一、计算机网络的产生与发展
1.计算机的发展
面向终端的计算机网络
计算机网络的诞生
标准、开放的计算机网络阶段
高速、智能的计算机网络阶段
ARPANET是计算机网络技术发展的一个重要里程碑，它对计算机网络技术的主要贡献表现在以下几个方面：
1）完成了对计算机网络的定义、分类与子课题研究内容的描述；
2）提出了资源子网、通信子网两级网络结构的概念；
3）研究了报文分组交换的数据交换方法；
4）采用了层次结构的网络体系结构模型
5）促进了TCP/IP协议的发展；
6）为Internet的形成与发展奠定了基础
2.计算机的发展趋势
三网合一：指通信网络、计算机网络和有线电视网络
在IP网络中可将数据、语言、图像、视频等均归结到IP数据包中，通过分组交换和路由技术，采用全球性寻址，使各种网络无缝连接，网际协议IP将成为各种网络、各种业务的“共同语言”。
光通信技术的发展主要有两个大的方向：
1）主干传输向高速率、大容量的OTN光传送网发展，最终实现全光网络
2）接入向低成本、综合接入、宽带化光纤接入网发展，最终实现光纤到户和光纤到桌面
全光网络是指光信息流在网络中的传输及交换中始终以光的形式实现，不再需要经过光/电、电/光变换，即信息从源节点到目的节点的传输过程始终在光域内
TCP/IP协议族是互联网的基石之一，而网际协议IP是TCP/IP协议族的核心协议，是TCP/IP协议族中网络层的协议。目前IP协议的版本为IPv4。IPv4的地址位数为32位，即理论上约有42亿个地址。但是随着互联网应用的日益广泛和网络技术的不断发展，IPv4的问题逐渐显露出来，主要有地址资源枯竭、路由表急剧膨胀、对网络安全和多媒体应用的支持不够等，所以就产生了IPv6协议。IPv6采用128位地址长度，几乎可以不受限制地提供地址。IPv6除一劳永逸地解决了地址短缺问题外，同时也解决了IPv4中的其他缺陷，主要有端到端IP连接、服务质量（Qos）、安全性、多播、移动性、即插即用等。
宽带接入技术：计算机网络必须要有宽带接入技术的支持，各种宽带服务与应用才有可能开展。目前光纤到户（Fiber To The Home ,FTTH）的成本已下降至可以为用户接受的程度。这里涉及两个新技术，一个是基于以太网的无源无网络（Ethernet Passive Optical Network， EPON )的光纤到户技术，一个是自由空间光系统（Free Space Optical ，FSO）【FSO是通过大气而不是光纤传送光信号】
移动通信技术
二、计算机网络的定义和分类
1.计算机网络定义
将分布在不同地理位置并具有独立功能的多台计算机，通过通信设备和路连接起来，在功能完善的网络软件（网络协议以及网络操作系统等）支持下，以实现网络资源共享和数据传输为目的的系统，称为计算机网络
即计算机网络是一个多机系统、互联系统、资源共享系统
计算机可以是微机、小型机和大型机等各种类型的计算机，每台计算机具有独立的功能，不会影响整个网络或其他计算机
通信线路可以是双绞线、电话线、同轴电缆、光纤等“有形”介质，也可以是微波或卫星信道等“无形”介质
网络软件包括网络协议、信息交换方式及网络操作系统等
2.计算机的分类
1）依据网络的覆盖范围可以分为局域网（LAN）、城域网（MAN）和广域网（WAN）
2）依据网络传输技术可以分为广播式网络和点到点网络
3）依据拓扑结构可以分为总线型、环型、星型、树型、网状型
4）依据网络协议可以分为以太网、令牌环网、令牌总线网、FDDI网、ATM网等
5）依据传输介质可以分为有线网（双绞线网、光纤网）、无线网、卫星网
此外，网络还可以依据网络操作系统和网络用途等的不同来分类
总线型以太网就是典型的广播式网络
局域网（Local Area Network，LAN)是将较小地理区域内的计算机或数据终端设备连接在一起的通信网络。局域网覆盖的地理范围比较小，一般在几十米到几千米之间。它常用于组建一个办公室、一栋楼、一个楼群、一个校园或一个企业的计算机网络。局域网可以由一个建筑物内或相邻建筑物的几百台至上千台计算机组成，也可以小到连接一个房间内的几台计算机、打印机和其他设备。局域网主要用于实现短距离的资源共享。
