### 计算机网络概述
#### 一、计算机网络在信息时代的作用
随着信息技术的飞速发展，21世纪的社会已经步入了一个全新的时代——信息时代。在这个时代里，数字化、网络化以及信息化成为了最重要的特点。其中，网络已经成为信息社会的重要组成部分和发展知识经济的关键基础设施。
在“三网融合”的大背景下，即电信网络、有线电视网络和计算机网络的相互融合，发展最为迅速且在信息化进程中起着核心作用的是计算机网络。计算机网络不仅改变了人们的生活方式，还极大地促进了全球信息资源的共享和交流。
#### 二、计算机网络的发展历程
##### 1.1 第一代计算机网络
- **起源**：20世纪50年代，美国麻省理工学院为美国空军设计了SAGE半自动化地面防空系统。
- **特点**：早期的计算机网络主要是面向终端的设计，其核心是一台大型主机，多个终端通过远程通信连接到这台主机，实现数据处理和资源共享。
- **示例**：美国通用电气公司的信息服务系统(GE Information Service)。
##### 1.2 第二代计算机网络
- **标志**：1969年，美国国防远景研究规划局建立的ARPANET实验网被认为是现代意义上计算机网络的开端。
- **特性**：
- **共享资源**：网络中的各个节点可以共享资源。
- **分散控制**：不再依赖单一的中心节点进行控制。
- **分组交换**：数据被分割成小的数据包在网络中传输。
- **专用通信控制与处理机**：网络中配置了专门用于数据包处理和通信控制的设备。
- **分层的网络协议**：采用层次化的协议结构，提高网络的灵活性和可扩展性。
##### 1.3 第三代计算机网络
- **特点**：这一时期的计算机网络开始向国际标准化迈进，形成了统一的网络体系结构，并遵循一系列国际标准协议。
- **意义**：ARPANET的成功推动了计算机网络概念的根本变革，从早期以单个主机为中心的星形网转变为以网络为中心的架构。
#### 三、因特网概述
##### 1.2.1 网络的网络
- **定义**：因特网是一种特殊的互联网，是由多个独立的网络通过公共的标准集互相连接而成的一个逻辑网。每个独立的网络称为一个子网或网络。
- **结构**：网络由多个节点和链接这些节点的链路组成；而互联网则是“网络的网络”，将多个网络通过特定的协议和技术连接起来。
##### 1.2.2 因特网发展的三个阶段
1. **早期阶段**（1960年代至1970年代初）：以ARPANET为代表，主要服务于科研和军事目的。
2. **标准化阶段**（1970年代末至1980年代末）：TCP/IP协议的出现使得不同的网络能够互联互通，推动了因特网的大规模扩张。
3. **商业化阶段**（1990年代至今）：随着商业化进程的推进，因特网迅速普及至全球各地，成为现代社会不可或缺的一部分。
##### 1.2.3 因特网的标准化工作
- **TCP/IP协议**：作为因特网的核心协议，TCP/IP规定了数据传输的基本规则，确保了不同网络之间的互联互通。
- **其他标准**：还包括HTTP、FTP等应用层协议，以及DNS、SMTP等支持服务。
##### 1.2.4 计算机网络在我国的发展
- **起步**：中国计算机网络的发展始于20世纪80年代末期。
- **关键事件**：1994年中国正式接入国际互联网。
- **发展**：近年来，中国的计算机网络技术快速发展，尤其是在移动互联网、物联网等领域取得了显著成就。
#### 四、因特网的组成
##### 1.3.1 因特网的边缘部分
- **定义**：指网络中直接与最终用户相连的部分，包括用户的计算机和其他终端设备。
- **功能**：提供接入服务，使用户能够访问互联网资源。
##### 1.3.2 因特网的核心部分
- **定义**：指网络中的中间部分，由路由器等网络设备构成。
- **功能**：负责数据包的转发，确保数据能够在不同的网络之间高效传输。
#### 五、计算机网络的类别
##### 1.5.1 计算机网络的定义
- **定义**：计算机网络是由多台计算机及其外部设备，通过通信介质相互连接，并遵循统一的协议进行信息交换的系统。
- **分类依据**：通常根据覆盖范围和规模来对计算机网络进行分类。
##### 1.5.2 几种不同类别的网络
- **局域网(LAN)**：在一个较小的地理区域内，如办公室或校园内，连接多台计算机的网络。
- **城域网(MAN)**：覆盖城市或城市区域内的网络。
- **广域网(WAN)**：跨越较大地理范围，连接不同地区或国家的网络。
- **互联网**：由众多网络通过公共的标准集互相连接而成的逻辑网络。
#### 六、计算机网络的性能
##### 1.6.1 计算机网络的性能指标
- **带宽**：网络的最大数据传输速率。
- **延迟**：数据包从发送端传送到接收端所需的时间。
- **丢包率**：在网络传输过程中丢失的数据包比例。
- **吞吐量**：单位时间内成功传输的数据量。
##### 1.6.2 计算机网络的非性能特征
- **安全性**：网络抵抗攻击和保护数据的能力。
- **可扩展性**：网络增加新设备或服务的能力。
- **可用性**：网络服务的可靠性。
- **成本**：构建和维护网络的成本。
#### 七、计算机网络的体系结构
##### 1.7.1 计算机网络体系结构的形成
- **定义**：计算机网络体系结构是按照层次结构组织的一组规则和约定的集合，规定了网络各层的功能及其交互方式。
- **意义**：通过层次化的结构，可以简化复杂系统的开发和管理。
##### 1.7.2 协议与划分层次
- **协议**：规定了网络各层间数据传输的具体规则。
- **层次划分**：通常分为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
##### 1.7.3 具有五层协议的体系结构
- **OSI参考模型**：一种理论上的分层模型，共分为七层。
- **TCP/IP模型**：实际应用更为广泛的五层模型，包括应用层、传输层、网际层、网络接口层。
##### 1.7.4 实体、协议、服务和服务访问点
- **实体**：执行相同层功能的任何设备。
- **协议**：规定同层实体间通信的规则。
- **服务**：下层为上层提供的功能。
- **服务访问点(SAP)**：上下层之间进行通信的逻辑接口。
##### 1.7.5 TCP/IP 的体系结构
- **应用层**：提供应用程序之间的通信。
- **传输层**：提供端到端的数据传输服务。
- **网际层**：负责数据包的路由选择。
- **网络接口层**：处理与物理网络相关的细节。
计算机网络的发展经历了从最初的面向终端的网络到现代基于分组交换技术的网络，再到当今广泛使用的国际标准化网络。随着技术的进步和需求的变化，计算机网络的结构、性能以及体系结构也在不断演进和完善。
