广域网、局域网、城域网三种网络的分类

计算机网络的种类繁多、性能各异，根据不同的网络分类原则，可以划分为各种不同类型的计算机网络。如拓扑结构、应用协议、分布距离等。由于分类的标准不同，得到网络分类也不同，但是这些分类方法都只能反映网络的某一个方面特征，并不能反映一个网络的全貌。网络分类的目的是为了从不同的角度来观察网络系统：按覆盖的地理范围划分，可以分为广域网、局域网、城域网三种；按通信传播方式划分，可以分为点对点传播方式和广播式传播方式两种；按通信媒体划分，可以分为有线网和无线网；按使用范围划分，可以分为公共网和专用网两种；按配置划分，可以分为对等网、单服务器网和混合网三种；按数据组织方式划分，可以分为分布式数据组织方式和集中式数据组织方式两种。下面我们主要介绍前面三种划分方式。

（一）按覆盖的地理范围划分

1.广域网

广域网（WAN，Wide Area Network）也称远程网。通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能连接多个城市或国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。广域网的通信子网主要使用分组交换技术。广域网的通信子网可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网，它将分布在不同地区的局域网或计算机系统互联起来，达到资源共享的目的。如互联网是世界范围内最大的广域网。

广域网是由许多交换机组成的，交换机之间采用点到点线路连接，几乎所有的点到点通信方式都可以用来建立广域网，包括租用线路、光纤、微波、卫星信道。而广域网交换机实际上就是一台计算机，有处理器和输入／输出设备进行数据包的收发处理。

广域网一般最多只包含OSI参考模型的底下三层，而且目前大部分广域网都采用存储转发方式进行数据交换，也就是说，广域网是基于报文交换或分组交换技术的（传统的公用电话交换网除外）。广域网中的交换机先将发送给它的数据包完整接收下来，然后经过路径选择找出一条输出线路，最后交换机将接收到的数据包发送到该线路上去，以此类推，直到将数据包发送到目的节点。

广域网可以提供面向连接和无连接两种服务模式，对应于两种服务模式，广域网有两种组网方式：虚电路（virtual circuit）方式和数据报（datagram）方式，下面我们将分别讨论广域网的两种组网方式，并对它们进行比较。

对于采用虚电路方式的广域网，源节点要与目的节点进行通信之前，首先必须建立一条从源节点到目的节点的虚电路（即逻辑连接），然后通过该虚电路进行数据传送，最后当数据传输结束时，释放该虚电路。在虚电路方式中，每个交换机都维持一个虚电路表，用于记录经过该交换机的所有虚电路的情况，每条虚电路占据其中的一项。在虚电路方式中，其数据报文在其报头中除了序号、校验和其他字段外，还必须包含一个虚电路号。

在虚电路方式中，当某台机器试图与另一台机器建立一条虚电路时，首先选择本机还未使用的虚电路号作为该虚电路的标识，同时在该机器的虚电路表中填上一项。由于每台机器（包括交换机）独立选择虚电路号，所以虚电路号仅仅具有局部意义，也就是说报文在通过虚电路传送的过程中，报文头中的虚电路号会发生变化。一旦源节点与目的节点建立了一条虚电路，就意味着在所有交换机的虚电路表上都登记有该条虚电路的信息。当两台建立了虚电路的机器相互通信时，可以根据数据报文中的虚电路号，通过查找交换机的虚电路表而得到它的输出线路，进而将数据传送到目的端。

当数据传输结束时，必须释放所占用的虚电路表空间，具体做法是由任一方发送一个撤除虚电路的报文，清除沿途交换机虚电路表中的相关项。

虚电路技术的主要特点是，在数据传送以前必须在源端和目的端之间建立一条虚电路。值得注意的是，虚电路的概念不同于前面电路交换技术中电路的概念。后者对应着一条实实在在的物理线路，该线路的带宽是预先分配好的，是通信双方的物理连接。而虚电路的概念是指在通信双方建立了一条逻辑连接，该连接的物理含义是指明收发双方的数据通信应按虚电路指示的路径进行。虚电路的建立并不表明通信双方拥有一条专用通路，即不能独占信道带宽，到来的数据报文在每个交换机上仍需要缓存，并在线路上进行输出排队。

虚电路方式主要有以下的特点：一是在每次分组传输前，都需要在源节点和目的节点之间建立一条逻辑连接。由于连接源节点与目的节点的物理链路已经存在，因此不需要真正建立一条物理链路。二是一次通信的所有分组都通过虚电路顺序传送，因此分组不必自带目的地址、源地址等信息。分组到达的节点时不会出现丢失、重复与乱序的现象。三是分组通过虚电路上的每个节点时，节点只需要进行差错检测，而不需要进行路由选择。四是通信子网中每个节点可以与任何节点建立多条虚电路连接。

