网络工程数据通信基础

Posted 2022-11-21 光仔December

该系列为华为HCIA认证的基础课程学习总结，参考视频为众元教育。

一、数据通信基础

（一）什么是通信，什么是网络通信

通信，是指人与人、人与物、物与物之间通过某种没接和行为进行的信息传递与交流。

网络通信，是指终端设备之间通过计算机网络进行的通信。

日常使用的各种APP、网游、微信聊天、网页浏览都属于网络通信的过程。

网络通信需要网卡、交换机、路由器、无线设备等硬件，也需要TCP/IP协议等软件共同完成。

（二）网络通信的过程

真实物品的传递与虚拟信息传递的相似处：

真实物品的传输，类似于以下过程：

1、我们在淘宝上下单购买了一个手机。
2、然后由卖家进行手机的打包，为了保护手机，给它加了塑料泡沫以及用纸壳包裹，最重要的一点就是给包裹贴上一个快递单，贴上发件人和收件人的地址。
3、贴上快递单的包裹被送往快递的集散中心。
4、快递公司根据包裹上快递单的收货地址，通过使用汽车、飞机等运输工具，将快递发往下一个目的地。
5、包裹从发件人的快递集散中心，发往了收件人的快递集散中心。
6、收件人的快递集散中心的派发员，将包裹送到收件人的手上。
7、最终收件人拆开包裹后，拿到了想要的手机。

而网络数据的传输，和上面的快递物流运输的过程很相似，下面就是我们通过个人电脑浏览器访问百度网站过程：

1、首先由百度将网页数据内容，通过服务器封装为一个报文，该报文有一个报头，这个报头相当于包裹上的快递单，上面有发件人和收件人的IP地址。
2、被封装成报文的数据送往了网关路由器。
3、路由器根据报文的报头以及转发规则，将数据通过互联网干道，将数据由发件人网关，传送到收件人网关路由器。
4、收件人网关路由器拿到报文后，也根据报文的报头以及转发规则，将数据包发送到我们的个人电脑。
5、在发送个人电脑后，电脑会把报文解析拆分（相当于拆快递），将报头去掉，获取其中需要的数据，最终将信息显示在我们的浏览器上。

以上就是将现实中的快递运输过程，与一个网络数据访问的过程进行了一个类比，有助于大家更好的理解信息传递的过程。

网络通信的例子：

（三）常见术语

数据通信中存在一些常见的术语，如下：

如果初学者同学不好理解，我们可以类比为之前说的快递运输过程中的要素，如下：

（四）常见网络设备

网络是由硬件和软件构成的，硬件是网络的传输设备，软件是跑在这些设备里的通信协议。
如图，下面是一个数据通信网络架构图：

该架构图中包含了如下硬件设备：
由路由器、交换机、防火墙、无线控制器、无线接入点，以及个人电脑、网络打印机、服务器等设备构成的通信网络。
这些网络设备的功能就是实现数据的互通。

以下简单介绍一下常见的网络设备（后面会有单独的章节进行详细的讲解学习）：

1、网络设备-交换机

交换机，是距离终端用户最近的设备，用于终端用户接入网络、对数据帧进行交换等。
功能：终端设备（PC、服务器等）的网络接入

注：不使用网线实际也可以连接交换机，这里需要的交换机+AP设备（常见的就是可以散发WiFi的FAT AP）。

2、网络设备-路由器

路由器是网络层设备，可以在因特网中进行数据报文转发。路由器根据所收到的报文的目的地址选择一条合适的路径，将报文传送到下一个路由器或目的地，路径中最后的路由器负责将报文送到目的主机。

路由器的功能：
●实现同类型网络或异种网络（不同网段、内网和外网通信）之间的通信
●隔离广播域
●维护路由表（Routing Table）、运行路由协议
●路径（路由信息）选择、IP报文转发
●广域网接入、网络地址转换
●连接通过缴环节组件的二层网络

3、网络设备-防火墙

防火墙是一个网络安全设备，用于控制两个网络之间的安全通信。它通过监测、限制、更改跨越防火墙的数据流，尽可能地对外部屏蔽网络内部的信息、结构和运行状况，以此来实现对网络的安全保护。

