計算機網絡是現代信息技術的核心支柱，深刻影響著社會生產與生活方式。作為湖科大計算機網絡課程的開篇，本章旨在系統梳理計算機網絡的基本概念、發展歷程、體系結構及技術開發基礎，為后續深入學習奠定扎實的理論框架與實踐導向。
一、計算機網絡的基本定義與功能
計算機網絡是指將地理位置不同的、具有獨立功能的多個計算機及其外部設備，通過通信線路（有線或無線）連接起來，在網絡操作系統、網絡管理軟件及通信協議的管理協調下，實現資源共享和信息傳遞的系統。其核心功能主要包括：
- 數據通信：實現計算機與終端、計算機與計算機之間的數據傳輸，這是網絡最基本的功能。
- 資源共享：包括硬件資源（如打印機、大型存儲設備）、軟件資源（如應用程序、數據庫）和數據資源的共享，極大提高了資源利用率。
- 分布式處理與負載均衡：將大型任務分解，交由網絡中的多臺計算機協同處理，提升整體效能與可靠性。
二、計算機網絡的演進歷程
計算機網絡的發展大致經歷了四個階段：
- 面向終端的聯機系統（20世紀50-60年代）：以單臺主機為中心，連接多臺地理上分散的終端，實現了初步的遠程訪問。
- 以通信子網為中心的分組交換網絡（20世紀60-70年代）：ARPANET的出現標志著現代計算機網絡的誕生，采用分組交換技術，奠定了互聯網的基礎。
- 體系結構標準化時期（20世紀70-80年代）：ISO推出OSI七層參考模型，TCP/IP協議簇在實踐中崛起并成為事實標準，網絡互聯走向規范化。
- 高速化、智能化與全球互聯時代（20世紀90年代至今）：互聯網商業化普及，寬帶技術、移動互聯網、物聯網、云計算等迅猛發展，網絡進入萬物互聯的新階段。
三、計算機網絡的分類與拓撲結構
- 按覆蓋范圍分類：
- 個域網（PAN）：如藍牙連接。
- 局域網（LAN）：覆蓋有限地理范圍，如校園、企業網絡。
- 城域網（MAN）：覆蓋一座城市。
- 廣域網（WAN）：覆蓋國家或全球，如互聯網。
- 按拓撲結構分類：
- 總線型：所有節點共享一條通信線路，結構簡單但故障診斷困難。
- 星型：以中央節點為核心，便于管理但中心節點壓力大。
- 環型：數據沿環單向傳輸，延遲確定但擴展性差。
- 網狀型：節點間多條路徑互聯，可靠性高但結構復雜、成本高。
- 混合型：實際網絡中多為以上拓撲的組合。
四、網絡體系結構與參考模型
1. OSI七層模型（理論標準）：
物理層 → 數據鏈路層 → 網絡層 → 傳輸層 → 會話層 → 表示層 → 應用層
該模型概念清晰，但結構復雜，未完全在實踐中普及。
2. TCP/IP四層模型（事實標準）：
網絡接口層 → 網際層（IP） → 傳輸層（TCP/UDP） → 應用層（HTTP、FTP等）
簡潔高效，是互聯網的基石。
3. 五層教學參考模型（常用折中）：
物理層 → 數據鏈路層 → 網絡層 → 傳輸層 → 應用層
結合了OSI與TCP/IP的優點，便于教學與理解。
五、計算機網絡技術開發基礎
對于計算機網絡技術開發者而言，掌握以下核心知識至關重要：
- 協議理解與實現：深入理解TCP/IP協議簇，特別是IP、TCP、UDP、HTTP/HTTPS、DNS等核心協議的工作原理與報文格式。這是進行網絡編程、協議分析、故障排查的基礎。
- 套接字編程（Socket Programming）：
- 掌握使用Socket API（如Berkeley sockets）進行網絡應用程序開發。
- 理解TCP的面向連接（三次握手、數據傳輸、四次揮手）與UDP的無連接通信模式。
- 能夠編寫簡單的客戶端/服務器程序，處理并發連接。
- 網絡分析與調試工具：熟練使用Wireshark、tcpdump進行抓包與分析，使用ping、traceroute、netstat、nslookup等命令進行網絡狀態診斷。
- 基礎安全概念：了解防火墻、加密（SSL/TLS）、常見網絡攻擊（如DoS、中間人攻擊）及基本防護原則。
- 新興技術趨勢關注：了解軟件定義網絡（SDN）、網絡功能虛擬化（NFV）、IPv6過渡、5G網絡切片等前沿動態，拓展技術視野。
六、與展望
本章概述了計算機網絡的基本全貌。從定義、歷史到分類與體系結構，我們構建了宏觀認知框架。尤為重要的是，對于技術開發者而言，理論需緊密結合實踐。理解協議細節、掌握Socket編程、善用調試工具，是踏入網絡開發領域的敲門磚。計算機網絡是一個快速迭代的領域，持續學習協議新標準、關注架構新范式（如云網融合、邊緣計算），將是開發者保持競爭力的關鍵。后續章節將逐層深入，詳細剖析各層協議與技術細節，并輔以實踐案例，引導讀者從理論走向工程實現。
