網際網路是如何運作?|運作原理大解析

更新日期: 2022 年 4 月 7 日

「網際網路」是如何運作?這是一個好問題!

每個人都知道如何使用網路,但其實都不太清楚它是如何運作。

如同家裡的插座一樣,我們每天都用使用它,卻從未了解插座背後的機械構造與原理。

你可能會問:「我幹嘛需要了解它?我會使用就好啦。」

對於一般人或許沒錯,但對於網路相關工作者來說,了解網路基本原理,能幫助我們對網站、SEO、編碼技術,有更全面的認識

因此,若你是網路相關工作者,或是未來想從事網路業的讀者。

邀請你一起認識來認識,網路運作的基本概念與原理。

什麼是網際網路?

在我們開始談論「網際網路是什麼」,必須先了解「網路」的意涵。

「網路」是由成堆相連的電腦組成,它們能夠互相傳送資料給對方。

我們可以用「社交圈」的概念理解網路。

社交圈是由成群的人們組成,他們彼此互相認識、分享消息與近況,也能互相協力合作。

同理,網路也是如此運作,差別在於社交圈是由「人」組成,網路則是由「電腦」組成。

而「網際網際」就是一個非常龐大、數不清的「網路」集合體。

一台電腦能透過網際網路,與其他地方的電腦相互連線在一起,讓訊息能透過各地的電腦,快速傳遍至地球上的每個角落。

理解網際網路的基本概念,接下來我們要問:「電腦是如何被串接在一起的?」

「網際網路」將全球電腦串接在一起的方法,其實沒有特別厲害的技術,就是單純透過「電線」、「電纜」、「無線電波」等基礎設施。

當擁有基礎設施後,所有等待被傳送的消息、資訊,都會被轉換成「電子」或「光波脈衝」等形式輸送(俗稱:位元)。

等到訊息接收端的電腦,接收到這些位元後,它會在自行轉譯成原始的內容,供電腦使用者閱覽。

有上述流程可知,若想擁有越快速的網路速度,則需要品質越好的網路基礎設施。

因為只有越好的電纜、電線,讓每次的傳送過程,乘載更多位元的訊息,加快資訊交換的速度。

什麼是分散式網路?

網際網路的系統中,是沒有一個中央管控中心。

與此相反,它是由一個分散式網路系統運作,白話文來說,網際網路並不依靠任何一部獨立的電腦。

任何一台電腦或硬體設施,都可以成為網路的部分,只要它能正常地傳遞、接收資訊。

網際網路分散系統的特色,使它保有一定程度的彈性。

電腦、伺服器以及其他網路硬體設施,不分日夜的不斷相連與中斷,都不會影響網際網路的功能。

更甚者,如果一個巨大的網路資料中心,或一整個地區網路伺服器突然當機。

世界上的其他地區,仍能還不受影響的持續使用網路。

相反的,若網際網路是由單一系統掌管,我們很難保證它能夠 24 小時全年無休正常運作。

網際網路如何運作?

網際網路運作的運作方式,主要依靠兩個重要概念維持:數據包、協議。

數據包

在網路世界裡,訊息會被切分成一個個片段的數據包(又稱:封包)。

每一個數據包,都含有該訊息的「封包標頭」與「資訊本身」。

我們以實際的傳送流程,解釋數據包的用途。

每當電腦想要傳輸消息時,會先將一則訊息拆解成一包包的數據包,並轉換成「位元」的單位。

那些位元等級的數據包,會藉由通過不同的網路傳送設施,以此到達傳送目的地。

等到另一端電腦接收到訊息後,會查看每個數據包的標題,用以判斷數據包的前後順序。

當釐清數據包的拆分邏輯後,才能重新將被拆解的訊息,重新組裝成一個完整訊息,讓使用者看到完整的內容。

數據包的運作原理,就如同美國自由女神像的建立方式。

自由女神像最初是由法國設計並建造。

但是,由於它的體積過於巨大,以至於難以找到一艘足夠大的商船運輸。

因此,它被拆解成數個不同的區塊運送,等到了美國本地,工人在查看各區塊的記號,重新在該地組合完成。

當然,與自由女神像的運送過程相比,網路傳送資料的速度顯然快多了。

例如,若傳送一張自由女神像的照片,從拆解封包到重組傳送完成,只需要花費百萬毫秒的時間。

封包交換

在網路世界裡,傳送數據包的技術稱為「封包交換」,是數據通訊中一種新且重要的概念。

傳統的通訊模式,都是需要建立一個固定的線路。

例如傳統電話電路,需要先搭建一條專屬的線路,電話雙方才能夠撥通電話。

「封包交換」則與傳統的概念相反。它在傳輸前,不需要建立一條通訊路徑。

只要是世界上任何的網路設備(如:路由器、交換器等裝置),都能成為封包傳輸的管道。

換言之,兩台固定電腦的傳輸訊息的路徑,可能每次都由不同的裝置傳遞,並有著不同的傳遞路徑。

通訊協定

想將兩台電腦連接在一起,其中一個主要的困難點,在於每台電腦的硬體設備、軟體版本都是不同等級。

若想解決這個難題,需要讓每台連線上網的電腦,都有一個可互相理解的共同基準

以人來比喻,兩個成長在完全不同環境的人,可以互相理解對方的前提,在於能以相同的語言溝通、交換資訊。

「通訊協定」就是解決上述難題的解答:電腦之間的共通語言

在網際網路世界,「通訊協議」代表一個標準化的溝通方法。

每一部電腦,都可以藉此溝通方法,分享具備固定格式的資料內容,並達到相互理解的基準。

一般來說,「通訊協議」是一種大範圍的統稱,實際上會依照不同的需求,制定不同特定的協定。

例如地區型的協議:「乙太網路」,可以將家裡的電腦與影印機連接。

全球型的協議:「IP」,可以讓使用者可以透過連線,取得網際網路上的各種資源。

此外,確保數據包能順利傳遞的協議:「TCP」、確保網站、應用程式等有標準數據型態的協議:「HTTP」。

除上述例子以外,還有各式各樣不同的協定,以滿足各種的資料運輸需求。

網際網路也因為這些協定,促使所有電腦與裝置有個完善的溝通標準,並順暢無阻的彼此交換資訊。

哪些網路設備讓網路能運作?

