Bilgisayar ağlarının ilk uygulamaları 1960'lı yılların sonlarında başlamıştır. Ancak yerel bilgisayar ağlarının yaygınlaşması, esas olarak askerî ihtiyaçlardan doğmuş ve 1980'li yıllarda hız kazanmıştır. 1980'li yıllarda kişisel bilgisayarların (PC) çoğalması, bilgisayar ve iletişim teknolojilerindeki hızlı gelişmelerle birleşerek bilgisayar ağlarına geniş ve yaygın bir kullanım alanı sağlamıştır.
Geçen yüzyılın sonuna kadar posta ve telefon ile yürütülen sesli ve yazılı iletişim, günümüzde yerini e-posta, anlık mesajlar ve bilgisayar ağları üzerinden gerçekleştirilen dijital iletişime bırakmıştır. Günümüz işletmeleri, dijitalleşmenin bir sonucu olarak bilgisayar ağları olmaksızın neredeyse hiçbir fonksiyonunu yerine getiremez hâle gelmiştir. Müşterilerden satıcılara, çalışanlardan toptancılara kadar tüm paydaşlar hızlı ve kesintisiz iletişim talep etmektedir.
Çok değil 15-20 yıl öncesine kadar saniyede 50-60 kilobit (Kbps) seviyesindeki veri iletişim hızları insanlar için yeterli görülürken, günümüzde evlerde dahi gigabit (Gbps) seviyesinde veri iletişimi ihtiyaçları ortaya çıkmıştır. Şirketler, dünyanın farklı coğrafi bölgelerinde yer alan ofislerini yüksek hızlı altyapılarla birbirine bağlayarak tüm kuruluşu tek bir merkezdeymiş gibi anlık süreçlerle yönetebilmektedir. Bu hızlanma, ülkeler arası ticaretin de muazzam bir hızla yapılmasına yol açmıştır.
Bilgisayar ağlarının kullanılmasının işletmelere ve bireylere sağladığı birçok temel yarar bulunmaktadır. Bunların başında güvenlik gelir; ağ trafiğinin denetimi ve takibi tek bir merkezden yapılarak dışarıdan gelebilecek saldırılar cihaz bazlı değil ağ bazlı engellenebilir. Veri paylaşımı sayesinde, ağdaki bir bilgisayarda bulunan veri veya program ortak kullanılarak veri taşıma zahmeti ortadan kalkar. Yazıcı, modem, faks gibi ağ kaynaklarının paylaşımı ile her kullanıcıya ayrı donanım almak yerine ortak kullanım sağlanarak ciddi tasarruf elde edilir. Ayrıca tek bir internet hattının paylaştırılması ve kullanıcıların ek ücret ödemeden kendi aralarında ücretsiz haberleşmesi de önemli maliyet avantajları sunar.
Bilgisayar ağı; iki veya daha fazla bilgisayar, yazıcı, akıllı telefon gibi cihazların belirli kurallar ve standartlar çerçevesinde birbirleriyle veri iletişiminde bulunabilmeleri şeklinde tanımlanır. Basit bir ağ yapısında bir istemci, bir sunucu, bir ağ işletim sistemi, ağı paylaştıracak bir anahtar (switch) ve ağ kartı yeterliyken, daha büyük ölçekli ağlarda bu donanımların sayısı artmakta, sunucular ve gelişmiş ağ kontrol cihazları devreye girmektedir.
Bir iletişim sisteminin en temel donanım bileşeni Ağ Arayüz Kartı (NIC - Network Interface Card) olarak bilinir. Ağ üzerinden haberleşmenin başlayabilmesi için her cihazda bir NIC bulunmalıdır. İlk dönemlerde bilgisayarlara harici bir kart olarak takılan NIC, günümüzde anakart üzerinde yerleşik olarak sunulmaktadır. NIC donanımları, IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) tarafından belirlenen standart frekans aralıkları ve kurallarla çalışır. Günümüzde TCP/IP standart protokol hâline gelmiştir. Ağ arayüz kartları, bilgisayardan gelen sayısal (dijital) verileri kablolu bağlantıda sayısal olarak, kablosuz bağlantıda ise modüle ederek analog sinyal şeklinde iletim kanalına gönderir.
Ağın diğer önemli bileşenleri arasında veri iletim ortamları (kablolu ve kablosuz kanallar), ağ bağlantı cihazları, ağ işletim sistemi ve sunucular yer alır. Ağ bağlantı cihazlarından modemler, modülasyon ve demodülasyon işlemlerini gerçekleştirir. Switch (anahtar) cihazları, bilgisayarlara en yakın konumda bulunan, veri trafiğini yöneten işlemci ve işletim sistemine sahip akıllı cihazlardır. Router (yönlendirici) cihazları ise switchlerden daha akıllı ve veri işleme hızı daha yüksek olup, farklı işletme ağlarının birbirine bağlanması ve veri akışının yönlendirilmesi için kullanılır. Sunucular (server) ise ağ üzerindeki bilgi paylaşımlarını ve güvenliği yöneten yüksek kapasiteli bilgisayarlardır.
Bilgisayar ağları coğrafi büyüklüklerine ve yönetim yapılarına göre sınıflandırılır. Kişisel Alan Ağları (PAN), ortalama 10 metrelik (ideal koşullarda 100 metreye kadar) bir alanı kapsayan ve mobil cihazların USB, Bluetooth veya ZigBee gibi teknolojilerle oluşturduğu kişisel ağlardır. Yerel Alan Ağları (LAN), yaklaşık 500 metre yarıçaplı bir alanda (ofis veya bina içi) cihazların kurduğu bağlantılardır. Metropol Alan Ağları (MAN), LAN'lardan daha büyük, üniversite kampüsleri veya büyük iş yerlerinde kullanılan ve genellikle fiber optik kablolarla LAN'ların birleştirilmesiyle oluşan yapılardır. Geniş Alan Ağları (WAN) ise ülke veya dünya geneline yayılmış, yönlendiriciler (router) ve uydular vasıtasıyla bağlanan en büyük ağ türüdür; en bilinen örneği internettir.
