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。

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。

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

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：

以上就是這次的分享，我們下次見～