广域网（Wide Area Network, WAN）是在一个广阔的地理区域内进行数据、语音、图像等信息传输的计算机网络。由于远距离数据传输的宽带有限，因此广域网的数据传输速率比局域网要慢得多。广域网可以覆盖一个城市、一个国家甚至于全球。因特网（Internet）是广域网的一种，但它不是一种具体独立的网络，而是将同类或不同类的物理网络（局域网、城域网与广域网）互联，并通过高层协议实现不同类网络间的通信
三、计算机网络的组成和功能
1.计算机网络的组成
1）从计算机网络的逻辑结构看，计算机网络由通信子网和资源子网组成
2）从计算机网络的物理构成看，计算机网络由硬件和软件两大部分组成
网络硬件提供的是数据处理、数据传输和建立通信通道的物质基础
网络软件是真正控制数据通信的
软件的各种网络功能需依赖于硬件去完成，二者缺一不可
计算机网络的四大要素：计算机系统、数据通信系统（通信线路和通信设备）、网络协议和网络软件
计算机系统是计算机网络的重要组成部分，是计算机网络不可缺少的硬件元素。它的主要作用是负责数据信息的收集、处理、存储、传播和提供共享资源。在网络上可共享的资源包括硬件资源（如巨型计算机、高性能外围设备、大容量磁盘等）、软件资源（如各种软件系统、应用程序、数据库系统等）和信息资源
通信线路分有线通信线路和无线通信线路。有线通信线路指的是有线传输介质及其介质连接部件，包括光纤、同轴电缆、双绞线等；无线通信线路是指以无线电、微波、红外线和激光等作为通信线路
通信设备指网络连接设备和网络互联设备，包括网卡、集线器（Hub）、中继器（Repeater）、交换机（Switch）、网桥（Bridge）和路由器（Router）以及调制解调器（Modem）等。
使用通信线路和通信设备将计算机连起来，在计算机之间建立一条物理通道以传输数据。通信线路和通信设备负责控制数据的发出、传送、接收和转发，包括信号转换、路径选择、编码与解码、差错校验、通信控制管理等，以完成信息交换。通信线路和通信设备是连接计算机系统的桥梁，是数据传输的通道
网络协议是指通信双方必须共同遵守的约定和通信规则，如TCP/IP协议、NetBEUI协议、 IPX/SPX协议。现代网络都是分层结构的，协议规定了分层原则、层次间的关系、执行信息传递过程的方向、分解与重组等约定
网络软件是一种在网络环境下使用和运行或者控制和管理网络工作的计算机软件。根据软件的功能，计算机网络软件可分为网络系统软件和网络应用软件两大类。
网络系统软件是控制和管理网络运行、提供网络通信、分配和管理共享资源的网络软件，它包括网络操作系统、网络协议软件、通信控制软件和网络管理软件等。
网络操作系统（Network Operating System ，NOS)是指能够对局域网范围内的资源进行统一调度和管理的程序。它是计算机网络软件的核心程序，是网络软件的基础。
网络协议软件（如TCP/IP协议软件）是实现各种网络协议的软件，它是网络软件中最重要的核心部分，任何网络软件都要通过协议软件才能发生作用。
网络应用软件是指为某一个应用目的而开发的网络软件，如远程教学软件、电子图书馆软件、Internet信息服务软件等。网络应用软件为用户提供访问网络的手段、网络服务、资源共享和信息的传输等。
2.计算机网络的功能
计算机网络最主要的功能是资源共享和数据通信，除此之外还有分布处理等。
软硬件共享
可共享的硬件资源有：高性能计算机、大容量存储器、打印机、图形设备、通信设备、通信线路等，共享硬件的好处是提高硬件资源的使用效率，节约开支
信息共享
信息也是一种资源，Internet就是一个巨大的信息资源宝库，它就像是一个信息的海洋，有取之不尽、用之不竭的信息与数据。每一个接入Internet的用户都可以共享这些信息资源。可共享的信息资源有：搜索与查询的信息，web服务器上的主页及各种链接，FTP服务器中的文件，各种各样的电子出版物，网上消息、报告和广告，网上大学，网上图书馆等等
数据通信
数据通信是计算机网络的基本功能之一，它可以为网络用户提供强有力的通信手段。利用网络的通信功能，可以发送电子邮件、打电话、在网上举行视频会议等
分布处理
所谓分布处理是指将一件较大的工作分配给网络中多台计算机去共同完成，然后再将处理结果返回到主机上
四、计算机网络体系结构
1.网络体系结构
计算机网络通信需要解决许多问题，如通信介质差异、硬件接口差异、主机系统差异、通信协议差异、数据表示差异，这些问题可以采用一种模块化处理方式——分层结构，每层完成一个相对简单的特定功能，通过各层协调来实现整个网络通信功能，这就是网络的体系结构
