1.1 任务1：初识计算机网络
计算机网络是计算机技术和通信技术相结合的产物，是目前计算机应用技术中空前活跃的领域。人们借助计算机网络技术可以实现信息的交换和共享，计算机网络已成为信息存储、管理、传播和共享的有力工具，在当今信息社会中发挥着越来越重要的作用，计算机网络技术的发展深刻地影响和改变着人们的工作和生活方式。
1.1.1 计算机网络的基本概念
计算机网络就是“将分布在不同地理位置上的具有独立工作能力的多台计算机、终端及其附属设备用通信设备和通信线路连接起来，并配置网络软件，以实现计算机资源共享的系统”。
其包含3层含义：
（1）必须有至少两台或两台以上具有独立功能的计算机系统相互连接起来，以共享资源为目的。这两台或两台以上的计算机所处的地理位置不同、相隔一定的距离，且每台计算机均能独立地工作，即不需要借助其他系统的帮助就能独立地处理数据。
（2）必须通过一定的通信线路（传输介质）将若干台计算机连接起来，以交换信息。这条通信线路可以是双绞线、电缆、光纤等有线介质，也可以是微波、红外线或卫星等无线介质。
（3）计算机系统交换信息时必须遵守某种约定和规则，即“协议”。“协议”可以由硬件或软件来完成。
计算机网络的主要功能是共享资源和信息。其基本功能包括以下几个方面：
（1）数据通信。
数据通信是计算机网络的最基本的功能，可以使分散在不同地理位置的计算机之间相互传送信息。该功能是计算机网络实现其他功能的基础。通过计算机网络传送电子邮件、进行电子数据交换、发布新闻消息等，极大地方便了用户。
（2）资源共享。
计算机网络中的资源可分成三大类：硬件资源、软件资源和信息资源。相应的，资源共享也分为硬件共享、软件共享和信息共享。计算机网络可以在全网范围内提供如打印机、大容量磁盘阵列等各种硬件设备的共享及各种数据，如各种类型的数据库、文件、程序等资源的共享。
（3）进行数据信息的集中和综合处理。
将分散在各地计算机中的数据资料适时集中或分级管理，并经综合处理后形成各种报表，提供给管理者或决策者分析和参考，如自动订票系统、政府部门的计划统计系统、银行财政及各种金融系统、数据的收集和处理系统、地震资料的收集与处理系统、地质资料的采集与处理系统等。
（4）均衡负载，相互协作。
当某个计算中心的任务量很大时，可通过网络将此任务传递给空闲的计算机去处理，以调节忙闲不均的现象。此外，地球上不同区域的时差也为计算机网络带来很大的灵活性，一般白天计算机负荷较重，晚上则负荷较轻，地球时差正好为人们提供了调节负载均衡的余地。
（5）提高计算机的可靠性和可用性。
其主要表现在计算机连成网络之后，各计算机之间可以通过网络互为备份：当某个计算机发生故障后，可通过网络由别处的计算机代为处理；当网络中计算机负载过重时，可以将作业传送给网络中另一较空闲的计算机去处理，从而缩短了用户的等待时间、均衡了各计算机的负载，进而提高系统的可靠性和可用性。
（6）进行分布式处理。
对于综合性的大型问题可采用合适的算法，将任务分散到网络中不同的计算机上进行分布式处理，这对局域网尤其有意义，利用网络技术将计算机连成高性能的分布式计算机系统，它具有解决复杂问题的能力。
1.1.2 计算机网络的组成
从计算机网络各部分实现的功能来看，计算机网络可分成通信子网和资源子网两部分，其中通信子网主要负责网络通信，它是网络中实现网络通信功能的设备和软件的集合；资源子网主要负责网络的资源共享，它是网络中实现资源共享的设备和软件的集合。从计算机网络的实际构成来看，网络主要由网络硬件和网络软件两部分组成（图1-1）。
图1-1 计算机网络的组成
1．网络硬件
网络硬件包括网络拓扑结构、网络服务器（Server）、网络工作站（Workstation）、传输介质和网络连接设备等。
网络服务器是网络的核心，它为用户提供网络服务和网络资源。网络工作站实际上是一台入网的计算机，它是用户使用网络的窗口。网络拓扑结构决定了网络中服务器和工作站之间通信线路的连接方式。传输介质是网络通信用的信号线。常用的有线传输介质有双绞线、同轴电缆和光纤；无线传输介质有红外线、微波和激光等。网络连接设备用来实现网络中各计算机之间的连接、网络与网络的互连、数据信号的变换以及路由选择等功能，主要包括中继器、集线器、调制解调器、交换机和路由器等。
2．网络软件
网络软件包括网络操作系统和通信协议等。网络操作系统一方面授权用户对网络资源的访问，帮助用户方便、安全地使用网络，另一方面管理和调度网络资源，提供网络通信和用户所需的各种网络服务。网络协议是实现计算机之间、网络之间相互识别并正确进行通信的一组标准和规则，它是计算机网络工作的基础。