广域网另一种组网方式是数据报方式，数据报是报文分组存储转发的一种形式。原理是：分组传输前不需要预先在源主机与目的主机之间建立“线路连接”。源主机发送的每个分组都可以独立选择一条传输路径，每个分组在通信子网中可能通过不同的传输路径到达目的主机。即：交换机不必登记每条打开的虚电路，它们只需要用一张表来指明到达所有可能的目的端交换机的输出线路。由于数据报方式中每个报文都要单独寻址，因此要求每个数据报包含完整的目的地址。

数据报方式主要有以下的特点：一是同一报文的不同分组可以经过不同的传输路径通过通信子网。二是同一报文的不同分组到达目的节点是可能出现乱序、重复与丢失现象。三是每个分组在传输过程中都必须带有目的地址与源地址。四是数据报方式的传输过程延迟大，适用于突发性通信，不适用于长报文，会话式通信。

虚电路方式与数据报方式之间的最大差别在于：虚电路方式为每一对节点之间的通信预先建立一条虚电路，后续的数据通信沿着建立好的虚电路进行，交换机不必为每个报文进行路由选择；而在数据报方式中，每一个交换机为每一个进入的报文进行一次路由选择，也就是说，每个报文的路由选择独立于其他报文。而且数据报方式不能保证分组报文的丢失，发送报文分组的顺序性和对时间的限制。

2.局域网

局域网（LAN，Local Area Network）是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组。一般是方圆几千米以内。局域网可以通过数据通信网或专用数据电路，与远方的局域网、数据库或处理中心相连接，构成一个较大范围的信息处理系统。局域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享、扫描仪共享、工作组内的日程安排、电子邮件和传真通信服务等功能。局域网严格意义上是封闭型的，它可以由办公室内几台甚至上千上万台计算机组成。决定局域网的主要技术要素为：网络拓扑、传输介质与介质访问控制方法。

局域网的类型很多，若按网络使用的传输介质分类，可分为有线网和无线网；若按网络拓扑结构分类，可分为总线形、星形、环形、树形、混合形等；若按传输介质所使用的访问控制方法分类，又可分为以太网、令牌环网、FDDI网和无线局域网等。其中，以太网是当前应用最普遍的局域网技术。局域网通常是分布在一个有限地理范围内的网络系统，一般所涉及的地理范围只有几公里。局域网专用性非常强，具有比较稳定和规范的拓扑结构。常见的局域网拓扑结构如下：

（1）星形结构

图2-1　星形结构

这种结构的网络是各工作站以星形方式连接起来的，网中的每一个节点设备都以中心节点为中心，通过连接线与中心节点相连，如果一个工作站需要传输数据，它首先必须通过中心节点。由于在这种结构的网络系统中，中心节点是控制中心，任意两个节点间的通信最多只需两步，所以传输速度快，并且网络构形简单、建网容易、便于控制和管理。但这种网络系统网络可靠性低，网络共享能力差，并且一旦中心节点出现故障则导致全网瘫痪。

（2）树形结构

树形结构网络是天然的分级结构，又被称为分级的集中式网络。其特点是网络成本低，结构比较简单。在网络中，任意两个节点之间不产生回路，每个链路都支持双向传输，并且网络中节点扩充方便、灵活，寻查链路路径比较简单。但在这种结构网络系统中，除叶节点及其相连的链路外，任何一个工作站或链路产生故障会影响整个网络系统的正常运行。

图2-2　树形结构

（3）总线形结构

图2-3　总线形结构

总线形结构网络是将各个节点设备和一根总线相连。网络中所有的节点工作站都是通过总线进行信息传输的。作为总线的通信连线可以是同轴电缆、双绞线，也可以是扁平电缆。在总线结构中，作为数据通信必经的总线的负载能量是有限度的，这是由通信媒体本身的物理性能决定的。所以，总线结构网络中工作站节点的个数是有限制的，如果工作站节点的个数超出总线负载能量，就需要延长总线的长度，并加入相当数量的附加转接部件，使总线负载达到容量要求。总线形结构网络简单、灵活，可扩充性能好。所以，进行节点设备的插入与拆卸非常方便。另外，总线结构网络可靠性高、网络节点间响应速度快、共享资源能力强、设备投入量少、成本低、安装使用方便，当某个工作站节点出现故障时，对整个网络系统影响小。因此，总线结构网络是最普遍使用的一种网络。但是由于所有的工作站通信均通过一条共用的总线，所以，实时性较差。

（4）环形结构

图2-4　环形结构

环形结构是网络中各节点通过一条首尾相连的通信链路连接起来的一个闭合环形结构网。环形结构网络的结构也比较简单，系统中各工作站地位相等。系统中通信设备和线路比较节省。在网中信息设有固定方向单向流动，两个工作站节点之间仅有一条通路，系统中无信道选择问题；某个节点的故障将导致物理瘫痪。环网中，由于环路是封闭的，所以不便于扩充，系统响应延时长，且信息传输效率相对较低。(www.zuozong.com)

