1.1_4 计算机网络的分类

在这个视频中我们会探讨计算机网络的分类，从不同的角度可以对计算机网络进行不同的分类，我们会从分布范围、传输技术、拓扑结构、使用者和传输介质这样的几个维度进行讨论，在这门课当中需要注意的是标红色的几个分类，其他的类别简单的了解即可，标红的这些概念会在这节课的后续章节当中涉及到，也会进行更进一步的探讨。

首先按照分布范围来看计算机网络可以分为广域网，城域网、局域网和个域网这样的四类，对这几个英文缩写需要有一些印象，分别是WAN、MAN、 LAN和PAN，四者的区别在于覆盖的范围各不相同，广域网通常来说是跨省、跨国、甚至是跨大洲的，覆盖范围是几十甚至几千公里，而城域网覆盖范围一般来说是一个或者几个相邻的城市，范围大概就是几千米到几十千米，局域网是我们最熟悉的东西，比如说一个学校的校园网可能就是由若干个局域网组成，企业的内网也有可能是一个局域网，以及很多工作单位或者一个家庭内部也会是一个局域网，覆盖范围就是几十米到几千米。值得一提的是现如今的局域网几乎都是使用以太网技术去实现节点之间通信的，所以现在当人们提到以太网的时候几乎就变成了局域网的代名词，大家可以去淘宝或者京东尝试搜索交换机，交换机可以用于连接局域网内部的各个节点，事实上我们民间所谓的交换机它的全称应该是以太网交换机，大家可以自己去网络上搜一下。现在我们知道了因为局域网实现通信的技术叫做以太网技术，所以局域网内部使用的交换机也称为以太网交换机，与此同时现在的城域网通常也是采用以太网技术去实现城域网之间的这些节点通信的，所以在计算机网络这门课当中我们不会单独的去讨论城域网的通信原理。因为城域网的通信原理和局域网是类似的，所以现在在有的地方也会把城域网归类为局域网的探讨范畴。相比之下广域网因为它的节点之间距离是比较远的，所以广域网的通信技术和局域网会有一些区别，具体的会留到这门课的后续章节进行探讨，在这门课当中我们会重点探讨局域网和广域网的这个通信技术以及通信协议等等。

不知道大家有没有观察过自己家的路由器，之前我们说过家用路由器应该把它看作是路由器和交换机两个功能的结合，交换机的全称应该是以太网交换机，我们家里的这些设备逻辑上是连接了这台以太网交换机，从而组成了一个家庭内部的局域网，大家可以看一下自己家的路由器背面有没有这样的几个接口，蓝色的这个接口叫做WAN，就是广域网，而黄色的LAN1、LAN2、LAN3、LAN4指的就是局域网当中的第一台设备、第二台设备、第三台设备、第四台设备，像你家的电视、电脑
这些东西连接你家路由器的时候就得接这种黄色的LAN口，而蓝色的这根WAN口应该连接网络运营商，从外面拉到你家的那条网线，也就是说你家的这个路由器通过WAN口和广域网实现了连接。通过这个例子我们可以感受到局域网是通过路由器去接入广域网的，以后你看到路由器背面的这两个缩写，自然的就应该知道它们对应的是什么意思，这是局域网和广域网。最后还有一个个域网，现在的个域网通常来说是通过无线技术把个人设备连接起来而形成的网络，比如说蓝牙还有
Zigbee，都是在个域网当中比较流行的无线技术。有兴趣的同学可以去小米或者华为的官网，看一下他们的智能家居设备，你会发现这样的一个东西叫做智能网关，如果你们家想要使用智能门锁、智能开关还有温度计这些智能家居的话，需要在你家里安装一个网关，这个网关就属于个域网的主设备，而门锁、开关，还有什么温度计这些东西就是个域网当中的从设备。

我从小米的官网找到了这样的一张图，它们的智能网关支持的是蓝牙、Zigbee这些类型的设备，蓝牙和Zigbee都是无线通信的技术，这一类无线通信技术相比于Wi-Fi而言会更省电，只有足够省电、足够低功耗才可以保证你们家的这些烟雾探测器，还有温度计这些东西它可以长时间不换电池不充电的去工作，这些智能家居设备通常来说，需要和智能网关进行直接的通信组成一个个域网，
而这个智能网关还需要用一根网线和你们家的路由器进行连接，这样的话这个个域网内部的这些节点，就通过家用路由器最终连接到了整个互联网上，你就可以用你的手机去远程的操控这些智能家居设备，那这是个域网的一个典型例子，由于现在个域网通常都使用无线技术去把这些设备连接起来，所以很多地方也把个域网直接的称为无线个域网(WPAN)，这儿的W指的就是wireless，无限的意思。关于个域网的通信技术在考研当中我们不做深入的探讨，对这个概念能有印象即可，这是对计算机网络进行分类的第一个维度，按照分布范围去分分成了这样的四类网络，接下来按照传输技术去分类，可以分为广播式网络和点对点的网络。

