計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代信息社會的基石，也是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、通信工程等專業(yè)的核心課程。本章作為入門，旨在構(gòu)建對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本認(rèn)知框架。

一、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是指將地理位置不同的、具有獨(dú)立功能的多個(gè)計(jì)算機(jī)及其外部設(shè)備，通過通信線路連接起來，在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理軟件及網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的管理和協(xié)調(diào)下，實(shí)現(xiàn)資源共享和信息傳遞的系統(tǒng)。其核心目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)資源共享和信息交換。

二、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成

1. 從組成部分看：主要由硬件、軟件、協(xié)議三大部分構(gòu)成。

• 硬件：包括主機(jī)（客戶端和服務(wù)器）、通信鏈路（雙絞線、光纖等）、交換設(shè)備（路由器、交換機(jī)等）和通信處理機(jī)（如網(wǎng)卡）。

• 軟件：主要包括實(shí)現(xiàn)資源共享的軟件（如網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)）和方便用戶使用的各種工具軟件。

• 協(xié)議：一系列規(guī)則和約定的集合，是網(wǎng)絡(luò)的核心，確保數(shù)據(jù)能夠有序、準(zhǔn)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(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)（端系統(tǒng)）組成，是用戶直接使用部分，進(jìn)行通信（傳送數(shù)據(jù)/音頻視頻）和資源共享。

• 核心部分：由大量網(wǎng)絡(luò)和連接這些網(wǎng)絡(luò)的路由器組成，為邊緣部分提供連通性和數(shù)據(jù)交換服務(wù)。

1. 從功能組成看：可分為通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)。

• 通信子網(wǎng)：由各種傳輸介質(zhì)、通信設(shè)備和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議組成，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)通信。

• 資源子網(wǎng)：實(shí)現(xiàn)資源共享功能的設(shè)備及其軟件的集合，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理。

三、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能

1. 數(shù)據(jù)通信：最基本和最重要的功能，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)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(jī)）、軟件共享和數(shù)據(jù)共享。
3. 分布式處理：將大型任務(wù)分配給網(wǎng)絡(luò)中的多臺計(jì)算機(jī)協(xié)同完成，提高系統(tǒng)可靠性和處理能力。
4. 提高可靠性：網(wǎng)絡(luò)中的一臺計(jì)算機(jī)故障，可由其他計(jì)算機(jī)替代其工作。
5. 負(fù)載均衡：將工作任務(wù)均勻分配給網(wǎng)絡(luò)中的多臺計(jì)算機(jī)。

四、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類（重點(diǎn)）

1. 按覆蓋范圍（拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)影響大）：

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

• 城域網(wǎng)(MAN)：覆蓋一個(gè)城市（5~50km）。

• 局域網(wǎng)(LAN)：覆蓋范圍小（1km左右），如校園、企業(yè)網(wǎng)，使用廣播技術(shù)，主導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)是IEEE 802系列。

• 個(gè)人區(qū)域網(wǎng)(PAN)：覆蓋個(gè)人工作空間（10m左右），如藍(lán)牙、Wi-Fi Direct。

1. 按傳輸技術(shù)：

• 廣播式網(wǎng)絡(luò)：所有主機(jī)共享通信信道，如傳統(tǒng)以太網(wǎng)。

• 點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)：使用分組存儲轉(zhuǎn)發(fā)和路由選擇機(jī)制，如廣域網(wǎng)。

1. 按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：總線型、星型、環(huán)型、網(wǎng)狀型等。

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

1. 按交換技術(shù)：電路交換、報(bào)文交換、分組交換（現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)主流）。

五、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化工作及相關(guān)組織

標(biāo)準(zhǔn)化對于網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通至關(guān)重要。主要組織包括：

• 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)：提出OSI參考模型。
• 國際電信聯(lián)盟(ITU)：制定通信規(guī)則。
• 電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)：制定局域網(wǎng)和城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（如802系列）。
• 互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)：負(fù)責(zé)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)制定，RFC文檔是事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

六、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)（重要）

1. 帶寬(Bandwidth)：單位時(shí)間內(nèi)從網(wǎng)絡(luò)某一點(diǎn)到另一點(diǎn)所能通過的“最高數(shù)據(jù)率”，單位b/s。
2. 時(shí)延(Delay)：數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)一端傳送到另一端所需的時(shí)間。總時(shí)延 = 發(fā)送時(shí)延 + 傳播時(shí)延 + 處理時(shí)延 + 排隊(duì)時(shí)延。

• 發(fā)送時(shí)延 = 數(shù)據(jù)幀長度(b) / 信道帶寬(b/s)

• 傳播時(shí)延 = 信道長度(m) / 電磁波傳播速率(m/s)

1. 時(shí)延帶寬積 = 傳播時(shí)延 × 帶寬，表示以比特為單位的鏈路長度。
2. 往返時(shí)延(RTT)：從發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到發(fā)送方收到接收方確認(rèn)總共經(jīng)歷的時(shí)延。
3. 吞吐量(Throughput)：單位時(shí)間內(nèi)通過某個(gè)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際數(shù)據(jù)量。
4. 速率(Speed)：連接在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)在數(shù)字信道上傳送數(shù)據(jù)的速率，也稱數(shù)據(jù)率，單位b/s。
5. 利用率：包括信道利用率和網(wǎng)絡(luò)利用率。信道利用率過高會導(dǎo)致時(shí)延急劇增加。

本章小結(jié)

第一章是學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的起點(diǎn)，重點(diǎn)在于理解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義、組成、功能和分類，并掌握關(guān)鍵的性能指標(biāo)及其計(jì)算（尤其是時(shí)延的組成）。這些基本概念和指標(biāo)為后續(xù)深入學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、協(xié)議原理和具體技術(shù)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。建議結(jié)合圖示理解拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)流動過程，并通過習(xí)題鞏固對性能指標(biāo)的計(jì)算。