本文档从通信与网络的基本概念出发系统介绍了数据通信网络的信息传递过程、常见网络设备交换机、路由器、防火墙、无线设备、网络类型LAN/MAN/WAN与拓扑结构以及网络工程师的职业发展路径和华为数通认证体系。一、前言与学习目标学完本课程后你将能够区分网络通信和数据通信网络的概念描述信息传递的过程区分不同的网络设备并了解其基本作用认识不同的网络类型及拓扑类型了解网络工程与网络工程师的相关概念一句话理解这一章就像学开车前先认识什么是车、路长什么样、有哪些交通规则为后面学具体技术打下基础。二、华为设备图标简介在网络拓扑图和工程文档中华为使用一套标准化的图标来表示各类网络设备。上图展示了常见的设备图标包括图标类别设备名称作用简述路由类通用路由器连接不同网络选择数据传输路径交换类通用交换机 / 核心交换机 / 汇聚交换机 / 接入交换机 / 堆叠交换机在局域网内转发数据帧安全类防火墙控制网络间的安全通信无线类AP无线接入点、AC无线控制器提供无线网络接入服务器类通用服务器、FTP服务器、认证服务器提供各种网络服务终端类PC、IP电话、pad、手机、笔记本电脑用户使用的终端设备其他Internet、网络云、基站表示外部网络或互联网比喻理解这些图标就像地图上的图例——看到R就知道是路由器看到交换机的图标就知道是交换机看懂图例才能读懂网络这张地图。三、通信与网络3.1 网络通信基本概念通信是指人与人、人与物、物与物之间通过某种媒介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。常见的网络通信场景场景A两台计算机之间通过网线直接传递文件最简单的网络场景B多台计算机通过路由器连接互相传递文件小型局域网场景C计算机通过Internet从远程服务器下载文件广域网通信备注补充Internet互联网是目前世界上规模最大的计算机网络其前身是1969年诞生的ARPAnet。Internet的广泛普及是当今信息时代的标志性内容之一。比喻理解两台电脑直接用网线连起来就像两个人面对面说话通过路由器连起来就像在一个房间里大家围在一起聊天通过Internet连接就像给全世界的人打电话。3.2 信息传递过程虚拟的信息传递与真实的物品传递过程有许多相似之处。上图用快递过程与网络通信过程做了类比快递过程网络通信过程物品应用程序生成的原始数据包裹包装贴快递单报文数据载荷 头部/尾部这个过程叫封装集散中心分拣网关/路由器解封装、读取目的地址、重新封装、选择路径飞机运输数据在Internet干道上传输目的地集散中心分拣报文到达目的地址所在本地网络再次解封装和封装快递员送货上门报文根据目的地址发往目标计算机收件人拆开包裹计算机对报文进行校验处理接收数据载荷备注补充封装在数据载荷的基础上增加头部和尾部形成新报文的过程。就像给物品打包并贴上快递单。解封装去掉报文的头部和尾部获取数据载荷的过程。就像收件人拆开包裹取出物品。网线的作用和公路一样是信息传输的介质。比喻理解发快递时你把东西装进盒子、贴上地址标签封装快递站根据地址分拣运送收件人拆开盒子拿到东西解封装。网络传数据也是一样只是传送的是0和1而不是实物。3.3 常见术语术语说明数据载荷最终想要传递的信息可以理解为payload报文网络中交换与传输的数据单元通常结构为头部 数据载荷 尾部头部在数据载荷前面添加的信息段包含控制信息如目的地址尾部在数据载荷后面添加的信息段部分报文没有尾部封装对数据载荷添加头部和尾部形成新报文的过程解封装去掉报文的头部和尾部获取数据载荷的过程网关提供协议转换、路由选择、数据交换等功能的网络设备路由器为报文选择传递路径的网络设备终端设备数据通信系统的端设备作为数据的发送者或接收者如PC、服务器、手机等备注补充在具有层次化结构的通信过程中上一层协议传递给下一层协议的数据单元报文都可以称之为下一层协议的数据载荷。网关是一种根据其部署位置和功能而命名的术语而不是一种特定的设备类型。比喻理解数据载荷是信件内容报文是信封信件头部是信封上写的收件人地址封装就是把信装进信封解封装就是拆开信封取信。3.4 数据通信网络基本概念数据通信网络Data Communication Network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。最基本的功能实现数据互通。上图展示了一个典型的企业数据通信网络拓扑核心机房部署日志系统、控制器、网管平台、应用服务器防火墙连接Internet保障网络安全汇聚层/接入层交换机连接各个办公区域无线AP为无线终端提供接入备注补充数据通信网络的英文缩写是DCN。比喻理解数据通信网络就像一个城市的交通系统——路由器是立交桥和主干道交换机是小区内部道路防火墙是安检站各种终端就是出发点和目的地最终目的是让车数据能从任何地方开到任何地方。3.5 网络设备 —— 交换机交换机Switch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。