建網及互聯網基本知識

欢迎来到网络与互联网基础！

同学们好！准备好投入电脑如何互相沟通这个奇妙世界了吗？本章将会为你揭示连系你手机至社交媒体、电脑至 Google，以及游戏机至网上朋友的魔法。这就是网络！

了解这些基础知识超级重要，因为互联网和网络无处不在。读完本章，你将会明白一切如何运作，从墙壁里的电缆到空气中的 Wi-Fi 信号。让我们开始吧！

1. 什么是电脑网络？ (局域网 (LAN) vs. 广域网 (WAN))

电脑网络就是两部或更多电脑互相连接，让它们可以共享信息和资源（例如打印机或互联网连接）。你需要认识两种主要类型：局域网 (LAN) 和广域网 (WAN)。想象一下与人交谈：局域网就像在小房间里的闲聊，而广域网就像打电话到另一个国家！

局域网 (Local Area Network, LAN)

局域网 (LAN) 连接在小范围地理区域内的装置。它就是你在家里、学校电脑室，或单一办公大楼内的网络。

• 范围：小区域（例如，单一建筑物或校园）。
• 速度：通常非常快，因为距离短。
• 拥有权：私人拥有和管理（例如，你的家人拥有你的家居网络，你的学校拥有学校网络）。

广域网 (Wide Area Network, WAN)

广域网 (WAN) 连接在大范围地理区域内的装置，例如横跨城市、国家，甚至洲际。广域网通常是由许多局域网连接而成的网络。

• 范围：大区域（例如，连接香港和伦敦的办公室）。
• 速度：通常比局域网慢，因为数据需要传输更远的距离。
• 拥有权：通常由电信公司和服务提供商管理。

世界上最大的广域网就是互联网！

重点整理：局域网 (LAN) vs. 广域网 (WAN)

记住两者区别最简单的方法就是看地理跨度。如果它在同一幢建筑物内，那就是局域网。如果连接相隔遥远的不同位置，那就是广域网。

2. 我们在网络上能做什么？ (网络服务)

那么，我们为什么要连接电脑呢？因为这让我们可以做一些既酷又实用的事情！这些就是网络服务。

资源共享

我们无需每个人都拥有独立的设备，而是可以共享。

• 文件共享：你可以存取储存在中央电脑（称为服务器）上的文件（例如，云端硬盘或学校网络硬盘）。
• 硬件共享：整个办公室可以共享一部打印机或扫描仪以节省成本。
• 互联网连接共享：你的家居路由器同时与你的手机、笔记本电脑和智能电视共享一个互联网连接。

内部通讯与会议

• 通讯：向网络上的用户发送电子邮件或即时消息。
• 会议：与身处不同地点的人进行视频或语音通话。

3. 构成网络的基本组件：网络硬件

要建立网络，需要实体传输介质和连接硬件。

通讯线路

• 非屏蔽双绞线 (Unshielded Twisted Pair, UTP) 电缆：常用的标准铜线以太网电缆，广泛用于有线局域网连接。
• 光纤电缆 (Fibre Optic Cable)：使用玻璃或塑料纤维，并以光脉冲的形式传送数据。它提供极高带宽、传输距离长，且不受电磁干扰。
• 无线通讯 (微波、卫星)：使用电磁波在空气中传送数据。微波用于连接视线范围内的地点，而卫星则用于横跨洲际或海洋的长距离连接。

关键网络连接装置

• 网络接口卡 (Network Interface Card, NIC)：装置内部的硬件组件，让其可以连接到有线或无线网络。
• 调制解调器 (Modem)：是 MOdulator-DEModulator 的缩写。它将电脑的数字信号转换为可以在传输线上传输的模拟信号，反之亦然。
• 集线器 (Hub)：一种连接局域网内多部电脑的基本装置。当它接收到数据时，会将数据广播到所有已连接的端口，造成不必要的网络流量并增加碰撞风险。
• 交换机 (Switch)：一种在局域网内部使用的更智能装置。它会检查传入的数据包，并仅转发到特定的目标端口（点对点转发），从而减少网络流量和碰撞。
• 路由器 (Router)：一种连接不同网络的装置（例如将家居局域网连接到互联网）。它利用 IP 地址来找出在网络之间路由数据包的最佳路径。

