1.3 计算机网络的分类

在计算机网络的研究中，常见的分类方法有以下几种：按地理覆盖范围分类，将网络划分为局域网、广域网和城域网；按拓扑结构分类，将网络划分为总线型网络、环形网络、星形网络、树形网络、网状网络和混合型网络。

1.3.1 按地理覆盖范围分类

1.局域网

局域网（Local Area Network, LAN）是分布在较小地理范围内的网络，通常用专用通信线路连接，因而数据传输速率较高。局域网的本质特征是覆盖范围小、数据传输速度快。

局域网的主要特点如下。

• 地理范围一般不超过几千米，通常网络分布在一座办公大楼或集中的建筑群内，为单个组织所有，一般由使用单位进行自主管理。

• 通信速率高，传输速率一般为100～1000Mbit/s，甚至达到10000Mbit/s。

• 一般使用单一网络协议，易于安装、组建与维护，节点的增删容易，具有较好的灵活性。

2.广域网

广域网（Wide Area Network, WAN）通常是指分布范围较大，覆盖一个地区、国家甚至全球范围内的互联通信网络。广域网的本质特征是覆盖范围大、采用的协议和网络拓扑结构多样化。如Internet就是广域网的一种。

广域网的主要特点如下。

• 通常采用公共通信网作为通信子网，整个网络一般由一个或多个电信运营商管理。

• 可能使用多种网络协议，数据在传输过程中要经过多个网络设备，数据传输速率较低，传输延时较大。

3.城域网

城域网（Metropolitan Area Network, MAN）是一种介于广域网和局域网之间的网络，覆盖范围通常是一个城市的规模，从几千米到几十千米甚至几百千米。城域网的设计目标是满足一个地区内的计算机互连的要求，以实现大量用户、多种信息传输为目标的综合信息传输网络，一般由网络运营商管理。

1.3.2 按拓扑结构分类

网络中各个节点相互连接的方法和形式称网络拓扑，主要有总线型拓扑、环形拓扑、星形拓扑、树形拓扑、网状拓扑和混合型拓扑等，如图1-4所示。拓扑结构的选择往往和多种因素紧密相关，如网络节点的数量和位置、传输介质的选择、介质访问控制方式、要求达到的服务质量或网络性能等。选择拓扑结构时，考虑的主要因素通常是费用、可靠性和灵活性，目前使用较多的拓扑结构有星形拓扑、树形拓扑、网状拓扑和混合型拓扑。

1.总线型拓扑

总线型拓扑结构采用单个总线进行通信，所有的站点都通过相应的硬件接口直接连接到传输总线上，一个网段内的所有节点共享总线资源。因为所有的节点共享一条公用传输线路，所以一次只能有一个设备传输，不允许有两个或以上的节点同时使用总线。总线的带宽成为网络的瓶颈，网络的性能和效率随着网络负载的增加而下降，并且需要采用某种形式的访问控制策略来决定下一次哪一个节点可以发送。

总线型拓扑的优点如下。

• 结构简单、易于扩充。增加新的节点时可在任意节点将其接入。

• 电缆长度短、布线容易。所有的节点连接到一个公共数据通路上，因此只需很短的电缆长度，从而减少了安装费用，易于布线和维护。

总线型拓扑的缺点如下。

• 可靠性差。总线上发生单点故障有可能影响整个网络。

• 故障诊断困难。由于不是集中控制，故障检测须在网上各个节点上进行。

• 网络性能较差。总线的带宽成为网络的瓶颈。

基于以上特点，总线型网络较适用于单向广播型网络，如有线电视网、语音广播网等，在计算机网络中目前使用较少。

2.环形拓扑

在环形拓扑结构中，各个网络节点连接成环。由于多个设备共享一个环，因此需要对此进行控制，以便决定每个节点在什么时候可以发送数据。这种功能是用分布控制的形式实现的，每个节点都有控制发送和接收的访问逻辑。

环形拓扑的优点如下。

• 结构简单、容易实现。

• 可靠性比总线型拓扑高，单点故障不影响整个网络，只有当环上两个点出现故障时才会导致整个网络瘫痪。

• 所需电缆长度和总线型拓扑相似，但比星形拓扑要短得多。

环形拓扑的缺点如下。

• 网络性能较差。总线的带宽成为网络的瓶颈。

• 容易产生冲突。多个节点同时在环上发送数据时容易产生冲突。

3.星形拓扑

星形拓扑中有一个中心节点，其他各节点通过点对点线路与中心节点相连，形成辐射型结构，在物理形状上就像是星星。中心节点执行集中式通信控制策略，而各个节点的通信处理负担都很小，一旦建立了通道连接，就能以较高速率在连通的两个节点之间传送数据。星形拓扑结构广泛应用于网络中智能控制集中于中心节点的场合。

星形拓扑的优点如下。

• 便于管理、结构简单、扩展网络容易。增删节点不影响网络的其他部分，因而易于更改，也易于检测和隔离故障。

• 网络性能较高。各条线路可以同时进行数据传输。

星形拓扑的缺点如下。

• 依赖于中心节点。中心节点是网络的瓶颈，一旦出现故障则全网瘫痪，所以对中心节点的可靠性和冗余度要求很高。

• 电缆长度长。每个站点直接和中心节点相连，这种拓扑结构需要大量电缆，安装、维护等费用相当可观。

4.树形拓扑

树形拓扑可以看作分层的星形拓扑，其特点和星形拓扑类似，比星形拓扑更适合分层管理。如图1-5所示的局域网拓扑是一个典型的树形拓扑。

5.网状拓扑

网状拓扑节点之间的连接是任意的、无规律的，即任意两个节点之间可以没有、有一条或有多条线路。网状拓扑的优点是系统可靠性高，如果有一条线路发生故障，网络的其他部分仍可正常运行。网状拓扑的缺点是结构复杂、建设费用高、布线困难。通常，网状拓扑用于大型网络系统和公共通信骨干网，如Internet、无线通信网和物联网等，在局域网中很少使用。图1-6所示是物联网中的ZigBee传感网，其采用的就是网状拓扑。

6.混合型拓扑

混合型拓扑由以上两种或多种拓扑结构混合而成。它可以综合多种拓扑结构的优点，使用较多。如图1-7所示的拓扑就是由环形拓扑和星形拓扑混合而成的。