1.1 计算机网络基础知识
计算机网络已经产生30多年了，随着计算机应用的深入，特别是家用及办公计算机的迅速普及，越来越多的用户了解和掌握了计算机的使用，计算机在人们生活、学习和工作等方面发挥出了巨大的作用。与此同时，计算机网络这一概念随着人们对共享信息资源方面的迫切需求也被越来越多的人所熟知。但究竟什么是计算机网络呢？本章，我们就一起来了解计算机网络的基础知识。
本章主要内容
& 了解计算机网络的分类
& 掌握OSI参考模型的基础知识，以及各层的功能
& 了解TCP/IP参考模型，掌握TCP/IP的层次结构，以及工作原理
& 了解数据通信的基本概念
& 了解基带传输、频带传输、ATM技术，以及差错产生的原因和如何控制
1.1 计算机网络基础知识
计算机网络是用通信设备和线路将处在不同位置、操作相对独立的多台计算机连接起来，配置一定的系统软件和应用软件，在原本独立的计算机之间实现软、硬件资源共享和信息传递的系统。
1.1.1 计算机网络的基本概念
计算机网络的定义没有一个统一的标准，随着计算机网络本身的发展，人们提出了各种不同的观点。目前，比较认同的计算机网络的定义为：将多个具有独立工作能力的计算机、终端及其附属设备，通过通信设备和线路连接起来，由功能完善的网络软件实现资源共享和数据通信的复合系统。
从定义中看，涉及到3个方面的问题：
· 至少两台计算机互联。
· 网络中计算机通过通信设备与线路进行互联。
· 计算机之间的通信通过网络应用软件、网络协议等来实现。
1.1.2 计算机网络的形成与发展
世界上第一个计算机网络是1969年美国国防部的DARPA（国防高级研究规划署）建立的分组交换网（ARPANET）。这个分组交换网就是现在Internet的前身。计算机网络的飞速发展是从20世纪90年代开始的，随着计算机通信技术的飞速发展和网络技术的不断成熟，计算机网络越来越广泛地应用到各行各业，深入人们的生活。
计算机网络在这30多年间的发展过程通常分为3个主要阶段：实验网络阶段、学术应用阶段和商业应用阶段。
1．实验网络阶段
计算机网络发展的第一阶段是指20世纪70年代，即实验网络阶段。当时的计算机网络主要是X.25 分组交换网，其应用主要是实验性质。在各国的电信部门建设运行，使用的是各种专用的网络体系结构，包括SNA和DNA。这个时期是现代国际互联网（Internet）的前身，ARPANET也在进行实验运行。
2．学术应用阶段
计算机网络发展的第二个阶段是指20世纪80年代，即学术应用阶段。这时的计算机网络开始采用标准化计算机网络体系结构OSI。NSFNET已经建成，Internet也已初具规模。这个时期是网络技术快速发展的时期。
3．商业应用阶段
计算机网络发展的第三个阶段是指从20世纪90年代至今，即商业应用阶段。这一阶段随着网络技术的成熟及人们对网络从认识到熟练使用，Internet在商业上得到了广泛的应用。
中国互联网络的发展应用比国际上略晚一些，是从20世纪80年代起步的。这期间主要经历了3个阶段。
（1）第一阶段。
第一阶段是1986年～1994年。这期间，中国互联网的发展主要是通过中国科学院高能物理研究所网络线路，实现了与欧洲及北美地区的E-mail通信。中国科技界最早使用Internet是在1986年。当时国内一些科研单位能够通过长途电话拨号到欧洲的一些国家，进行联机数据库检索。随后利用Internet的连接，与这些国家进行E-mail通信。1989年，中国的CHINAPAC（X.25）公用数据网基本开通，该网络能够与法国、德国等的公用数据网络（X.25）实现国际连接（X.75）。1993年3月，中国科学院高能物理研究所开通了一条64Kbps国际数据信道，实现了与Internet通信。用户可以利用局域网或拨号线路登录到中国科学院高能物理研究所的VAXll/780（BEPC2）上使用Internet。
（2）第二阶段。
第二阶段是1994年～1995年。这1年时间是教育科研网发展的主要阶段。北京中关村地区及清华大学、北京大学组成NCFC网，于1994年4月开通了连接Internet的64Kbps专线，同时还设中国最高域名（CN）服务器。这时的中国真正加入了Internet行列，随后还建成了中国教育和科研网（CERNET）。发展CERNET的目的是要把全国大部分高等学校连接起来，推动这些学校校园网的建设和信息资源的共享，并与现有的国际学术计算机网互联。成立于1995年4月的中国科学院计算机网络信息中心（Computer Network InformationCenter，CNIC）是中国科学院下属的科研事业单位，主要从事中国科学院信息化建设、运行与支撑服务，以及计算机网络技术、数据库技术和科学工程计算的研究与开发。CNIC下属的中国科技网是我国最早的国际互联网络。