快速复习：集线器 (Hub) vs. 交换机 (Switch) vs. 路由器 (Router)

- 集线器将数据广播给同一局域网上的每一部装置。
- 交换机将数据直接传送至同一局域网上的目标装置。
- 路由器在不同的网络之间传输数据。

4. 无线连接：Wi-Fi 关键概念

无线局域网 (WLAN) 使用射频信号运作。

• 频带：Wi-Fi 通常运作于 2.4 GHz（覆盖范围较广、速度较慢、干扰较多）和 5 GHz（覆盖范围较短、速度较快、较少拥堵）。
• 带宽：网络通道在特定时间 operations 内的数据传输容量。带宽越高，代表可以同时传输越多的数据。
• 干扰：由实体障碍物（如混凝土墙）或电子装置（如微波炉、无绳电话）对无线信号造成的干扰。
• 漫游：当用户移动时，无线客户端装置在不同的接入点 (AP) 之间无缝切换的能力，以维持连接不中断。

5. 我们如何连接到互联网

比较互联网接入方式

宽带 (例如光纤到户 / FTTH)

• 速度与稳定性：极高、稳定且延迟低。
• 成本：固定月费。
• 安全性：高，连接到处所的专用有线线路。
• 可用性：在市区广泛可用。

移动数据 (4G / 5G)

• 速度与稳定性：速度快（尤其是 5G），但速度会受信号强弱和基站拥堵程度影响。
• 成本：根据数据用量上限分级收费。
• 安全性：通过蜂窝网络加密标准进行保护。
• 可用性：极高，只要有移动基站覆盖的地方均可使用。

6. 网络协议、寻址与互联网标识符

协议是一套公认的规则和标准，让计算装置能够互相通讯。

TCP/IP 协议簇

• TCP (传输控制协议)：负责可靠的数据传递。它将数据分割为数据包、为其编上序号、检查丢失的数据包、在出错时要求重新传输，并在目的地重新组装。
• IP (互联网协议)：负责在跨网络间将个别数据包由源寻址并路由至目的地。

IP 地址：公用 vs. 私用 & IPv4 vs. IPv6

每部在互联网上通讯的装置都需要一个 IP 地址。

• IPv4：一个 32 位的地址，以点分十进制表示为四个数字（例如 192.168.1.1）。由于全球约 43 亿个未分配的 IPv4 地址池已基本耗尽，因此会使用 IPv6 和 NAT。
• IPv6：一个 128 位的地址，以冒号分隔的十六进制格式编写（例如 2001:0db8:85a3::8a2e:0370:7334），提供了极为庞大的地址空间。
• 公用 IP vs. 私用 IP：公用 IP 在全球范围内是唯一的，并可直接在互联网上路由。私用 IP（例如 192.168.x.x、10.x.x.x）仅在本地私有网络 (LAN) 内部使用，无法直接在公共互联网上路由。

域名与 URL

• DNS (域名系统)：将便于人类记忆的域名（例如 www.edb.gov.hk）转换为电脑可读取的数字 IP 地址。
• URL (统一资源定位符)：用于定位网上特定资源的完整地址。URL 由以下部分组成：
- 协议：例如 https://
- 域名 / 主机名：例如 www.example.com
- 路径与文件名：例如 /ict/notes.html

常见应用层协议

• HTTP (超文本传输协议) / HTTPS (安全超文本传输协议)：传输网页内容。HTTPS 使用加密技术 (SSL/TLS) 进行安全数据传输。
• FTP (文件传输协议)：用于在客户端与远程服务器之间上传和下载文件。
• SMTP (简单邮件传输协议)：用于在服务器之间或由客户端向邮件服务器发送电子邮件消息。
• POP3 (邮局协议第 3 版) / IMAP (互联网邮件访问协议)：用于从邮件服务器获取 / 下载收到的电子邮件。