连网与网络设备

假设要把电脑里的一份文件传给身边的同学，除了用 U 盘拷，更常见的办法是把两台电脑连进同一个网络，让数据直接传过去。

先看最简单的场景：两台电脑各有一个有线网口，中间插一根网线。电脑里的网卡负责收发信号，网线把两端连起来，两台设备之间就有了交换数据的物理通道。

这里的网络接口就是设备接入网络的入口，可以集成在主板上，也可以是独立的 PCIe 网卡或 USB 外接网卡。比如一台笔记本既能插网线又能连 Wi-Fi，说明它里面有不止一个网络接口。

_{上图：Raysonho @ Open Grid Scheduler / Grid Engine，Wikimedia Commons，CC0。下图：Pittigrilli，Wikimedia Commons，CC BY-SA 4.0；裁切并拼接。}

普通网线插头（水晶头）前端有一排金属触点，对应的有线网口通常叫 RJ45 网口。

传输介质与网络协议

电脑里的文字、图片、视频最终都是 0 和 1 组成的二进制数据。通过铜芯网线传输时，网卡把二进制编码成高低电平信号，接收端再解码还原。相邻设备之间的这段直接物理连接叫链路（Link），承载信号的铜线、光纤或无线空间统称为传输介质：

• 铜芯双绞线（网线）：传输电信号，最常用于房间内部接电脑、打印机和无线 AP；
• 光纤：内部传输光脉冲，损耗低、抗电磁干扰，常用于机房机架互联、跨楼宇布线和运营商骨干网；
• 无线电波（Wi-Fi）：让手机和笔记本不用插线就能接入网络。

_{图：Adamantios，Wikimedia Commons，CC BY-SA 3.0。}

光有物理信号还不够。两台设备要想听懂彼此，必须约定好：一条消息从哪开始、哪结束，哪个字段写发送方、哪个字段写接收方，传错了怎么重发。这套规则就叫网络协议（Network Protocol）。比如以太网（Ethernet）规定了有线局域网的帧格式，Wi-Fi（IEEE 802.11）规定了无线局域网的通信方式。

交换机与局域网

当第三台甚至更多电脑也要传文件时，如果还靠两两直连，4 台电脑要拉 6 根线，10 台电脑要拉 45 根线，网口根本不够插。

解决办法是在中间放一台交换机（Switch）。每台电脑只需拉一根网线插到交换机端口上，由交换机在各个端口之间识别并转发数据。

_{图：Sub，整机与接口特写，公有领域；拼接。}

像这样把家里、教室、办公室或单个机房内的电脑、打印机、NAS 集中连在一起的本地网络，就叫局域网（LAN，Local Area Network）；用无线方式组成的局域网则叫无线局域网（WLAN）。

路由器与互联网

如果要访问的文件就在同一个局域网的服务器上，数据过一下本地交换机就到了。但如果要访问远在外部的 B 站或 GitHub，数据就得离开当前局域网，跨越很多不同的网络。

把不同网络连接起来并替数据包引路的设备叫路由器（Router）。跨地域互联的网络构成广域网（WAN，Wide Area Network），而全球无数个家庭网、校园网、企业网和数据中心通过路由器彼此相连，就汇成了互联网（Internet）。

看上面的示意图：电脑访问左侧的本地文件服务器时，数据只经过本地交换机；访问右侧外部网络的服务器时，数据得先交给本地路由器，再由路由器往外转发。所以哪怕外网断了，同一个局域网里的设备通常照样能互相传文件或打印东西。