什么是计算机网络？
计算机网络，简而言之，就是通过通信线路和网络设备，将分布在不同地理位置的、具有独立功能的多个计算机系统及其外部设备连接起来，在网络软件（包括网络通信协议、网络操作系统等）的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的系统。
一、计算机网络的诞生与发展
计算机网络的雏形可以追溯到20世纪60年代的美国军方项目ARPANET（阿帕网），其设计初衷是确保在部分网络节点遭到破坏时，通信依然能够持续。这一思想奠定了今天互联网的基础——分组交换技术。
发展历程大致可分为四个阶段：
- 诞生阶段（1960s-1970s）：以ARPANET为代表，实现了计算机之间的远程通信。
- 标准化与互联阶段（1980s）：TCP/IP协议簇成为事实标准，实现了不同网络的互联，形成了“网络的网络”——Internet的雏形。
- 商业化与普及阶段（1990s）：万维网（WWW）的出现，使互联网从学术和军事领域走向大众，开启了信息爆炸的时代。
- 移动互联与万物互联阶段（21世纪至今）：无线网络技术（Wi-Fi, 4G/5G）蓬勃发展，云计算、物联网（IoT）技术使得网络连接的对象从计算机扩展到世间万物。
二、计算机网络的主要功能
- 数据通信：这是网络最基本的功能，实现计算机之间快速、可靠的信息传输，如电子邮件、即时通讯、文件传输等。
- 资源共享：
- 硬件共享：共享网络打印机、大容量存储设备等，降低成本。
- 软件共享：通过网络访问和使用服务器上的授权软件。
- 数据共享：集中存储和管理数据库、文档库，供授权用户访问，保证数据一致性和安全性。
- 分布式处理与负载均衡：将大型复杂任务分解，交由网络中的多台计算机协同处理，提高效率与可靠性。
- 提高系统可靠性与可用性：重要资源通过网络备份和多路径访问，当某台计算机发生故障时，任务可由其他计算机接管。
三、计算机网络的分类
可以从不同角度对网络进行分类：
- 按覆盖范围（地理范围）分类：
- 局域网（LAN）：覆盖范围小（如一个办公室、一栋楼、一个园区），传输速率高，误码率低，通常由单一机构管理。常见技术：以太网、Wi-Fi。
- 城域网（MAN）：覆盖一个城市，可视为多个局域网的互联。
- 广域网（WAN）：覆盖范围广（国家、洲际），利用公共通信设施（如电信运营商网络）连接，速率相对较低，结构复杂。互联网是最大的广域网。
- 按传输技术分类：
- 广播式网络：所有联网计算机共享一个通信信道，任一节点发送的信息，所有节点都能收到（但只有目标地址匹配的节点会处理）。如传统以太网。
- 点对点网络：计算机之间通过特定的链路直接或间接连接，数据包从源节点经过一个或多个中间节点转发才能到达目的节点。如大部分广域网。
- 按拓扑结构分类：描述网络中设备连接的物理或逻辑布局。
- 总线型：所有设备连接在一条主干电缆上，结构简单，但故障难以排查。
- 星型：所有设备通过点对点链路连接到一个中央设备（如交换机），易于管理和扩展，是目前局域网的主流。
- 环型：设备通过接口连接成闭合环，数据沿环单向或双向传输。
- 网状型：设备间存在多条冗余路径，可靠性极高，主要用于广域网核心。
四、计算机网络的基本组成
一个完整的计算机网络系统由两大部分构成：
- 硬件系统：
- 端设备（主机）：如个人电脑、服务器、智能手机等，是信息的产生者和消费者。
- 网络设备：负责数据的转发、路由和交换，如网卡、调制解调器、交换机、路由器、防火墙等。
- 传输介质：连接设备的物理通路，分为有线（双绞线、同轴电缆、光纤）和无线（无线电波、微波、红外线）。
- 软件系统：
- 网络协议：计算机网络通信的“语言”和规则，如TCP/IP协议簇。这是网络的核心灵魂。
- 网络操作系统：管理网络资源，提供网络服务，如Windows Server, Linux等。
- 网络应用软件：实现具体网络应用的软件，如浏览器、FTP客户端、远程桌面软件等。
五、网络技术协议与标准：TCP/IP模型
为了实现全球互联，必须遵循统一的通信标准。目前互联网的基石是TCP/IP参考模型，它将网络功能分为四层：
- 网络接口层：负责在物理网络上发送和接收数据帧（如以太网帧）。
- 网际层（IP层）：核心协议是IP协议，负责将数据包从源主机路由到目标主机，实现跨网络的逻辑寻址（IP地址）。
- 传输层：核心协议是TCP（可靠传输）和UDP（高效传输），负责端到端（进程到进程）的通信控制。
- 应用层：包含各种为用户提供服务的协议，如HTTP（网页浏览）、FTP（文件传输）、SMTP（电子邮件）、DNS（域名解析）等。
与展望
计算机网络是现代信息社会的核心基础设施，它深刻地改变了我们的工作、学习和生活方式。从最初的军事科研工具，到如今支撑全球经济和社会运行的数字神经，网络技术仍在飞速演进。5G、物联网、人工智能、云计算等新技术的融合，正推动我们迈向一个“万物互联、智能一切”的新时代。作为《计算机网络技术》课程的第一课，理解这些基本概念、功能和原理，是后续深入学习网络配置、管理、安全和应用开发的坚实基础。
思考题：请举例说明，在你的日常生活中，哪些场景分别体现了计算机网络的“数据通信”、“资源共享”和“提高可靠性”这三大功能？
