从零开始搭建 HomeLab 第二部分（上）介绍计算机网络与软路由

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Build Your Own Home-LAB Part 2 Div 1. Networking & Soft Routing

嗨嗨~ 欢迎来到 Build Your Own Home-LAB 的第二部分，按照原计划，第二部分应该是 PVE 虚拟化，但这部分被鸽了，所以后面再说吧……

另外，这次的内容比较干，蒟蒻已经尽力讲明白了，同时添加了一些 Emoji，但愿大家读起来可以好受一些 AwA~ 如果有任何错误或者建议，欢迎在下方提出，感谢各位。

接下来几章我尽量保持月更，希望大家喜欢！

0x01 什么是计算机网络

计算机网络是指由两台或多台计算设备，通过通信线路和协议连接起来，用以交换数据和共享资源的系统。它不依赖互联网存在，可以是局部的，例如局域网（LAN），其核心目的是实现信息的高效传递与协作。

想象一下，你有好几个朋友，每个人手上都有一个神奇的笔记本，能写东西、能存东西、还能玩游戏。每个人都能自己玩得很开心，但如果他们想要 一起玩、互相传纸条、借用彼此的资料，就需要一种方式让这些笔记本“连起来”交流信息。这个“让笔记本之间能交流”的方法，就是计算机网络的本质。

0x02 计算机网络的发展

自 20 世纪 40 年代第一台冯·诺伊曼架构的计算机 EDVAC 开始，科学家们便开始尝试将计算机们连接起来，组成像蜘蛛网一样互联的计算机网络，到 1950 年代后期，最早期的计算机网络渐渐出现\space^{[1]}。

0x02 计算机网络的发展

1950s–1960s：早期军事网络与自动化系统

SAGE（Semi-Automatic Ground Environment）

SAGE 是美国在冷战期间开发的半自动地面防空系统，旨在通过计算机网络实时追踪和拦截敌方飞机。该系统由麻省理工学院林肯实验室主导开发，于 1958 年投入使用，连接了全美 27 个指挥控制中心，使用 IBM AN/FSQ-7 计算机进行数据处理和通信。SAGE 被认为是世界上第一个地理分布式、在线实时的数字计算机系统，为后来的计算机网络奠定了基础。

OGAS（国家自动化系统）

OGAS 是苏联在 1962 年提出的全国性信息网络项目，旨在通过计算机网络实现国家经济管理的自动化。该项目由维克托·格卢什科夫领导，计划构建一个覆盖全国的三层网络结构，包括中央、地区和地方节点。尽管 OGAS 在技术上具有前瞻性，但由于政治和经济原因，未能获得足够的支持，最终在 1970 年被取消。

1969–1980s：ARPANET 与现代互联网的雏形

ARPANET 是美国国防部高级研究计划局（ARPA）于 1969 年启动的项目，旨在创建一个分布式的计算机网络，以提高通信的可靠性。该网络最初连接了加州大学洛杉矶分校、斯坦福研究所、加州大学圣塔芭芭拉分校和犹他大学四个节点。ARPANET 引入了分组交换技术，并开发了远程登录和文件传输等功能，被广泛认为是现代互联网的前身。

1989–1990s：万维网（World Wide Web）的诞生

1989 年，英国科学家蒂姆·伯纳斯-李在欧洲核子研究中心（CERN）提出了万维网的概念，旨在通过超文本链接实现全球信息的共享。他开发了第一个网页浏览器和服务器，并制定了超文本传输协议（HTTP）和超文本标记语言（HTML）。1991 年，万维网向公众开放，标志着互联网进入了一个新的时代。

1999–2000s：Web 2.0 与用户参与的兴起

1999 年，达西·迪努奇在文章中首次提出“Web 2.0”这一术语，描述了互联网从静态页面向动态、互动内容的转变。2004 年，蒂姆·奥莱利在 Web 2.0 会议上进一步推广了这一概念，强调用户生成内容、社交网络和协作平台的重要性。Web 2.0 的兴起使得用户不仅是信息的接收者，更成为内容的创造者和传播者，极大地丰富了互联网的生态系统。

从 SAGE 到 OGAS，再到 ARPANET、万维网和 Web 2.0，计算机网络的发展经历了从军事用途到公共服务、从集中控制到用户参与的演变。这些历史节点不仅塑造了我们今天所依赖的互联网，也为未来的网络技术发展提供了宝贵的经验和启示。

