1.3 计算机网络的分类

计算机网络可按不同的标准进行分类，已经出现的分类方式主要有按网络的覆盖范围、按网络的拓扑结构、按网络的传输技术、按网络的交换方式和按网络通信协议5种。

1.3.1 按网络的覆盖范围分类

按照网络的覆盖范围来分类是目前网络分类最为常用的方法，通常将网络分为局域网、城域网、广域网和互联网4种类型，如表1-1所示。

虽然网络类型的划分标准各种各样，但是从地理范围划分是一种大家都认可的通用网络划分标准。

1.局域网（Local Area Network，LAN）

局域网就是在局部地区范围内的网络，所覆盖的地区范围较小，是最常见、应用最广的一种网络。随着整个计算机网络技术的发展和提高，局域网得到充分的应用和普及，几乎每个单位都有自己的局域网，甚至有的家庭和宿舍中都有自己的小型局域网。

局域网在计算机数量配置上没有太多的限制，少的可以只有两台，多的可达几百台。一般来说，在企业局域网中，工作站的数量在几十到两百台次左右。在网络所涉及的地理距离上，一般来说可以是几m至10km范围内。

2.城域网（Metropolitan Area Network，MAN）

城域网是指在一个城市，但不在同一地理小区范围内的计算机互联网。MAN与LAN相比，前者扩展的距离更长，连接距离可达10km～100km，连接的计算机数量更多，在地理范围上可以认为是LAN的延伸。

一个MAN通常连接着多个LAN，如连接政府机构的LAN、医院的LAN、电信的LAN、公司企业的LAN等。光纤连接的引入，使MAN中高速的LAN互连成为可能。

3.广域网（Wide Area Network，WAN）

广域网也称为远程网，所覆盖的范围比城域网更广，一般是在不同城市之间的LAN或者MAN互连，地理范围可从几百km到几千km。

因为广域网传输距离较远，信息衰减比较严重，所以这种网络一般要租用专线，通过IMP（Interface Message Processer，接口信息处理）协议和线路连接起来，构成网状结构。广域网因为所连接的用户多，总出口带宽有限，所以用户的终端连接速率一般较低。

4.互联网（Internet）

在网络应用迅猛发展的今天，互联网已成为现代人每天都要打交道的一种网络。无论从地理范围，还是从网络规模来讲，互联网都是最大的一种网络。从地理范围来说，互联网可以是全球计算机的互连，这种网络的最大特点就是不定性，整个网络的计算机每时每刻随着人们网络的接入在不断地变化。当一台计算机连接到互联网上的时候，该计算机可以算是互联网的一部分，但一旦断开与互联网的连接时，该计算机就不属于互联网了。

互联网信息量大、传播广，无论身处何地，都可以享受到互联网带来的便捷。因为这种网络的复杂性，所以这种网络实现的技术也非常复杂。

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Internet

Internet是指全球网，即全球各个国家通过线路连接起来的计算机网络，这是世界上最大的网络。这么庞大的一个网络是如何连接起来的呢？

首先，在一个城市内各个地方的小网络都连到主干线上，像一些企业、学校、政府机关等的网络，如图1-6所示。

然后，各城市之间又由主干线连接起来。现在的主干线大都是光缆连接，各城市之间通过各种形式将光缆连接起来，如图1-7所示。

最后，一个国家的网络通过网络接口接到其他国家。这样，全球性的Internet就建成了，如图1-8所示。

Internet就是这样一级一级级连构成的。当然，它的构成还远不是那么简单，这里面除了网络线路、连接设备和计算机外，还有许多软件在支持着网络的运行。这些内容在以后的学习中将会陆续介绍。

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无线网

随着笔记本电脑（Notebook Computer）和个人数字助理（Personal Digital Assistant，PDA）等便携式计算机的日益普及和发展，人们经常要在路途中接听电话、发送传真和电子邮件、阅读网上信息以及登录到远程机器等。但是在汽车或飞机上不可能通过有线介质与网络相连接，这时候可以选择使用无线网。

与有线网相比，无线网特别是无线局域网有很多优点，如易于安装和使用。但无线局域网也有许多不足之处，例如它的数据传输率一般比较低，远低于有线局域网；另外无线局域网的误码率也比较高，而且站点之间相互干扰比较严重。

