通过使用国际互联网、校园网络和社区网络，计算机网络对我们来说并不陌生，但是到底什么是计算机网络（简称为网络），它能帮助我们做什么，网络有哪些种类……这些却不是所有人可以马上回答出来的。
在本章，我们将一一给出简明答案。
【本章主要内容】
计算机网络定义。
协议和体系结构。
计算机网络的分类。
1.1 计算机网络的定义
首先我们将给出一个网络实例来说明其功能并定义网络的概念。
师生可以借助这个校园网在网络上共享资源、访问Internet、发送电子邮件、用聊天软件交流、在学习平台上互动等。
计算机网络是计算机技术和通信技术发展和结合的产物，是“使用通信线路把分布在不同地点的计算机连接起来，通过通信协议软件，达到资源共享目的的系统”。
在这个定义中要掌握以下三个要点。
第一，不同地点的计算机，包括不在同一位置的计算机。例如一个家庭住户内部的3台计算机，或学校实验室、教室、宿舍中的计算机。
第二，通信协议，它是某些约定的集合。如同人们在做贸易之前签订的合同，其中写了许多条款，像如何交货、如何付款、出现质量问题如何解决等，在具体履行过程中，按合同的条款执行就可以了。在设备种类繁多、服务功能复杂的网络上，会有更多的十分必要的约定条款，它们被集合起来，称为协议。协议如同游戏的规则，没有规则，游戏就没办法玩下去。
对于网络的规则，很多组织和厂商甚至个人设计了大量的协议，其中最着名、最常用的协议是TCP／IP协议（后面章节将会介绍这个协议）。
第三，资源共享。在网络上，数据资源、软件和硬件资源很多，通过网络与他人共享丰富的资源是计算机网络应用的主要目标之一。
1.2 计算机网络的功能和分类
1.2.1 功能
计算机网络的功能主要体现在以下三个方面，其中最基本的功能是实现资源共享和数据通信。
1.资源共享
资源共享是建立计算机网络的主要目的之一。所谓资源包括硬件资源、软件资源和数据资源。硬件资源包括连接在网络上的各种型号、类别的计算机和其他设备，硬件资源的共享可以提高设备的利用率，避免重复投资。例如，在一个办公室利用网络建立网络打印机，可以使一台打印机为所有计算机共享。软件资源和数据资源的共享可以充分利用已有的软件和数据，减少软件开发过程中的重复劳动，避免数据库的重复设置。
2.数据通信
数据通信指利用计算机网络实现不同地理位置的计算机之间的数据交换过程。如人们通过电子邮件（E‐mail）发送和接收信息，另外还可以使用IP电话进行语音交流，这种方式被许多电子商务网站广泛利用来提供对客户的服务。
3.集中／分布式处理
当计算机网络中的某个计算机系统负荷过重时，可以将其处理的任务分配给网络中的其他计算机，以提高整个系统的利用率，也可以均衡负荷。对于大型的、综合性的科学计算和信息处理，通过适当的算法，将任务分散到网络中不同的计算机系统上进行分布式处理是比较合理有效的方法。例如，可以通过与Internet连接的计算机进行全球科学研究合作，分析来自太空的信息，分析SARS、禽流感疫苗等病毒的结构，进行灾害预报等。
在当今高度信息化、全球化的社会中，各行各业、世界的各个角落每时每刻都不断产生大量的信息需要及时处理，计算机网络起到了十分重要和必要的作用。
1.2.2 分类
1.按结点分布的地理范围大小划分
（1）局域网（Local Area Network，LAN）
局域网的覆盖范围在十几公里之内。例如学校的校园网络、医院网络、小区网络、一栋建筑的内部网络等。
（2）广域网（Wide Area Network，WAN）
广域网的地理范围最大，可以跨城市、跨国家、跨洲。例如中国网通、中国移动网络，它归一个组织所有，管理权在组织内部。相对局域网来说，传输速率一般比较低，网络拓扑结构复杂，通常是网状拓扑结构。
（3）城域网（Metropolitan Area Network，MAN）
城域网通常是覆盖一座城市、油田、矿山范围的网络。目前，我国的许多油田和矿山，以及新兴的城市都已经建立起城域网。也有一个行业中的多个组织建设城域网的例子。例如在北京、南京、上海等地的学校，分别在所在城市范围内组建起了城域网，作为中国教育科研网的地区主干网络。
