计算机网络是现代信息技术的核心，它将分布在不同地理位置的计算机系统通过通信设备和线路连接起来，实现资源共享和信息交换。本章作为计算机网络学习的开端，将回顾计算机的基本原理，并引入网络的基本概念，为后续深入理解网络协议、体系结构及应用奠定基础。
一、计算机系统基础
计算机是网络中的基本节点。理解计算机的组成和工作原理是学习网络的前提。一台典型的计算机系统由硬件和软件两大部分构成：
- 硬件系统：包括中央处理器（CPU）、内存（RAM/ROM）、存储设备（硬盘、SSD）、输入/输出设备（键盘、鼠标、显示器）以及各种接口（如网卡）。其中，网卡（网络接口卡，NIC）是计算机接入网络的物理门户，负责数据的发送与接收。
- 软件系统：主要包括操作系统（如Windows、Linux、macOS）和应用软件。操作系统负责管理硬件资源、提供用户接口，并内置了基础的网络功能栈（如TCP/IP协议栈），使得上层应用能够方便地进行网络通信。
二、网络的基本定义与目标
所谓计算机网络，是指将多台具有独立功能的计算机，通过通信线路（有线或无线）和网络设备连接起来，在网络操作系统和协议的管理协调下，实现资源共享和信息传递的系统。其核心目标可以归纳为：
- 资源共享：共享硬件（如打印机、大容量存储）、软件（如应用程序）和数据（如数据库、文件）。
- 信息交换与通信：支持用户之间的即时通信、电子邮件、文件传输等。
- 提高可靠性：通过多台计算机互为备份，避免单点故障导致的服务中断。
- 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协同完成，提高处理效率。
三、网络的组成要素
一个简单的计算机网络通常包含以下关键要素：
- 端系统（主机）：即网络边缘的计算机（包括服务器、客户端、移动设备等），它们是信息的产生者和消费者。
- 通信链路：连接各个节点的物理介质，如双绞线、同轴电缆、光纤、无线电波等。链路的性能指标包括带宽（传输速率）、时延和误码率。
- 网络设备：
- 交换机（Switch）：工作在数据链路层，用于连接同一网络内的多台设备，实现高效的帧交换。
- 路由器（Router）：工作在网络层，负责连接不同的网络，为数据包选择最佳路径（即路由），实现网络互连。
- 调制解调器（Modem）等接入设备，用于将数字信号与传输介质的模拟信号进行转换。
- 网络协议：这是网络的“灵魂”。协议是通信双方事先约定好的规则和标准，规定了数据格式、传输顺序、差错控制等。TCP/IP协议族是当今互联网事实上的标准。
四、初识网络分类
根据不同的标准，网络可以划分为多种类型，初学者可从以下两个维度建立初步认知：
- 按地理范围划分：
- 局域网（LAN）：覆盖范围小（如办公室、校园），速度快，延迟低，通常由单一机构管理。
- 城域网（MAN）：覆盖一个城市。
- 广域网（WAN）：覆盖范围广（如国家、全球），互联网是最大的广域网。
- 按拓扑结构划分：描述网络中设备的物理或逻辑连接方式，常见的有总线型、星型、环型和网状型。星型结构（以交换机为中心）是目前局域网最主流的拓扑。
五、网络性能的初步概念
评估一个网络的好坏，有几个基本的性能指标：
- 带宽：单位时间内链路能通过的最大数据量，单位通常是bps（比特每秒）。
- 时延：数据从网络一端传送到另一端所需的时间，包括发送时延、传播时延、处理时延和排队时延。
- 吞吐量：单位时间内实际通过链路的数据量。
- 丢包率：传输过程中丢失的数据包比例。
本章小结
本章从计算机的基本构成出发，阐述了计算机网络的定义、核心目标、基本组成要素、分类及性能指标。理解这些基础概念是构建网络知识体系的第一块基石。计算机作为网络的终端，其硬件（特别是网卡）和软件（操作系统网络栈）为参与网络通信提供了基础能力。从下一章开始，我们将深入探究网络是如何分层组织和协同工作的，即学习网络体系结构（如OSI参考模型和TCP/IP模型）。
