路由器、交换机和网络硬件的常识

家庭网络硬件各个部分有什么作用、何时需要它们以及如何最好地部署它们。继续阅读以更清楚地了解优化家庭网络所需的内容。

什么时候需要开关？枢纽？路由器具体是做什么的？如果您只有一台计算机，是否需要路由器？网络技术可能是一个相当晦涩的研究领域，但只要掌握正确的术语和设备如何在家庭网络上运行的一般概述，您就可以放心地部署网络。

通过网络图了解家庭网络

与其从网络术语的词汇表开始，在这个过程中用没有简单参考点的技术术语来攻击你，不如让我们直接看网络图。这是可用的最简单的网络配置：直接连接到调制解调器的计算机，而调制解调器又通过电话线/电缆/光纤上行链路连接到个人的互联网服务提供商。

没有比这种安排更简单的了，但是这种超简单的设置是有代价的。该用户无法使用Wi-Fi设备访问互联网(因此无法使用智能手机、平板电脑或其他无线设备)，并且他们失去了在其计算机和更大的互联网之间使用路由器的好处。我们来介绍一下路由器，并强调一下使用路由器的好处。在下图中，我们向网络引入了两个元素:一个无线路由器和一台通过无线连接连接到网络的笔记本电脑。
什么时候应该使用路由器？考虑到家用路由器的低成本和在你的网络上安装一个的好处，你应该总是使用路由器(它几乎总是包括防火墙功能)。

家用路由器实际上是三个网络组件的组合：路由器、防火墙和交换机。在商业环境中，这三个硬件是分开的，但是消费者路由器几乎总是路由和交换组件的组合，并且为了更好的措施还添加了防火墙。首先让我们看看路由器功能是做什么的。

在最基本的层面上，路由器将两个网络连接在一起，一个是您家中的网络(无论大小)，另一个是您家外面的网络(在这种情况下，是互联网)。ISP为您提供的宽带调制解调器仅适用于将单台计算机连接到互联网，通常不包括任何路由或交换功能。路由器执行以下功能:

1.  IP共享：您的ISP为您分配一个IP地址。如果你有一台台式机、一台笔记本电脑、一个电视媒体盒和一台iPad，那么一个IP地址显然不够用。路由器管理这些多重连接，并确保正确的信息包到达正确的地方。如果没有这个功能，台式机上的人和笔记本电脑上的人就无法同时浏览网页，因为无法区分哪台计算机在请求什么。
2.  网络地址转换(NAT)：与IP共享功能相关，NAT修改进出网络的信息包中的报头，以便将它们路由到正确的设备。可以把NAT想象成路由器中一个非常有用的接待员，它确切地知道每个传入/传出的包应该去哪里，并相应地给它们打上部门的标记。
3.  动态主机配置：如果没有DHCP，您将不得不手动配置并将所有主机添加到您的网络中。这意味着每当一台新的计算机进入网络，你必须手动分配它一个网络地址。DHCP会自动为您完成这项工作，因此当您将XBOX接入路由器、您的朋友接入您的无线网络或者您添加一台新电脑时，无需人工干预即可分配一个地址。
4.  防火墙：路由器以多种方式充当基本防火墙，包括自动拒绝不属于网络内计算机与外部世界之间正在进行的交换的传入数据。例如，如果你从Pandora请求一个音乐流，你的路由器会说，“我们在等你，进来吧”，数据流就会被定向到发出请求的设备。另一方面，如果突然爆发的端口探测来自一个未知的地址，你的路由器就像一个保镖，拒绝请求，有效地伪装你的计算机。即使对于一个只有一台电脑的用户来说，一个简单的50美元的路由器仅仅是为了防火墙的功能也是值得的。

除了上面概述的内部到外部网络功能外，家庭路由器还充当网络交换机。网络交换机是一种硬件，可促进内部网络上计算机之间的通信。如果没有切换功能，设备可以通过路由器与更大的互联网通信，但不能相互通信——通过网络将 MP3 从笔记本电脑复制到台式机这样简单的事情是不可能的。

大多数路由器都有四个以太网端口，允许您插入四个设备并让它们通过开关功能进行通信。如果您需要四个以上的以太网连接，则需要升级到具有更大端口组的路由器（这是一个相当昂贵的提议，通常只会为您提供多达八个端口），或者您可以选择一个专用交换机。注意：仅当硬线连接的物理端口用完时才需要升级。如果您只有一台计算机和一台联网打印机插入您的四端口路由器（并且网络上的所有其他内容都是基于 Wi-Fi），则无需升级以获得物理端口。也就是说，让我们看一下具有专用交换机的网络。

尽管绝大多数家庭路由器的四端口限制对于大多数家庭用户来说已经绰绰有余，但在过去的 10 年里，家庭中可联网设备的数量已经显着增加。将多台计算机、多台游戏机、媒体中心、打印机、文件服务器等都连接到以太网 LAN 的情况并不少见（而您可能会将 Wii 放在 Wi-Fi 网络上，例如专用视频流和媒体服务器访问，最好有硬线连接）。一旦达到设备饱和度，就需要添加一个具有 8 个、16 个或更多端口的交换机，以正确支持您不断增长的家庭网络。

