0/0/0` → `description` → `ip address A M` → `ipv6 address A/64` → `no shutdown`	(config-if)
Адрес коммутатора для управления	`interface vlan 1` → `ip address` → `no shutdown`	(config-if)
Шлюз коммутатора	`ip default-gateway 192.168.1.1`	(config)
Сохранить	`copy running-config startup-config`	`#`
Стереть сохранённую	`erase startup-config` → `reload`	`#`
Отменить команду	`no` + команда (`no hostname`, `no shutdown`)	тот же
Проверить	`show running-config`, `show ip interface brief`, `show ip route`, `show interfaces`	`#`
Таблица маршрутов на Windows	`route print` или `netstat -r`	cmd

Без login пароль на линии не спрашивается.
Интерфейсы роутера по умолчанию administratively down → нужен no shutdown.
? — context-sensitive help; Tab дополняет; сокращать можно до уникального префикса (conf t, sh ip int br).
Ctrl+Shift+6 прерывает ping, traceroute и DNS lookup (например после опечатки в команде).

L1 · Networking Today компоненты, сети, надёжность

Сервер предоставляет, клиент запрашивает; в P2P устройство и то и другое: просто и дёшево, но нет централизации, безопасности и масштабируемости.
Media: медь — электрические импульсы, оптика — свет, беспроводная — модуляция частот электромагнитных волн.
LAN: маленькая область, одна организация, быстро. WAN: большая область, провайдеры, медленнее.
Интернетом никто не владеет; за структурой следят IETF, ICANN, IAB.
Дом: cable (ТВ-кабель), DSL (телефонная линия), cellular, satellite (сельская местность), dial-up. Бизнес: leased line, Metro Ethernet, business DSL / SDSL, satellite.
Converged network: данные, голос и видео по одной сети и одним правилам.
4 свойства архитектуры: fault tolerance (несколько путей, packet switching), scalability, QoS, security (CIA: confidentiality, integrity, availability).
Облака: public, private, hybrid, custom. Тренды: BYOD, collaboration, video, cloud, smart home, powerline, wireless broadband (WISP).

L2 · Protocols and Models правила, наборы, модели

3 элемента коммуникации: source, destination, channel.
Требования к протоколам: encoding, formatting / encapsulation, size, timing (flow control, response timeout, access method), delivery options.
Unicast — одному, multicast — группе, broadcast — всем (нет в IPv6, там anycast).
Функции протоколов: addressing, reliability, flow control, sequencing, error detection, application interface.
HTTP — веб, TCP — разговоры и гарантия доставки, IP — глобальная доставка, Ethernet — от NIC к NIC в одной LAN.
TCP/IP — open standard, IETF. OSI — ISO и ITU. AppleTalk, Novell NetWare — проприетарные.
IEEE — Ethernet и Wi-Fi; EIA — проводка и стойки; TIA — радио, VoIP; ITU-T — видео, IPTV, DSL; ICANN / IANA — адреса и домены.
Сегментация повышает скорость и эффективность (переотправляются только потерянные сегменты); sequencing делает TCP.

L3 · Physical Layer среда и сигналы

Physical layer принимает кадр от data link и отправляет его сигналами; последний шаг инкапсуляции.
Стандарты: physical components, encoding, signaling. Их пишут ISO, EIA/TIA, ITU-T, ANSI, IEEE.
Медь: дёшево, но attenuation, EMI/RFI, crosstalk. UTP гасит помехи cancellation (скрутка пар с противоположной полярностью).
Coax: антенны и кабельный интернет. TIA/EIA-568 — стандарт кабельной разводки; Cat 3, 5/5e, 6 — категории.
Fiber полностью невосприимчив к EMI/RFI и электрическим опасностям; дорогой; backbone, FTTH, long-haul, submarine. Разъёмы ST, SC, LC.
Wireless: coverage, interference, security, shared medium (half-duplex). WLAN = AP + wireless NIC. BSA, DS, ESS, SSID, BSSID.
Wi-Fi 802.11, Bluetooth 802.15, WiMAX 802.16, Zigbee 802.15.4 (IoT).
Frequency — как часто (Hz), wavelength — длина цикла, amplitude — сила; free path loss — сигнал слабеет с расстоянием.

L4 · Data Link & Ethernet Switching кадры и MAC

Data link: связь NIC–NIC, инкапсулирует пакеты L3 в кадры L2, обнаруживает ошибки (FCS) и отбрасывает испорченные кадры.
Кадр = header + data + trailer. Поля: start/stop, addressing, type, control, data, error detection.
L2-адрес используется только для локальной доставки и переписывается на каждом хопе.
WAN-топологии: point-to-point, hub and spoke, mesh. LAN: star / extended star; legacy bus и ring.
Contention-based: CSMA/CD и CSMA/CA. Controlled: Token Ring, ARCNET.
NIC принимает кадр, если dst MAC = свой, broadcast или multicast своей группы; иначе отбрасывает.
Коммутатор: learn по source, forward по destination; неизвестный unicast, broadcast и multicast → flood во все порты кроме входящего.

L5 · Network Layer, ARP, Router Config IP и маршрутизация

4 операции сетевого уровня: addressing, encapsulation, routing, de-encapsulation.
IP: connectionless, best effort (не гарантирует доставку), media independent; ненадёжность компенсирует TCP.
Фрагментация IPv4 на роутере при меньшем MTU даёт latency; IPv6 роутеры не фрагментируют.
IPv4: Version, DS, Header Checksum, TTL, Protocol, src/dst 32 бита. IPv6 убрал Flags, Fragment Offset, Header Checksum; добавил Flow Label.
IPv4 проблемы: исчерпание адресов, нет end-to-end (NAT), сложность. IPv6: 128 бит, проще заголовок, без NAT.
Хост решает local / remote по своему IP и маске; remote → на default gateway (MAC шлюза в кадре, IP получателя в пакете).
Маршруты роутера: directly connected (автоматически), remote (static или dynamic), default.
ARP: ищет в ARP table IP получателя (local) или IP шлюза (remote); нет записи → ARP request broadcast, ответ unicast.
Коммутатору нужен ip default-gateway, только чтобы им управляли из другой сети.