計算機網絡是現代信息技術的核心，它將分布在不同地理位置的計算機系統通過通信設備和線路連接起來，實現資源共享和信息交換。本章作為計算機網絡學習的開端，將回顧計算機的基本原理，并引入網絡的基本概念，為后續深入理解網絡協議、體系結構及應用奠定基礎。
一、計算機系統基礎
計算機是網絡中的基本節點。理解計算機的組成和工作原理是學習網絡的前提。一臺典型的計算機系統由硬件和軟件兩大部分構成：
- 硬件系統：包括中央處理器（CPU）、內存（RAM/ROM）、存儲設備（硬盤、SSD）、輸入/輸出設備（鍵盤、鼠標、顯示器）以及各種接口（如網卡）。其中，網卡（網絡接口卡，NIC）是計算機接入網絡的物理門戶，負責數據的發送與接收。
- 軟件系統：主要包括操作系統（如Windows、Linux、macOS）和應用軟件。操作系統負責管理硬件資源、提供用戶接口，并內置了基礎的網絡功能棧（如TCP/IP協議棧），使得上層應用能夠方便地進行網絡通信。
二、網絡的基本定義與目標
所謂計算機網絡，是指將多臺具有獨立功能的計算機，通過通信線路（有線或無線）和網絡設備連接起來，在網絡操作系統和協議的管理協調下，實現資源共享和信息傳遞的系統。其核心目標可以歸納為：
- 資源共享：共享硬件（如打印機、大容量存儲）、軟件（如應用程序）和數據（如數據庫、文件）。
- 信息交換與通信：支持用戶之間的即時通信、電子郵件、文件傳輸等。
- 提高可靠性：通過多臺計算機互為備份，避免單點故障導致的服務中斷。
- 分布式處理與負載均衡：將大型計算任務分解到網絡中的多臺計算機上協同完成，提高處理效率。
三、網絡的組成要素
一個簡單的計算機網絡通常包含以下關鍵要素：
- 端系統（主機）：即網絡邊緣的計算機（包括服務器、客戶端、移動設備等），它們是信息的產生者和消費者。
- 通信鏈路：連接各個節點的物理介質，如雙絞線、同軸電纜、光纖、無線電波等。鏈路的性能指標包括帶寬（傳輸速率）、時延和誤碼率。
- 網絡設備：
- 交換機（Switch）：工作在數據鏈路層，用于連接同一網絡內的多臺設備，實現高效的幀交換。
- 路由器（Router）：工作在網絡層，負責連接不同的網絡，為數據包選擇最佳路徑（即路由），實現網絡互連。
- 調制解調器（Modem）等接入設備，用于將數字信號與傳輸介質的模擬信號進行轉換。
- 網絡協議：這是網絡的“靈魂”。協議是通信雙方事先約定好的規則和標準，規定了數據格式、傳輸順序、差錯控制等。TCP/IP協議族是當今互聯網事實上的標準。
四、初識網絡分類
根據不同的標準，網絡可以劃分為多種類型，初學者可從以下兩個維度建立初步認知：
- 按地理范圍劃分：
- 局域網（LAN）：覆蓋范圍小（如辦公室、校園），速度快，延遲低，通常由單一機構管理。
- 城域網（MAN）：覆蓋一個城市。
- 廣域網（WAN）：覆蓋范圍廣（如國家、全球），互聯網是最大的廣域網。
- 按拓撲結構劃分：描述網絡中設備的物理或邏輯連接方式，常見的有總線型、星型、環型和網狀型。星型結構（以交換機為中心）是目前局域網最主流的拓撲。
五、網絡性能的初步概念
評估一個網絡的好壞，有幾個基本的性能指標：
- 帶寬：單位時間內鏈路能通過的最大數據量，單位通常是bps（比特每秒）。
- 時延：數據從網絡一端傳送到另一端所需的時間，包括發送時延、傳播時延、處理時延和排隊時延。
- 吞吐量：單位時間內實際通過鏈路的數據量。
- 丟包率：傳輸過程中丟失的數據包比例。
本章小結
本章從計算機的基本構成出發，闡述了計算機網絡的定義、核心目標、基本組成要素、分類及性能指標。理解這些基礎概念是構建網絡知識體系的第一塊基石。計算機作為網絡的終端，其硬件（特別是網卡）和軟件（操作系統網絡棧）為參與網絡通信提供了基礎能力。從下一章開始，我們將深入探究網絡是如何分層組織和協同工作的，即學習網絡體系結構（如OSI參考模型和TCP/IP模型）。