要讓網際網路正常運作,需要許多不同類型的硬體設備與基礎設施。

以下將介紹,其中一些特別重要的設備:

交換器

交換器負責連接各種地區型裝置,例如電腦、影印機與伺服器等等。

通常校園、大樓等小地區的網路,都是依靠交換器的運作,讓該地區的網路使用者,能順暢的交換資訊與訊息。

路由器

路由器的功能與交換器類似,路由器一樣可以連接多個裝置。

差別在於,路由器是透過將數個交換器串接起來,用以建立更大規模的網路系統。

此網路規模可能是單一地區,或多個地區。

當你想要建立一個小型的企業網路,通常你會需要一致多個路由器,讓更多人能夠使用網際網路。

我們可以將路由器比喻為一位交通警察。

他的主要任務,是負責將數據包指引到對的路徑與方向,並確保每個封包都能免於資安病毒入侵。

總結來說,路由器能確保資訊免於資安問題,並判斷資訊傳遞的最佳路徑。

最後,讓你的企業網站快速、安全地與世界連上線。

如何將上述的概念,運用到實際網路上?

基礎的網路

當兩台電腦需要傳輸資料時,我們必須將它們連上線才可行,不管是有線(例如:乙太網路)或是無限(例如:藍牙、WiFi)。

當然,資料傳輸的方式,不僅限於兩台電腦之間。你可以根據自己的需求,串聯好幾台不同的電腦。

但隨著數量的提升,串接方式將換趨於複雜。

例如若想一次連接 10 台電腦,代表每台需要 9 個連線裝置,總共 45 個連設設備。

如果想解決這個問題,在上述連線網絡的電腦,可以選擇與「路由器」此特殊裝置相接。

「路由器」最重要的功能,就是確保訊息能被傳遞到正確的目的地。

例如,電腦 C 若想要傳資料給電腦 D,它必須先將資料傳送給路由器,路由器才會把接手的資料,正確的傳送給電腦 D。

當我們使用路由器後,原先 45 個連線裝置將銳減至 10 個裝置。

複雜的網路

到目前為止,路由器發揮充分的用途,幫助我們建立更簡單易懂的網路連接網。

但試想一下,若我們想同時連接上百台、上千台、甚至上萬台的電腦,那該怎麼辦呢?

當然一台路由器,沒辦法應付如此巨大的規模。

不過路由器同時也能互相連線,既然一台路由器不夠,那何不用兩台、甚至三台連接就好啦。

藉由電腦連接路由器,路由器再彼此相連,就可以將連線規模不斷擴大。

上圖的連線方式,已經非常接近網際網路的樣貌。但我們還缺少一點東西。

我們可以自己建立的連線系統,你的朋友、鄰居、或任何人同樣能建立相似的連線網絡。

即便如此,我們不太可能只透過路由器,就將世界上的所有連線網絡整合在一起。

你問:「所以我們是如何解決上述問題?」

事實上,我們可以通過利用現有的設備,將這巨大的連線網拼湊起來,該設備就是「電力」與「通訊」設備。

電話基礎設備早已將將自己的家裡,與世界上其他地區連通在一起。

我們只需要將自己的連線網,通過「數據機」這個設備,就能與通訊設備結合起來。

數據機能將自己網路系統的資料,轉換成通訊設備可以管理的數據,反之亦然。

到這裡,我們已經將網路的資訊轉換成通訊數據。

下一步我們要做的事,是將通訊數據傳遞給我們指定的目的地。

為了完成這個任務,我們需要將那些通訊數據,提供給網路網路服務供應商(簡稱:ISP)

ISP 是負責管理「特殊路由器」公司行號,那些特殊路由器可以將數據機的通訊數據,傳遞給另一間 ISP 公司。

整個過程如此進行,供應商 A 收到來自「數據機 A」的通訊數據,它通過「特殊路由器 A」將那些數據,傳遞給供應商 B。

供應商 B 收到數據後,再將那些數據以「特殊路路由器 B」,回傳給自己負責的「數據機 B」。

最後「數據機 B」再將數據轉換成網路資訊,交給路由器發送傳遞。

藉由上述流程,就建構出網際網路的模樣。

常見問題統整

最後,我們將本文的重點進行回顧統整,幫助各位讀者再次溫習內容:

什麼是網際網路?

「網路」是由成堆相連的電腦組成,它們能夠互相傳送資料給對方。
而「網際網際」就是一個非常龐大、數不清的「網路」集合體。

網際網路如何運作?

網際網路運作的運作方式,主要依靠兩個技術:數據包、通訊協議,再搭配各種網路硬體設施,完成全球網際網路的建置。

什麼是封包?

每當電腦想要傳輸消息時,會先將一則訊息拆解成一包包的數據包,並轉換成「位元」的單位。
那些位元等級的數據包,會藉由通過不同的網路傳送設施,以此到達傳送目的地。

什麼是通訊協定?

在網際網路世界,「通訊協議」代表一個標準化的溝通方法。
每一部電腦,都可以藉此溝通方法,分享具備固定格式的資料內容,並達到相互理解的基準。

以上就是這次的分享,我們下次見~

Similar Posts

One Comment

Comments are closed.