家庭网络如何工作的快速指南

已发表: 2022-05-29

使用您的家庭网络就像输入密码并打开您的 Netflix App 观看电影一样简单，但您的网络及其无缝工作所需的一切可能是您拥有的最复杂和最独特的设备。

家庭网络的存在是为了让数字设备通过称为互联网的全球网络相互通信并与世界上的其他设备通信。 虽然您不需要准确了解家庭网络的功能来享受它，但花一些时间在引擎盖下既可以让您欣赏技术，又可以更轻松地解决出现的问题。

目录

    您的家庭网络是一个迷你互联网

    Internet 是“internetwork”的缩写，它是一个连接 LAN（局域网）的全球网络，包括 Web 服务器、流媒体和云服务、游戏服务器等等。

    您的家庭网络也是一样的，只是更小并且仅限于您的家。如果您想更多地了解您的家庭网络如何像一个迷你互联网，请查看谁拥有互联网？ 网络架构解释 对于复杂机器的简单解释，即互联网。

    您的家庭网络讲一种特殊的语言

    除了物理上与整个互联网相似之外，您的家庭网络和互联网相同的另一个关键方式是它们所说的“语言”。 今天，通用网络协议是 TCP/IP（传输控制协议/Internet 协议），它是使数据到达预期位置的关键。

    在 TCP/IP 网络中，通过网络发送的所有数据都被分解为“数据包”。 想象一下把一张图片变成一个有数千块的拼图游戏。 然后取出每一块，分别放入信封中。 在信封上写上寄件人和收件人的地址。 还包括每个信封中的信息，描述每个部分去哪里重建原始图像。

    现在，将数千个信封邮寄给收件人，他们最终会重建它。 信封到达时是否乱序并不重要，但如果有任何信封丢失，您会收到回信，要求提供丢失的信封的新副本。

    基本家庭网络拓扑

    我们将在下面详细解释每个网络组件的工作，但为了帮助您了解方向，让我们勾勒出当今典型的家庭网络的样子。

    您的网络有几个关键组件：

    • 调制解调器将您连接到 WAN（互联网）
    • 路由器管理 LAN 上的设备之间以及这些设备与 WAN 之间的流量。
    • 网络硬件连接，通常是以太网电缆或 Wi-Fi 无线电发射器和接收器。
    • 客户端设备，例如计算机或 Android 和 iOS 智能手机。
    • 服务器设备，也可以是计算机和智能手机等设备。
    • 可选的网络扩展器，有助于将网络的物理足迹扩展到您的家中。 示例包括无线接入点、电力线扩展器和 Wi-Fi 中继器。

    构建家庭网络有许多不同的方法，但这些组件中的大多数都存在于每个家庭网络中。 其他组件可以代替其中的一些。 例如，如果您只是想将一组计算机联网，您可以使用以太网交换机或网络集线器。 然而，这个基本草图涵盖了 99% 的内容。

    既然我们已经勾勒出家庭网络的粗略轮廓，我们将更深入地研究每个主要组件。

    调制解调器让您与互联网交谈

    在现代宽带互联网之前，互联网接入通过调制解调器（调制器/解调器）工作，该调制解调器通过铜语音线发送和接收高音或低音音频信号，代表二进制代码。

    这些“拨号”调制解调器现在几乎已经过时，并且不能提供太多带宽，尽管它们仍然在少数情况下使用，因为它们是不可能的。 如今，调制解调器一词用于指代几乎任何将一种网络信号转换为另一种网络信号的设备，即使这两种信号实际上都是数字信号。

    数字到数字转换的一个例子是普通光纤调制解调器，它接收光信号并通过以太网电缆输出电脉冲。 DSL 调制解调器使用与电话线相同的铜线，但使用与语音通话不同的频段，因此您可以连接到互联网并同时拨打电话。 蜂窝调制解调器通过无线电波连接到手机信号塔——卫星调制解调器将信息传送到轨道或从轨道传送，等等。

    在某些网络中，调制解调器是一个单独的设备，而在其他网络中，它与您的无线路由器相结合，这恰好是我们这次家庭网络之旅的下一站。

    路由器位于网络的核心

    路由器是任何家庭网络的核心，并执行广泛的基本工作：

    • 在设备之间、以太网和 LAN 之间以及内部和外部网络之间路由网络流量。
    • DNS（域名服务）服务器检测和路由。
    • 内部类似于具有 CPU、RAM 和操作系统的计算机。 一些路由器可以运行应用程序。
    • 使用 DHCP（动态主机配置协议）分配和管理 LAN 上的 IP 地址。

    除了这些核心功能之外，路由器还有更多的功能，但这是路由器所做事情的关键列表。 不同类型的网络（光纤 WAN、以太网、Wi-Fi 等）之间的路由是使路由器成为路由器的原因，将其与网络交换机和集线器区分开来。

    路由器将 IP 地址分配给内部网络设备，确保没有冲突。 它在称为 NAT（网络地址表）的表中跟踪哪个设备向 Internet 上的设备发出哪个请求，因为 Internet 上的服务器只能看到路由器本身及其“公共”IP 地址。

    一些高端路由器可以运行自定义应用程序来充当网络存储或流服务器。 即使您的路由器不具备此功能，您也可以选择安装自定义第三方固件来添加这些功能。

    您的本地服务器

    服务器是网络上提供服务的设备，例如内容或基于网络的应用程序。 当您访问网站或从 Internet 下载文件时，该内容托管在世界某处的服务器计算机上。 当您使用 Google Docs 等云应用程序时，该软件和数据位于服务器上。

