1. 計算機網路概述
在前面我們已經學會了用Word編輯文章，用Excel進行統計和計算，逐步感受到了用計算機處理信息的強大能力。現在假設你在家裡的計算機上已編排好了你的漂亮而有個性的自薦書，怎樣才能把這個文件復制到你的同事或同學的計算機中呢？傳統的方法是將文件復制到磁碟（或U盤），再把磁碟（或U盤）帶到你的同學那兒，把文件從磁碟（或U盤）再復制到另一台計算機上。但是，如果你的同學和你遠隔千里，或者需要將你的文件復制給成百上千個同學，又該怎麼辦呢？通過郵寄！耗時、費力、花金錢。
計算機網路技術能夠很好地解決計算機信息傳輸與共享。
那麼，到底什麼是計算機網路，它的發展過程怎樣，怎樣分類，計算機網路的功能有哪些？
一、什麼是計算機網路
計算機網路是將計算機與通信這兩大現代技術相結合的產物。所謂計算機網路，就是把分布在不同地點的具有獨立功能的多台計算機系統，通過通信設備和線路連接起來，再配有相應的支撐軟體，以實現計算機間的相互通信、資源共享的系統。
隨著計算機網路的發展，對「計算機網路」這個概念的定義和理解，也是在不斷變化和完善。
二、計算機網路的發展
計算機網路的發展過程大致分為以下四個階段：
1.第一代計算機網路
第一代計算機網路是面向終端的計算機網路。20世紀50年代中後期，許多系統都將地理上分散的多個終端（一種只有鍵盤和顯示器，沒有存儲和數據處理能力的設備）通過通信線路連接到一台中心計算機上，這就是計算機網路的雛形，早期的計算機——終端系統，也稱聯機系統，也就是第一代計算機網路。其典型應用是由一台計算機和全美2000多個終端組成的飛機訂票系統、美國半自動地面防空系統（SAGE）。在這種方式中，主機是網路的中心和控制者，終端分布在各處並與主機相連，用於通過本地的終端使用遠程的主機。
2.第二代計算機網路
第二代計算機網路是計算機通信網路。面向終端的計算機網路只能在終端和主機之間進行通信，子網之間無法通信。因此，20世紀60年代中期開始，出現了多個主機互聯的系統，可實現計算機—計算機的通信，它由通信子網和用戶資源子網（第一代網路）構成，用戶通過終端不僅可以共享本機上的軟硬體資源，還可共享通信子網中其他主機上的軟硬體資源。但是，由於沒有成熟的網路操作系統軟體來管理網上的資源，它只能稱為網路的初級階段，因此，稱其為計算機通信網。
第二代計算機網路以通信子網為中心。典型的代表是美國國防部高級研究計劃局協助開發的ARPAnet。
3.第三代計算機網路
第三代計算機網路是Internet。這是網路互聯階段，具有統一的網路體系結構並遵循國際標準的開放化和標准化。
20世紀70年代後期，區域網誕生，由於投資少，方便靈活而得到廣泛應用和迅速發展，例如，乙太網。各大公司都開發有相應於自己的系統網路體系結構。為了使不同網路體系結構的網路能相互交換信息，國際標准化組織 ISO（International Standards Organization）於1977年成立專門機構，提出了開放系統互連參考模型 OSI/RM（Open system interconnection/reference model），簡稱OSI，標志著第三代計算機網路的誕生。
4.第四代計算機網路
第四代計算機網路是千兆位網路。千兆位網路也叫寬頻綜合業務數字網，也就是人們常說的「信息高速公路」。
計算機網路發展的基本方向：開放、集成、高性能（高速）、智能化。
開放是指開放的體系結構，開放的介面標准，使各種異構系統便於互聯和具有高度的互操作性，歸根結底是標准化問題。
集成表現在各種服務和多種媒體應用的高度集成。
高性能表現在網路應當提供高速的傳輸，高效的協議處理和高品質的網路服務。
智能化表現在網路的傳輸和處理上能向用戶提供更為方便、友好的應用介面；在路由選擇、擁塞控制和網路管理等方面顯示出更強的主動性。
三、計算機網路的分類
對計算機網路進行分類的標准很多，按信息傳輸技術可分為廣播式和點到點網路，按傳輸介質可分為有線網和無線網等，這些標准都只能給出網路某一方面的特徵，我們採用一種能反映網路技術本質的分類標准，即按計算機網路的通信距離來分類。
