计算机系统基础知识--计算机网络(一)

# 1. 计算机网络概述

### 1.1 什么是计算机网络

计算机网络是指将地理位置不同的若干计算机通过通信设备和线路连在一起，以功能完善的通信软件为支撑，实现资源共享和信息传递的系统。计算机网络通过通信链路实现计算机之间的信息交换，能够将全球范围内的计算机资源整合为一个逻辑上的整体。

### 1.2 计算机网络的发展历程

计算机网络的发展经历了多个阶段，包括局域网的出现、Internet的飞速发展以及移动互联网的兴起。最初的计算机网络是为了实现远程终端的联机操作，后来逐渐发展成为了今天的复杂的全球性计算机互联网。

### 1.3 计算机网络的分类与组成

根据规模和覆盖范围的不同，计算机网络可以分为局域网、城域网、广域网和互联网等不同类型。计算机网络的组成包括通信设备、通信介质、通信协议以及各种网络应用等部分。

接下来，我们将深入探讨网络通信基础，包括数据传输的基本概念、数据传输的方式与介质，以及网络通信协议与标准。

# 2. 网络通信基础

在计算机网络中，网络通信是至关重要的基础知识之一。本章将介绍网络通信的基础概念、数据传输方式与介质以及网络通信协议与标准。让我们一起深入了解这些内容。

#### 2.1 数据传输的基本概念

在计算机网络中，数据传输是指将数据从一个地方传输到另一个地方的过程。数据传输的基本概念包括数据发送方（Sender）、数据接收方（Receiver）、数据传输的方式（Synchronous vs Asynchronous）、数据传输的方向（Simplex、Half-duplex、Full-duplex）等。在进行数据传输时，需要考虑数据的可靠性、效率以及安全性。

# Python示例代码：数据传输的基本概念

# 定义数据发送方和接收方
sender = "Alice"
receiver = "Bob"

# 定义数据传输方式
transmission_mode = "Synchronous"

# 定义数据传输方向
transmission_direction = "Full-duplex"

# 输出数据传输的基本信息
print(f"数据发送方：{sender}")
print(f"数据接收方：{receiver}")
print(f"数据传输方式：{transmission_mode}")
print(f"数据传输方向：{transmission_direction}")

**代码总结：** 以上代码演示了数据传输的基本概念，包括发送方、接收方、传输方式和传输方向，并进行了输出展示。

**结果说明：** 运行代码后，将输出数据传输的基本信息，如发送方为Alice，接收方为Bob，传输方式为Synchronous，传输方向为Full-duplex。

#### 2.2 数据传输的方式与介质

数据在计算机网络中传输的方式和介质多种多样，常见的传输方式包括广播式传输、点对点传输等，常用的传输介质有双绞线、光纤、无线等。不同的传输方式和介质会影响数据传输的速度和稳定性。

#### 2.3 网络通信协议与标准

网络通信协议是计算机网络中用于规定数据传输格式、序列、错误检测等规则的约定。常见的网络通信协议有TCP、UDP、IP等。而网络通信标准则是对网络通信协议的规范化要求，确保不同厂商设备之间的兼容性和互操作性。

在计算机网络中，深入理解数据传输的基本概念、方式与介质，以及网络通信协议与标准，将有助于我们更好地理解网络通信的运作原理，从而为网络设计与优化提供重要指导。

接下来，我们将继续探讨网络拓扑结构与设备。

# 3. 网络拓扑结构与设备

#### 3.1 点对点连接与总线型拓扑

在计算机网络中，点对点连接是指两台计算机之间建立一条专用的通信线路，实现数据的直接传输。这种连接方式简单直接，适用于连接数较少的情况。总线型拓扑则是将所有计算机连接在同一条总线上，通过总线传输数据。总线型拓扑结构简单易布线，但当计算机数量增多时，总线可能会成为瓶颈，影响数据传输效率。

#### 3.2 星型拓扑与环型拓扑

星型拓扑是将所有计算机直接连接到一个集线器（hub）或交换机（switch）上，由集线器或交换机负责数据的转发。这种拓扑结构相对稳定可靠，易于维护和扩展。而环型拓扑是将每台计算机依次连接成环状，数据沿着环路传输。环型拓扑简单，但一旦某个节点出现故障，整个网络都会受到影响。

#### 3.3 交换机与路由器的原理与作用

交换机和路由器是网络中常用的设备。交换机主要工作在数据链路层，通过学习MAC地址表实现内部端口之间