家庭網絡如何工作的快速指南

已發表: 2022-05-29

使用您的家庭網絡就像輸入密碼並打開您的 Netflix App 觀看電影一樣簡單，但您的網絡及其無縫工作所需的一切可能是您擁有的最複雜和最獨特的設備。

家庭網絡的存在是為了讓數字設備通過稱為互聯網的全球網絡相互通信並與世界上的其他設備通信。 雖然您不需要準確了解家庭網絡的功能來享受它，但花一些時間在引擎蓋下既可以讓您欣賞技術，又可以更輕鬆地解決出現的問題。

目錄

    您的家庭網絡是一個迷你互聯網

    Internet 是“internetwork”的縮寫，它是一個連接 LAN（局域網）的全球網絡，包括 Web 服務器、流媒體和雲服務、遊戲服務器等等。

    您的家庭網絡也是一樣的，只是更小並且僅限於您的家。如果您想更多地了解您的家庭網絡如何像一個迷你互聯網，請查看誰擁有互聯網？ 網絡架構解釋 對於復雜機器的簡單解釋，即互聯網。

    您的家庭網絡講一種特殊的語言

    除了物理上與整個互聯網相似之外，您的家庭網絡和互聯網相同的另一個關鍵方式是它們所說的“語言”。 今天，通用網絡協議是 TCP/IP（傳輸控制協議/Internet 協議），它是使數據到達預期位置的關鍵。

    在 TCP/IP 網絡中，通過網絡發送的所有數據都被分解為“數據包”。 想像一下把一張圖片變成一個有數千塊的拼圖遊戲。 然後取出每一塊，分別放入信封中。 在信封上寫上寄件人和收件人的地址。 還包括每個信封中的信息，描述每個部分去哪裡重建原始圖像。

    現在，將數千個信封郵寄給收件人，他們最終會重建它。 信封到達時是否亂序並不重要，但如果有任何信封丟失，您會收到回信，要求提供丟失的信封的新副本。

    基本家庭網絡拓撲

    我們將在下面詳細解釋每個網絡組件的工作，但為了幫助您了解方向，讓我們勾勒出當今典型的家庭網絡的樣子。

    您的網絡有幾個關鍵組件：

    • 調製解調器將您連接到 WAN（互聯網）
    • 路由器管理 LAN 上的設備之間以及這些設備與 WAN 之間的流量。
    • 網絡硬件連接，通常是以太網電纜或 Wi-Fi 無線電發射器和接收器。
    • 客戶端設備，例如計算機或 Android 和 iOS 智能手機。
    • 服務器設備，也可以是計算機和智能手機等設備。
    • 可選的網絡擴展器，有助於將網絡的物理足跡擴展到您的家中。 示例包括無線接入點、電力線擴展器和 Wi-Fi 中繼器。

    構建家庭網絡有許多不同的方法，但這些組件中的大多數都存在於每個家庭網絡中。 其他組件可以代替其中的一些。 例如，如果您只是想將一組計算機聯網，您可以使用以太網交換機或網絡集線器。 然而，這個基本草圖涵蓋了 99% 的內容。

    既然我們已經勾勒出家庭網絡的粗略輪廓，我們將更深入地研究每個主要組件。

    調製解調器讓您與互聯網交談

    在現代寬帶互聯網之前，互聯網接入通過調製解調器（調製器/解調器）工作，該調製解調器通過銅語音線發送和接收高音或低音音頻信號，代表二進制代碼。

    這些“撥號”調製解調器現在幾乎已經過時，並且不能提供太多帶寬，儘管它們仍然在少數情況下使用，因為它們是不可能的。 如今，調製解調器一詞用於指代幾乎任何將一種網絡信號轉換為另一種網絡信號的設備，即使這兩種信號實際上都是數字信號。

