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高中信息技术必修第二册3.2计算机网络教材

一、1.计算机网络概述

(1)计算机网络是一种通过通信设备将地理位置分散的计算机系统连接起来的复杂系统。它使得不同地点的用户能够共享资源、交换信息和进行协同工作。随着信息技术的飞速发展，计算机网络已经成为现代社会不可或缺的基础设施之一。网络技术的进步极大地促进了人类社会的发展，提高了信息交流的效率，丰富了人们的生活。

(2)计算机网络按照规模可以分为局域网（LAN）、城域网（MAN）和广域网（WAN）。局域网通常用于连接同一建筑物或同一区域的计算机，其传输速率较高，适用于小范围的资源共享。城域网覆盖的范围较局域网更大，通常用于连接同一城市或地区内的多个局域网。广域网则跨越较大的地理范围，将全球范围内的计算机系统连接在一起，如互联网。不同类型的网络在技术实现、协议使用和性能特点上都有所不同。

(3)计算机网络的主要功能包括数据传输、资源共享、分布式处理和通信服务。数据传输是指网络中信息的发送和接收过程，它是网络最基本的功能之一。资源共享允许用户访问网络上的硬件和软件资源，如打印机、文件服务器和数据库等。分布式处理则是将计算任务分配到网络中的多个计算机上，以提高处理速度和效率。通信服务则提供了电子邮件、即时通讯和视频会议等功能，使得网络用户能够进行实时的信息交流和协作。这些功能共同构成了计算机网络的核心价值，为现代社会提供了强大的技术支持。

二、2.网络体系结构

(1)网络体系结构是计算机网络的核心概念之一，它定义了网络中不同层次的功能和协议，确保了不同网络设备之间的互操作性。其中，最著名的网络体系结构模型是OSI（开放式系统互联）模型和TCP/IP模型。OSI模型将网络通信分为七层，从物理层到应用层，每一层都有明确的功能和协议。而TCP/IP模型则是一个四层模型，包括网络接口层、互联网层、传输层和应用层。在实际应用中，TCP/IP模型更为广泛。

以互联网为例，它是一个全球性的广域网，连接着数以亿计的设备。在TCP/IP模型中，互联网层负责将数据包从源地址传输到目的地址，这一层使用了IP协议。传输层则负责数据的可靠传输，使用TCP和UDP协议。TCP协议提供面向连接的服务，确保数据包的顺序和完整性；而UDP协议提供无连接的服务，适用于实时应用，如视频会议和在线游戏。

(2)在网络体系结构中，层次化设计是一个重要的原则。这种设计方法将复杂的网络通信分解为多个相对独立的层次，每个层次负责特定的功能。这种分层设计使得网络系统更加模块化、灵活和易于维护。例如，在OSI模型中，物理层负责传输原始比特流，数据链路层负责将比特流组织成数据帧，网络层负责路由和寻址，传输层负责数据传输的可靠性，会话层负责建立、管理和终止会话，表示层负责数据的表示和转换，应用层负责提供网络应用服务。

以我国为例，我国互联网发展迅速，网络体系结构不断完善。根据中国互联网络信息中心（CNNIC）的统计，截至2020年12月，我国互联网用户规模已达9.89亿，互联网普及率为70.4%。这一成就得益于我国在网络基础设施、网络技术、网络管理等方面的持续投入和创新。

(3)网络体系结构的发展与演变是一个不断进步的过程。随着互联网技术的不断发展，新的网络体系结构不断涌现。例如，SDN（软件定义网络）和NFV（网络功能虚拟化）是近年来备受关注的两种新型网络体系结构。SDN通过集中控制实现网络流量的灵活管理，提高了网络的可编程性和可扩展性；NFV则将传统的网络功能虚拟化，降低了网络设备的成本和能耗。

以SDN为例，我国已经开展了多个SDN相关的研究和应用项目。例如，2015年，我国首个SDN实验室在北京邮电大学成立，标志着我国在SDN领域的研究和应用迈出了重要步伐。随着SDN技术的不断成熟，我国SDN市场规模也在不断扩大。据相关数据显示，2019年我国SDN市场规模达到100亿元人民币，预计到2025年将达到500亿元人民币。

三、3.数据通信基础

(1)数据通信是计算机网络中的基础，它涉及数据的传输、交换和处理。数据通信系统由发送端、传输介质、接收端和通信协议等部分组成。在数据通信过程中，数据以数字或模拟的形式传输，而传输速率、带宽和误码率是衡量数据通信质量的关键指标。

以我国为例，根据中国互联网络信息中心（CNNIC）的统计，截至2020年12月，我国固定宽带网络用户规模达到4.94亿，移动宽带用户规模达到13.96亿。这些用户通过光纤、铜缆和无线网络等方式接入互联网，进行数据通信。例如，在2020年，我国移动网络平均下载速率达到55.4Mbps，比2019年提高了20.4%。

(2)数据通信技术不断发展，传输速率不断提高。从最初的低速拨号上网，到现在的光纤宽带和5G网络，数据传输速率已经实现了