网络拓扑结构中心节点

计算机网络可以按地域范围、拓扑结构、交换技术、有线、无线等进行分类。

1.5.1　按地域范围分类

按地域范围分类，计算机网络可以分为局域网、城域网、广域网。

局域网的地域范围仅在几十米到几千米，主要是一个工作室、一栋大楼、一个园区范围内的网络。

城域网的地域范围仅在一个城市内的距离，100公里以内。主要是一个城市的专门机构的网络。如每个城市的大学网络、中学网络以及政府有关管理机构的专用网络等。

广域网的地域范围是互联网络的概念，指各个城市、各个省、乃至各个国家互联的网络。广域网一般要借助电信覆盖全国、全省的网络实现各个城市、各个局域网之间的互联，所以广域网主要是电信运营商的网络。

1.5.2　按拓扑结构分类

网络中的连接模式叫作网络的拓扑结构。为了方便研究网络的拓扑结构，将网络中的主机、外部设备和通信控制处理机用抽象的节点来表示，将通信线路抽象成链路线段来表示。在网络中负责信息处理的计算机、服务器等统称为数据终端设备DTE，负责通信控制的交换机、路由器等统称为数据通信设备DCE。在拓扑结构表示中，将DTE、DCE都抽象成节点，将所有的传输介质都抽象成线段。这样一来计算机网络被抽象成点和线的连接，这种点线连接构成的网络结构图称为网络拓扑结构图。按照拓扑结构表示，图1-5的网络将被表示成图1-6所示。

在计算机网络中，计算机互联采用全连接型构成点到点的通信是最理想的，即每一对节点之间都存在一条线路直接连接。这样使得传输速度最快，如图1-7所示。在全连接方式中，系统需要的链路数是节点数的平方倍，需要大量的传输线路，使得通信线路费用过高，所以在实际网络中采用全连接实际上是不现实的。

图1-5 计算机网络结构

图1-6 按拓扑结构表示的计算机网络结构

在实际网络中不采取全连接方式，而是采取中间转接方式。在图l-8所示采用中间转接方式的网络中，Ha主机要与Hb通信时，传输的数据可以从Ha主机出发，经a到b到d再到f的转接，仍然可以达到Hb主机；同样从Ha主机出发，还可以经a到b到e再到f的转接，也可以达到Hb主机。尽管需要通信的两台主机之间没有直接的连接，但是通过中间的转结，仍然能实现数据的传输。中间转接方式需要的线路大大减少，节省了大量的通信费用，计算机网络中一般都采用中间转接方式。在局域网、城域网及广域网的拓扑结构中，中间转接方式一般多用于广域网。

图1-7 全连接

图1-8 中间转接

按照网络拓扑分类，计算机网络拓扑有网形拓扑、树形拓扑、混合形拓扑，总线拓扑、星形拓扑和环形拓扑。广域网的拓扑结构一般为：网形拓扑、树形拓扑、混合形拓扑（如图1-9所示）。

图1-9 广域网拓扑结构

网形拓扑由于节点之间有许多条路径相连，可以为数据分组的传输选择适当的路由，当网络某部分出故障或数据流量过大时，数据分组可以绕过失效的部件或过忙的节点，大大提高网络的传输可靠性。网形拓扑结构的网络协议复杂，但由于它的可靠性高，被广泛使用在广域网中。

树形拓扑像一棵倒置的树，顶端是树根，树根以下带若干分支，每个分支还可以再带子分支。这种拓扑的站发送时，根接收该信号，然后重新广播到全网。树型网容易扩充，新的节点和分支很容易加入到网中。容易进行故障隔离，某一分支或节点出故障，很容易将故障分支或节点与整个网络系统隔离开来。其缺点是对根的依赖较大，根若出故障，全网则不能正常工作。

混合形拓扑一般是将两种不同的网络拓扑结构混合起来，具有各自的优缺点。

局域网的拓扑结构一般为：总线形拓扑、环形拓扑、星形拓扑。如图1-10所示。

总线形拓扑是属于共享信道的广播式网络，所有站点通过相应的接口直接连接到这一公共信道上。任何一个站发送的信息都沿着公共信道传输，而且能被所有的其他站接收。当一对站进行数据传输时，靠目的地址实现识别接收站。因为所有站共享一条公共信道，所以一个时刻只能有一个站发送信号。要发送信息的站通过某种仲裁协议（介质访问控制方法）获得使用信道的权力。网上的所有站分时地使用信道进行数据传输。

总线形拓扑的优点为：结构简单、容易扩充；连接采用无源部件，有较高的可靠性。总线形拓扑的缺点为：传输距离较远时，需加中继设备来扩长传输距离；由于不是集中控制，故障检测需要在网上各节点进行，故障检测不容易。

图1-10 局域网拓扑结构

环形拓扑由站点和链接站点的链路组成一个闭合环。环中信息流向只能是单方向的。每个收到信息包的站都向它的下游站转发该信息包。信息包在环网中逐站转发，传输一圈，最后由发送站进行回收。当信息包经过目标站时，目标站根据信息包中的目标地址判断出自己是接收站，并把该信息包拷贝到自己的接收缓冲区中，完成数据包的接收。通过这样的方式，网络上的任何一对工作站可以实现数据的通信。环形拓扑的优点为：控制方式使每个站具有相等的发送权，即每个站都有相同的机会获得发送权。环形拓扑的缺点为：一旦发生断环，网络则不能工作；环形网络的连接采用的是有源部件，可靠性相对较低。

星形拓扑通过一个中央转发节点实现一对站之间的数据传输连接。中央转发节点是集中控制方式，因此中央节点相当复杂。一般使用专用交换机来实现中央转发。一对用户之间一旦建立了连接，就可实现无延迟的传输。星形拓扑的优点为：控制简单，容易做到故障诊断和隔离。星形拓扑的缺点为：中央节点故障将引起全网瘫痪。

1.5.3　按交换方式分类

按交换技术分类，可将网络分为电路交换网络、报文交换网络等。

电路交换网络在通信时，通过交换在源和目的间建立一条专用的物理通路用于信息传输，传输的信息独占该条通路。电路交换通信的过程包括时建立连接、维持连接、拆除连接三个阶段。电路交换的传输延迟小，但线路利用率低，也不便于差错控制。最典型的电路交换网络就是实现话音通信的电话网络。

报文交换采用了存储转发方式。在源节点的主机将要传输的数据加上源地址、目的地址、差错校验码等信息封装成一个数据报文，转发到前向节点存储下来，待前向节点可以接收该数据报文时，再由前向节点将该报文向下一个节点转发，转发到下一节点后再存储下来，待下一节点可以接收该数据报文时，继续进行转发，通过逐个节点的不断转发，最终该数据报文达到目的节点的主机。报文交换由于采用存储转发方式，相对于电路转发，延迟较大，但可以充分利用网络多条路径可达的特点，提高线路利用率，提高传输速度。报文转发方式由于到达每个节点后都被先存储下来，可以对该数据报文进行适当的处理，使得网络的差错控制和安全控制等得以实现。电路交换网络、报文交换网络等有各自的优缺点，分别用于不同的场合。

1.5.4　按有线、无线网络分类

网络分为有线网络和无线网络。有线网络使用光纤、双绞线等传输介质实现通信，无线网络通过无线信道进行通信。企业、校园、小区的网络一般为有线网络，城市公共区域的网络一般采用无线网络，企业、校园、小区的网络建设也可以在有线网络基础上延伸无线网络，覆盖企业、校园、小区户外的公共区域，支持移动上网功能。