网络工作原理的基础知识：如何使用不同的设备构建网络

本文涵盖网络工作原理的基础知识，以及如何使用不同的设备构建网络。计算机网络已经存在多年，随着时间的推移，技术变得更快、更便宜。网络由通过电缆或无线信号连接在一起的各种设备（计算机、交换机、路由器）组成。学习网络的基础知识对于各类IT领域的工作者尤为重要。

本文主要涵盖以下概念：

客户端和服务器：电子邮件和网页等服务如何使用网络进行连接。

IP 地址：如何找到网络上的设备。

网络集线器、交换机和电缆：任何网络的硬件构建块。

路由器和防火墙：如何组织和控制网络上的流量。

客户端和服务器

网络上的一个重要关系是服务器和客户端的关系，服务器是保存内容和服务（例如网站、媒体文件或聊天应用程序）的计算机。服务器的一个很好的例子是保存 Google 搜索页面网站的计算机：http ://www.google.com，服务器保留该页面，并在请求时将其发送出去。

客户端是请求查看、下载或使用内容的另一台计算机，例如您的笔记本电脑或手机。客户端可以通过网络连接以交换信息。例如，当您使用网络浏览器请求 Google 的搜索页面时，您的计算机就是客户端。

在下面的示例中，两台计算机通过以太网电缆连接在一起，这些计算机能够相互看到并通过电缆进行通信，客户端计算机向服务器计算机请求网站，该网站由服务器传送，并显示在客户端的网络浏览器上。

网络上的大多数请求和内容传送都类似于或基于客户端到服务器的关系。在网络上，服务器几乎可以位于任何地方，如果客户端有地址，就可以访问服务器上的内容。

客户端和服务器关系的一个真实示例：

客户端：您汽车中的无线电接收器

服务器：广播电台  

IP地址

为了通过网络发送和定向数据，计算机需要能够识别目的地和来源，该标识是 IP（互联网协议）地址。IP 地址只是 1 到 254 之间的一组四个数字，由点分隔，IP 地址的示例是173.194.43.7。

IP 地址类似于街道地址，地址的一部分描述了建筑物在世界上的位置，另一部分将其缩小到一个州或城市，然后是该州或城市内的区域，然后是街道上的位置。

下面我们可以看到192.168.1 Street，上面是三间房子：

这些房子的完整地址是：192.168.1。20、192.168.1。21和 192.168.1。22。

IP 地址有不同的分类或类型。网络可以是公共的，也可以是私有的。公共 IP 地址可在 Internet 上的任何位置访问。私有 IP 地址不是，而且大多数通常隐藏在具有公共 IP 地址的设备后面。

在这里，我们可以看到一个示例：一条街道上有两座建筑物的公共 IP 地址——代表计算机的地址对整个 Internet 可见。这些建筑物可能位于世界任何地方，但它们的地址是完整的，因此我们确切地知道它们的位置并可以向它们发送消息。

要查看公有和私有 IP 地址的常用示例，让我们再看看192.168.1 Street。我们在街上有一栋新大楼。该建筑物有一个公共 IP 地址和一个私有 IP 地址。还有一个栅栏可以阻止 Internet 的其余部分查看消息并将消息传递到街道上的地址。

邮政大楼控制在互联网和街道之间传输的信息，跟踪离开街道的信息，并将返回的信息引导至正确的房屋。在街上，它的地址是192.168.1.1，在互联网上它的地址是 74.10.10.50。

网络集线器和交换机

传统上，计算机使用电缆相互连接——创建网络，最常用的电缆是以太网，它由塑料护套内的四对电线组成，它在物理上类似于电话线，但可以传输更多数据。

但是光靠电缆和计算机并不能构成良好的网络，因此一种早期的解决方案是使用网络集线器。来自计算机的以太网电缆连接到类似于自行车轮毂的设备 - 所有辐条都集中在中心。

集线器如何工作的示例如下所示。计算机A想向计算机B发送消息。它通过以太网电缆将消息发送到集线器，然后集线器将消息重复发送到所有连接的计算机。

如果许多计算机正在发送消息，则使用集线器的网络可能会变慢，因为它们可能会尝试同时发送消息并混淆集线器。为了帮助解决这个问题，网络开始使用另一种称为交换机的设备。交换机不会重复所有传入的消息，而只会将消息发送到预期目的地。这消除了不必要的轮毂重复。

使用交换机，计算机A向计算机B发送一条消息——其他计算机看不到该消息。这些计算机可以同时发送其他消息而不会受到干扰。

但交换机确实有一个限制——它们只知道直接插入其中的设备的地址。因此，您只能将消息发送到少数设备——无论交换机有多少个端口！如果您需要将消息发送到另一个网络上的计算机，则需要通过我们接下来讨论的路由器发送。

路由器和防火墙

路由器完成了网络上的大部分繁重工作：它们决定网络上传输的所有消息，以及是否将消息传入和传出外部网络。

主要有以下三个功能：

1、分离和桥接

路由器将网络分成几个部分，或者将不同的网络桥接在一起，正如我们在上面的示例中看到的那样——192.168.1 Street 的专用网络通过公共 IP 地址桥接到 Internet。

2、分配 IP

他们可以分配 IP 地址。在 192.168.1 Street 的例子中，如果在这条街上建造了一座新房子，它将获得下一个可用的最高门牌号。对于路由器，它们使用 DHCP（动态主机配置协议）分配 IP 地址。

3、防火墙和保护

他们可以过滤消息或让用户远离私人网络。大多数路由器都内置了防火墙。这是一种软件功能，可以防止不需要的消息到达网络内部或私有部分的计算机。

让我们再看看 192.168.1 街，以及我们包括的邮政服务大楼，因为它有整条街道的公共地址。事实证明，那座邮政服务大楼充当着路由器的角色。

在这种情况下，邮政服务大楼使用其公共地址在 Internet 的其余部分与使用私有地址的街道之间路由消息。

定义

DHCP 动态主机配置协议

当客户端设备插入以太网或连接到无线网络时，它将 IP 地址分配给客户端设备，例如台式计算机、笔记本电脑和电话。

以太网

一种网络协议，它定义了用于将计算机、交换机和路由器连接在一起的电缆和连接的类型。以太网布线最常见的是 5 类或 6 类，由类似于电话线的双绞线组成。

Hub

将接收到的流量转发给所有连接设备的网络设备。

Switch

将接收到的流量发送到特定连接设备（例如单个台式计算机或笔记本电脑）的网络设备。

路由器

一种网络设备，可以在不同网络之间桥接，确定哪些流量可以在它们之间传递，并在网络上执行其他功能，例如分配 IP 地址。

防火墙

通常由路由器执行的一项功能，它可以过滤网络之间的流量，并可以保护它们免受干扰或攻击。

编辑：黄飞