    數字到數字轉換的一個例子是普通光纖調製解調器，它接收光信號並通過以太網電纜輸出電脈衝。 DSL 調製解調器使用與電話線相同的銅線，但使用與語音通話不同的頻段，因此您可以連接到互聯網並同時撥打電話。 蜂窩調製解調器通過無線電波連接到手機信號塔——衛星調製解調器將信息傳送到軌道或從軌道傳送，等等。

    在某些網絡中，調製解調器是一個單獨的設備，而在其他網絡中，它與您的無線路由器相結合，這恰好是我們這次家庭網絡之旅的下一站。

    路由器位於網絡的核心

    路由器是任何家庭網絡的核心，並執行廣泛的基本工作：

    • 在設備之間、以太網和 LAN 之間以及內部和外部網絡之間路由網絡流量。
    • DNS（域名服務）服務器檢測和路由。
    • 內部類似於具有 CPU、RAM 和操作系統的計算機。 一些路由器可以運行應用程序。
    • 使用 DHCP（動態主機配置協議）分配和管理 LAN 上的 IP 地址。

    除了這些核心功能之外，路由器還有更多的功能，但這是路由器所做事情的關鍵列表。 不同類型的網絡（光纖 WAN、以太網、Wi-Fi 等）之間的路由是使路由器成為路由器的原因，將其與網絡交換機和集線器區分開來。

    路由器將 IP 地址分配給內部網絡設備，確保沒有衝突。 它在稱為 NAT（網絡地址表）的表中跟踪哪個設備向 Internet 上的設備發出哪個請求，因為 Internet 上的服務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運行自定義應用程序來充當網絡存儲或流服務器。 即使您的路由器不具備此功能，您也可以選擇安裝自定義第三方固件來添加這些功能。

    您的本地服務器

    服務器是網絡上提供服務的設備，例如內容或基於網絡的應用程序。 當您訪問網站或從 Internet 下載文件時，該內容託管在世界某處的服務器計算機上。 當您使用 Google Docs 等雲應用程序時，該軟件和數據位於服務器上。

    您的本地網絡至少有一台服務器，那就是您的路由器。 每個路由器都有一個基本的 Web 服務器，作為更改設置的接口。 當您連接到路由器並在瀏覽器中輸入其 IP 地址時，您將被帶到由路由器本身託管的網站。

    如果您有 Wi-Fi 打印機，那也是處理打印請求的打印服務器。 許多人在他們的網絡上運行 NAS（網絡附加存儲設備）或媒體服務器（例如 Plex）。 您可能不認為服務器的某些事情也符合條件。 您的 IP 攝像機也是一個服務器。 這是一個視頻流服務器！

    聯網外設

    傳統上，掃描儀和打印機等外圍設備直接連接到特定的計算機。 但是，在現代家庭中，擁有許多需要訪問這些類型設備的不同計算機的情況要普遍得多。 您可以在本地網絡上共享一台打印機，而不是讓每個人在需要打印時都使用同一台計算機。

    使用計算機操作系統中的打印共享功能，可以將連接到計算機的普通打印機用作共享打印機。 儘管如此，現在很容易購買帶有 Wi-Fi 或以太網的打印機、掃描儀或多功能設備 (MFD)，並將其作為網絡上的獨立共享資源。

    您家中的網絡客戶端

    除了家庭網絡上的本地服務器外，其他設備通常稱為客戶端，它們從遠程和本地服務器中提取信息。 本地網絡客戶端的示例包括：

    • 計算機、控制台和移動設備。
    • 物聯網 (IoT) 設備，例如智能冰箱和機器人吸塵器。

    任何從服務器設備接收數據的東西都是客戶端，儘管任何設備都可以同時是兩者。

    計算機、控制台和移動設備

    有線和無線連接

    多年來，網絡出現了幾種不同的連接標準，但在當今幾乎每個家庭網絡中，您只會發現兩種類型的連接：以太網和 Wi-Fi。

    不要讓你的電線交叉：以太網

    以太網是一種有線連接標準，可在家庭網絡中傳輸 TCP/IP 數據。 連接器 (RJ45) 看起來有點像大型電話線連接 (RJ11)，並帶有幾根銅線，這些銅線根據您使用的以太網網絡電纜的類別而有所不同。

