1. 计算机网络概述
在前面我们已经学会了用Word编辑文章，用Excel进行统计和计算，逐步感受到了用计算机处理信息的强大能力。现在假设你在家里的计算机上已编排好了你的漂亮而有个性的自荐书，怎样才能把这个文件复制到你的同事或同学的计算机中呢？传统的方法是将文件复制到磁盘（或U盘），再把磁盘（或U盘）带到你的同学那儿，把文件从磁盘（或U盘）再复制到另一台计算机上。但是，如果你的同学和你远隔千里，或者需要将你的文件复制给成百上千个同学，又该怎么办呢？通过邮寄！耗时、费力、花金钱。
计算机网络技术能够很好地解决计算机信息传输与共享。
那么，到底什么是计算机网络，它的发展过程怎样，怎样分类，计算机网络的功能有哪些？
一、什么是计算机网络
计算机网络是将计算机与通信这两大现代技术相结合的产物。所谓计算机网络，就是把分布在不同地点的具有独立功能的多台计算机系统，通过通信设备和线路连接起来，再配有相应的支撑软件，以实现计算机间的相互通信、资源共享的系统。
随着计算机网络的发展，对“计算机网络”这个概念的定义和理解，也是在不断变化和完善。
二、计算机网络的发展
计算机网络的发展过程大致分为以下四个阶段：
1.第一代计算机网络
第一代计算机网络是面向终端的计算机网络。20世纪50年代中后期，许多系统都将地理上分散的多个终端（一种只有键盘和显示器，没有存储和数据处理能力的设备）通过通信线路连接到一台中心计算机上，这就是计算机网络的雏形，早期的计算机——终端系统，也称联机系统，也就是第一代计算机网络。其典型应用是由一台计算机和全美2000多个终端组成的飞机订票系统、美国半自动地面防空系统（SAGE）。在这种方式中，主机是网络的中心和控制者，终端分布在各处并与主机相连，用于通过本地的终端使用远程的主机。
2.第二代计算机网络
第二代计算机网络是计算机通信网络。面向终端的计算机网络只能在终端和主机之间进行通信，子网之间无法通信。因此，20世纪60年代中期开始，出现了多个主机互联的系统，可实现计算机—计算机的通信，它由通信子网和用户资源子网（第一代网络）构成，用户通过终端不仅可以共享本机上的软硬件资源，还可共享通信子网中其他主机上的软硬件资源。但是，由于没有成熟的网络操作系统软件来管理网上的资源，它只能称为网络的初级阶段，因此，称其为计算机通信网。
第二代计算机网络以通信子网为中心。典型的代表是美国国防部高级研究计划局协助开发的ARPAnet。
3.第三代计算机网络
第三代计算机网络是Internet。这是网络互联阶段，具有统一的网络体系结构并遵循国际标准的开放化和标准化。
20世纪70年代后期，局域网诞生，由于投资少，方便灵活而得到广泛应用和迅速发展，例如，以太网。各大公司都开发有相应于自己的系统网络体系结构。为了使不同网络体系结构的网络能相互交换信息，国际标准化组织 ISO（International Standards Organization）于1977年成立专门机构，提出了开放系统互连参考模型 OSI/RM（Open system interconnection/reference model），简称OSI，标志着第三代计算机网络的诞生。
4.第四代计算机网络
第四代计算机网络是千兆位网络。千兆位网络也叫宽带综合业务数字网，也就是人们常说的“信息高速公路”。
计算机网络发展的基本方向：开放、集成、高性能（高速）、智能化。
开放是指开放的体系结构，开放的接口标准，使各种异构系统便于互联和具有高度的互操作性，归根结底是标准化问题。
集成表现在各种服务和多种媒体应用的高度集成。
高性能表现在网络应当提供高速的传输，高效的协议处理和高品质的网络服务。
智能化表现在网络的传输和处理上能向用户提供更为方便、友好的应用接口；在路由选择、拥塞控制和网络管理等方面显示出更强的主动性。
三、计算机网络的分类