1.1.3 计算机网络的发展
计算机网络技术是计算机技术与通信技术相结合的产物，它的发展与事物的发展规律吻合，经历了从简单到复杂、从单个到集合的过程。它先后经历了4个不同的阶段。
1．主机互连
主机互连产生于20世纪60年代初期，基于主机（Host）之间的低速串行（Serial）连接的联机系统是计算机网络的雏形。在这种早期的网络中，终端借助电话线路访问计算机，计算机发送/接收的为数字信号，电话线传输的是模拟信号，这就要求在终端和主机间加入调制解调器（Modem），进行数/模转换（图1-2）。
图1-2 主机互连
这种联机系统中，计算机是网络的中心，同时也是控制者。这是一种非常原始的计算机网络，它的主要任务是通过远程终端与计算机的连接，提供应用程序执行、远程打印、数据服务等功能。
2．局域网
20世纪70年代初，随着计算机体积、价格的下降，出现了以个人计算机为主的商业计算模式。商业计算的复杂性要求大量终端设备的资源共享和协同操作，导致对本地大量计算机设备进行网络化连接的需求，局域网（Local Area Network, LAN）由此产生。局域网的出现大大将降低了商业用户高昂的成本，随之出现了网络互连标准和局域网标准，为局域网互连做好了准备工作（图1-3）。
图1-3 局域网
3．互联网
由于单一的局域网无法满足人们对网络的多样性要求，20世纪70年代后期，广域网技术逐渐发展起来，将分布在不同地域的局域网互相连接起来。1983年，ARPAnet采纳TCP和IP协议作为其主要的协议族，使大范围地网络互连成为可能。彼此分离的局域网被连接起来，形成互联网，如图1-4所示。
图1-4 互联网
4．因特网
20世纪80—90年代是网络互连的发展时间。在这一时期，ARPAnet网络的规模不断扩大，包含了全球无数的公司、校园、ISP和个人用户，最终演变成今天的延伸到全球每一个角落的因特网（Internet），如图1-5所示。1990年，ARPAnet正式被Internet取代，退出历史舞台。越来越多的机构、个人参与到Internet中，使Internet获得了高速发展。
图1-5 因特网（Internet）
1.1.4 计算机网络分类
计算机网络一般是按网络覆盖范围来划分的，见表1-1。
表1-1 计算机网络分类
局域网（Local Area Network, LAN）覆盖范围最小，是最常见的计算机网络。由于局域网覆盖范围极小，一方面容易管理与配置，另一方面容易构成简洁规整的拓扑结构，加上速度快、延时小的优点，故得到广泛应用。
城域网（Metropolitan Area Network, MAN）介于局域网和广域网之间。城域网包含负责路由的交换单元。
广域网（Wide Area Network, WAN）覆盖范围广，不具有规则的拓扑结构。广域网采用点到点方式传输，存在路由选择的问题；局域网采用广播传输方式，不存在路由选择问题。
互联网不是一种具体的物理网络技术，只是一种将不同的物理网络技术及其子技术统一起来的高层技术。
1.1.5 任务实战：认识校园网
任务目的：了解校园网的需求和功能，了解校园网采用的网络结构和网络设备。
任务内容：校园网需求分析、校园网结构设计和设备选型。
任务环境：某学校校园网案例。
任务步骤：
步骤1：进行校园网需求分析。
某高校的一个校区中，在校生大约为10000人。为了减小上网高峰期的网络负担，部分用户需要访问Chinanet，另一部分用户需要访问CERnet。学校主要有教学楼、信息楼、实验楼、图书馆、综合楼和学生宿舍，所有楼宇之间均采用双绞线的方式连接到交换机，并接入Internet。某高校校园网拓扑结构如图1-6所示。
图1-6 某高校校园网拓扑结构
学校对用户提供OA系统、FTP应用系统、教务管理系统、视频点播系统等，并提供DNS服务和DHCP服务，使用的操作系统有Windows、Linux等，数据库有SQL Server、Oracle等。
通过建立校园网内部的局域网并接入广域网，可以实现内部办公及学生在线学习，并能访问Internet。
步骤2：制定校园网解决方案。
步骤3：认识校园网传输介质。
主干网络和汇聚层均采用1000Mb/s光纤技术，接入层采用100Mb/s双绞线到桌面。
步骤4：认识校园网设备。
校园网设备分为硬件设备和软件设备，硬件设备包括交换机、路由器、防火墙、网络服务器等；软件设备包括专业网管软件、杀毒软件、网络操作系统和各种应用系统等。
步骤5：认识组网技术。
为适应当前网络使用需求和今后网络规模的扩大，采用3层网络体系结构设计，采用千兆以太网作为网络主干链路技术，接入网络采用100Mb/s快速以太网技术。