2.按网络的拓扑结构分类
“拓扑”的方法是在纸面上进行设计的方法，不管结点所使用的网络设备在哪里，也不管设备之间的距离有多远，把设备和连线用点和线表示出来。
通常我们把一个网络的点和线结构称为拓扑结构，它的好坏直接影响网络的性能。
（1）星型结构
星型结构指各工作站以星型方式连接成网。
（2）环型结构
环型结构由网络中若干结点通过点到点的链路首尾相连形成一个闭合的环，这种结构使公共传输电缆组成环型连接，数据在环路中沿着一个方向在各个结点间传输，数据从一个结点传到另一个结点。
（3）总线型结构
总线型结构指所有设备（计算机和网络设备）均被挂在一条总线式的传输线路上，公用总线上的数据多以基带形式①串行②传递，其传递方向总是从发送信息的结点开始向两端扩散，如同广播电台发射的广播一样，因此又被称为广播式计算机网络。
（4）树型结构
树型结构指分级的集中控制式网络，与企业的行政机构类似。
以上几种类型适用于局域网络。
（5）网状结构
在网状拓扑结构中，网络的每台设备之间均有点到点的链路连接，这种连接不经济，只有当每个站点都要频繁发送数据时才使用这种方法，所以通常被应用于大型、复杂的网络。
3.按网络的所有权分类
按所有权，网络可分为公用网络和专用网络。前者如中国网通、中国电信和其他服务商提供的通信网络；后者如学校、医院和企业等组织的网络。
一般情况下，按网络的地理范围划分网络类型比较常见。
51.3 计算机网络发展历史和发展趋势
1.3.1 网络的发展历史
任何一种新技术的出现都必须具备两个条件：即强烈的社会需求与先期技术的成熟。
计算机网络技术的形成与发展也证实了这条规律。一般而言，计算机网络的发展可分为四个阶段。
第一阶段：计算机技术与通信技术相结合，形成计算机网络的雏形。
第二阶段：在计算机通信网络的基础上，完成网络体系结构与协议的研究，形成计算机网络。
第三阶段：在解决计算机联网与网络互联标准化问题的背景下，提出开放系统互联参考模型与协议，促进了符合国际标准的计算机网络技术的发展。
第四阶段：计算机网络向互联、高速、智能化方向发展，并得到广泛应用。
在计算机时代早期，计算机世界被名为分时系统的大系统所统治。分时系统允许用户通过只含显示器和键盘的“傻瓜”终端使用主机，“傻瓜”终端很像PC，但没有CPU、内存和硬盘。通过这样的终端，成百上千的用户可以同时访问主机。由于分时系统是将主机时间分成片后分配给用户的，时间片很短，会让用户产生错觉，以为主机完全为他／她服务。
1969年12月，Internet的前身——美国的ARPA网投入运行，它标志着计算机网络的兴起。
之后，在20世纪70年代，大的分时系统被微机系统取代。微机系统在小规模上采用了分时系统。在分时计算机系统基础上，远程终端计算机系统通过调制解调器（Modem）和公用电话网（PSTN）向地理分布不同的远程终端用户提供共享资源的服务。这虽然还不能算真正的计算机网络系统，却是计算机与通信系统结合的最初尝试。远程终端用户已经体会到“计算机网络”的服务了。在远程终端计算机系统基础上，人们开始研究把计算机与计算机通过PSTN等已有的通信系统互联起来。为了使计算机之间的通信连接可靠，建立了分层通信体系和相应的网络通信协议，于是诞生了以资源共享为主要目的的计算机网络。由于网络中计算机之间具有数据交换的能力，提供了在更大范围内计算机之间协同工作、实现分布处理甚至并行处理的能力，联网用户之间直接通过计算机网络进行信息交换的通信能力也大大提高。
20世纪80年代初，随着PC机应用的推广，PC联网的需求也随之增大，各种基于PC互联的微机局域网纷纷亮相。这个时期是微机局域网快速发展时期，是一种典型的客户机／服务器模式。典型结构是在共享传输线路通信网平台上共享文件服务器，网络文件服务器为所有联网的PC提供可共享的文件资源服务。每个PC机用户只在需要访问共享的文件资源时才通过网络访问文件服务器，体现了计算机网络中各计算机之间的协同工作。