作为一个题外话，历史上人们经常依赖集线器，因为它们比昂贵的开关便宜得多。集线器是一种简单的网络设备，它不检查或管理通过它的任何流量——它是一种“哑”网络设备——相比之下，交换机实际上与数据包交互并主动引导它们。由于集线器没有管理组件，因此包之间经常发生冲突，从而导致整体性能下降。集线器有许多技术上的缺点，你可以在这里读到。在过去的10年里，消费者级网络交换机的价格急剧下降，以至于很少有集线器被生产出来(最大的消费者级集线器制造商之一Netgear甚至不再生产集线器了)。由于网络集线器的缺点和高质量的消费级网络交换机的低价格，我们不建议使用集线器。当你可以花25美元买到一个非常好的高速8端口交换机时，就没有理由在家庭网络上使用过时的集线器了——如果你好奇为什么网络管理员会部署集线器，你可以在这里阅读。

回到交换机的话题：交换机是增加家庭网络规模的一种极好的、廉价的方法。如果你的路由器后面的4个端口超出了你的容量，你能做的最简单的事情就是购买一个端口数量适当的交换机来扩展你的网络。把设备从路由器上拔下来，把所有设备都插到交换机上，然后再把交换机插到路由器上。注意：交换机绝对没有路由功能，不能代替路由器。你的路由器很可能内置了一个四端口交换机，但这并不意味着你新的八端口专用交换机可以取代你的路由器——你仍然需要路由器在调制解调器和交换机之间进行协调。

解码网络速度标志

现在您已经清楚地了解了网络应该如何进行物理配置，让我们来谈谈网络速度。我们感兴趣的主要有两个名称：以太网和 Wi-Fi。我们先来看看以太网。

以太网连接速度以10BASE为单位。最初的以太网协议现在已有30年的历史，最大速度为10 Mbit/s。1995年推出的快速以太网将速度提高到100 Mbit/s。千兆以太网在1998年推出，但直到最近才在消费者市场上获得很大的吸引力。顾名思义，千兆位以太网能够达到1000 Mbit/s。您通常会在networking gear及其包装上看到这些名称，如10/100或10/100/1000，表明该设备与哪个以太网版本兼容。

为了充分利用最大速度，传输链中的所有设备都需要达到或超过您想要的额定速度。例如，假设您在地下室有一台安装了千兆以太网卡的媒体服务器，在客厅有一台安装了千兆以太网卡的媒体控制台，但您使用10/100交换机将这两台设备连接在一起。这两种设备都将受到交换机上100 Mbit/s上限的限制。在这种情况下，升级交换机将大大提高您的网络性能。

除了通过家庭网络传输大文件和流式高清视频内容之外，几乎没有必要外出将所有设备升级到千兆位。如果您的主要计算机网络使用包括浏览网页和轻型文件传输10/100是非常令人满意的。

了解Wi-Fi速度

Wi-Fi速度是用字母而不是数字来表示的。与我们在以太网中发现的将数字转换为网络速度的简单方法不同，Wi-Fi名称实际上是指IEEE 802.11网络标准的草案版本，该标准规定了Wi-Fi协议的参数。

802.11b 是第一个被消费者广泛采用的版本。 802.11b 设备的最大传输速度为 11 Mbit/s，但速度很大程度上取决于信号强度和质量——实际上用户应该期望 1-5 Mbit/s。使用 802.11b 的设备会受到婴儿监视器、蓝牙设备、无绳电话和其他 2.4GHz 频段设备的干扰。

802.11g 是下一个主要的消费升级，将最大传输速度提高到 54 Mbit/s（考虑到纠错和信号强度，实际上约为 22 Mbit/s）。 802.11g 遭受与 802.11b 相同的 2.4GHz 频段干扰。

802.11n 是对 Wi-Fi 标准的重大升级——设备使用多输入多输出天线 (MIMO) 在 2.4GHz 和相对空闲的 5GHz 频段上运行。 802.11n 的理论最大值为 300 Mbit/s，但考虑到纠错和不太理想的条件，您可以预期 100-150 Mbit/s 范围内的速度。

802.11ac 是一个巨大的升级，它带来了更宽的频道（80 或 160 MHz 与 40 MHz）、更多的空间流（最多 8 个）和诸如波束成形之类的东西，它可以将波直接发送到您的设备，而不是四处弹跳，使事情变得快多了。快多少？有一些模型可以每秒处理 1 GB。它非常快。

与以太网一样，Wi-Fi 速度受到直接网络中最薄弱的链路的限制。如果您有一个支持 802.11n 的 Wi-Fi 路由器，但您的上网本只有一个支持 802.11g 的 Wi-Fi 模块，那么您将在 802.11g 速度下达到最高速度。除了速度限制之外，还有一个非常紧迫的原因要放弃最古老的流行 Wi-Fi 协议 802.11b。您必须在网络中的每台设备上使用相同级别的加密，并且 802.11b 设备可用的加密方案很弱并且已被破坏（例如，WEP 加密可能会在几分钟内被技术中等的孩子破坏） .升级您的 Wi-Fi 路由器和无线设备可让您升级无线加密并享受更快的速度。如果您现在还没有采取任何措施来保护您的路由器，那么现在是阅读我们的指南以锁定您的 Wi-Fi 网络以防入侵的好时机。

与以太网一样，升级到最高速度（在本例中为 802.11n）最适合人们移动大文件和流式传输高清视频。升级到 802.11n 对您的网络浏览速度的影响可以忽略不计，但会对您在家中无线传输高清内容的能力产生巨大影响。

至此，您已经掌握了家庭网络的布局方式，并且了解了网络速度的含义以及它们对您和您的网络的影响。是时候升级您的交换机，推出一些新的Wi-Fi带宽，并享受更优化的家庭网络了。