计算机网络是现代信息技术的核心支柱，深刻影响着社会生产与生活方式。作为湖科大计算机网络课程的开篇，本章旨在系统梳理计算机网络的基本概念、发展历程、体系结构及技术开发基础，为后续深入学习奠定扎实的理论框架与实践导向。
一、计算机网络的基本定义与功能
计算机网络是指将地理位置不同的、具有独立功能的多个计算机及其外部设备，通过通信线路（有线或无线）连接起来，在网络操作系统、网络管理软件及通信协议的管理协调下，实现资源共享和信息传递的系统。其核心功能主要包括：
- 数据通信：实现计算机与终端、计算机与计算机之间的数据传输，这是网络最基本的功能。
- 资源共享：包括硬件资源（如打印机、大型存储设备）、软件资源（如应用程序、数据库）和数据资源的共享，极大提高了资源利用率。
- 分布式处理与负载均衡：将大型任务分解，交由网络中的多台计算机协同处理，提升整体效能与可靠性。
二、计算机网络的演进历程
计算机网络的发展大致经历了四个阶段：
- 面向终端的联机系统（20世纪50-60年代）：以单台主机为中心，连接多台地理上分散的终端，实现了初步的远程访问。
- 以通信子网为中心的分组交换网络（20世纪60-70年代）：ARPANET的出现标志着现代计算机网络的诞生，采用分组交换技术，奠定了互联网的基础。
- 体系结构标准化时期（20世纪70-80年代）：ISO推出OSI七层参考模型，TCP/IP协议簇在实践中崛起并成为事实标准，网络互联走向规范化。
- 高速化、智能化与全球互联时代（20世纪90年代至今）：互联网商业化普及，宽带技术、移动互联网、物联网、云计算等迅猛发展，网络进入万物互联的新阶段。
三、计算机网络的分类与拓扑结构
- 按覆盖范围分类：
- 个域网（PAN）：如蓝牙连接。
- 局域网（LAN）：覆盖有限地理范围，如校园、企业网络。
- 城域网（MAN）：覆盖一座城市。
- 广域网（WAN）：覆盖国家或全球，如互联网。
- 按拓扑结构分类：
- 总线型：所有节点共享一条通信线路，结构简单但故障诊断困难。
- 星型：以中央节点为核心，便于管理但中心节点压力大。
- 环型：数据沿环单向传输，延迟确定但扩展性差。
- 网状型：节点间多条路径互联，可靠性高但结构复杂、成本高。
- 混合型：实际网络中多为以上拓扑的组合。
四、网络体系结构与参考模型
1. OSI七层模型（理论标准）：
物理层 → 数据链路层 → 网络层 → 传输层 → 会话层 → 表示层 → 应用层
该模型概念清晰，但结构复杂，未完全在实践中普及。
2. TCP/IP四层模型（事实标准）：
网络接口层 → 网际层（IP） → 传输层（TCP/UDP） → 应用层（HTTP、FTP等）
简洁高效，是互联网的基石。
3. 五层教学参考模型（常用折中）：
物理层 → 数据链路层 → 网络层 → 传输层 → 应用层
结合了OSI与TCP/IP的优点，便于教学与理解。
五、计算机网络技术开发基础
对于计算机网络技术开发者而言，掌握以下核心知识至关重要：
- 协议理解与实现：深入理解TCP/IP协议簇，特别是IP、TCP、UDP、HTTP/HTTPS、DNS等核心协议的工作原理与报文格式。这是进行网络编程、协议分析、故障排查的基础。
- 套接字编程（Socket Programming）：
- 掌握使用Socket API（如Berkeley sockets）进行网络应用程序开发。
- 理解TCP的面向连接（三次握手、数据传输、四次挥手）与UDP的无连接通信模式。
- 能够编写简单的客户端/服务器程序，处理并发连接。
- 网络分析与调试工具：熟练使用Wireshark、tcpdump进行抓包与分析，使用ping、traceroute、netstat、nslookup等命令进行网络状态诊断。
- 基础安全概念：了解防火墙、加密（SSL/TLS）、常见网络攻击（如DoS、中间人攻击）及基本防护原则。
- 新兴技术趋势关注：了解软件定义网络（SDN）、网络功能虚拟化（NFV）、IPv6过渡、5G网络切片等前沿动态，拓展技术视野。
六、与展望
本章概述了计算机网络的基本全貌。从定义、历史到分类与体系结构，我们构建了宏观认知框架。尤为重要的是，对于技术开发者而言，理论需紧密结合实践。理解协议细节、掌握Socket编程、善用调试工具，是踏入网络开发领域的敲门砖。计算机网络是一个快速迭代的领域，持续学习协议新标准、关注架构新范式（如云网融合、边缘计算），将是开发者保持竞争力的关键。后续章节将逐层深入，详细剖析各层协议与技术细节，并辅以实践案例，引导读者从理论走向工程实现。