0x03 计算机网络的接入技术

本节内容参考了 B 站博主飞天闪客的视频 《你管这破玩意叫网络？》，在此致以诚挚感谢！

另：本节内容繁多，难免出错，欢迎读者在讨论区中提出问题，我会及时回复。

在了解了计算机网络的发展之后，我们来看看它的基本构成。

我们通常将一台可以接入计算机网络的设备称为网络接入终端。家中常见的网络类型叫作局域网（LAN, Local Area Network）。局域网由多个接入终端互联构成，规模较小，常用于家庭、办公室、商场等场景。除了局域网，还有更大范围的城域网（MAN, Metropolitan Area Network）和广域网（WAN, Wide Area Network）。简单来说，MAN 由多个 LAN 互联而成，而 WAN 则可以跨越城市甚至国家，连接多个 MAN 或 LAN。

网络接入与带宽

现在我们回到终端设备——你有没有想过，是什么让你的电脑能够上网？

没错，就是网络适配器（Network Adapter）。它负责与上级设备进行通信，使用的协议可以是有线的以太网（Ethernet），也可以是无线的 Wi-Fi。

适配器每秒可以传输的数据量叫做带宽，常见的有 100 Mbps、1 Gbps、10 Gbps 等。服务器领域甚至可以达到 100 Gbps、400 Gbps，甚至更高。

随着带宽提升，网络接入介质也不断演进：

此外，伴随 AI 模型训练等高速互联需求，NVIDIA 的 Infiniband 协议在超级计算机之间得到了广泛应用。不过这类技术目前主要用于数据中心，不属于家庭网络的常见范畴。

交换机与集线器：网络中的“快递站”

网络接入终端通常连接在交换机（Switch）上，而在早期网络中，也可能是集线器（Hub）。我们可以用“包裹”来类比数据包：它上面会标注发件人和收件人，这部分信息称为数据链路层头部。终端的唯一身份地址叫做MAC 地址（媒体访问控制地址）。

集线器的工作方式比较“粗暴”：收到一个数据包后，它会把包广播给所有终端，由终端判断是不是自己的。如果不是，就丢弃。这种方式虽然简单，但安全性差——网络中的其他设备理论上都能“偷看”你的数据。

交换机则更“聪明”：它内部维护一张MAC 地址表，记录每个端口所连接设备的 MAC 地址。第一次遇到陌生地址时，交换机会像集线器一样广播，但一旦收到响应，就记住该地址，以后再有相同目的地的数据包，就只发给目标设备。这样既提高了效率，也增强了安全性。

By bilibili @飞天闪客

路由器：不同网络之间的“中转站”

通过交换机，我们搭建了一个局域网。但不同的局域网之间怎么通信呢？这就要靠路由器（Router）了。路由器通常连接在交换机的上游，有些交换机不区分上行端口（UP Port），使用时需注意。

设想有两个网络：A_{1\dots n} 和 B_{1\dots m}，它们分别使用 192.168.1.x 和 192.168.2.x 段的IP 地址。当设备 A1 想向 B1 发送数据时，数据包会带上网络层头部，其中包含源 IP 和目标 IP。

此时，终端会根据子网掩码判断目标 IP 是否在同一子网中：如果不同，就将数据包转发给默认网关，也就是路由器。

路由器内部也维护一张路由表（Routing Table），作用类似于交换机的 MAC 地址表，用来决定下一跳该将数据包发往哪里。此外，终端和路由器还会缓存 IP 与 MAC 地址之间的映射关系，形成所谓的 ARP 缓存表（Address Resolution Protocol Cache）。

在家庭宽带场景中，路由器还可以通过 PPPoE 拨号协议 接入 ISP（互联网服务提供商，Internet Service Provider） 的网络，通常通过 调制解调器（Modem） 进行桥接。

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ISP：家庭网络的“上层入口”

我们已经搭建好了局域网，并通过路由器将局域网中的设备连接了起来。但问题来了：路由器是如何将你家的网络接入整个互联网的？

这就涉及到你的网络服务提供商，也就是 ISP（Internet Service Provider，互联网服务提供商）。

➤ 接入方式：光猫与拨号

家庭宽带一般是通过光纤线路进入你家的。你家墙上的那根白色线缆，很可能是一根从运营商机房拉来的光纤，它接入的设备叫做 光猫（又称 Modem，调制解调器），负责把光信号转换为电信号，供路由器使用。

运营商通常会使用两种无源光网络技术进行家庭接入：

➤ 上网凭证：拨号认证与 PPPoE

光猫虽然“接了网”，但还不能直接上网。这是因为运营商需要你“登录”一下，确认你是合法用户。

这一步通常通过 PPPoE（Point-to-Point Protocol over Ethernet）拨号协议 实现。它就像是“验证身份用的拨号卡”：你家路由器里保存着用户名和密码，每次开机后自动拨号，认证通过后才能访问公网。