（3）第三阶段。
第三阶段是自1995年以后，互联网络在中国进入商业应用阶段。1995年5月邮电部开通了中国公用互联网络CHINANET。到1996年9月电子部的CHINAGBN开通，各地的Internet服务提供商（Internet Services Provider，ISP）的快速增长使得互联网络真正走进中国百姓的生活。
1.1.3 计算机网络的应用
不同的计算机网络其功能不同，一般可分为以下几方面。
1．数据通信
数据通信即实现计算机与终端、计算机与计算机间的数据传输，是计算机网络的最基本的功能，也是实现其他功能的基础，如电子邮件、传真、远程数据交换等。
2．资源共享
实现计算机网络的主要目的是共享资源。网络可使不同地理位置的网络用户互通有无，分工协作。一般情况下，网络中可共享的资源有硬件资源、软件资源和数据资源，其中共享数据资源最为重要。
3．远程传输
计算机已经由科学计算向数据处理方面发展，由单机向网络方面发展，且发展的速度很快。分散在各地的用户可以互相传输数据信息，互相交流，协同工作。
4．集中管理
计算机网络技术的发展和应用，已使得现代办公、经营管理等发生了很大的变化。目前，已经有了许多MIS系统、OA系统等，通过这些系统可以实现日常工作的集中管理，提高工作效率，增加经济效益。
5．实现分布式处理
网络技术的发展，使得分布式计算成为可能。对于大型的项目，可以分散到网络中不同的计算机上进行分布处理和计算、协同工作，充分利用不同区域的计算机系统，提高网络计算能力和数据处理能力。
6．负载平衡
负载平衡是指工作被均匀地分配给网络上的各台计算机。网络控制中心负责分配和检测，当某台计算机负载过重时，系统会自动转移部分工作到负载较轻的计算机中去处理。
1.1.4 计算机网络的组成
一个完整的计算机网络一般由硬件和软件两部分组成。
1．硬件组成
硬件部分包括服务器、工作站、网络接口卡和传输介质。
服务器（Server）是一种高性能计算机，具有固定的地址，并为网络用户提供服务的节点，是实现资源共享的重要组成部分，如图1-1所示。
服务器主要有网络服务器、打印服务器、终端服务器、磁盘服务器和文件服务器等。服务器的构成与普通计算机基本相似，包括处理器、硬盘、内存、系统总线等。不同之处在于它们是针对具体的网络应用特别定制的，因而服务器在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面和普通计算机存在很大的差异。
工作站（Workstation）是一种高档的计算机，通常配有高分辨率的大屏幕显示器及容量很大的内部存储器和外部存储器，并且具有较强的信息处理能力和高性能的图形、图像处理能力，如图1-2所示。
图1-1 服务器 图1-2 工作站
网络接口卡（Network Interface Card，NIC）又称网络适配器（Network Interface Adapter，NIA），俗称网卡，如图1-3所示。
图1-3 网卡
网卡的主要功能是实现联网计算机和网络电缆之间的物理连接，为计算机之间相互通信提供一条物理通道，并通过这条通道进行高速数据传输。在网络中，每台联网的计算机都需要安装一块或多块网卡，这样才能通过传输介质连接器将计算机接入网络电缆系统。
传输介质是网络连接设备间的中间介质，也是信号传输的媒体。网络中常见的传输介质有双绞线、同轴电缆和光纤，如图1-4所示。
（a）双绞线 （b）同轴电缆 （c）光纤
图1-4 传输介质
2．软件组成
在网络系统中，网络上的每个用户，都可享有系统中的各种资源，系统必须对用户进行控制。否则就会造成系统混乱、信息数据的破坏和丢失。为了协调系统资源，系统需要通过软件工具对网络资源进行全面的管理、调度和分配，并采取一系列的安全保密措施，防止用户对数据和信息进行不合理的访问，以防数据和信息的破坏与丢失。网络软件是实现网络功能不可缺少的软件环境。
通常网络软件包括以下几种。
· 网络协议和协议软件：网络协议和协议软件是通过协议程序实现网络协议功能的。
· 网络通信软件：网络通信软件用于实现网络工作站之间的通信。
· 网络操作系统：网络操作系统是用以实现系统资源共享、管理用户对不同资源访问的应用程序，它是最主要的网络软件。
· 网络管理及网络应用软件：网络管理软件是用来对网络资源进行管理和对网络进行维护的软件。网络应用软件是为网络用户提供服务并为网络用户解决实际问题的软件。
网络软件最重要的特征是，网络管理软件所研究的重点不是网络中互联的各个独立计算机本身的功能，而是如何实现网络特有的功能。