第一章 計算機網絡概述
1. 計算機網絡的核心概念
1.1 定義
將 地理分散 的、具有 獨立處理能力 的計算機系統（主機/Host），通過 傳輸介質 與 網絡設備 互連，在 網絡協議 和 軟件 支持下實現 資源共享 與 數據通信 的系統。
關鍵術語解析：
- 主機（Host）：具有獨立計算能力的設備（PC、服務器、移動終端）。
- 終端（Terminal）：無獨立處理能力的設備（傳統ATM機、啞終端），智能手機屬于智能終端（有CPU）。
- 網絡協議：通信規則集（如TCP/IP），確保異構設備互通。
1.2 核心功能
| 功能 | 說明 | 典型場景 | |
|---|---|---|---|
| 資源共享 | 硬件（打印機）、軟件（SaaS）、數據（云存儲） | 云盤、遠程打印 | |
| 數據通信 | 節點間數據傳輸（即時通信、文件傳輸） | 微信消息即時傳輸 | |
| 分布式處理 | 任務拆分至多節點并行處理，實現 負載均衡 | 動畫電影的渲染、暴力破解 | |
| 高可靠性 | 冗余節點避免單點故障 | 服務器集群、異地容災 |
2. 計算機網絡的演進
模擬通信網絡
烽火臺——>飛鴿傳書——>信使、驛站（現代通信機制）——>郵政網絡
發展歷程
- 單主機系統（1950s）：中央主機 + 終端（終端無處理能力）。
- 多機互聯（1960s）：主機間直接通信（如SAGE防空系統）。
- 標準化網絡（1969-）：ARPANET → TCP/IP協議 → 現代Internet。
關鍵里程碑：
- ARPANET：首個分組交換網，Internet雛形。
- TCP/IP協議簇（1983）：奠定Internet通信基礎。
3. 計算機網絡的組成
3.1 硬件系統
| 組件 | 功能說明 | 典型設備 |
|---|---|---|
| 端設備 | 數據生成/消費端 | PC、手機、服務器 |
| 傳輸介質 | 數據傳輸通道 | 雙絞線、光纖、無線電波 |
| 互聯設備 | 數據轉發與路徑選擇 | 交換機（L2）、路由器（L3） |
注：集線器（Hub）因廣播式通信已被交換機淘汰。
3.2 軟件系統
- 網絡操作系統：管理硬件與協議（Windows Server、Linux）。
- 網絡協議：通信規則（TCP/IP、HTTP、DNS）。
- 應用軟件：實現具體服務（Chrome、微信）。
4. 計算機網絡的分類
4.1 按覆蓋范圍
| 類型 | 縮寫 | 范圍 | 典型應用 | |
|---|---|---|---|---|
| 局域網 | LAN | ＜1km | 企業網、家庭網絡 | |
| 城域網 | MAN | 1~100km | 城市政務網、校園網 | |
| 廣域網 | WAN | ＞100km | Internet、跨國企業專網 |
4.2 按拓撲結構
| 類型 | 特點 | 優劣分析 |
|---|---|---|
| 星型 | 中心節點（交換機）連接所有設備 | 易維護、單點故障影響中心 |
| 總線型 | 所有設備共享單條傳輸線（同軸電纜） | 淘汰（沖突率高、擴展性差） |
| 環型 | 節點成環，數據沿固定方向傳輸（令牌環網） | 低效（時延累積）、難擴展 |
| 網狀 | 設備間多路徑連接（核心網） | 高可靠性、成本高 |
4.3 按工作模式
| 模式 | 特點 | 適用場景 | |
|---|---|---|---|
| C/S | 客戶端請求服務，服務器響應（嚴格權限控制） | Web服務、在線游戲 | |
| P2P | 節點平等，直接共享資源（無中心服務器） | BT下載、區塊鏈網絡 |
4.5 按傳輸技術
| 模式 | 特點 |
|---|---|
| 廣播式網絡 | 單播方式：核心式廣播式網絡，封裝協議，沒有安全可言 |
| 組播式網絡 | |
| 點到點網絡 |
5. 核心網絡概念
5.1 互連 vs 互聯
| 概念 | 層次 | 實現方式 | 目標 |
|---|---|---|---|
| 互連 | 物理層 | 線纜/設備連接 | 建立物理通路 |
| 互聯 | 邏輯層 | 協議/軟件支持 | 實現數據互通 |
關系：互連是基礎，互聯是目的（例：網線連接電腦是互連，TCP/IP協議實現互聯）。
5.2 性能指標
| 指標 | 定義 | 單位 | 關鍵說明 | |
|---|---|---|---|---|
| 帶寬 | 單位時間傳輸數據量 | bps bit/s | 1Gbps = 103Mbps 1Mbps = 103Kbps | |
| 時延 | 數據端到端傳輸總時間 | ms | = 發送時延 + 傳播時延 + 處理時延 | |
| 吞吐量 | 單位時間通過網絡的實際數據量 | bps | 受帶寬和網絡擁塞影響 |
- 寬帶與窄帶傳播速率一樣，每秒傳播的比特數不一樣
- 通信線路商通常是串行傳輸
時延計算示例：
總時延 = 數據大小/帶寬 + 距離/傳播速度 + 路由處理時間
（如：100MB文件經1Gbps鏈路傳輸 ≈ 0.8s + 光纜傳播時延）
6. 校園網拓撲實例分析
關鍵設計：
- 分層結構：核心層（高速轉發）→ 匯聚層（策略控制）→ 接入層（終端連接）。
- 安全隔離：防火墻分割內外網，服務器區獨立部署。
本章重點總結
- 網絡本質：資源互通的軟硬件系統（協議為核心）。
- 拓撲演進：總線/環型 → 星型（現代主流）。
- 性能核心：帶寬（理論速率）、時延（用戶體驗）、吞吐量（實際效率）。
- 設計思想：分層架構（校園網）、協議標準化（TCP/IP）。
學習建議：結合Wireshark抓包分析協議交互，深化對“互聯”的理解。
