1.3 計算機網絡的分類

計算機網絡可按不同的標準進行分類，已經出現的分類方式主要有按網絡的覆蓋范圍、按網絡的拓撲結構、按網絡的傳輸技術、按網絡的交換方式和按網絡通信協議5種。

1.3.1 按網絡的覆蓋范圍分類

按照網絡的覆蓋范圍來分類是目前網絡分類最為常用的方法，通常將網絡分為局域網、城域網、廣域網和互聯網4種類型，如表1-1所示。

雖然網絡類型的劃分標準各種各樣，但是從地理范圍劃分是一種大家都認可的通用網絡劃分標準。

1.局域網（Local Area Network，LAN）

局域網就是在局部地區范圍內的網絡，所覆蓋的地區范圍較小，是最常見、應用最廣的一種網絡。隨著整個計算機網絡技術的發展和提高，局域網得到充分的應用和普及，幾乎每個單位都有自己的局域網，甚至有的家庭和宿舍中都有自己的小型局域網。

局域網在計算機數量配置上沒有太多的限制，少的可以只有兩臺，多的可達幾百臺。一般來說，在企業局域網中，工作站的數量在幾十到兩百臺次左右。在網絡所涉及的地理距離上，一般來說可以是幾m至10km范圍內。

2.城域網（Metropolitan Area Network，MAN）

城域網是指在一個城市，但不在同一地理小區范圍內的計算機互聯網。MAN與LAN相比，前者擴展的距離更長，連接距離可達10km～100km，連接的計算機數量更多，在地理范圍上可以認為是LAN的延伸。

一個MAN通常連接著多個LAN，如連接政府機構的LAN、醫院的LAN、電信的LAN、公司企業的LAN等。光纖連接的引入，使MAN中高速的LAN互連成為可能。

3.廣域網（Wide Area Network，WAN）

廣域網也稱為遠程網，所覆蓋的范圍比城域網更廣，一般是在不同城市之間的LAN或者MAN互連，地理范圍可從幾百km到幾千km。

因為廣域網傳輸距離較遠，信息衰減比較嚴重，所以這種網絡一般要租用專線，通過IMP（Interface Message Processer，接口信息處理）協議和線路連接起來，構成網狀結構。廣域網因為所連接的用戶多，總出口帶寬有限，所以用戶的終端連接速率一般較低。

4.互聯網（Internet）

在網絡應用迅猛發展的今天，互聯網已成為現代人每天都要打交道的一種網絡。無論從地理范圍，還是從網絡規模來講，互聯網都是最大的一種網絡。從地理范圍來說，互聯網可以是全球計算機的互連，這種網絡的最大特點就是不定性，整個網絡的計算機每時每刻隨著人們網絡的接入在不斷地變化。當一臺計算機連接到互聯網上的時候，該計算機可以算是互聯網的一部分，但一旦斷開與互聯網的連接時，該計算機就不屬于互聯網了。

互聯網信息量大、傳播廣，無論身處何地，都可以享受到互聯網帶來的便捷。因為這種網絡的復雜性，所以這種網絡實現的技術也非常復雜。

視野拓展1

Internet

Internet是指全球網，即全球各個國家通過線路連接起來的計算機網絡，這是世界上最大的網絡。這么龐大的一個網絡是如何連接起來的呢？

首先，在一個城市內各個地方的小網絡都連到主干線上，像一些企業、學校、政府機關等的網絡，如圖1-6所示。

然后，各城市之間又由主干線連接起來。現在的主干線大都是光纜連接，各城市之間通過各種形式將光纜連接起來，如圖1-7所示。

最后，一個國家的網絡通過網絡接口接到其他國家。這樣，全球性的Internet就建成了，如圖1-8所示。

Internet就是這樣一級一級級連構成的。當然，它的構成還遠不是那么簡單，這里面除了網絡線路、連接設備和計算機外，還有許多軟件在支持著網絡的運行。這些內容在以后的學習中將會陸續介紹。

視野拓展2

無線網

隨著筆記本電腦（Notebook Computer）和個人數字助理（Personal Digital Assistant，PDA）等便攜式計算機的日益普及和發展，人們經常要在路途中接聽電話、發送傳真和電子郵件、閱讀網上信息以及登錄到遠程機器等。但是在汽車或飛機上不可能通過有線介質與網絡相連接，這時候可以選擇使用無線網。

與有線網相比，無線網特別是無線局域網有很多優點，如易于安裝和使用。但無線局域網也有許多不足之處，例如它的數據傳輸率一般比較低，遠低于有線局域網；另外無線局域網的誤碼率也比較高，而且站點之間相互干擾比較嚴重。

