HCIA-數據通信基礎

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本篇筆記是根據B站上的視頻教程整理而成，感謝UP主的精彩講解！如果需要了解更多細節，可以參考以下視頻：

https://www.bilibili.com/video/BV1rdT6zQEMg/?spm_id_from=333.788.videopod.episodes&vd_source=e539f90574cdb0bc2bc30a8b5cb3fc00&p=6https://www.bilibili.com/video/BV1rdT6zQEMg/?spm_id_from=333.788.videopod.episodes&vd_source=e539f90574cdb0bc2bc30a8b5cb3fc00&p=6

一、通信與網絡

1、華為設備圖標簡介

2、網絡通信基本概念

網絡通信：指終端設備（如電腦、手機、打印機等）之間通過計算機網絡進行的通信

3、常見術語

術語說明
數據載荷最終想要傳遞的信息
報文網絡中交換與傳輸的數據單元
頭部在數據載荷的前面添加的信息段
尾部在數據載荷的后面添加的信息段
封裝對數據載荷添加頭部和尾部，新成新的報文的過程
解封裝去掉報文的頭部和尾部，獲取數據載荷的過程
網關提供協議轉換、路由選擇、數據交換等功能的網絡設備
路由器為報文選擇傳遞路徑的網絡設備
終端設備數據通信系統的端設備，作為數據的發送者或接收者

4、數據通信網絡基本概念

數據通信網絡：是由路由器、交換機、防火墻、無線控制器、無線接入點等網絡設備，以及個人電腦、網絡打印機、服務器等終端設備共同構成的通信網絡。其核心功能是實現設備之間的數據互通

5、網絡設備

5.1、路由器

路由器是一種網絡層設備，負責根據報文的目的地址選擇最佳路徑，將數據報文轉發到下一個路由器或直接送達目的地。它廣泛應用于局域網、城域網和廣域網中，實現不同網絡之間的通信。

  • 實現同類型網絡或異地網絡之間的通信
  • 隔離廣播域
  • 維護路由表（Routing Table）、運行路由協議
  • 路徑（路由信息）選擇、IP報文轉發
  • 廣域網接入、網絡地址轉換
  • 連接通過交換機組建的二層網絡
5.2、防火墻

防火墻是一種網絡安全設備，用于控制兩個網絡之間的安全通信。它通過監測、限制和更改跨防火墻的數據流，保護內部網絡不受外部威脅的侵害

  • 隔離不同安全級別的網絡
  • 實現不同安全級別的網絡之間的訪問控制（安全策略）
  • 用戶身份認證
  • 實現遠程接入功能
  • 實現數據加密及虛擬專用網業務
  • 執行網絡地址轉換
  • 其他安全功能
5.3、無線設備

二、網絡類型與網絡拓撲

1、局域網、城域網、廣域網

  • 局域網（LAN）：在小范圍內（如幾千米內）由計算機、服務器和網絡設備組成，例如公司辦公網絡、網吧或家庭網絡
  • 城域網（MAN）：覆蓋城市范圍的網絡，如寬帶城域網、教育城域網或電子政務專網
  • 廣域網（WAN）：覆蓋大范圍（幾十到幾千公里），連接多個城市或國家，典型例子是因特網（Internet）

例：教育行業中的局域網、城域網、廣域網：

2、網絡拓撲

網絡拓撲（Network Topology）是指用傳輸介質（例如雙絞線、光纖等）互連各種設備（例如計算機終端、路由器、交換機等）所呈現的結構化布局 。

2.1、網絡拓撲形態

三、網絡參考模型與標準協議

1、OSI七層參考模型

7.應用層對應用程序提供接口
6.表示層轉換數據格式，確保數據可識別和理解
5.會話層建立、管理、終止通信會話
4.傳輸層建立端到端傳輸，控制節奏，調整排序
3.網絡層定義邏輯地址；實現數據從源到目的地的轉發
2.數據鏈路層封裝數據為幀，實現點對點通信，檢測差錯
1.物理層傳輸bite流，提供機械和電氣規范
1.1、應用層（PDU：Data）
  • HTTP（TCP/80）：超文本傳輸協議，用于網頁瀏覽
  • Telnet（TCP/23）：遠程登錄協議，用于遠程管理
  • FTP（TCP/20,21）：文件傳輸協議，用于文件共享
  • SMTP（TCP/25）：簡單郵件傳輸協議，用于電子郵件服務
  • TFTP（UDP/69）：簡單文件傳輸協議
1.2、傳輸層（PDU：segment段）

傳輸層接收應用層數據，封裝成傳輸層PDU（Segment，段），并為應用層提供端到端（Port to Port）的連接支持

  • TCP（傳輸控制協議）：一種面向連接的、可靠的傳輸層通信協議，由IETF的RFC 793定義
  • UDP（用戶數據報協議）：一種簡單的無連接的傳輸層協議，由IETF的RFC 768定義
1.3、網絡層（PDU：Packet包）

負責主機到主機的數據傳遞，提供邏輯地址（如IPv4、IPv6），并負責數據包的尋徑和轉發，常見協議包括ICMP（錯誤檢測）和IGMP（組播管理）

1.4、數據鏈路層（PDU：Frame（幀））

向上為網絡層的IP、IPv6等協議提供服務，向下依賴物理層傳輸數據。主要功能包括組幀、物理編址和差錯控制。以太網是最常見的數據鏈路層協議，其他還有PPPoE、PPP等

1.5、物理層（PDU：比特流）

負責將數字信號轉換為光信號、電信號或電磁波信號，傳輸比特流（Bitstream）。它規范了線纜、針腳、電壓、接口等物理特性，常見的傳輸介質包括雙絞線、光纖和電磁波

2、TCP/IP參考模型

2.1、常見協議（協議地圖）：

https://info.support.huawei.com/info-finder/info_RedisUX/format/viewSubFormatPageIFrame?lang=zh&domain=0https://info.support.huawei.com/info-finder/info_RedisUX/format/viewSubFormatPageIFrame?lang=zh&domain=0

3、TCP協議三次握手建立連接

TCP協議通過三次握手建立連接，確保雙方都準備好進行數據傳輸

4、TCP協議四次握手關閉連接

TCP協議通過四次握手關閉連接，確保數據傳輸完成且雙方都已準備好斷開連接

5、TCP協議滑動窗口機制

6、地址解析協議ARP的工作原理

地址解析協議ARP：根據已知的IP地址解析獲得其對應的MAC地址

ARP的工作原理：

四、數據通信過程

1、發送方數據封裝

2、中間網絡數據傳輸

封裝好的完整數據，將會在網絡中被傳遞

3、接收方數據解封裝

五、總結

  • 不論是OSI參考模型還是TCP/IP參考模型，都采用了分層的設計理念
    • 各個層次之間分工、界限明確，有助于各個部件的開發、設計和故障排除
    • 通過定義在模型的每一層實現什么功能，鼓勵產業的標準化
    • 通過提供接口的方式，使得各種類型的網絡硬件和軟件能夠互相通信，提高兼容性
  • 數據的產生與傳遞，需要各個模塊之間相互協作，同時每個模塊又需要“各司其職”。

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