注：DMZ区域的意思是隔离区，也称非军事化区。DMZ是英文Demilitarized Zone的缩写，它是为了解决安装防火墙后外部网络的访问用户不能访问内部网络服务器的问题，而设立的一个非安全系统与安全系统之间的缓冲区。
防火墙的功能：
●隔离不同安全级别的网络
●实现不同安全界别的网络之间的访问控制（安全策略）
●用户身份认证
●实现远程接入功能
●实现数据加密及虚拟专用网业务
●执行网络地址转换
●其他安全功能

4、无线设备

无线局域网WALN广义上是指无线电波、激光、红外等无线信号来代替有线局域网中部分或全部介质所构成的网络。二常见的Wi-Fi是指IEEE 802.11标准上的无线局域网技术。

其功能就是将有线网络转换为无线信号，供链接无线信号的设备使用：

在WLAN，常见的设备有胖AP、瘦AP和无线控制器AC。

（五）局域网/城域网/广域网

按照地理覆盖范围来划分，网络可分为局域网（Local Area Network）、城域网（Metropolitan Area Network）和广域网（Wide Area Network）。

1、局域网（LAN）

在某一地理区域内由计算机、服务器以及各种设备祖成的网络、局域网的覆盖范围一般是方圆几千米以内。
典型的局域网由：一家公司的办公网络、一个网吧的网络、一个家庭网络等。

2、城域网（MAN）

在一个城市范围内所建立的计算机通信网络。
典型的城域网由：宽带城域网、教育城域网、市级或省级电子政务专网等。

3、广域网（WAN）

通常覆盖很大的地理范围，从几十公里到几千公里。它能连接多个城市甚至国家，并能提供远距离通信，形成国际性的大型网络。
典型的广域网由：Internet（因特网）、各大型企事业单位的专网（北京到拉萨专线）。

（六）网络拓扑

什么是网络拓扑？网络拓扑（Network Topology）是指用传输介质（例如双绞线、光纤等）互联各种设备（例如计算机终端、路由器、交换机等）所呈现的结构化布局，如下就是一个网络拓扑结构：
按照网络的拓扑形态来划分，网络可分为星形网络、总线型网络、环形网络、树形网络、全网状网络和部分网状网络：

1、星形网络

所有节点通过一个中心节点连接在一起。
优点：容易在网络中增加新的节点。通信数据必须经过中心节点中专，易于实现网络监控。
缺点：中心节点的故障会影响到整个网络通信。

实例：
例如我们在办公室的台式机、笔记本、打印机都通过不同的网线接入在了一个交换机上，此时就构成了一个星型网络。如果交换机发生故障，我们的台式机、笔记本、打印机就无法互相通信了。

2、总线型网络

所有节点通过一条总线（如同轴电缆）连接在一起。
有点：安装简便，节省线缆。某一节点故障不会影响整个网络的通信。
缺点：总线故障会影响到整个网络的通信。某一节点发出的信息可以被其他节点收到，安全性低。

实例：
很多台电脑链接在一根网线上。总线型网络目前已经淘汰掉了，是因为一个节点发送的数据所有节点都能收到，十分不安全；而且一个人发数据的时候其他人不能发，所以性能也比较差。

3、环形拓扑

所有节点连接形成一个封闭的环形。
优点：节省电缆。
缺点：增加新的节点比较麻烦，必须先中断原来的环，才能插入新节点以形成环。

4、树形拓扑

树形结构实际上是一种层次化的星型结构。
优点：能够快速将多个星型网络连接在一起，易于扩充网络规模。
缺点：层级越高的节点故障导致的网络问题越严重。

实例：在插了终端设备的交换机上接上另一个插了终端的交换机，就形成了一个树形结构。

5、全网状网络

所有节点都通过线缆两两互联。
优点：具有高可靠性和高通信效率。
缺点：每个节点都需要大量的物理端口，同时还需要大量的互联线缆。成本高，不易扩展。

6、部分网状网络

只是重点节点之间才两两互联。
优点：成本低于全网状网络。
缺点：可靠性比全网状网络有所降低。

下一篇我们着重来学习网络设备————交换机的知识。

参考：众元教育华为HCIA基础课程

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