无线网已深入到人们生活和工作的各个方面，包括日常使用的手机、无线电话等，其中3G/4G、WLAN、UWB、蓝牙、宽带卫星系统、数字电视都是无线通信技术的典型应用。

无线网络的发展依赖于无线通信技术的支持。目前无线通信系统主要有：低功率的无绳电话系统、模拟蜂窝系统、数字蜂窝系统、移动卫星系统、无线LAN和无线WAN等。

1.3.2 按网络的拓扑结构分类

计算机网络的拓扑结构就是用网络的站点与连接线的几何关系来表示网络的结构，主要分为总线型、星型、树型、环型和网状型。

1.总线型拓扑结构

总线型拓扑结构中的所有连网设备共用一条物理传输线路，所有的数据发往同一条线路，并能够由连接在线路上的所有设备感知。连网设备通过专用的分接头接入线路。总线型拓扑结构是局域网的一种组成形式，如图1-9所示。

总线型拓扑结构的特点如下。

（1）多台机器共用一条传输信道，信道利用率较高。

（2）同一时刻只能由两台计算机进行通信。

（3）某个节点的故障不影响网络的工作。

（4）网络的延伸距离有限，节点数有限。

总线型拓扑结构适用场合：LAN、对实时性要求不高的环境。

2.星型拓扑结构

星型拓扑结构是以一台中心处理机（通信设备）为主而构成的网络，其他连网机器仅与该中心处理机之间有直接的物理链路，中心处理机采用分时或轮询的方法为连网机器服务，所有的数据必须经过中心处理机。星型拓扑结构如图1-10所示。

星型拓扑结构的特点如下。

（1）网络结构简单，便于管理（集中式）。

（2）每台计算机均需物理线路与处理机互连，线路利用率低。

（3）处理机负载重（需处理所有的服务），因为任何两台连网设备之间交换信息，都必须通过中心处理机。

（4）连网主机故障不影响整个网络的正常工作，中心处理机的故障将导致网络的瘫痪。

星型拓扑结构适用场合：LAN、WAN。

3.树型拓扑结构

树型拓扑结构是以上两种网络结构的综合，它将网络中的所有站点按照一定的层次关系连接起来，就像一棵树一样，由根节点、叶节点和分支节点组成。树型拓扑结构的网络覆盖面很广，容易增加新的站点，也便于故障的定位和修复，但其根节点由于是数据传输的常用之路，因此负荷较大。树型拓扑结构如图1-11所示。

4.环型拓扑结构

环型拓扑结构中连网设备通过转发器接入网络，每个转发器仅与两个相邻的转发器有直接的物理链路。环型网的数据传输具有单向性，一个转发器发出的数据只能被另一个转发器接收并转发。所有的转发器及其物理线路构成了一个环状的网络系统。环型拓扑结构如图1-12所示。

环型拓扑结构的特点如下。

（1）实时性较好（信息在网络中传输的最大时间固定）。

（2）每个节点只与相邻两个节点有物理链路。

（3）传输控制机制比较简单。

（4）某个节点的故障将导致网络瘫痪。

（5）单个环网的节点数有限。

环型拓扑结构适用场合：LAN、实时性要求较高的环境。

5.网状型拓扑结构

网状型拓扑结构是利用专门负责数据通信和传输的节点机构成的网状网络，连网设备直接接入节点机进行通信。网状型拓扑结构通常利用冗余的设备和线路来提高网络的可靠性，因此，节点机可以根据当前的网络信息流量有选择地将数据发往不同的线路。网状型拓扑结构如图1-13所示。

网状型拓扑结构是一个全通路的拓扑结构，任何站点之间均可以通过线路直接连接。

1.3.3 按网络的传输技术分类

在广播通信信道中，多个节点共享一个通信信道，一个节点广播信息，其他节点必须接收信息。而在点—点通信信道中，一条通信线路只能连接一对节点，如果两个节点之间没有直接连接的线路，那么它们只能通过中间节点转接。

显然，网络要通过通信信道完成数据传输任务，因此网络所采用的传输技术也只可能有两类，即广播（Broadcast）方式与点—点（Point-to-Point）方式。这样，相应的计算机网络也可以分为两类：广播式网络和点对点网络，如图1-14所示。