网络体系结构的重要概念：协议（Protocol）、层次( Layer )、 接口（Interface）、服务原语（ Service Primitive）和体系结构（Architecture）
协议是一种通信规约，这些规约是为网络数据交换而制定的规则和约定，每个通信节点都必须遵守，否则通信就不能正常进行
网络协议主要由三个要素组成：语法、语义、时序
语法：指用户数据与控制信息的结构和格式
语义：指需要发出何种控制信息，以及完成的动作与做出的响应
时序：指对事件实现顺序的详细说明
层次结构体现了对复杂问题“分而治之”的模块化方法，它可以大大降低复杂问题处理的难度。
接口是同一节点内相邻层之间交换信息的连接点。
服务原语：上层使用下层提供的服务必须通过与下层交换一些命令，这些命令被称为服务原语
请求：上层向本层请求指定的服务
指示：本层发送给上层用来指示本层的某一事件
响应：上层响应本层的指示
确认：本层响应上层的请求
体系结构
对于结构复杂的网络协议来说，最好的组织方式是采用层次结构模型。
计算机网络体系结构（Network Architecture）是指网络层次结构模型与各层协议的集合。
体系结构是抽象的，而实现是具体的，它是指能实现具体网络功能的具体硬件和软件
2.OSI/RM参考模型
国际化标准组织（ISO）在20世纪80年代提出了开放系统互联参考模型（Open System Interconnect/Reference Model， OSI/RM）
OSI/RM参考模型采用层次化结构的构造技术，从底向上共分为七层
OSI/RM七层协议的主要功能
OSI体系结构的特点：
1）分层结构，基于特定网络环境定义每一层的功能
2）每一层只定义了功能，没有系统制定对等层之间的协议
3）每一层的封装信息也没有具体定义
4）没有真正基于OSI体系结构的实际网络
OSI体系结构的作用：
1）分层结构和每一层的功能为网络设计和实现提供了依据
2）为我们学习网络理解网络提供了一个思路
通信子网包括物理层、数据链路层和网络层，提供各种面向网络的服务
资源子网包括应用层、表示层和会话层，提供各种面向用户的服务
传输层位于通信子网和资源子网的连接处，主要功能是实现底层协议和高层协议的接口与转换。
3.TCP/IP体系结构
TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）即传输控制协议/网际协议，它源于ARPANET，现在已成为Internet互联网的通信协议。TCP/IP成功地解决了不同网络之间难以互联的问题，实现了异构网的互联。
TCP/IP参考模型分为4层：应用层、传输层、网际层和网络接口层
网络接口层是TCP/IP模型的最低层，它对应OSI的物理层和数据链路层。TCP/IP并没有定义具体的该层协议，只是指出它负责网际层与硬件设备间的联系，即主机必须使用某种协议与网络相连
传输层解决的是计算机程序到程序之间的通信问题，即通常所说的“端到端”的通信。它的功能是使源端和目的端主机上的对等实体可以进行会话，和OSI的传输层一样，传输层定义了两个端到端的协议
第一个是传输控制协议TCP（Transimission Control Protocol），它是一个面向连接的协议，允许从一台机器发出的字节流无差错地发送到互联网上的其他机器。它把输入的字节流分成报文段并传给网际层；在接收端，TCP接收进程把收到的报文再组装成字节流传送给应用层。TCP同时要完成流量控制功能，以避免出现快速发送方向低速接收方发生过多报文而使接收方无法处理的现象（即分成一小段一小段的发送，并且按顺序的发送）
第二个协议是用户数据报协议UDP（User Datagram Protocol)，它是一个不可靠、无连接协议。一些只包含简单查询和应答的应用进程适合使用UDP数据报服务，因为数据报服务不用建立和结束虚拟通道，因而不会有额外的花销。UDP是一种简单的协议机制，通信开销小，效率高，比较适用于快速递交比准确递交更重要的应用程序，如传输语音或影像
应用层提供一组常用的应用程序给用户，应用程序和传输层协议相配合，完成发送或接收数据。每个应用程序都有自己的数据格式，它可以是一系列报文或字节流，但不管采用哪种格式，都要将数据传送给传输层以便交换。应用层包含所有的高层协议，如文件传输协议FTP、电子邮件协议SMTP、超文本传输协议HTTP等。