计算机网络系统中计算机的型号和其他设备比较复杂，所应用的软件也不相同，计算机之间相互通信涉及许多复杂的技术问题，为实现网络中设备之间、系统之间的“沟通”和“交流”，国际标准化组织ISO在1984年正式颁布了“开放系统互联基本参考模型”OSI国际标准，初衷是想利用这套标准推进计算机网络体系结构的标准化进程。
20世纪90年代，计算机技术、通信技术以及计算机网络技术得到了迅猛的发展。特别是在1993年，美国宣布建立国家信息基础架构（National Information Infrastructure，NII）后，许多国家纷纷制订和建立本国的NII，从而极大地推动了计算机网络技术的发展，使计算机网络进入了一个崭新的发展阶段。
网络互联和高速计算机网络正成为最新一代的计算机网络的发展方向。全球以美国为核心的高速计算机互联网络Internet已经成为人类最重要的、最丰富的知识宝库。美国政府分别于1996年和1997年开始研究更加快速可靠的互联网2（Internet2）和下一代互联网（Next Generation Internet）。我国目前也在实验下一代互联网，已经开通IPv6实验网。
1.3.2 发展趋势
近几年，网络在无线通信和下一代互联网、双核或多核半导体器件技术、人工智能、高性能计算机、网络安全等基础研究方面取得重大进展。在前沿信息技术的发展动向中，以下网络技术的发展和研究成为热点。
（1）蓝牙技术
蓝牙技术是应用时间最长的一种近距离无线通信技术。蓝牙技术发展的重点将放在性能、安全和功耗上，以完善其功能。
（2）Wi Fi（无线相容认证）技术
Wi Fi（无线相容认证）技术在欧美和亚太地区的机场、交通枢纽和商务区大量部署，发展势头强劲。
（3）ZigBee技术
ZigBee 技术具有近距离、低功耗、低成本等特点，但数据传输速率低，在固定或移动设备的无线连接上将有广泛的应用。
（4）超宽带无线UWB技术
超宽带无线UWB技术由于其广泛的应用面，有望补充和替代蓝牙技术和WiFi技术。众多厂商因此蜂拥而上进行相应的产品开发。
（5）W1Msx技术
W1Msx技术是最值得关注的无线宽带上网技术，具有许多优势，能给用户提供真正的无线宽带网络服务甚至是移动通信服务，其标准已被制订。
（6）宽带通信技术
借助已有电话线路的DSL技术是目前发展最为迅猛的宽带通信技术。广播电视部门大力发展的光纤同轴混合网HFC技术已进入商业化应用阶段。光纤配合局域网接入方式正成为新的宽带接入方式。电力宽带（BRL）则有利于市场竞争。正交频分复用OFDM技术与无线通信领域的多输入多输出（MIMO）技术相结合，应用于下一代无线宽带网，将是无线通信技术领域中的长期热点。软件无线电有望实现多种标准兼容，实现有线网与无线网融合。
（7）万兆铜缆以太网传输技术
万兆铜缆以太网传输技术已开始使用，但仍需解决若干难题。
（8）后3G技术
尽管3G通信尚未在全球普及，但后3G技术的研究已蓬勃开展，一些公司已推出样品。
对后3G时代影响最大的是向3.5G升级以及将移动互联（WLAN）整合到广域网络。其中，最值得关注的是高速下行分组数据业务接入HSDPA技术（有人称之为3.5G技术），它有可能将3G的能力扩充为一个全IP网络，并将无线通信和有线通信进行整合。
（9）视频通信技术
视频通信技术已获得较广泛应用，已有不少产品问世，IP电话（VoIP）在发达国家推广迅速，基于互联网协议（全IP）的计算机网络、有线电视网络和互联网的三网合一获得重要进展。
此外，网络技术将在宽带技术的进一步完善和提高方面、移动网络和无线通信技术的应用方面、多媒体网络与传统网络的结合方面、网络技术与计算机技术的紧密结合方面和网络安全环境方面，有更大的发展空间。
1.4 计算机网络的组成
以下我们介绍网络的几个基本概念。
1.主机
在资源子网中，有两类主机。一类是提供网络资源的服务器，例如提供新闻浏览、论坛、下载服务的计算机；另一类是提供用户使用的桌面计算机，也是我们常说的PC机，通过这些PC访问互联网的资源。
