第 1 章 计算机网络技术概论¶
大纲定位：张海霞主编《计算机网络技术》（机械工业出版社，2016 年版），课程代码 02141 配套自学考试大纲。按该版知识范围复习，不代表现行考试公告或当前产品指南；讲解、算例与练习由项目独立编写。
复习导航¶
| 大纲条目索引 | 层次 | 讲解 | 自编练习 |
|---|---|---|---|
| 1 计算机网络的定义、起源和发展 | 识记 | 第 1 节 | 1 |
| 2 计算机网络的分类 | 领会 | 第 2 节 | 2、6 |
| 3 计算机网络的硬件和软件组成 | 领会 | 第 3 节 | 2、4 |
| 4 计算机网络的性能指标 | 领会 | 第 4 节 | 3、6 |
| 5 计算机网络的功能和应用 | 识记 | 第 5 节 | 4、6 |
| 6 计算机网络的标准化组织及其代表协议 | 识记 | 第 6 节 | 5 |
1 网络的形成与资源共享¶
网络把能够独立工作的自治计算机连接起来，使它们可以交换数据、共享资源。关键不只是存在多台机器，还要有连接、通信规则和共享能力。早期远程联机系统由终端使用中央计算机的处理能力；计算机网络则允许参与节点本身具有处理能力。
复习发展过程时，抓住“单机与远程终端—分组交换网络—不同网络互联”的变化。ARPANET 推动了分组交换、分层研究以及通信子网与资源子网的结构思想，也为 TCP/IP 的研究应用和 Internet 的形成提供了条件。不要把某一项技术的产生与整个互联网在一次事件中建成混为一谈。
2 分类维度与拓扑结构¶
给网络分类先说依据。同一网络可以同时是局域网、有线网和专用网，几个名称并不互相排斥。局域网侧重较小范围内的设备连接；城域网与广域网覆盖更大地域；互联网把不同网络连接起来。覆盖范围不能直接决定某条链路的实际速率。
| 分类依据 | 需要分清的对象 |
|---|---|
| 介质 | 有线使用双绞线、同轴电缆、光纤等；无线通过空间传播信号 |
| 所有权与用途 | 公用网向社会用户提供服务；专用网围绕特定组织或用途建设 |
| 拓扑 | 总线共享干线；环形闭合成环；星形围绕中心；树形分层展开；网状有多条连接 |
| 逻辑职责 | 通信子网完成传输、交换与路由；资源子网提供处理、信息和服务 |
| 传输技术 | 广播式共享公共信道并按地址接收；点对点式通过节点间链路逐段传送 |
自编判断：一间机房的终端都连接中心交换机，物理连接可以画成星形；如果同时存在其他上行链路，整个校园的拓扑还需另画，不能拿一小段图概括全网。星形的单条支线故障与中心设备故障，影响范围不同；网状提供更多路径，但设备、线路和管理代价也增加。
3 硬件、协议与网络操作系统¶
沿一次通信识别组成：终端发起或接收应用数据，传输介质承载信号，交换机在相应网络内部转发，路由器连接 IP 网络并选择下一跳。服务器强调提供服务的角色，不是与所有终端截然不同的物理物种。
硬件连接只是基础。网络协议规定格式、动作和顺序；网络操作系统在资源管理之上提供通信与共享服务；应用程序把这些能力组织成用户可使用的功能。例如，能看到网卡不代表已经有可用的文件共享服务，还需要协议配置、服务进程和适当的访问权限。区分组件时，可以分别问“谁承载、谁转发、谁规定规则、谁提供服务”。
4 速率、带宽、吞吐量与延迟¶
速率通常用 bit/s 表示；模拟信道的带宽描述频率范围，单位为 Hz；数字网络也用带宽表示额定传输能力，单位为 bit/s。遇到“带宽”先看语境和单位。吞吐量是实际观测到单位时间通过的数据量，不能把标称速率直接抄成实测结果。
端到端延迟分为发送延迟、传播延迟、处理延迟和排队延迟。发送延迟为分组位数除以发送速率；传播延迟为距离除以信号传播速度。提高发送速率可以缩短前者，却不会按相同比例缩短后者。排队延迟还取决于当时负载，不能只由链路长度求出。
自编单链路模型：1200 B 分组、12 Mbit/s 发送速率、300 km 距离、传播速度 \(2×10^8\) m/s，忽略处理与排队。发送为 0.8 ms，传播为 1.5 ms，最后一位到达需要 2.3 ms。这里 B 为字节，Mbit/s 按十进制换算。
