一、引言：从孤立到互联的世界
在当今信息时代，计算机网络已成为社会运转不可或缺的基础设施，深刻改变了人类的生产、生活与沟通方式。从个人设备的无线连接到全球互联网的庞大数据交换，计算机网络技术构建了一个无缝衔接的数字世界。本章“概论”旨在阐述计算机网络的基本概念、核心目标、发展脉络与体系结构，为深入理解这一复杂而精妙的系统奠定基础。
二、计算机网络的定义与核心目标
定义：计算机网络是指将地理位置不同、具有独立功能的多个计算机系统及其外部设备，通过通信线路（有线或无线）和网络设备连接起来，在网络操作系统、通信协议及网络管理软件的管理与协调下，实现资源共享和信息传递的系统。
核心目标：
1. 资源共享：是网络建立的原始驱动力，包括硬件资源（如打印机、存储设备）、软件资源（如应用程序）和数据资源（如数据库、文件）的共享。
2. 信息交换与通信：为用户提供高效、可靠的数据传输通道，支持电子邮件、即时通讯、视频会议等多种通信形式。
3. 分布式处理与负载均衡：将大型计算任务分解到网络中的多台计算机上并行处理，提高效率与可靠性。
4. 提高系统可靠性与可用性：通过冗余备份和替代路径，保障在部分组件失效时，关键服务仍能持续运行。
三、计算机网络的发展简史
计算机网络的发展大致可分为四个阶段：
- 面向终端的联机系统阶段（20世纪50-60年代）：以一台中央主机为核心，连接大量地理上分散的终端（仅具备输入输出功能），实现了初步的“计算机-通信”结合。
- 以通信子网为中心的计算机网络阶段（20世纪60-70年代）：以ARPANET的诞生为标志，采用分组交换技术，实现了多台主计算机之间的直接通信，形成了现代计算机网络的雏形。其核心思想是将通信任务（由通信子网承担）与数据处理任务（由资源子网承担）分离。
- 标准化与互联网时代（20世纪70-90年代）：国际标准化组织（ISO）提出开放系统互连参考模型（OSI/RM），而实践中TCP/IP协议簇凭借其在ARPANET/互联网中的成功，成为事实上的全球标准，推动了互联网的爆炸性增长。
- 高速、移动、智能与万物互联时代（21世纪至今）：光纤、高速无线（4G/5G）、云计算、物联网（IoT）、软件定义网络（SDN）等技术的发展，使网络向着更高带宽、泛在接入、智能管控和更广泛互联的方向演进。
四、计算机网络的分类
从不同维度，网络可被划分为多种类型：
- 按覆盖范围：
- 个域网：覆盖个人工作空间，如蓝牙连接。
- 局域网：覆盖有限地理区域（如办公室、校园），特点是高带宽、低延迟、私有管理。
- 城域网：覆盖一个城市。
- 广域网：覆盖国家或洲际，如互联网骨干网。
- 按传输技术：广播式网络、点对点网络。
- 按拓扑结构：总线型、星型、环型、网状型等。
- 按交换技术：电路交换网络、报文交换网络、分组交换网络（现代主流）。
- 按使用性质：公用网、专用网。
五、网络体系结构与参考模型
为了降低网络设计的复杂性，普遍采用分层的体系结构。每一层为其上层提供服务，并利用其下层提供的服务。两个关键模型是：
- OSI七层参考模型：由ISO提出的理论模型，共分物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层七层。它概念清晰，完整描述了通信过程，但并未被广泛实现。
- TCP/IP四层模型：源于互联网实践的实用模型，分为网络接口层、网际层、传输层和应用层。它简洁高效，是互联网运行的基石。
五层原理体系结构（一种教学和折中模型）结合了两者优点，常被用于学习：
- 物理层：在物理媒介上透明传输原始比特流，定义机械、电气、规程特性。
- 数据链路层：在相邻节点间提供可靠的数据帧传输，处理差错控制、流量控制等。
- 网络层：为分组选择路由，实现源到目的主机的逻辑通信，核心协议是IP。
- 传输层：为运行在不同主机上的进程提供端到端的逻辑通信，核心协议有TCP（可靠连接）和UDP（无连接不可靠）。
- 应用层：为用户提供网络服务接口，包含HTTP、FTP、SMTP、DNS等众多协议。
六、计算机网络技术的主要组成部分
- 硬件：包括终端设备（主机、服务器）、中间设备（路由器、交换机、集线器）、传输介质（双绞线、光纤、电磁波）等。
- 软件：包括网络操作系统、网络协议栈、网络应用软件等。
- 协议：计算机网络通信的规则、标准或约定，是网络的灵魂。协议定义了通信实体之间交换信息的格式、顺序以及发送/接收动作。
七、
计算机网络概论为我们描绘了这一宏大技术领域的基本轮廓。从“资源共享”这一朴素愿望出发，经过数代演进，它已成长为支撑全球信息社会的复杂系统工程。理解其基本概念、目标和分层架构，是进一步探索网络协议细节、组网技术、网络安全及应用开发的关键起点。随着5G/6G、物联网、人工智能与网络技术的深度融合，计算机网络将继续作为创新引擎，塑造更加智慧与互联的未来。