    以太網電纜分為不同的類別，提供不同的最大速度。 例如，6 類網絡電纜的額定速度為 10Gbps，而 5e 類電纜的額定速度為千兆。 將電纜類型與 LAN 端口的額定速度相匹配非常重要。 將 1Gbps 電纜插入 100 Mbps 端口不會受到傷害，但反之則將您的速度限制在電纜可以處理的最大速度！

    假設您選擇了正確的以太網電纜、適配器和路由器，您將享受高速、低延遲、超可靠的網絡速度，只要您可以在家里安裝以太網連接的麻煩。

    電線？ 我們要去哪裡，我們不需要電線：Wi-Fi

    雖然以太網無疑是純網絡性能的黃金標準，但它並不是那麼方便。 當涉及到移動設備時，這是完全不切實際的！ 這就是為什麼我們有 Wi-Fi（無線保真）來允許無線設備以一種方式連接到網絡，而無需在每次需要網絡功能時在牆上鑽孔或插入它們。

    Wi-Fi 使用無線電波發送信息的數字脈衝。 Wi-Fi 中使用了兩個頻段：2.4Ghz 和 5Ghz。 較低的頻段不能高速發送數據，但它有很大的範圍和穿牆能力。 高頻 5Ghz Wi-Fi 速度超快，但很容易被牆壁等物體阻擋。

    大多數現代 Wi-Fi 路由器都是“雙頻”路由器，這意味著它們在兩個頻段上都提供連接。 Wi-Fi 分為幾代。 在過去，這些代的名稱會反映該代 Wi-Fi 的通信標準的名稱。 例如，802.11g、802.11n 和 802.11ac。 這些名稱已更改為簡單的數字，以使事情更加用戶友好。 所以現在802.11ac就是Wi-Fi 6，最新的802.11ax就是Wi-Fi 6。

    較舊的 Wi-Fi 設備可能無法連接到較新的路由器，特別是如果該設備僅支持 2.4Ghz Wi-Fi 而相關路由器僅提供 5Ghz。

    擴展您的網絡範圍

    有這麼多設備，無論是現在還是未來，都可以連接到您的家庭網絡，您可能希望確保網絡延伸到您家的每個角落。 說起來容易做起來難，因為一切可能會阻止無線信號或在整個家庭中鋪設以太網的費用和努力。

    好消息是市場上有許多產品可以幫助您增加網絡覆蓋範圍，這樣您家中就沒有任何無法連接的地方。

    Wi-Fi 中繼器和擴展器

    Wi-Fi 中繼器是一種在 Wi-Fi 信號開始下降之前放置在現有 Wi-Fi 網絡邊緣的設備。 它偵聽進出核心 Wi-Fi 網絡的數據包，然後簡單地重複它們。 這是一個緩慢的解決方案，但卻是一種無需修改網絡即可將 WiFi 擴展到特定地點的簡單方法。

    電力線延長器

    該系統通過您家中現有的電線發送網絡信號。 就像在路由器附近和要擴展網絡的房間中插入 PowerLine 適配器一樣簡單。

    無線網狀路由器不會擴大您常規路由器的佔地面積，而是完全取代您現有的路由器。 將它們視為一個大型分佈式路由器。 一個主網狀單元連接到您的調製解調器，然後每個衛星單元都有一個專用的無線或有線連接。

    一個網絡大家庭

    您的家庭網絡中的技術可能非常複雜，但隨著時間的推移，這項技術已經變得更智能且更易於使用。 沒有人知道家庭網絡的未來會是什麼。 儘管如此，由於毫米波 5G 蜂窩網絡等技術的發展，它可能看起來非常不同，這些技術模糊了本地網絡和廣泛網絡之間的界限。