無線網已深入到人們生活和工作的各個方面，包括日常使用的手機、無線電話等，其中3G/4G、WLAN、UWB、藍牙、寬帶衛星系統、數字電視都是無線通信技術的典型應用。

無線網絡的發展依賴于無線通信技術的支持。目前無線通信系統主要有：低功率的無繩電話系統、模擬蜂窩系統、數字蜂窩系統、移動衛星系統、無線LAN和無線WAN等。

1.3.2 按網絡的拓撲結構分類

計算機網絡的拓撲結構就是用網絡的站點與連接線的幾何關系來表示網絡的結構，主要分為總線型、星型、樹型、環型和網狀型。

1.總線型拓撲結構

總線型拓撲結構中的所有連網設備共用一條物理傳輸線路，所有的數據發往同一條線路，并能夠由連接在線路上的所有設備感知。連網設備通過專用的分接頭接入線路。總線型拓撲結構是局域網的一種組成形式，如圖1-9所示。

總線型拓撲結構的特點如下。

（1）多臺機器共用一條傳輸信道，信道利用率較高。

（2）同一時刻只能由兩臺計算機進行通信。

（3）某個節點的故障不影響網絡的工作。

（4）網絡的延伸距離有限，節點數有限。

總線型拓撲結構適用場合：LAN、對實時性要求不高的環境。

2.星型拓撲結構

星型拓撲結構是以一臺中心處理機（通信設備）為主而構成的網絡，其他連網機器僅與該中心處理機之間有直接的物理鏈路，中心處理機采用分時或輪詢的方法為連網機器服務，所有的數據必須經過中心處理機。星型拓撲結構如圖1-10所示。

星型拓撲結構的特點如下。

（1）網絡結構簡單，便于管理（集中式）。

（2）每臺計算機均需物理線路與處理機互連，線路利用率低。

（3）處理機負載重（需處理所有的服務），因為任何兩臺連網設備之間交換信息，都必須通過中心處理機。

（4）連網主機故障不影響整個網絡的正常工作，中心處理機的故障將導致網絡的癱瘓。

星型拓撲結構適用場合：LAN、WAN。

3.樹型拓撲結構

樹型拓撲結構是以上兩種網絡結構的綜合，它將網絡中的所有站點按照一定的層次關系連接起來，就像一棵樹一樣，由根節點、葉節點和分支節點組成。樹型拓撲結構的網絡覆蓋面很廣，容易增加新的站點，也便于故障的定位和修復，但其根節點由于是數據傳輸的常用之路，因此負荷較大。樹型拓撲結構如圖1-11所示。

4.環型拓撲結構

環型拓撲結構中連網設備通過轉發器接入網絡，每個轉發器僅與兩個相鄰的轉發器有直接的物理鏈路。環型網的數據傳輸具有單向性，一個轉發器發出的數據只能被另一個轉發器接收并轉發。所有的轉發器及其物理線路構成了一個環狀的網絡系統。環型拓撲結構如圖1-12所示。

環型拓撲結構的特點如下。

（1）實時性較好（信息在網絡中傳輸的最大時間固定）。

（2）每個節點只與相鄰兩個節點有物理鏈路。

（3）傳輸控制機制比較簡單。

（4）某個節點的故障將導致網絡癱瘓。

（5）單個環網的節點數有限。

環型拓撲結構適用場合：LAN、實時性要求較高的環境。

5.網狀型拓撲結構

網狀型拓撲結構是利用專門負責數據通信和傳輸的節點機構成的網狀網絡，連網設備直接接入節點機進行通信。網狀型拓撲結構通常利用冗余的設備和線路來提高網絡的可靠性，因此，節點機可以根據當前的網絡信息流量有選擇地將數據發往不同的線路。網狀型拓撲結構如圖1-13所示。

網狀型拓撲結構是一個全通路的拓撲結構，任何站點之間均可以通過線路直接連接。

1.3.3 按網絡的傳輸技術分類

在廣播通信信道中，多個節點共享一個通信信道，一個節點廣播信息，其他節點必須接收信息。而在點—點通信信道中，一條通信線路只能連接一對節點，如果兩個節點之間沒有直接連接的線路，那么它們只能通過中間節點轉接。

顯然，網絡要通過通信信道完成數據傳輸任務，因此網絡所采用的傳輸技術也只可能有兩類，即廣播（Broadcast）方式與點—點（Point-to-Point）方式。這樣，相應的計算機網絡也可以分為兩類：廣播式網絡和點對點網絡，如圖1-14所示。