我们知道计算机网络当中有很多节点相互之间是互联互通的，在一个广播式网络当中，如果一台计算机要对另一台计算机发送数据，那么它发送的这个数据分组会无差别的发给所有在这个网络当中的其他节点，其他节点通过检查分组的目的地址来确定这个数据分组是不是发给自己的，如果是发给自己的就把它接收，如果不是就把它丢弃，就有点类似于你在群里艾特某人聊天，整个群里所有的人都能看到你的消息，但是只有被你艾特的那个人他才会接收你的消息，这是广播式的网络，另一种叫做点对点的网络，在这种网络当中一个节点给另一个节点发送的数据，只会点对点的直接送给对方而不会广播，就有点类似于你一对一跟别人聊天私信，主打一个精准送达，像很多无线网络都是广播式的。你想一下你家的Wi-Fi肯定连接了很多设备，连接了你的手机、连接了你家人的手机，你家的Wi-Fi它在发送数据给你的手机的时候，肯定是广播式发送的，他给你的手机发送的这个数据信号会被你的手机接收，也会被其他人的手机接收，但是只有你的手机检查之后发现是发给自己的，那么你的手机会接收这个数据而其他的设备就不会接收这个数据，这是广播式网络的一个例子。相比之下路由器去转发数据分组，这个就属于点对点的传输，A路由器可能和B、C、D几个路由器都有相连，但是他想要发给D的数据分组只会点对点的发给D而不会发给B和C，这是对计算机网络分类的第二个维度，按照传输技术去分。

接下来按照拓扑结构对计算机网络进行分类，首先第一种叫做总线型的结构，在这种结构的网络当中，数据通常是广播式传输的。比如说现在A要给C发一个数据分组，那么A给C发送的这个数据分组被打到总线上之后，它并不会点对点的传输给C，除了C之外B、D、E都会收到这个数据分组，它具有广播式的特性，这种广播式的传输又带来了总线征用的问题。比如说现在A正在给C发数据，那么整个传输线路上都充斥着A给C发的这些数据，此时如果B想要发送数据，由于这个总线上有其他的脏数据，因此B发送的数据会和A发送的数据冲突，导致数据错误。这就是总线征用的问题，典型的代表就是用集线器连接的设备，一台集线器可以连接多台设备，从物理上来看这个网络它的结构似乎是星形的，但是基于集线器的原理，如果A要给C发送数据的话，那么A给C发的数据会被广播传输给其他所有节点，所以从逻辑上来看，通过集线器构建的网络应该是属于总线型的网
络。数据是以广播式的方式进行传输，以及会存在总线征用的问题。大家可以体会一下，从物理
上看和逻辑上看，它的这个拓扑结构是不一样的。

接下来计算机网络的第二种拓扑结构叫做环形结构，和总线型结构类似，如果A要给C发送数据，那么它的数据并不会点对点的发给C而是会充斥整个总线，以及会被所有的设备所收到，所以这种网络当中数据依然是以广播式的方式去传输的，一个最典型的代表就是流行在2000年以前的一种局域网技术叫做令牌环网，这种网络就是环形结构。它和总线型结构的网络相比引入了一种叫做数字令牌的技术，整个环形网络当中只有一个数字令牌，英文叫Token，只有当前持有令牌的设备可以去发送数据。比如此时设备A持有令牌，那么就只有它能够往总线上发送数据，这个令牌会顺着环形网络逐一的传递，就有点像击鼓传花一样，A使用完令牌之后会把这个令牌传送给B，B持有令牌之后他就可以去发送自己的数据，由于同一时间段只有一台设备可以持有令牌，所以用这种方式就解决了总线征用的问题，关于令牌环网我们还会在后续章节当中进行进一步的探讨。