3.城域网

城域网（MAN，Metropolitan Area Network）是在一个城市范围内所建立的计算机通信网，属宽带局域网。由于采用具有有源交换元件的局域网技术，网中传输时延较小，它的传输媒介主要采用光缆，传输速率在l00兆比特／秒以上。它能够满足政府机构、金融保险、大中小学校、公司企业等单位对高速率、高质量数据通信业务日益旺盛的需求，特别是快速发展起来的互联网用户群对宽带高速上网的需求。MAN的一个重要用途是用作骨干网，通过它将位于同一城市内不同地点的主机、数据库以及LAN等互相联结起来，这与WAN的作用有相似之处，但两者在实现方法与性能上有很大差别。

城域网有以下的特点：

第一，传输速率高。宽带城域网采用大容量的Packet Over SDH传输技术，为高速路由和交换提供传输保障。千兆以太网技术在宽带城域网中的广泛应用，使骨干路由器的端口能高速有效地扩展到分布层交换机上。光纤、网线到用户桌面，使数据传输速度达到100M、1000M。

第二，用户投入少，接入简单。宽带城域网用户端设备便宜而且普及，可以使用路由器、HUB甚至普通的网卡。用户只需将光纤、网线进行适当连接，并简单配置用户网卡或路由器的相关参数即可接入宽带城域网。个人用户只要在自己的电脑上安装一块以太网卡，将宽带城域网的接口插入网卡就联网了。安装过程和以前的电话一样，只不过网线代替了电话线，电脑代替了电话机。

第三，技术先进、安全。技术上为用户提供了高度安全的服务保障。宽带城域网在网络中提供了第二层的VLAN隔离，使安全性得到保障。由于VLAN的安全性，只有在用户局域网内的计算机才能互相访问，非用户局域网内的计算机都无法通过非正常途径访问用户的计算机。如果要从网外访问，则必须通过正常的路由和安全体系。因此黑客若想利用底层的漏洞进行破坏是不可能的。虚拟拨号的普通用户通过宽带接入服务器上网，经过账号和密码的验证才可以上网，用户可以非常方便地自行控制上网时间和地点。

城域网在技术上主要有光纤直连技术和多业务传送平台技术。

（1）光纤直连技术及特点

光纤直连是指以太网交换机、路由器、ATM交换机等IP城域网网络设备直接通过光纤相连。严格来说这并不是一种城域传输方案，但由于目前在IP城域网中已经采用了很多光纤直连的方案，所以我们在这里把光纤直连作为一种传输技术来介绍。

IP城域网设备的光接口以点对点方式直连，业务接入设备也通过光纤与骨干设备直接连接。光纤直连技术舍弃了传输设备，方案简单，成本低廉，但有比较明显的缺点：首先，由于没有传输层，光纤质量、性能监测和保护等无法实现。其次，光纤利用率较低，浪费严重，每两个业务接入点需要一对光纤，一个业务接点如果与其他业务接点都有业务互通，光纤数量呈阶乘增长。最后，业务端口压力大。每加入一个新节点，交换机或路由器等IP城域网设备就需增加一个接入端口。因此，这种方式只适用于节点数不是很多或节点距离比较近的局域网络等场合。

（2）多业务传送平台技术（MSTP）及特点

由于SDH／SONET已经占了传输网络非常大的份额，必然会在以数据通信为代表的IP城域网中发挥重要作用。基于技术成熟性、可靠性和总体成本等方面的综合考虑，以SDH／SONET为基础的多业务解决方案仍将在可预见的未来扮演重要的角色，这一点在城域网应用领域显得尤为突出。

SDH／SONET环路在网络性能监视、故障恢复及可靠性方面有着得天独厚的优势，非常适合时间敏感型语音业务的需求，同时满足电信级别的高性能要求。然而，SDH／SONET又是一个以复杂的集中式供应和有限的扩展性为特征的体系结构，难以处理以突发性和不平衡性为特点的IP业务。

SDH／SONET技术本身也在不断发展，SDH／SONET技术的特有优势将在近期内继续得以保持，它将继续在高低端领域以及在支持异步传输模式（ATM）、IP和以太网透明传输等方面发挥潜力。

改造后的SDH／SONET的功能模块，先由各个业务接口模块将多种业务适配映射至不同的VC，然后通过高低阶的交叉矩阵进行调配，实现支路到支路，支路到线路，线路到线路的全交叉连接。实际上，改造后的SDH／SONET设备早已突破了以往ADM的模式，支路和线路已无速率上的分别，而只是根据业务的流向来定义了。在新一代SDH／SONET的平台上还可以加装合波器、分波器、波长变换器等以支持DWDM的应用。

