1.4 计算机网络的分类和拓扑结构

1.4.1 计算机网络的分类

用于计算机网络分类的标准很多，如拓扑结构、应用协议、传输介质、数据交换方式等。但是，这些标准只能反映网络某方面的特征，不能反映网络技术的本质。最能反映网络技术本质特征的分类标准是网络的覆盖范围。按网络的覆盖范围可以将网络分为局域网（Local Area Network，LAN）、广域网（Wide Area Network，WAN）、城域网（Metropolitan Area Network，MAN）和国际互联网（Internet），如表1-1所示。

（1）局域网。局域网的地理分布范围在几千米以内，一般局域网络建立在某个机构所属的一个建筑群内或一个学校的校园内部，甚至几台计算机也能构成一个小型局域网络。由于局域网的覆盖范围有限，数据的传输距离短，因此局域网内的数据传输速率都比较高，一般在 10～100Mbit/s，现在高速的局域网传输速率可达到1 000Mbit/s。

（2）广域网。广域网也称为远程网，是远距离的、大范围的计算机网络。这类网络的作用是实现远距离计算机之间的数据传输和信息共享。广域网可以是跨地区、跨城市、跨国家的计算机网络，覆盖范围一般是几百千米到几千千米的广阔地理区域，通信线路大多借用公用通信网络（如公用电话网PSTN）。由于广域网涉辖的范围很大，连网的计算机众多，因此广域网上的信息量非常大，共享的信息资源极为丰富。但是广域网的数据传输速率比较低，一般在64kbit/s～2Mbit/s。

（3）城域网。城域网的覆盖范围在局域网和广域网之间，一般为几千米到几十千米，通常在一个城市内。

（4）国际互联网。Internet并不是一种具体的网络技术，而是将同类和不同类的物理网络（局域网、广域网和城域网）通过某种协议互连起来的一种高层技术。

1.4.2 计算机网络的拓扑结构

拓扑（Topology）是从图论演变而来的，是一种研究与大小形状无关的点、线、面特点的方法。网络拓扑结构是指用传输介质互连各种设备的物理布局，通俗地讲就是这个网络看起来是一种什么形式。将工作站、服务器等网络单元抽象为“点”，网络中的通信介质抽象为“线”，从拓扑学的观点来看计算机和网络系统就形成了点和线组成的几何图形，从而抽象出网络系统的具体结构。网络拓扑结构并不涉及网络中信号的实际流动，而只是关心介质的物理连接形态。网络拓扑结构对整个网络的设计、功能、可靠性和成本等方面具有重要的影响。

常见的计算机网络拓扑结构有星形、环形、总线形、树形和网状形。

（1）星形拓扑网络。在星形拓扑网络结构中，各节点通过点到点的链路与中央节点连接，如图1-5所示。中央节点可以是转接中心，起到连通的作用；也可以是一台主机，此时具有数据处理和转接的功能。星形拓扑网络的优点是很容易在网络中增加和移动节点，容易实现数据的安全性和优先级控制；缺点是属于集中控制，对中央节点的依赖性大，一旦中央节点有故障，就会引起整个网络的瘫痪。

（2）环形拓扑网络。在环形拓扑网络中，节点通过点到点的通信线路连接成闭合环路，如图1-6所示。环中数据将沿一个方向逐站传送。环形拓扑网络结构简单，传输延时确定，但是环中每个节点与连接节点之间的通信线路都会成为网络可靠性的屏障。只要环中某一个节点出现故障，就会造成网络瘫痪。另外，对于环形网络，网络节点的增加和移动以及环路的维护和管理都比较复杂。

（3）总线形拓扑网络。在总线形拓扑网络中，所有节点共享一条数据通道，如图1-7所示。一个节点发出的信息可以被网络上的每个节点接收。由于多个节点连接到一条公用信道上，所以必须采取某种方法分配信道，以决定哪个节点可以优先发送数据。

总线形网络结构简单，安装方便，需要铺设的线缆最短，成本低，并且某个站点自身的故障一般不会影响整个网络，因此是普遍使用的网络之一。其缺点是实时性较差，总线上的故障会导致全网瘫痪。

（4）树形拓扑网络。在树形拓扑结构中，网络的各节点形成了一个层次化的结构，如图1-8所示。

树中的各个节点通常都为主机，树中低层主机的功能和应用有关，一般都具有明确定义的功能，如数据采集、变换等；高层主机具备通用的功能，以便协调系统的工作，如数据处理、命令执行等。一般来说，树形拓扑网络的层次数量不宜过多，以免转接开销过大，使高层节点的负荷过重。若树形拓扑结构只有两层，就变成了星形结构，因此，可以将树形拓扑结构视为星形拓扑结构的扩展结构。

（5）网状形拓扑网络。在网状形拓扑网络中，节点之间的连接是任意的，没有规律，如图1-9所示。其主要优点是可靠性高，但结构复杂，必须采用路由选择算法和流量控制方法。广域网基本上都是采用网状形拓扑结构。