接下来还有两种拓扑结构，左边这种叫做星形结构，一个中央设备连接多台计算机，这种星型结构的计算机网络可以由中央设备实现数据的点对点传输。比如此时A要给C发送一个数据，那么这个中央设备会检查这个数据的目的地址，中间设备只会把数据转发给目的地址所对应的那个设备，所以这样就完成了点对点的传输。由于这些计算机和中央设备之间都有单独的一条链路，所以就不存在总线征用的问题，最典型的例子就是以太网交换机，交换机连接的这些设备，从物理上看是星型结构，从逻辑上看它也是星型结构。最后一种拓扑结构叫做网状结构，最典型的代表就是由众多路由器构建的广域网，路由器之间的连接通常就是网状结构，在这种网络当中，数据也是点到点传输而不是广播式传输，数据通信会采用分组交换技术，这是按照拓扑结构对计算机网络的分类，分为总线型、环形、星形和网状结构。其中最后这种拓扑结构常见于广域网，而前面的三种拓扑结构常见于局域网。

接下来按照使用者分类，计算机网络可以分为公用网和专用网。公用网就是向公众开放的网络，而专用网就是供某个组织内部使用的网络。比如说政府的内网、军队的内网、电力系统、银行系统的内网，这些都属于专用网，简言之，公用网就是给钱你就能上，专用网是给钱也不行，这是按照使用者进行分类。

最后按照传输介质，可以把计算机网络分为有线网络和无线网络这样的两类，这个没什么好说的。

在这个小节当中我们介绍了计算机网络的分类，按照分布范围可以把计算机网络分为广域网、城域网、局域网和个域网，其中城域网和局域网现在几乎都是采用以太网技术去实现数据通信的，而广域网由于需要满足节点之间的远距离通信，所以广域网当中的通信技术和局域网会有一些区别。这四种类型的网络覆盖范围分别是从大到小。接下来按照传输技术不同，可以分为广播式网络和点对点的网络，在广播式网络当中，一个节点如果收到数据分组之后，需要根据其中的目的地址判断是否是发给自己的，如果不是就把这个数据分组丢掉，相比之下在点对点网络当中如果一个节点收到了一个数据分组，那么这个数据分组肯定是要发给他的，不会是要发给别人的，在这种网络当中数据都是精准投递。接下来按照拓扑结构分类可以分为总线型、环形、星形和网状型，当我们在讨论网络的拓扑结构的时候，我们可能会关注物理上的拓扑结构和逻辑上的拓扑结构，这二者是有区别的。在这个视频当中我们主要探讨的是逻辑上的拓扑结构，如果逻辑上呈现总线型的拓扑结构，那么就会存在总线征用的问题，在环形网络当中会通过数字令牌去解决总线征用的问题。在新型网络当中就不存在总线征用的问题。拓扑结构最复杂的应该是网状的网络，网状的计算机网络常见于广域网当中，在网状的计算机网络当中，数据传输的线路是很灵活的，并且如果网络当中某一些中间节点损坏了，那么其他节点其实也可以去完成数据传输的功能。所以它的可靠性也比较高，但是灵活度高可靠性高也带来了控制复杂和线路成本高的问题。这是按照拓扑结构分为这样的几类网络，前三种拓扑结构就常见于局域网。最后按照使用者分为公用网和专用网，按照传输介质分为有线网络和无线网络，这些简单的了解一下就行。以上就是这个视频的全部内容。

最后给大家分享一个和考试无关的小故事。关于局域网技术的发展，在上世纪八十年代的时候，比较流行的技术叫做令牌环网技术，还有一种叫做以太网技术，这两种通信技术都可以实现局域网内部的设备连接，在八十年代的时候令牌环网技术是更流行的，当时以太网技术当中最重要的一个连
接设备叫做集线器，之前我们说集线器它在逻辑上其实是属于总线型结构，它最大的问题就是总线征用，所有的设备都会争着抢着使用这个总线。相比之下当时的这个令牌环网技术由IBM公司研发，它就是通过令牌的机制解决了总线征用的问题，所以如果一个局域网内设备比较多的话，那么令牌环网技术的效率，是要比当时的以太网技术更优秀的。转机出现在上世纪的九十年代，当时有人发明了以太网交换机，有了以太网交换机之后，局域网内的设备就彻底解决了总线征用的问题，在令牌环网当中，只有持有令牌的设备才可以去发送数据，但是在使用了以太网交换机之后，各台设备它们都可以同时发送数据，只不过他们发的数据会被交换机进行处理，交换机会决定它收到的每一个数据应该转发到哪一个节点，所以从这个时间点之后，以太网技术开始呈现出比令牌环网技术更优秀的性能，逐渐的在局域网领域取得了统治地位。从两千年以后令牌环网技术就逐步退出了舞台，现在我们接触到的局域网几乎都是采用以太网技术去实现通信的，这是一段有趣的小历
史跟大家分享。