1.广播式网络（Broadcast Network）

在广播式网络中，所有连网计算机都共享一个公共通信信道。当一台计算机利用共享通信信道发送报文分组时，所有其他的计算机都会“收听”到这个分组。

发送的分组中带有目的地址与源地址，接收到该分组的计算机将检查目的地址是否与本节点地址相同。如果被接收报文分组的目的地址与本节点地址相同，则接收该分组；否则丢弃该分组。

2.点对点网络（Piont-to-Piont Network）

与广播网络相反，在点对点网络中，每条物理线路连接一对计算机。假如两台计算机之间没有直接连接的线路，那么它们之间的分组传输就要通过中间节点的接收、存储和转发，直至目的节点。

由于连接多台计算机之间的线路结构可能是复杂的，所以从源节点到目的节点可能存在多条路由。决定分组从通信子网的源节点到达目的节点的路由需要有路由选择算法。采用分组存储转发与路由选择是点对点网络与广播式网络的重要区别之一。

1.3.4 按网络的交换方式分类

按交换方式来分类，计算机网络可以分为分组交换网、报文交换网、电路交换网和混合交换网4种，如图1-15所示。

1.分组交换网

分组交换方式是在通信前，发送端先把要发送的数据划分为一个个等长的单位（即分组），这些分组由各中间节点采用存储—转发方式进行传输，最终到达目的端。由于分组长度有限，所以可以比报文更加方便地在中间节点机的内存中进行存储处理，其转发速度大大提高。

2.报文交换网

报文交换方式是把要发送的数据及目的地址包含在一个完整的报文内，报文的长度不受限制。报文交换采用存储—转发原理，每个中间节点要为途经的报文选择适当的路径，使其能最终到达目的端。此方式类似于古代的邮政通信，邮件由途中的驿站逐个存储转发。

3.电路交换网

电路交换方式是在用户开始通信前，先申请建立一条从发送端到接收端的物理信道，并且在双方通信期间始终占用该信道。此方式类似于传统的电话交换方式。

4.混合交换网

混合交换网集合了前3种交换方式的优点，其实际应用更为广泛。

上面主要介绍了计算机网络4种主要的分类方法。除此之外，计算机网络按照网络的应用范围，可以分为公用网和专用网；按照网络的服务类型，可以分为内联网和外联网；按照网络操作系统（Network Operating System）类型，可以分为UNIX（Linux）、Windows NT/2000/2003和NetWare等。这些分类方法提供了不同的角度对计算机网络进行多角度的研究。

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第四/五代移动通信技术（4th/5th-generation，4G/5G）

1.4G通信

相对第一代模拟制式移动通信（1G）和第二代GSM（Global System for Mobile Communication，全球移动通信系统）、CDMA（Code Division Multiple Access，码分多址）等数字移动通信（2G），以及第三代移动通信（3G），第四代移动电话行动通信标准指的是第四代移动通信技术（4G，相关技术包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式。4G集3G与WLAN于一体，能够快速高质量传输数据、音频、视频和图像等。4G能够以100Mbit/s以上的速度下载，比家用宽带ADSL（Asymmstric Digital Subscriber Line，非对称数原用户线路）快25倍，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。此外，4G可以在DSL（Digital Subscriber Line，数字用户线路）和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。

第四代移动通信的智能性更高，通信的终端设备的设计和操作具有智能化，例如4G手机能根据环境、时间以及其他设定的因素来适时地提醒手机的主人此时该做什么事，或者不该做什么事，4G手机可以把电影院票房资料直接下载到PDA（Personal Digital Assistomt，掌上电脑）之上，这些资料能够把售票情况、座位情况显示得清清楚楚，人们可以根据这些信息来在线购买自己满意的电影票；4G手机可以被看作是一台手提电视，可以用来观看体育比赛之类的各种现场直播。图1-16所示为4G图标，图1-17展示了4G技术在移动通信方面的应用。

2.5G通信

2016年11月，在乌镇举办的第三届世界互联网大会上，美国高通公司带来了可以实现“万物互联”的5G技术原型。5GZ向千兆移动网络和人工智能迈进。第五代移动电话行动通信标准，也称第五代移动通信技术，目前正在研究中。图1-18所示为5G图标，图1-19展示了3G/4G/5G技术对比。