Ağ topolojileri, ağın fiziksel veya mantıksal yerleşim düzenini ifade eder. İlk geliştirilen topoloji Ortak Yol (BUS) topolojisidir. Bu yapıda tüm cihazlar tek bir ana iletim hattına bağlıdır; veri hat boyunca ilerler ve her makine verinin kendisine ait olup olmadığını kontrol eder. Halka (Ring) topolojisinde cihazlar kapalı bir döngü oluşturacak şekilde birbirine bağlıdır ve veri tek yönlü iletilir. Yıldız (Star) topolojisi, günümüzde en yaygın kullanılan yapıdır. Bu topolojide tüm cihazlar merkezi bir switch'e bağlıdır; kablo arızaları sadece ilgili cihazı etkiler ve ağın geri kalanı çalışmaya devam eder.
Örgü (Mesh) topolojisi ise her bir bağlantı noktasının diğer tüm noktalarla doğrudan ve farklı yollar üzerinden bağlı olduğu bir yapıdır. Kurulum maliyeti oldukça yüksek ve yönetimi zor olmasına rağmen, verinin kesintisiz iletilmesinin hayati önem taşıdığı ana omurgalarda ve yüksek güvenlik gerektiren ağlarda tercih edilir. Ağdaki cihaz sayısının bir eksiği kadar bağlantı her bir cihaz için gereklidir.
Veri iletim ortamları kablolu ve kablosuz olmak üzere ikiye ayrılır. Kablolu ortamlarda sinyal fiziksel bir hatla sınırlıdır. En yaygın kullanılan kablo türü Çiftli Bükümlü Kablo (UTP/STP) sistemidir. Bakır tellerin çiftler hâlinde bükülmesi yüksek frekanslı sinyallerin korunması için zorunludur. Elektromanyetik gürültünün yoğun olduğu fabrikalar gibi alanlarda yalıtılmış STP kablolar tercih edilirken, normal ofis ortamlarında yalıtılmamış UTP kablolar kullanılır. Günümüzde en yaygın kullanılan standart CAT-6 kablodur ve RJ-45 konnektör ile sonlandırılır.
Fiber Optik (F/O) kablolar, lazer ışığını ileten çok ince cam liflerden (core) oluşur. Saniyede 1 Gbps ile 100 Gbps arasında muazzam hızlarda veri iletebilirler. Elektromanyetik dalgalardan etkilenmedikleri için dışarıdan dinlenmeleri ve verilerin çalınması imkansızdır. Bu yönüyle en güvenli iletim ortamıdır. Koaksiyel kablolar ise günümüzde daha çok kablo TV üzerinden sunulan internet hizmetlerinde kullanılmaktadır.
Veri iletim hızı (bant genişliği), bir saniyede iletilen bit miktarı (bps) ile ölçülür. Bilgisayar donanımları arasındaki veri iletiminde 'Bayt' (B) birimi kullanılırken, ağlar arası veri iletişim hızlarında 'bit' (b) birimi esas alınır. Bir Bayt 8 bitten oluşmaktadır. İkili sayı sisteminin katları kullanıldığı için 1 Kilobayt (KB) 1024 Bayt'a, 1 Megabayt (MB) ise 1024 Kilobayt'a eşittir. Bu ayrım, internetten dosya indirirken hesaplanan süreler açısından kritik öneme sahiptir.
İnternet, dünya üzerindeki yüz binlerce ağın TCP/IP protokolü ile birbirine bağlanmasıyla oluşan en geniş küresel ağdır. Temelleri 1970'li yılların başında ABD Savunma Bakanlığına bağlı DARPA projesiyle atılmıştır. İnternete bağlı her cihazın benzersiz bir IP adresine sahip olması gerekir. IPv4 adresleme sisteminde adresler 32 bitten oluşur ve dört adet 0-255 arası onluk sayının noktalarla ayrılmasıyla gösterilir (Örn: 194.27.49.80). IPv4 adres havuzunun tükenmesiyle birlikte, 128 bitlik uzunluğa sahip ve 16 tabanlı (hexadecimal) sayılardan oluşan IPv6 standardına geçiş başlamıştır.
IP adreslerinin akılda tutulması zor olduğu için Alan Adı Sistemi (DNS) geliştirilmiştir. DNS, sayısal IP adreslerini 'www.atauni.edu.tr' gibi anlamlı alan adlarıyla eşleştirir. Alan adlarında en sağda ülke kodları yer alır (Türkiye için '.tr', Almanya için '.de'). Sadece ABD, internetin ilk geliştiricisi olduğu için ülke kodu kullanmaz. Ülke kodunun solunda kurumsal uzantılar bulunur; ticari işletmeler için '.com', üniversiteler için '.edu', hükümet kurumları için '.gov' kullanılır.
İntranet, bir organizasyonun internet teknolojilerini ve TCP/IP standartlarını kullanarak kendi içinde oluşturduğu, dış dünyaya kapalı özel ağdır. Dışarıdan yetkisiz erişimleri engellemek için Ateş Duvarı (Firewall) ile korunur. Eğer bir işletme, kendi intranetine iş ortaklarının, tedarikçilerinin veya müşterilerinin sınırlı ve yetkilendirilmiş şekilde erişmesine izin verirse, bu yeni yapı Ekstranet olarak adlandırılır.