1.廣播式網絡（Broadcast Network）

在廣播式網絡中，所有連網計算機都共享一個公共通信信道。當一臺計算機利用共享通信信道發送報文分組時，所有其他的計算機都會“收聽”到這個分組。

發送的分組中帶有目的地址與源地址，接收到該分組的計算機將檢查目的地址是否與本節點地址相同。如果被接收報文分組的目的地址與本節點地址相同，則接收該分組；否則丟棄該分組。

2.點對點網絡（Piont-to-Piont Network）

與廣播網絡相反，在點對點網絡中，每條物理線路連接一對計算機。假如兩臺計算機之間沒有直接連接的線路，那么它們之間的分組傳輸就要通過中間節點的接收、存儲和轉發，直至目的節點。

由于連接多臺計算機之間的線路結構可能是復雜的，所以從源節點到目的節點可能存在多條路由。決定分組從通信子網的源節點到達目的節點的路由需要有路由選擇算法。采用分組存儲轉發與路由選擇是點對點網絡與廣播式網絡的重要區別之一。

1.3.4 按網絡的交換方式分類

按交換方式來分類，計算機網絡可以分為分組交換網、報文交換網、電路交換網和混合交換網4種，如圖1-15所示。

1.分組交換網

分組交換方式是在通信前，發送端先把要發送的數據劃分為一個個等長的單位（即分組），這些分組由各中間節點采用存儲—轉發方式進行傳輸，最終到達目的端。由于分組長度有限，所以可以比報文更加方便地在中間節點機的內存中進行存儲處理，其轉發速度大大提高。

2.報文交換網

報文交換方式是把要發送的數據及目的地址包含在一個完整的報文內，報文的長度不受限制。報文交換采用存儲—轉發原理，每個中間節點要為途經的報文選擇適當的路徑，使其能最終到達目的端。此方式類似于古代的郵政通信，郵件由途中的驛站逐個存儲轉發。

3.電路交換網

電路交換方式是在用戶開始通信前，先申請建立一條從發送端到接收端的物理信道，并且在雙方通信期間始終占用該信道。此方式類似于傳統的電話交換方式。

4.混合交換網

混合交換網集合了前3種交換方式的優點，其實際應用更為廣泛。

上面主要介紹了計算機網絡4種主要的分類方法。除此之外，計算機網絡按照網絡的應用范圍，可以分為公用網和專用網；按照網絡的服務類型，可以分為內聯網和外聯網；按照網絡操作系統（Network Operating System）類型，可以分為UNIX（Linux）、Windows NT/2000/2003和NetWare等。這些分類方法提供了不同的角度對計算機網絡進行多角度的研究。

視野拓展3

第四/五代移動通信技術（4th/5th-generation，4G/5G）

1.4G通信

相對第一代模擬制式移動通信（1G）和第二代GSM（Global System for Mobile Communication，全球移動通信系統）、CDMA（Code Division Multiple Access，碼分多址）等數字移動通信（2G），以及第三代移動通信（3G），第四代移動電話行動通信標準指的是第四代移動通信技術（4G，相關技術包括TD-LTE和FDD-LTE兩種制式。4G集3G與WLAN于一體，能夠快速高質量傳輸數據、音頻、視頻和圖像等。4G能夠以100Mbit/s以上的速度下載，比家用寬帶ADSL（Asymmstric Digital Subscriber Line，非對稱數原用戶線路）快25倍，并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務的要求。此外，4G可以在DSL（Digital Subscriber Line，數字用戶線路）和有線電視調制解調器沒有覆蓋的地方部署，然后再擴展到整個地區。

第四代移動通信的智能性更高，通信的終端設備的設計和操作具有智能化，例如4G手機能根據環境、時間以及其他設定的因素來適時地提醒手機的主人此時該做什么事，或者不該做什么事，4G手機可以把電影院票房資料直接下載到PDA（Personal Digital Assistomt，掌上電腦）之上，這些資料能夠把售票情況、座位情況顯示得清清楚楚，人們可以根據這些信息來在線購買自己滿意的電影票；4G手機可以被看作是一臺手提電視，可以用來觀看體育比賽之類的各種現場直播。圖1-16所示為4G圖標，圖1-17展示了4G技術在移動通信方面的應用。

2.5G通信

2016年11月，在烏鎮舉辦的第三屆世界互聯網大會上，美國高通公司帶來了可以實現“萬物互聯”的5G技術原型。5GZ向千兆移動網絡和人工智能邁進。第五代移動電話行動通信標準，也稱第五代移動通信技術，目前正在研究中。圖1-18所示為5G圖標，圖1-19展示了3G/4G/5G技術對比。