你可以把 PPPoE 理解为运营商提供的“网络账户登录系统”。

一旦拨号成功，你的家庭网络就拥有了一个公网出口地址（IP 地址），从此可以访问互联网的所有内容。

➤ 公网与私网：软路由的机会点

值得一提的是，运营商分配给你家的 IP 地址，可能是一个 公网 IP，也可能是内网 IP（私有 IP）。

这在软路由的使用中非常关键。许多软路由系统（如 OpenWRT、iKuai、爱快等）都可以用来：

计算机网络的结构模型

OSI（Open Systems Interconnection，开放式系统互联）模型是由国际标准化组织（ISO）提出的，用于指导各种网络设备之间如何通信。它将数据在网络中的传输过程划分为七个层次，每一层都承担特定的功能，层层相依、逐级传递。

我们可以把这个模型想象成一个邮局递送系统，从你写信、装进信封、贴地址，到快递员送货上门，每一步都有各自的流程和职责。

🟪 第 7 层：应用层（Application Layer）

🟦 第 6 层：表示层（Presentation Layer）

🟩 第 5 层：会话层（Session Layer）

🟥 第 4 层：传输层（Transport Layer）

🟨 第 3 层：网络层（Network Layer）

🟧 第 2 层：数据链路层（Data Link Layer）

⬛ 第 1 层：物理层（Physical Layer）

0x05 软路由是什么？

我们在前文提到过“软路由”这一概念，但现在是时候详细聊聊它到底是什么了。

通俗点说，软路由（Software Router），是指一台运行路由器功能的通用计算设备（如 X86 小主机、ARM 开发板、工控机等），通过安装专门的操作系统（如 OpenWRT、、爱快、RouterOS 等）来实现传统硬件路由器的网络转发与管理能力。

相较于传统路由器（即硬路由），软路由具备以下几个特点：

不过，软路由也不是完美无缺，它主要存在两个短板：

  1. 缺乏硬件加速模块：传统路由器通常集成了专业芯片以加速网络转发（如 NPU、ASIC、H-NAT），而软路由常规仅依靠 CPU 处理全部网络数据，因此在处理大流量转发时，性能瓶颈更容易出现。
  2. 无线性能较弱：软路由本身一般不带 Wi-Fi 天线或无线模块，需另配 AP（Access Point）或使用老路由器桥接，且稳定性与射频调优通常不如一体式路由器。

所以，在选择是否使用软路由之前，建议先明确自己的使用场景和需求，避免“性能过剩”或“功能不够”的情况发生。

0x06 我需要软路由吗？

这个问题其实和“你家网络的复杂程度”密切相关，也就是说，并不是所有人都需要软路由。希望大家理性考虑，你可以从下面这些角度来判断：

✅ 如果你是这样的用户，软路由值得考虑：

❌ 如果你是这样的用户，硬路由可能更合适：

小结建议：

使用需求 推荐方案
普通家庭上网 品牌硬路由器
网络轻度玩法 品牌路由 + 插件（如 OpenWRT 版小米/华硕）
重度网络管理 软路由 + 高性能交换机/AP
网络爱好者 / 运维玩家 核心网络使用软路由 + VLAN + 子网规划

0x07 软路由系统选择

在本节中，我将选取一些经典的软路由系统进行介绍，以帮助大家选择适合自己的系统。

1. OpenWRT 及其衍生

OpenWRT 是一个非常成熟、社区活跃的开源路由系统，以其强大的可定制性和模块化设计著称。它支持众多硬件平台，包括 MIPS、ARM 和 X86，常见的家用无线路由器也大多基于其魔改版本。

特点如下：

适合人群：

衍生版本包括：

2. iKuai（爱快）

iKuai 是国内开发的一套专为网络管理场景打造的软路由系统，使用体验非常接近企业级设备，但 UI 做得简洁易懂，适合中小企业和高阶家庭用户。

特点如下：

适合人群：

🚨 注意：虽然 iKuai 本身是免费的，但部分功能（如高级认证、防火墙模块）可能需要商业授权；此外，它是闭源系统，不支持用户修改底层代码。

0x08 小结

通过上面的介绍，希望大家能够对计算机网络有一个初步的认知，基本了解软路由的作用和常见的几种软路由操作系统，限于篇幅，软路由的实装和使用我们留在下一 Div 进行介绍（继续挖坑），感谢阅读~

\text{To Be Continued\dots}