改造后的SDH／SONET又称作多业务传送平台（MSTP）。在这个平台上，TDM业务、ATM业务、IP业务都可以接入，并且能高效传输；更进一步，3种业务还可以进行交叉和交换。因此多业务传送平台（MSTP）的优势是非常明显的，既能够兼容目前大量应用的TDM业务，又可以满足日益增长的数据业务（IP、ATM）的要求，同时采用了目前最为成熟的SDH组网和保护技术。

MSTP技术是一种折中的方案，它较好地解决了运营商既需要传输TDM业务，又需要处理数据业务时的矛盾，它也是运营商在已有大量SDH设备安装运行的情况下，对自身网络进行演进，为用户提供新兴业务的较好选择。但是，如果在处理大量或纯粹的IP业务时，MSTP也存在着不能动态、公平分配带宽等缺陷。

（二）按通信传播方式划分

1.点对点传播方式

点对点技术（peer-to-peer，简称P2P）又称对等互联网络技术，是一种网络新技术，依赖网络中参与者的计算能力和带宽，而不是把依赖都聚集在较少的几台服务器上。P2P网络通常用于通过Ad Hoc连接来连接节点。这类网络可以用于多种用途，各种档案分享软件已经得到了广泛的使用。P2P技术也被使用在类似VoIP等实时媒体业务的数据通信中。

P2P网络的一个重要的目标就是让所有的客户端都能提供资源，包括带宽、存储空间和计算能力。因此，当有节点加入且对系统请求增多，整个系统的容量也增大。这是具有一组固定服务器的C／S结构不能实现的，这种结构中客户端的增加意味着所有用户更慢的数据传输。

P2P网络的分布特性通过在多节点上复制数据，也增加了防故障的健壮性，并且在纯P2P网络中，节点不需要依靠一个中心索引服务器来发现数据。在后一种情况下，系统也不会出现单点崩溃。

当用P2P来描述Napster网络时，对等协议被认为是重要的，但是，实际中，Napster网络取得的成就是对等节点（就像网络的末枝）联合一个中心索引来实现。这可以使它能快速并且高效的定位可用的内容。对等协议只是用一种通用的方法来实现这一点。

点对点技术有许多应用。共享包含各种格式音频、视频、数据等的文件是非常普遍的，实时数据（如IP电话通信）也可以使用P2P技术来传送。有些网络和通信渠道，像Napster，Open NAP，和IRC＠find，一方面使用了C／S结构来处理一些任务（如搜索功能），另一方面又同时使用P2P结构来处理其他任务。而有些网络，如Gnutella和Freenet，使用P2P结构来处理所有的任务，有时被认为是真正的P2P网络。尽管Gnutella也使用了目录服务器来方便节点得到其他节点的网络地址。

2.广播式传播方式

广播式传播方式指的是在网络中只有一个单一的通信信道，由这个网络中所有的主机所共享。即多个计算机连接到一条通信线路上的不同分支点上，任意一个节点所发出的报文被其他所有节点接受。在分组中有一个地址域，指明了该分组的目标接受者。一台机器收到了一个分组以后，它检查地址域。如果该分组正是发送给它的，那么它就处理该分组；如果该分组是发送给其他机器的，那么就忽略该分组。局域网基本上都是广播式网络。

广播式网络进一步可以分为静态和动态的，划分的准则是信道的分配方式。一种典型的静态分配方案是，将时间分为离散的间隔，并且使用一种轮询算法，每一台机器只有在它自己的时槽（timeslot）到达的时候才可以广播数据。如果一台机器在它所分配到的时槽中不需要发送数据，那么这种静态分配方案就浪费了信道传输容量，所以，大多数系统都采用动态分配信道。

公用信道的动态分配方法也可以分为集中式的和非集中式的。在集中式的信道分配方法中，有一个独立的实体，比如总线仲裁单元，由它来决定谁下一个发送。它的工作方式是这样的：首先接受大家的请求，然后根据某一个内部算法来作出决定。在非集中式的分配方法中不存在这样的中心实体，每台机器必须自己来决定是否传送数据。

（三）按通信媒体划分

1.有线网

有线网指的是采用同轴电缆和双绞线来连接的计算机网络。同轴电缆网是常见的一种联网方式。它比较经济，安装较为便利，传输率和抗干扰能力一般，传输距离较短。双绞线网是目前最常见的联网方式。它价格便宜，安装方便，但易受干扰，传输率较低，传输距离比同轴电缆要短。

2.无线网

无线网络，既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，也包括为近距离无线连接进行优化的红外线技术及射频技术，与有线网络的用途十分类似，最大的不同在于传输媒介的不同，利用无线电技术取代网线，可以和有线网络互为备份。