对计算机网络进行分类的标准很多，按信息传输技术可分为广播式和点到点网络，按传输介质可分为有线网和无线网等，这些标准都只能给出网络某一方面的特征，我们采用一种能反映网络技术本质的分类标准，即按计算机网络的通信距离来分类。
按照通信距离，计算机网络通常分为：局域网（Local area network）、城域网（Metropolitan area network）、广域网（Wide area network）、互联网（Internetwork）。它们所具有的特征参数如表6-1。
表6-1 计算机网络特征参数表
1.局域网
局域网是指连接近距离的计算机组成的网络。规模相对较小，局域网的分布范围一般在几千米以内，最大距离不超过10千米。这种网络是小型机、微型机大量推广后发展起来的，具有组网成本低，配置容易，速率高，组网方便、灵活、应用广等特点。常见于一个房间、一幢大楼、一个学校、一个工厂或一个企业内。
目前，许多学校都建了局域网，如联网的微机教室等。
2.广域网
广域网也称远程网，是相对于局域网而言的，它涉及范围较大，通常可以达几十千米，甚至上百千米。它把分布在若干城市、地区甚至国家中的计算机连接在一起而组成网络。因为传输距离较远，所以传输速率低于局域网，误码率高于局域网。在广域网中为了保证网络的可靠性，采用比较复杂的控制机制。
许多全国性的计算机网络就属于这种网络，例如，中国的CHINANET网等。
3.城域网
城域网是介于局域网和广域网之间的一种较大范围内的高速网络。随着局域网功效的日益显现，人们逐渐要求扩大局域网的范围，或者将各个局域网连接起来，以便在更大范围内进行信息传输和共享。城域网正好能满足这种需求，其覆盖范围一般是在一个城市内。
目前，我国的各大城市都建有城域网。
4.互联网
互联网技术其实并不是一种具体的物理网络技术，而是将跨地区和国家的若干网络按照某种协议统一起来，实现WAN和WAN、WAN和LAN、LAN和LAN之间互联的技术。
目前，世界上发展最快、也是最热门的互联网就是Internet网，即因特网。关于因特网的具体内容将在本章第三节介绍。
四、计算机网络的功能
1.资源共享
充分利用计算机系统软硬件资源是计算机网络最主要的功能。网络的用户可以共享分布在任何地理位置的资源，包括软件、硬件（如硬盘、打印机等）、尤其是数据，这种资源共享功能方便了用户，节约了投资。
2.远程通信
计算机与计算机、计算机与终端之间快速可靠地相互传送信息，这是计算机网络最基本的功能。通过网络，两个或多个相隔千里之遥的人可以一起写报告、编教材，你可以直接和感兴趣的作者交换意见，或者商讨合作事宜，远隔千里，却“不再遥远”。当某人修改了联机文档的某处时，其他人员可以立即看到变更，而不必花几天的时间等待信件。利用这种方式大大提高了效率、节约了费用（这种通信手段比电话、信件便宜得多）。
有着“第四媒体”之称的Internet网络打破了时间和空间的限制，使信息传播速度很快，几乎达到顷刻就能传遍全球的地步。网络通信具有传播的实时性、交互性，内容丰富性，声音、图像、多媒体并举等优势。春节联欢晚会、奥运会等大型事件的现场直播都采用了互联网作为直接的传播渠道，充分展示了网络超强的通信能力。
3.集中管理和分布管理
由于计算机网络具有资源共享能力，使得在一台或多台服务器上管理其他计算机上的资源成为可能，这一功能在某些部门显得尤为重要，例如银行系统通过计算机网络，可以将分布于各地的计算机上的财务信息传到服务器上实现集中管理。
在计算机网络中，把一项复杂的任务（或一个比较大的问题）划分成若干个子任务（或子问题），由网络上各计算机分别承担一部分任务，同时运作，共同完成，从而使整个系统的效率和功能加强。
例如，从1988年开始实施的“人类基因组计划”是由美国倡导，在世界范围内进行的，整个研究过程依托了高性能超大容量的网络服务器和网络，对庞大的基因数据库进行分布式管理，利用称之为“网络计算”（网络把分布在各地的计算机连接起来，用户分享网上资源，感觉如同个人使用一台超级计算机一样）的方式来解决破解基因代码中数据量极大的科学工程计算。