按照通信距離，計算機網路通常分為：區域網（Local area network）、城域網（Metropolitan area network）、廣域網（Wide area network）、互聯網（Internetwork）。它們所具有的特徵參數如表6-1。
表6-1 計算機網路特徵參數表
1.區域網
區域網是指連接近距離的計算機組成的網路。規模相對較小，區域網的分布范圍一般在幾千米以內，最大距離不超過10千米。這種網路是小型機、微型機大量推廣後發展起來的，具有組網成本低，配置容易，速率高，組網方便、靈活、應用廣等特點。常見於一個房間、一幢大樓、一個學校、一個工廠或一個企業內。
目前，許多學校都建了區域網，如聯網的微機教室等。
2.廣域網
廣域網也稱遠程網，是相對於區域網而言的，它涉及范圍較大，通常可以達幾十千米，甚至上百千米。它把分布在若干城市、地區甚至國家中的計算機連接在一起而組成網路。因為傳輸距離較遠，所以傳輸速率低於區域網，誤碼率高於區域網。在廣域網中為了保證網路的可靠性，採用比較復雜的控制機制。
許多全國性的計算機網路就屬於這種網路，例如，中國的CHINANET網等。
3.城域網
城域網是介於區域網和廣域網之間的一種較大范圍內的高速網路。隨著區域網功效的日益顯現，人們逐漸要求擴大區域網的范圍，或者將各個區域網連接起來，以便在更大范圍內進行信息傳輸和共享。城域網正好能滿足這種需求，其覆蓋范圍一般是在一個城市內。
目前，我國的各大城市都建有城域網。
4.互聯網
互聯網技術其實並不是一種具體的物理網路技術，而是將跨地區和國家的若干網路按照某種協議統一起來，實現WAN和WAN、WAN和LAN、LAN和LAN之間互聯的技術。
目前，世界上發展最快、也是最熱門的互聯網就是Internet網，即網際網路。關於網際網路的具體內容將在本章第三節介紹。
四、計算機網路的功能
1.資源共享
充分利用計算機系統軟硬體資源是計算機網路最主要的功能。網路的用戶可以共享分布在任何地理位置的資源，包括軟體、硬體（如硬碟、列印機等）、尤其是數據，這種資源共享功能方便了用戶，節約了投資。
2.遠程通信
計算機與計算機、計算機與終端之間快速可靠地相互傳送信息，這是計算機網路最基本的功能。通過網路，兩個或多個相隔千里之遙的人可以一起寫報告、編教材，你可以直接和感興趣的作者交換意見，或者商討合作事宜，遠隔千里，卻「不再遙遠」。當某人修改了聯機文檔的某處時，其他人員可以立即看到變更，而不必花幾天的時間等待信件。利用這種方式大大提高了效率、節約了費用（這種通信手段比電話、信件便宜得多）。
有著「第四媒體」之稱的Internet網路打破了時間和空間的限制，使信息傳播速度很快，幾乎達到頃刻就能傳遍全球的地步。網路通信具有傳播的實時性、交互性，內容豐富性，聲音、圖像、多媒體並舉等優勢。春節聯歡晚會、奧運會等大型事件的現場直播都採用了互聯網作為直接的傳播渠道，充分展示了網路超強的通信能力。
3.集中管理和分布管理
由於計算機網路具有資源共享能力，使得在一台或多台伺服器上管理其他計算機上的資源成為可能，這一功能在某些部門顯得尤為重要，例如銀行系統通過計算機網路，可以將分布於各地的計算機上的財務信息傳到伺服器上實現集中管理。
在計算機網路中，把一項復雜的任務（或一個比較大的問題）劃分成若干個子任務（或子問題），由網路上各計算機分別承擔一部分任務，同時運作，共同完成，從而使整個系統的效率和功能加強。
例如，從1988年開始實施的「人類基因組計劃」是由美國倡導，在世界范圍內進行的，整個研究過程依託了高性能超大容量的網路伺服器和網路，對龐大的基因資料庫進行分布式管理，利用稱之為「網路計算」（網路把分布在各地的計算機連接起來，用戶分享網上資源，感覺如同個人使用一台超級計算機一樣）的方式來解決破解基因代碼中數據量極大的科學工程計算。
2. 計算機網路主要具有哪些功能
計算機網路的功能主要體現在三個方面：信息交換、資源共享、分布式處理。
⑴信息交換
這是計算機網路最基本的功能,主要完成計算機網路中各個節點之間的系統通信。用戶可以在網上傳送電子郵件、發布新聞消息、進行電子購物、電子貿易、遠程電子教育等。
⑵資源共享
所謂的資源是指構成系統的所有要素,包括軟、硬體資源,如：計算處理能力、大容量磁碟、高速列印機、繪圖儀、通信線路、資料庫、文件和其他計算機上的有關信息。
