計算機網絡是現代信息社會的基石，也是計算機科學與技術、通信工程等專業的核心課程。本章作為入門，旨在構建對計算機網絡的基本認知框架。

一、計算機網絡的定義

計算機網絡是指將地理位置不同的、具有獨立功能的多個計算機及其外部設備，通過通信線路連接起來，在網絡操作系統、網絡管理軟件及網絡通信協議的管理和協調下，實現資源共享和信息傳遞的系統。其核心目標是實現資源共享和信息交換。

二、計算機網絡的組成

1. 從組成部分看：主要由硬件、軟件、協議三大部分構成。

• 硬件：包括主機（客戶端和服務器）、通信鏈路（雙絞線、光纖等）、交換設備（路由器、交換機等）和通信處理機（如網卡）。

• 軟件：主要包括實現資源共享的軟件（如網絡操作系統、數據庫管理系統）和方便用戶使用的各種工具軟件。

• 協議：一系列規則和約定的集合，是網絡的核心，確保數據能夠有序、準確地傳輸。

1. 從工作方式看：可分為邊緣部分和核心部分。

• 邊緣部分：由所有連接到網絡上的主機（端系統）組成，是用戶直接使用部分，進行通信（傳送數據/音頻視頻）和資源共享。

• 核心部分：由大量網絡和連接這些網絡的路由器組成，為邊緣部分提供連通性和數據交換服務。

1. 從功能組成看：可分為通信子網和資源子網。

• 通信子網：由各種傳輸介質、通信設備和相應的網絡協議組成，負責數據通信。

• 資源子網：實現資源共享功能的設備及其軟件的集合，負責數據處理。

三、計算機網絡的功能

1. 數據通信：最基本和最重要的功能，實現計算機之間各種信息的快速傳輸。
2. 資源共享：包括硬件共享（如打印機）、軟件共享和數據共享。
3. 分布式處理：將大型任務分配給網絡中的多臺計算機協同完成，提高系統可靠性和處理能力。
4. 提高可靠性：網絡中的一臺計算機故障，可由其他計算機替代其工作。
5. 負載均衡：將工作任務均勻分配給網絡中的多臺計算機。

四、計算機網絡的分類（重點）

1. 按覆蓋范圍（拓撲結構影響大）：

• 廣域網(WAN)：覆蓋范圍廣（幾十到幾千公里），跨城、國家，由ISP運營，核心是路由器。

• 城域網(MAN)：覆蓋一個城市（5~50km）。

• 局域網(LAN)：覆蓋范圍小（1km左右），如校園、企業網，使用廣播技術，主導標準是IEEE 802系列。

• 個人區域網(PAN)：覆蓋個人工作空間（10m左右），如藍牙、Wi-Fi Direct。

1. 按傳輸技術：

• 廣播式網絡：所有主機共享通信信道，如傳統以太網。

• 點對點網絡：使用分組存儲轉發和路由選擇機制，如廣域網。

1. 按拓撲結構：總線型、星型、環型、網狀型等。

1. 按使用者：公用網（面向公眾，如電信網絡）和專用網（特定部門，如軍隊、銀行網絡）。

1. 按交換技術：電路交換、報文交換、分組交換（現代網絡主流）。

五、計算機網絡的標準化工作及相關組織

標準化對于網絡的互聯互通至關重要。主要組織包括：

• 國際標準化組織(ISO)：提出OSI參考模型。
• 國際電信聯盟(ITU)：制定通信規則。
• 電氣和電子工程師協會(IEEE)：制定局域網和城域網標準（如802系列）。
• 互聯網工程任務組(IETF)：負責互聯網標準制定，RFC文檔是事實標準。

六、計算機網絡的性能指標（重要）

1. 帶寬(Bandwidth)：單位時間內從網絡某一點到另一點所能通過的“最高數據率”，單位b/s。
2. 時延(Delay)：數據從網絡一端傳送到另一端所需的時間。總時延 = 發送時延 + 傳播時延 + 處理時延 + 排隊時延。

• 發送時延 = 數據幀長度(b) / 信道帶寬(b/s)

• 傳播時延 = 信道長度(m) / 電磁波傳播速率(m/s)

1. 時延帶寬積 = 傳播時延 × 帶寬，表示以比特為單位的鏈路長度。
2. 往返時延(RTT)：從發送方發送數據開始，到發送方收到接收方確認總共經歷的時延。
3. 吞吐量(Throughput)：單位時間內通過某個網絡的實際數據量。
4. 速率(Speed)：連接在計算機網絡上的主機在數字信道上傳送數據的速率，也稱數據率，單位b/s。
5. 利用率：包括信道利用率和網絡利用率。信道利用率過高會導致時延急劇增加。

本章小結

第一章是學習計算機網絡的起點，重點在于理解計算機網絡的定義、組成、功能和分類，并掌握關鍵的性能指標及其計算（尤其是時延的組成）。這些基本概念和指標為后續深入學習網絡體系結構、協議原理和具體技術奠定了堅實的基礎。建議結合圖示理解拓撲結構和數據流動過程，并通過習題鞏固對性能指標的計算。