2. 计算机网络主要具有哪些功能
计算机网络的功能主要体现在三个方面：信息交换、资源共享、分布式处理。
⑴信息交换
这是计算机网络最基本的功能,主要完成计算机网络中各个节点之间的系统通信。用户可以在网上传送电子邮件、发布新闻消息、进行电子购物、电子贸易、远程电子教育等。
⑵资源共享
所谓的资源是指构成系统的所有要素,包括软、硬件资源,如：计算处理能力、大容量磁盘、高速打印机、绘图仪、通信线路、数据库、文件和其他计算机上的有关信息。
由于受经济和其他因素的制约,这些资源并非(也不可能)所有用户都能独立拥有,所以网络上的计算机不仅可以使用自身的资源,也可以共享网络上的资源。因而增强了网络上计算机的处理能力,提高了计算机软硬件的利用率。
⑶分布式处理
一项复杂的任务可以划分成许多部分,由网络内各计算机分别协作并行完成有关部分,使整个系统的性能大为增强。
(2)计算机网络节点处理扩展阅读：
从用户角度看，计算机网络是这样定义的：存在着一个能为用户自动管理的网络操作系统。由它调用完成用户所调用的资源，而整个网络像一个大的计算机系统一样，对用户是透明的。
一个比较通用的定义是：利用通信线路将地理上分散的、具有独立功能的计算机系统和通信设备按不同的形式连接起来，以功能完善的网络软件及协议实现资源共享和信息传递的系统。
从整体上来说计算机网络就是把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互联成一个规模大、功能强的系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享硬件、软件、数据信息等资源。简单来说，计算机网络就是由通信线路互相连接的许多自主工作的计算机构成的集合体。
最简单的计算机网络就只有两台计算机和连接它们的一条链路，即两个节点和一条链路。
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3.0×10km/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
3. 并行计算机系统包括节点,互联网和什么
并行计算机系统包括节点、互联网和并行软件。
并行计算系统是一种能够同时执行多个计算任务的计算机系统。它利用多个处理器或计算机节点，通过高速互联网连接，共同解决大型计算问题。下面我将详细介绍并行计算系统的各个组成部分。
1. 节点：在并行计算系统中，节点是基本的计算单元。每个节点都可以是一个独立的处理器或是一台完整的计算机。节点负责执行分配给它的计算任务，并与其他节点通信以共享数据和协调任务。例如，在一个集群中，每个服务器都可以被视为一个节点，它们共同工作以完成复杂的计算任务。
2. 互联网：在并行计算中，互联网不仅仅指我们通常意义上的万维网，而更广泛地指代用于连接各个节点的高速网络。这种网络允许节点之间快速、高效地传输数据，是并行计算系统不可或缺的组成部分。例如，InfiniBand和以太网等高速网络技术常被用于构建并行计算系统的内部网络。
3. 并行软件：除了硬件部分（节点和互联网），并行软件也是并行计算系统的关键要素。这些软件包括并行算法、并行编程模型和并行运行环境等。它们使得开发者能够编写出能够在多个节点上并行执行的程序，从而充分利用系统的计算能力。例如，MPI（消息传递接口）是一种常见的并行编程库，它提供了一种标准的方式来编写适用于各种并行系统的程序。
综上所述，节点、互联网和并行软件共同构成了并行计算系统的核心部分。它们协同工作，使得并行计算系统能够高效地处理大规模的计算问题，从而满足科学、工程和商业领域不断增长的计算需求。