    您的本地网络至少有一台服务器，那就是您的路由器。 每个路由器都有一个基本的 Web 服务器，作为更改设置的接口。 当您连接到路由器并在浏览器中输入其 IP 地址时，您将被带到由路由器本身托管的网站。

    如果您有 Wi-Fi 打印机，那也是处理打印请求的打印服务器。 许多人在他们的网络上运行 NAS（网络附加存储设备）或媒体服务器（例如 Plex）。 您可能不认为服务器的某些事情也符合条件。 您的 IP 摄像机也是一个服务器。 这是一个视频流服务器！

    联网外设

    传统上，扫描仪和打印机等外围设备直接连接到特定的计算机。 但是，在现代家庭中，拥有许多需要访问这些类型设备的不同计算机的情况要普遍得多。 您可以在本地网络上共享一台打印机，而不是让每个人在需要打印时都使用同一台计算机。

    使用计算机操作系统中的打印共享功能，可以将连接到计算机的普通打印机用作共享打印机。 尽管如此，现在很容易购买带有 Wi-Fi 或以太网的打印机、扫描仪或多功能设备 (MFD)，并将其作为网络上的独立共享资源。

    您家中的网络客户端

    除了家庭网络上的本地服务器外，其他设备通常称为客户端，它们从远程和本地服务器中提取信息。 本地网络客户端的示例包括：

    • 计算机、控制台和移动设备。
    • 物联网 (IoT) 设备，例如智能冰箱和机器人吸尘器。

    任何从服务器设备接收数据的东西都是客户端，尽管任何设备都可以同时是两者。

    计算机、控制台和移动设备

    有线和无线连接

    多年来，网络出现了几种不同的连接标准，但在当今几乎每个家庭网络中，您只会发现两种类型的连接：以太网和 Wi-Fi。

    不要让你的电线交叉：以太网

    以太网是一种有线连接标准，可在家庭网络中传输 TCP/IP 数据。 连接器 (RJ45) 看起来有点像大型电话线连接 (RJ11)，并带有几根铜线，这些铜线根据您使用的以太网网络电缆的类别而有所不同。

    以太网电缆分为不同的类别，提供不同的最大速度。 例如，6 类网络电缆的额定速度为 10Gbps，而 5e 类电缆的额定速度为千兆。 将电缆类型与 LAN 端口的额定速度相匹配非常重要。 将 1Gbps 电缆插入 100 Mbps 端口不会受到伤害，但反之则将您的速度限制在电缆可以处理的最大速度！

    假设您选择了正确的以太网电缆、适配器和路由器，您将享受高速、低延迟、超可靠的网络速度，只要您可以在家里安装以太网连接的麻烦。

    电线？ 我们要去哪里，我们不需要电线：Wi-Fi

    虽然以太网无疑是纯网络性能的黄金标准，但它并不是那么方便。 当涉及到移动设备时，这是完全不切实际的！ 这就是为什么我们有 Wi-Fi（无线保真）来允许无线设备以一种方式连接到网络，而无需在每次需要网络功能时在墙上钻孔或插入它们。

    Wi-Fi 使用无线电波发送信息的数字脉冲。 Wi-Fi 中使用了两个频段：2.4Ghz 和 5Ghz。 较低的频段不能高速发送数据，但它有很大的范围和穿墙能力。 高频 5Ghz Wi-Fi 速度超快，但很容易被墙壁等物体阻挡。

    大多数现代 Wi-Fi 路由器都是“双频”路由器，这意味着它们在两个频段上都提供连接。 Wi-Fi 分为几代。 在过去，这些代的名称会反映该代 Wi-Fi 的通信标准的名称。 例如，802.11g、802.11n 和 802.11ac。 这些名称已更改为简单的数字，以使事情更加用户友好。 所以现在802.11ac就是Wi-Fi 6，最新的802.11ax就是Wi-Fi 6。

    较旧的 Wi-Fi 设备可能无法连接到较新的路由器，特别是如果该设备仅支持 2.4Ghz Wi-Fi 而相关路由器仅提供 5Ghz。

    扩展您的网络范围

    有这么多设备，无论是现在还是未来，都可以连接到您的家庭网络，您可能希望确保网络延伸到您家的每个角落。 说起来容易做起来难，因为一切可能会阻止无线信号或在整个家庭中铺设以太网的费用和努力。

    好消息是市场上有许多产品可以帮助您增加网络覆盖范围，这样您家中就没有任何无法连接的地方。

    Wi-Fi 中继器和扩展器

    Wi-Fi 中继器是一种在 Wi-Fi 信号开始下降之前放置在现有 Wi-Fi 网络边缘的设备。 它侦听进出核心 Wi-Fi 网络的数据包，然后简单地重复它们。 这是一个缓慢的解决方案，但却是一种无需修改网络即可将 WiFi 扩展到特定地点的简单方法。

    电力线延长器

    该系统通过您家中现有的电线发送网络信号。 就像在路由器附近和要扩展网络的房间中插入 PowerLine 适配器一样简单。

    无线网状路由器不会扩大您常规路由器的占地面积，而是完全取代您现有的路由器。 将它们视为一个大型分布式路由器。 一个主网状单元连接到您的调制解调器，然后每个卫星单元都有一个专用的无线或有线连接。

    一个网络大家庭

    您的家庭网络中的技术可能非常复杂，但随着时间的推移，这项技术已经变得更智能且更易于使用。 没有人知道家庭网络的未来会是什么。 尽管如此，由于毫米波 5G 蜂窝网络等技术的发展，它可能看起来非常不同，这些技术模糊了本地网络和广泛网络之间的界限。