主要功能终端设备PC、服务器等的网络接入二层交换Layer 2 Switching广播域一个节点发送广播报文其余节点都能够收到的节点的集合。备注补充接入层的交换机一般为二层交换机又称为以太网交换机。二层是指TCP/IP参考模型的数据链路层。以太网交换机可以实现数据帧的交换、终端用户设备的接入、基本的接入安全功能、二层链路的冗余等。比喻理解交换机就像一个小区的门卫室——它认识小区里的每一户人家学习MAC地址有人来找某户人家时它能直接把访客领到正确的地方精准转发而不是让访客在小区里喊避免广播风暴。但它只管小区内部不管小区外面的事。3.6 网络设备 —— 路由器路由器Router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。主要功能实现同类型网络或异种网络之间的通信隔离广播域维护路由表Routing Table、运行路由协议路径选择、IP报文转发广域网接入、网络地址转换NAT连接通过交换机组建的二层网络备注补充路由器工作在TCP/IP参考模型的网络层可以实现维护路由表和路由信息、路由发现及路径选择、数据转发、隔离广播域、广域网接入和网络地址转换及特定的安全功能。比喻理解路由器就像城市的立交桥和导航系统——它知道通往各个方向的路路由表当你要去别的地方时它告诉你往左走上高速或往右走国道路径选择。而且它把不同的小区隔开了一个小区的喇叭声不会传到另一个小区隔离广播域。3.7 网络设备 —— 防火墙防火墙Firewall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。主要功能隔离不同安全级别的网络实现不同安全级别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VPN执行网络地址转换NAT其他安全功能防火墙的典型部署Trust域受信任的内部网络Untrust域不受信任的外部网络如InternetDMZ域隔离区放置对外提供服务的服务器备注补充防火墙是位于两个信任程度不同的网络之间的设备如企业内部网络和Internet之间它对两个网络之间的通信进行控制通过强制实施统一的安全策略防止对重要信息资源的非法存取和访问。比喻理解防火墙就像小区的门禁和保安系统——内部居民Trust域可以自由进出陌生人Untrust域需要登记检查快递员只能把东西放在门卫处DMZ隔离区。它决定了谁能进、谁能出、能干什么。3.8 网络设备 —— 无线设备无线局域网WLAN广义上是指以无线电波、激光、红外线等无线信号来代替有线局域网中的部分或全部传输介质所构成的网络。常见的Wi-Fi是指IEEE 802.11标准上的无线局域网技术。无线接入点AP, Access PointAP一般支持三种工作模式类型名称适用场景特点胖APFAT APFat Access Point家庭独立工作需单独配置功能单一成本低瘦APFIT APFit Access Point大中型企业配合AC使用由AC统一管理和配置功能丰富云管理APCloud Managed AP中小型企业配合云管理平台使用即插即用无线控制器AC, Access Controller一般位于整个网络的汇聚层提供高速、安全、可靠的WLAN业务提供大容量、高性能、高可靠性、易安装、易维护的无线数据控制业务具有组网灵活、绿色节能等优势备注补充胖AP就像一个独立的个体户自己管自己瘦AP就像连锁店的分店总部AC统一管理云管理AP则像外卖平台管理的餐厅平台在云端统一配置。比喻理解AP就像Wi-Fi信号的喇叭——胖AP是家里自己买的小音箱自己调音量瘦AP是大商场里的很多个喇叭统一由控制中心AC调节AC就是那个坐在控制室里管所有喇叭的人。四、网络类型与网络拓扑4.1 局域网、城域网、广域网按照地理覆盖范围来划分网络可以分为类型缩写覆盖范围典型场景局域网LAN (Local Area Network)方圆几千米以内公司办公网络、网吧、家庭网络城域网MAN (Metropolitan Area Network)一个城市范围宽带城域网、教育城域网、政务专网广域网WAN (Wide Area Network)几十公里到几千公里Internet因特网局域网特点覆盖范围一般在几公里之内使用技术以太网、Wi-Fi等城域网特点是较大型的局域网成本较高传输速率更快主要将同一城市内不同地点的主机、数据库以及局域网等连接起来使用技术以太网10Gbps/100Gbps、WiMAX等广域网特点覆盖范围一般在几公里以上可大至几十、几百或几千公里主要将分布较远的若干局域网或城域网连接起来会用到电信运营商的通信线路使用技术HDLC、PPP等备注补充城域网与广域网作用相似但实现方式和性能不同。广域网通常需要租用电信运营商的通信线路。比喻理解局域网就像你家小区内部的道路城域网就像城市里的主干道把各个小区连起来广域网就像高速公路和铁路把不同城市连接起来。