评价网络还要看 QoS、可靠性、可扩展性、安全性、标准化与成本。QoS 关注不同业务的服务要求；冗余可以帮助故障恢复，但有建设和运维代价。这些维度不能仅靠一个“网速”数字替代。
5 功能与应用之间的关系¶
数据通信让信息从一个节点到另一个节点，是资源共享、分布式处理和集中控制的基础。共享可以是打印机等硬件、应用软件或文档信息；分布式处理把任务交给不同计算机；集中控制则从统一管理点协调分散对象。它们可以在一个系统中同时存在。
自编情境：学校把课程资料放在服务器上，学生下载属于数据通信和信息共享；几台计算机分担资料处理属于分布式处理；管理员从控制台统一调整设备配置属于集中控制。多个节点互为后备还可提高服务可靠性，但“连网”本身不自动生成备份和故障切换。
6 标准组织与互操作¶
标准约定技术接口和行为，产品则实现这些约定。两家设备能否互通，要核对它们实现的具体规则，不能只看品牌或接口外形。制定共同标准有助于独立制造的设备互相通信，也方便分层研究和维护。
按本版教材记忆四组对应关系：ISO 对应 OSI 参考模型；ITU 的 X 系列中包括 X.25；EIA 的串行接口工作可联系 RS-232；IEEE 的局域网标准可联系 IEEE 802。组织名、标准名与具体设备是三类不同对象。这里列的是教材范围内的代表联系，不是各组织全部工作的清单。
自编练习¶
1. 资料室从“所有终端借用一台主机计算”变成“多台独立计算机共享文件”。说明自治性与共享各体现在哪里，并说出 ARPANET 与分组交换、TCP/IP 的联系。
考点：第 1 节；层次：识记。
答案与解析
参考答案： 后者的计算机本身可以处理任务，通过网络交换和共享文件；前者的终端主要依赖中央主机。ARPANET 推动分组交换和分层体系研究，促进 TCP/IP 应用，并为不同网络互联奠定基础。
2. 给“学校所有的机房，终端用双绞线接中心交换机”同时写出三个分类标签。中心故障与一条终端支线故障为何应分开分析？
考点：第 2、3 节；层次：领会。
答案与解析
参考答案： 可按范围、介质、所有权分别描述为局域网、有线网络、专用网，局部物理拓扑为星形。中心承担各支线间转发，中心故障可能影响整个局部网络；单条支线故障通常直接影响该支线终端。还需区分交换机硬件与负责通信规则的软件。
3. 在正文自编链路上，仅把发送速率提高到 24 Mbit/s，其余条件不变。最后一位到达时间变成多少？能否据此断言实际应用吞吐量也翻倍？
考点：第 4 节；层次：领会。
答案与解析
参考答案： 发送时间降为 1200×8÷(24×10⁶)=0.4 ms，传播仍为 1.5 ms，总计 1.9 ms。应用吞吐量还受排队、协议开销和其他设备等约束，题设只证明发送这一个分组的单链路模型变化。
4. 管理员用一台控制台配置多台路由器，学生同时共享一台打印机。指出功能、硬件和软件各至少一项。
考点：第 3、5 节；层次：领会、识记。
答案与解析
参考答案： 前者体现集中控制，后者体现资源共享，均依赖数据通信。控制台、路由器、打印机是硬件对象；协议、管理应用和提供共享的网络操作系统服务是软件对象，不能把功能名称与设备名称相互替代。
5. 有人用“IEEE 是某种交换机，OSI 是某个厂商的产品”解释采购要求。请改正，并补全 ITU 和 EIA 在教材中的代表标准。
考点：第 6 节；层次：识记。
答案与解析
参考答案： IEEE 是标准相关组织，OSI 是 ISO 提出的参考模型，都不是某台交换机产品。教材中的对应关系还包括 ITU 的 X.25 与 EIA 的 RS-232；采购时应核对具体实现的标准和接口要求。
6. 两个方案速率相同，一方案便于扩容且有备用设备，另一方案更便宜。为什么不能只凭速率决定选型？
考点：第 2、4、5 节；层次：领会、识记。
答案与解析
参考答案： 还应比较故障恢复、扩展方式、QoS、安全与标准兼容，以及建设和运行成本。备用设备有助于可靠性，也会增加投入；选择需要围绕任务要求权衡，不能把资源共享或冗余当作无成本效果。