计算机网络是什么（一）
概述：本节介绍计算机网络的定义、发展史、组成以及性能。
计算机网络是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。
从20世纪50年代中期开始，以单个计算机为中心的远程联机系统，构成面向终端的计算机网络，称为第一代计算机网络。第一阶段也叫网络雏形阶段。
从20世纪60年代中期开始进行主机互联，多个独立的主计算机通过线路互联构成计算机网络，无网络操作系统，只是通信网。60年代后期，ARPANET网出现，称为第二代计算机网络。第二阶段也叫网络初级阶段。
20世纪70年代至80年代中期，以太网产生，ISO制定了网络互连标准OSI，世界上具有统一的网络体系结构，遵循国际标准化协议的计算机网络迅猛发展，这阶段的计算机网络称为第三代计算机网络。
从20世纪90年代中期开始，计算机网络向综合化高速化发展，同时出现了多媒体智能化网络，发展到现在，已经是第四代了。局域网技术发展成熟。第四代计算机网络就是以千兆位传输速率为主的多媒体智能化网络。
计算机网络通常由三个部分组成，它们是资源子网、通信子网和通信协议，通讯协议是计算机网络学习的核心内容。
资源子网是指用户端系统（局内调度自动化网、MIS网和变电站的局域网），包括用户的应用资源,如服务器、故障收集计算机、外设、系统软件和应用软件。资源子网由计算机系统、终端、终端控制器、连网外设、各种软件资源与信息资源组成。
资源子网负责全网数据处理和向网络用户提供资源及网络服务，包括网络的数据处理资源和数据存储资源。
通信子网是指网络中实现网络通信功能的设备及其软件的集合，通信设备、网络通信协议、通信控制软件等属于通信子网，是网络的内层，负责信息的传输。
主要为用户提供数据的传输，转接，加工，变换等。通信子网的任务是在端结点之间传送报文，主要由转结点和通信链路组成。在ARPA网中，把转结点通称为接口处理机（IMP）。
通信子网主要包括中继器、集线器、网桥、路由器、网关等硬件设备。
通讯协议又称通信规程，是指通信双方对数据传送控制的一种约定。约定中包括对数据格式，同步方式，传送速度，传送步骤，检纠错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定，通信双方必须共同遵守，它也叫做链路控制规程。
通讯协议在不同的层次（计算机网络体系结构的通信协议划分为七层，以后会讲到）中有着不同的协议，这些协议有着不同的分工，如二层协议（数据链路层）的ARP协议，三层协议（网络层）的IP协议，四层协议（传输层）的TCP/UDP协议等。
（1）速率
计算机发送出的信号都是数字形式的。比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位，一个比特就是二进制数字中的一个1或0。网络技术中的速率指的是连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率，它也称为比特率（bit rate）。速率是计算机网络中最重要的一个性能指标，速率的单位是bit/s。
（2）带宽
带宽有以下两种不同的意义。
① 带宽本来是指某个信号具有的频带宽度。信号的带宽是指该信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围。例如，在传统的通信线路上传送的电话信号的标准带宽是3.1kHz（从300Hz到3.4kHz，即话音的主要成分的频率范围）。这种意义的带宽的单位是赫（或千赫，兆赫，吉赫等）。
② 在计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力，因此网络带宽表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”。这里一般说到的“带宽”就是指这个意思。这种意义的带宽的单位是“比特每秒”，记为bit/s。
（3）吞吐量
吞吐量表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。显然，吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。例如，对于一个100Mbit/s的以太网，其额定速率是100Mbit/s，那么这个数值也是该以太网的吞吐量的绝对上限值。因此，对100Mbit/s的以太网，其典型的吞吐量可能也只有70Mbit/s。有时吞吐量还可用每秒传送的字节数或帧数来表示。
（4）时延
时延是指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。时延是个很重要的性能指标，它有时也称为延迟或迟延。网络中的时延是由以下几个不同的部分组成的。
① 发送时延。
发送时延是主机或路由器发送数据帧所需要的时间，也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。
因此发送时延也叫做传输时延。发送时延的计算公式是：
发送时延=数据帧长度（bit/s）/信道带宽（bit/s）
由此可见，对于一定的网络，发送时延并非固定不变，而是与发送的帧长（单位是比特）成正比，与信道带宽成反比。
② 传播时延。
传播时延是电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。传播时延的计算公式是：
传播时延=信道长度（m）/电磁波在信道上的传播速率（m/s）
电磁波在自由空间的传播速率是光速，即300000km/s。电磁波在网络传输媒体中的传播速率比在自由空间要略低一些。
③ 处理时延。
主机或路由器在收到分组时要花费一定的时间进行处理，例如分析分组的首部，从分组中提取数据部分，进行差错检验或查找适当的路由等，这就产生了处理时延。
④ 排队时延。
分组在经过网络传输时，要经过许多的路由器。但分组在进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理。在路由器确定了转发接口后，还要在输出队列中排队等待转发。这就产生了排队时延。
这样，数据在网络中经历的总时延就是以上四种时延之和：
总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延
（5）时延带宽积
把以上讨论的网络性能的两个度量—传播时延和带宽相乘，就得到另一个很有用的度量：传播时延带宽积，即时延带宽积=传播时延×带宽。
（6）往返时间（RTT）
在计算机网络中，往返时间也是一个重要的性能指标，它表示从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认（接受方收到数据后便立即发送确认）总共经历的时间。
当使用卫星通信时，往返时间（RTT）相对较长。
（7）利用率
利用率有信道利用率和网络利用率两种。信道利用率指某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过），完全空闲的信道的利用率是零。网络利用率是全网络的信道利用率的加权平均值。
（1）费用
网络的性能与其价格密切相关，一般说来，网络的速率越高，其价格也越高。
（2）质量
网络的质量取决于网络中所有构件的质量，以及这些构件是怎样组成网络的。网络的质量影响到很多方面，如网络的可靠性、网络管理的简易性，以及网络的一些性能。但网络的性能与网络的质量并不是一回事，例如，有些性能也还可以的网络，运行一段时间后就出现了故障，变得无法再继续工作，说明其质量不好。高质量的网络往往价格也较高。
（3）标准化
网络的硬件和软件的设计既可以按照通用的国际标准，也可以遵循特定的专用网络标准。最好采用国际标准的设计，这样可以得到更好的互操作性，更易于升级换代和维修，也更容易得到技术上的支持。
（4）可靠性
可靠性与网络的质量和性能都有密切关系。速率更高的网络，其可靠性不一定会更差。但速率更高的网络要可靠地运行，则往往更加困难，同时所需的费用也会较高。
（5）可扩展性和可升级性
网络在构造时就应当考虑到今后可能会需要扩展（即规模扩大）和升级（即性能和版本的提高）。网络的性能越高，其扩展费用往往也越高，难度也会相应增加。
（6）易于管理和维护
网络如果没有良好的管理和维护，就很难达到和保持所设计的性能。
