1.3 計算機網絡的分類

在計算機網絡的研究中，常見的分類方法有以下幾種：按地理覆蓋范圍分類，將網絡劃分為局域網、廣域網和城域網；按拓撲結構分類，將網絡劃分為總線型網絡、環形網絡、星形網絡、樹形網絡、網狀網絡和混合型網絡。

1.3.1 按地理覆蓋范圍分類

1.局域網

局域網（Local Area Network, LAN）是分布在較小地理范圍內的網絡，通常用專用通信線路連接，因而數據傳輸速率較高。局域網的本質特征是覆蓋范圍小、數據傳輸速度快。

局域網的主要特點如下。

? 地理范圍一般不超過幾千米，通常網絡分布在一座辦公大樓或集中的建筑群內，為單個組織所有，一般由使用單位進行自主管理。

? 通信速率高，傳輸速率一般為100～1000Mbit/s，甚至達到10000Mbit/s。

? 一般使用單一網絡協議，易于安裝、組建與維護，節點的增刪容易，具有較好的靈活性。

2.廣域網

廣域網（Wide Area Network, WAN）通常是指分布范圍較大，覆蓋一個地區、國家甚至全球范圍內的互聯通信網絡。廣域網的本質特征是覆蓋范圍大、采用的協議和網絡拓撲結構多樣化。如Internet就是廣域網的一種。

廣域網的主要特點如下。

? 通常采用公共通信網作為通信子網，整個網絡一般由一個或多個電信運營商管理。

? 可能使用多種網絡協議，數據在傳輸過程中要經過多個網絡設備，數據傳輸速率較低，傳輸延時較大。

3.城域網

城域網（Metropolitan Area Network, MAN）是一種介于廣域網和局域網之間的網絡，覆蓋范圍通常是一個城市的規模，從幾千米到幾十千米甚至幾百千米。城域網的設計目標是滿足一個地區內的計算機互連的要求，以實現大量用戶、多種信息傳輸為目標的綜合信息傳輸網絡，一般由網絡運營商管理。

1.3.2 按拓撲結構分類

網絡中各個節點相互連接的方法和形式稱網絡拓撲，主要有總線型拓撲、環形拓撲、星形拓撲、樹形拓撲、網狀拓撲和混合型拓撲等，如圖1-4所示。拓撲結構的選擇往往和多種因素緊密相關，如網絡節點的數量和位置、傳輸介質的選擇、介質訪問控制方式、要求達到的服務質量或網絡性能等。選擇拓撲結構時，考慮的主要因素通常是費用、可靠性和靈活性，目前使用較多的拓撲結構有星形拓撲、樹形拓撲、網狀拓撲和混合型拓撲。

1.總線型拓撲

總線型拓撲結構采用單個總線進行通信，所有的站點都通過相應的硬件接口直接連接到傳輸總線上，一個網段內的所有節點共享總線資源。因為所有的節點共享一條公用傳輸線路，所以一次只能有一個設備傳輸，不允許有兩個或以上的節點同時使用總線。總線的帶寬成為網絡的瓶頸，網絡的性能和效率隨著網絡負載的增加而下降，并且需要采用某種形式的訪問控制策略來決定下一次哪一個節點可以發送。

總線型拓撲的優點如下。

? 結構簡單、易于擴充。增加新的節點時可在任意節點將其接入。

? 電纜長度短、布線容易。所有的節點連接到一個公共數據通路上，因此只需很短的電纜長度，從而減少了安裝費用，易于布線和維護。

總線型拓撲的缺點如下。

? 可靠性差。總線上發生單點故障有可能影響整個網絡。

? 故障診斷困難。由于不是集中控制，故障檢測須在網上各個節點上進行。

? 網絡性能較差。總線的帶寬成為網絡的瓶頸。

基于以上特點，總線型網絡較適用于單向廣播型網絡，如有線電視網、語音廣播網等，在計算機網絡中目前使用較少。

2.環形拓撲

在環形拓撲結構中，各個網絡節點連接成環。由于多個設備共享一個環，因此需要對此進行控制，以便決定每個節點在什么時候可以發送數據。這種功能是用分布控制的形式實現的，每個節點都有控制發送和接收的訪問邏輯。

環形拓撲的優點如下。

? 結構簡單、容易實現。

? 可靠性比總線型拓撲高，單點故障不影響整個網絡，只有當環上兩個點出現故障時才會導致整個網絡癱瘓。

? 所需電纜長度和總線型拓撲相似，但比星形拓撲要短得多。

環形拓撲的缺點如下。

? 網絡性能較差。總線的帶寬成為網絡的瓶頸。

? 容易產生沖突。多個節點同時在環上發送數據時容易產生沖突。

3.星形拓撲

星形拓撲中有一個中心節點，其他各節點通過點對點線路與中心節點相連，形成輻射型結構，在物理形狀上就像是星星。中心節點執行集中式通信控制策略，而各個節點的通信處理負擔都很小，一旦建立了通道連接，就能以較高速率在連通的兩個節點之間傳送數據。星形拓撲結構廣泛應用于網絡中智能控制集中于中心節點的場合。

星形拓撲的優點如下。

? 便于管理、結構簡單、擴展網絡容易。增刪節點不影響網絡的其他部分，因而易于更改，也易于檢測和隔離故障。

? 網絡性能較高。各條線路可以同時進行數據傳輸。

星形拓撲的缺點如下。

? 依賴于中心節點。中心節點是網絡的瓶頸，一旦出現故障則全網癱瘓，所以對中心節點的可靠性和冗余度要求很高。

? 電纜長度長。每個站點直接和中心節點相連，這種拓撲結構需要大量電纜，安裝、維護等費用相當可觀。

4.樹形拓撲

樹形拓撲可以看作分層的星形拓撲，其特點和星形拓撲類似，比星形拓撲更適合分層管理。如圖1-5所示的局域網拓撲是一個典型的樹形拓撲。

5.網狀拓撲

網狀拓撲節點之間的連接是任意的、無規律的，即任意兩個節點之間可以沒有、有一條或有多條線路。網狀拓撲的優點是系統可靠性高，如果有一條線路發生故障，網絡的其他部分仍可正常運行。網狀拓撲的缺點是結構復雜、建設費用高、布線困難。通常，網狀拓撲用于大型網絡系統和公共通信骨干網，如Internet、無線通信網和物聯網等，在局域網中很少使用。圖1-6所示是物聯網中的ZigBee傳感網，其采用的就是網狀拓撲。

6.混合型拓撲

混合型拓撲由以上兩種或多種拓撲結構混合而成。它可以綜合多種拓撲結構的優點，使用較多。如圖1-7所示的拓撲就是由環形拓撲和星形拓撲混合而成的。