由於受經濟和其他因素的制約,這些資源並非(也不可能)所有用戶都能獨立擁有,所以網路上的計算機不僅可以使用自身的資源,也可以共享網路上的資源。因而增強了網路上計算機的處理能力,提高了計算機軟硬體的利用率。
⑶分布式處理
一項復雜的任務可以劃分成許多部分,由網路內各計算機分別協作並行完成有關部分,使整個系統的性能大為增強。
(2)計算機網路節點處理擴展閱讀：
從用戶角度看，計算機網路是這樣定義的：存在著一個能為用戶自動管理的網路操作系統。由它調用完成用戶所調用的資源，而整個網路像一個大的計算機系統一樣，對用戶是透明的。
一個比較通用的定義是：利用通信線路將地理上分散的、具有獨立功能的計算機系統和通信設備按不同的形式連接起來，以功能完善的網路軟體及協議實現資源共享和信息傳遞的系統。
從整體上來說計算機網路就是把分布在不同地理區域的計算機與專門的外部設備用通信線路互聯成一個規模大、功能強的系統，從而使眾多的計算機可以方便地互相傳遞信息，共享硬體、軟體、數據信息等資源。簡單來說，計算機網路就是由通信線路互相連接的許多自主工作的計算機構成的集合體。
最簡單的計算機網路就只有兩台計算機和連接它們的一條鏈路，即兩個節點和一條鏈路。
時延是指數據（一個報文或分組，甚至比特）從網路（或鏈路）的一端傳送到另一端所需的時間。時延是個很重要的性能指標，它有時也稱為延遲或遲延。網路中的時延是由以下幾個不同的部分組成的。
①發送時延。
發送時延是主機或路由器發送數據幀所需要的時間，也就是從發送數據幀的第一個比特算起，到該幀的最後一個比特發送完畢所需的時間。
因此發送時延也叫做傳輸時延。發送時延的計算公式是：
發送時延=數據幀長度（bit/s）/信道帶寬（bit/s）
由此可見，對於一定的網路，發送時延並非固定不變，而是與發送的幀長（單位是比特）成正比，與信道帶寬成反比。
②傳播時延。
傳播時延是電磁波在信道中傳播一定的距離需要花費的時間。傳播時延的計算公式是：
傳播時延=信道長度（m）/電磁波在信道上的傳播速率（m/s）
電磁波在自由空間的傳播速率是光速，即3.0×10km/s。電磁波在網路傳輸媒體中的傳播速率比在自由空間要略低一些。
③處理時延。
主機或路由器在收到分組時要花費一定的時間進行處理，例如分析分組的首部，從分組中提取數據部分，進行差錯檢驗或查找適當的路由等，這就產生了處理時延。
④排隊時延。
分組在經過網路傳輸時，要經過許多的路由器。但分組在進入路由器後要先在輸入隊列中排隊等待處理。在路由器確定了轉發介面後，還要在輸出隊列中排隊等待轉發。這就產生了排隊時延。
這樣，數據在網路中經歷的總時延就是以上四種時延之和：
總時延=發送時延+傳播時延+處理時延+排隊時延
3. 並行計算機系統包括節點,互聯網和什麼
並行計算機系統包括節點、互聯網和並行軟體。
並行計算系統是一種能夠同時執行多個計算任務的計算機系統。它利用多個處理器或計算機節點，通過高速互聯網連接，共同解決大型計算問題。下面我將詳細介紹並行計算系統的各個組成部分。
1. 節點：在並行計算系統中，節點是基本的計算單元。每個節點都可以是一個獨立的處理器或是一台完整的計算機。節點負責執行分配給它的計算任務，並與其他節點通信以共享數據和協調任務。例如，在一個集群中，每個伺服器都可以被視為一個節點，它們共同工作以完成復雜的計算任務。
2. 互聯網：在並行計算中，互聯網不僅僅指我們通常意義上的萬維網，而更廣泛地指代用於連接各個節點的高速網路。這種網路允許節點之間快速、高效地傳輸數據，是並行計算系統不可或缺的組成部分。例如，InfiniBand和乙太網等高速網路技術常被用於構建並行計算系統的內部網路。
3. 並行軟體：除了硬體部分（節點和互聯網），並行軟體也是並行計算系統的關鍵要素。這些軟體包括並行演算法、並行編程模型和並行運行環境等。它們使得開發者能夠編寫出能夠在多個節點上並行執行的程序，從而充分利用系統的計算能力。例如，MPI（消息傳遞介面）是一種常見的並行編程庫，它提供了一種標準的方式來編寫適用於各種並行系統的程序。
綜上所述，節點、互聯網和並行軟體共同構成了並行計算系統的核心部分。它們協同工作，使得並行計算系統能夠高效地處理大規模的計算問題，從而滿足科學、工程和商業領域不斷增長的計算需求。