计算机网络是现代信息社会的基石，也是计算机科学与技术、通信工程等专业的核心课程。本章作为入门，旨在构建对计算机网络的基本认知框架。

一、计算机网络的定义

计算机网络是指将地理位置不同的、具有独立功能的多个计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统、网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的系统。其核心目标是实现资源共享和信息交换。

二、计算机网络的组成

1. 从组成部分看：主要由硬件、软件、协议三大部分构成。

• 硬件：包括主机（客户端和服务器）、通信链路（双绞线、光纤等）、交换设备（路由器、交换机等）和通信处理机（如网卡）。

• 软件：主要包括实现资源共享的软件（如网络操作系统、数据库管理系统）和方便用户使用的各种工具软件。

• 协议：一系列规则和约定的集合，是网络的核心，确保数据能够有序、准确地传输。

1. 从工作方式看：可分为边缘部分和核心部分。

• 边缘部分：由所有连接到网络上的主机（端系统）组成，是用户直接使用部分，进行通信（传送数据/音频视频）和资源共享。

• 核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成，为边缘部分提供连通性和数据交换服务。

1. 从功能组成看：可分为通信子网和资源子网。

• 通信子网：由各种传输介质、通信设备和相应的网络协议组成，负责数据通信。

• 资源子网：实现资源共享功能的设备及其软件的集合，负责数据处理。

三、计算机网络的功能

1. 数据通信：最基本和最重要的功能，实现计算机之间各种信息的快速传输。
2. 资源共享：包括硬件共享（如打印机）、软件共享和数据共享。
3. 分布式处理：将大型任务分配给网络中的多台计算机协同完成，提高系统可靠性和处理能力。
4. 提高可靠性：网络中的一台计算机故障，可由其他计算机替代其工作。
5. 负载均衡：将工作任务均匀分配给网络中的多台计算机。

四、计算机网络的分类（重点）

1. 按覆盖范围（拓扑结构影响大）：

• 广域网(WAN)：覆盖范围广（几十到几千公里），跨城、国家，由ISP运营，核心是路由器。

• 城域网(MAN)：覆盖一个城市（5~50km）。

• 局域网(LAN)：覆盖范围小（1km左右），如校园、企业网，使用广播技术，主导标准是IEEE 802系列。

• 个人区域网(PAN)：覆盖个人工作空间（10m左右），如蓝牙、Wi-Fi Direct。

1. 按传输技术：

• 广播式网络：所有主机共享通信信道，如传统以太网。

• 点对点网络：使用分组存储转发和路由选择机制，如广域网。

1. 按拓扑结构：总线型、星型、环型、网状型等。

1. 按使用者：公用网（面向公众，如电信网络）和专用网（特定部门，如军队、银行网络）。

1. 按交换技术：电路交换、报文交换、分组交换（现代网络主流）。

五、计算机网络的标准化工作及相关组织

标准化对于网络的互联互通至关重要。主要组织包括：

• 国际标准化组织(ISO)：提出OSI参考模型。
• 国际电信联盟(ITU)：制定通信规则。
• 电气和电子工程师协会(IEEE)：制定局域网和城域网标准（如802系列）。
• 互联网工程任务组(IETF)：负责互联网标准制定，RFC文档是事实标准。

六、计算机网络的性能指标（重要）

1. 带宽(Bandwidth)：单位时间内从网络某一点到另一点所能通过的“最高数据率”，单位b/s。
2. 时延(Delay)：数据从网络一端传送到另一端所需的时间。总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延。

• 发送时延 = 数据帧长度(b) / 信道带宽(b/s)

• 传播时延 = 信道长度(m) / 电磁波传播速率(m/s)

1. 时延带宽积 = 传播时延 × 带宽，表示以比特为单位的链路长度。
2. 往返时延(RTT)：从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方确认总共经历的时延。
3. 吞吐量(Throughput)：单位时间内通过某个网络的实际数据量。
4. 速率(Speed)：连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率，也称数据率，单位b/s。
5. 利用率：包括信道利用率和网络利用率。信道利用率过高会导致时延急剧增加。

本章小结

第一章是学习计算机网络的起点，重点在于理解计算机网络的定义、组成、功能和分类，并掌握关键的性能指标及其计算（尤其是时延的组成）。这些基本概念和指标为后续深入学习网络体系结构、协议原理和具体技术奠定了坚实的基础。建议结合图示理解拓扑结构和数据流动过程，并通过习题巩固对性能指标的计算。