Internet就是全球最大的高速公路网。4.2 教育行业中的网络应用上图展示了教育行业中局域网、城域网和广域网的实际应用省级省教育局通过广域节点连接Internet下设多个高校局域网市级市教育局通过城域核心连接各区县的中学局域网区县区县教育局连接各小学局域网不同层级的网络通过广域节点和城域核心互联形成完整的省级教育网络体系。比喻理解这就像教育系统的快递网络——省教育厅是省级转运中心市教育局是市级分拣站区县教育局是本地配送站各个学校就是收发点。每个层级既管自己内部的事又和上下层级保持连通。4.3 网络拓扑网络拓扑Network Topology用传输介质例如双绞线、光纤等互连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。网络拓扑图是在网络工程领域用于描述网络的物理或逻辑结构是一种非常重要的网络内容。掌握专业的网络拓扑图绘制技巧需要大量的练习Visio和PowerPoint是两种常见的绘制工具。备注补充网络拓扑图是网络工程师的基本功好的拓扑图能清晰表达网络结构方便后续维护和排错。比喻理解网络拓扑就像建筑的施工图纸——图纸上看不出房子用的砖是什么颜色不关心具体设备型号但能看清楚房子有几层、房间怎么分布、门在哪里网络结构。没有图纸后期修房子就会无从下手。4.4 网络拓扑形态按照网络的拓扑形态来划分网络可分为以下几种拓扑类型结构特点优点缺点星型网络所有节点通过一个中心节点连接容易增加新节点易于网络监控中心节点故障影响整个网络总线型网络所有节点通过一条总线连接安装简便节省线缆总线故障影响全网安全性低环型网络所有节点连成一个封闭的环形节省线缆增加新节点麻烦树型网络层次化的星型结构易于扩充网络规模高层节点故障影响更大全网状网络所有节点两两互联高可靠性、高通信效率成本高不易扩展部分网状网络重点节点之间两两互连成本低于全网状可靠性比全网状低备注补充星型网络中中心节点相当于中转站所有通信都要经过它。总线型网络中某一节点发出的信息可以被所有其他节点收到所以安全性较低。在实际组网中通常会根据成本、通信效率、可靠性等需求采用多种拓扑形态相结合的方法。比喻理解星型就像火车站所有线路都汇聚到一个站站坏了全瘫痪。总线型就像公交车路线所有站点共用一条线路一头堵了全受影响。环型就像操场接力跑大家围成一圈传接力棒要加个人得先把圈断开。树型就像公司的组织架构CEO下面是部门经理再下面是员工老板请假了大决策做不了。全网状就像微信群每个人都能直接任何其他人消息传递最快最可靠但维护起来最累。五、网络工程与网络工程师5.1 网络工程网络工程在信息系统工程方法和完善的组织机构指导下根据网络应用的需求按照计算机网络系统的标准、规范和技术规划设计可行性方案将计算机网络硬件设备、软件和技术系统地集成在一起以成为满足用户需求、高性价比的网络系统的组建工作。网络工程所涵盖的技术模块包括基础设施层机房、介质线缆网络层交换、路由、无线服务层计算、存储、安全应用层各种上层应用备注补充网络工程就是围绕着网络进行的一系列活动包括网络规划、设计、实施、调试、排错等。其中路由和交换是计算机网络的基础。比喻理解网络工程就像装修房子——先要了解业主需求需求分析然后画设计图网络规划买材料施工设备采购和部署最后验收交钥匙测试交付。一个优秀的网络工程师就是既能画好图纸又能盯好施工的装修总监。5.2 网络工程师网络工程师在网络工程领域掌握专业的网络技术具备一定的职业技能及职业素养具有一定项目实施经验能够在项目现场与客户或者其他项目干系人充分沟通根据客户的需求及环境因素制定实施方案及项目计划并充分调动各方资源保证项目按时、保质保量落地以及在项目实施后对干系人进行培训及工程文档交付的职业。网络工程师综合能力模型维度具体内容专业知识流程规范、行业知识、工程知识、产品知识、技术知识基本素质商务礼仪、价值观、服务意识、信息搜集、学习能力职业技能团队协作、业务管理、呈现能力、问题解决、沟通能力比喻理解网络工程师就像医院的全科医生——既要有扎实的医学知识专业技术又要会和病人沟通客户需求还要能协调护士药剂师团队协作最后还得写病历工程文档。光会看病不会沟通的医生病人体验会很差。5.3 网络工程师的技术成长之路网络工程师的技术成长遵循**“从宏观到微观再回宏观”**的路径阶段核心问题学习内容第一阶段“这是什么”什么是路由什么是交换建立基础概念第二阶段“这怎么用”OSPF怎么配置怎么验证和查看学习操作第三阶段“协议机制”OSPF连接关系如何建立STP详细工作过程深入原理第四阶段“报文及底层”协议的底层工作机制、报文层面的细节第五阶段“规施排优”方案设计、网络规划、实施、排错、优化备注补充这个过程是先知道有什么再学会怎么用然后理解为什么最后能独立设计和优化的完整进阶路径。比喻理解学网络就像学做菜——先认识锅碗瓢盆和食材这是什么再学几道拿手菜跟着菜谱做这怎么用然后理解火候调味的原理协议机制最后能尝一口就说出配料和做法报文分析最终能自己研发新菜品规施排优。