HCLA——3
学习目标：
1.计算机网络是什么
2.计算机网络的分类
2.1局域网（LAN）
2.2城域网（MAN）
2.3广域网（WAN）
3.拓扑结构
3.1环状拓扑结构
3.2星型拓扑结构
3.3总线拓扑结构
3.4、树型网络拓扑结构
3.5混合拓扑结构——两种或两种以上的网络拓扑结构
3.6分布式结构
3.7树型结构
3.8网状拓扑结构
3.9蜂窝拓扑结构
学习内容：
前言
1.计算机网络是什么
所谓计算机网络，是指借助通信线路（网线、路由器等）将两台甚至更多台计算机和其它硬件设备（例如打印机、扫描仪）之间建立起连接，位于网络内部的计算机，可以实现相互通信，相互传递数据和指令，还可以共享系统内部的硬件和软件资源。
根据不同的划分标准，可以将不同的计算机网络进行分类。这里，我们以计算机网络分布范围的大小作为划分标准，将计算机网络细分为局域网、城域网以及广域网。
网络拓扑基本概念
在设计网络拓扑结构时，我们经常会遇到如“节点”、“结点”、“链路”和“通路”这四个术语。它们到底各自代表什么，它们之间又有什么关系呢？
（1） 节点
一个“节点”其实就是一个网络端口。节点又分为“转节点”和“访问节点”两类。“转节点”的作用是支持网络的连接，它通过通信线路转接和传递信息，如交换机、网关、路由器、防火墙设备的各个网络端口等；而“访问节点”是信息交换的源点和目标点，通常是用户计算机上的网卡接口。如我们在设计一个网络系统时，通常所说的共有××个节点，其实就是在网络中有多个要配置IP地址的网络端口。
（2）结点
一个“结点”是指一台网络设备，因为它们通常连接了多个“节点”，所以称之为“结点”。在计算机网络中的结点又分为链路结点和路由结点，它们就分别对应的是网络中的交换机和路由器。从网络中的结点数多少就可以大概知道你的计算机网络规模和基本结构了。
（3）链路
“链路”是两个节点间的线路。链路分物理链路和逻辑链路（或称数据链路）两种，前者是指实际存在的通信线路，由设备网络端口和传输介质连接实现；后者是指在逻辑上起作用的网络通路，由计算机网络体系结构中的数据链路层标准和协议来实现。如果链路层协议没有起作用，数据链路也就无法建立起来。
（4）通路
“通路”从发出信息的节点到接收信息的节点之间的一串节点和链路的组合。也就是说，它是一系列穿越通信网络而建立起来的节点到节点的链路串连。它与“链路”的区别主要在于一条“通路”中可能包括多条“链路”。
2.计算机网络的分类
按照网络的作用范围：广域网（WAN）、城域网（MAN）、局域网（LAN）；
按照网络使用者：公用网络、专用网络。
2.1局域网（LAN）
顾名思义，局域网就是分布在较小的地理范围内的计算机网络，例如办公室、公司、学校等。
局域网可以是有线网络或者无线网络，也可以由有线和无线搭配组建而成。局域网中各硬件设备之间通常使用网线进行连接，每根网线都提供有一个接口，可用来连接多种硬件设备，如路由器、交换机、计算机等。例如，我们只需要使用 1 个路由器、少量网线以及几台计算机（电脑、手机等），就可以在家里、办公室等地方组建一个局域网。
2.2城域网（MAN）
城域网通过高速载波或者某些传输介质（如铜线、光纤等）提供高速通信，其覆盖区域介于局域网和广域网之间，可达 5~50 公里。因此，城域网是一种可分布在更大的地理区域（如城镇，都市）中的高速网络。
仅从地理范围上看，城域网覆盖的区域更广，可连接的计算机数量更多，可以看做是局域网的升级版。更重要的是，一个城域网中可以连接该区域内不同位置的所有局域网（如图 4 所示），同时它还提供了将局域网连接到广域网和互联网的通道。
2.3广域网（WAN）
相比局域网和城域网，广域网主要由电话线、光纤或者卫星链路组建而成，因此它可以覆盖更大的地理区域，而不仅仅局限于办公室、学校、城镇或者都市。
3.拓扑结构
3.1环状拓扑结构
此结构中，所有计算机都是平等的，不存在“客户端-服务器端”的关系。同时，数据的传输只能沿特定的方向从一台计算机传递到另一台计算机，整个传输过程中，沿途计算机都会对数据所到目的地的有效性进行检查，直到其到达目的地。
注意，一旦任意一台计算机无法传输数据，整个局域网中的通信都会被中断。环形结构各结点通过通信线路组成闭合回路，环中数据只能单向传输，信息在每台设备上的延时时间是固定的，特别适合实时控制的局域网系统。环形结构就如一串珍珠项链,环形结构上的每台计算机就是项链上的一个个珠子.
环型结构具有如下特点：信息流在网中是沿着固定方向流动的，两个节点仅有一条道路，故简化了路径选择的控制；环路上各节点都是自举控制，故控制软件简单；由于信息源在环路中是串行地穿过各个节点，当环中节点过多时，势必影响信息传输速率，使网络的响应时间延长；环路是封闭的，不便于扩充；可靠性低，一个节点故障，将会造成全网瘫痪；维护难，对分支节点故障定位较难。
环状拓扑的优缺点是：优点是由于每个节点都同时与两个方向的各一个节点相连接，此路不通彼路通，因此环状拓扑具有天然的容错性。缺点是由于存在来自两个方向的数据流，因此必须对这两个方向加以区分，或者进行限制，以避免无法区分的冗余数据流对正常通信的干扰。管理和维护比较复杂。
3.2星型拓扑结构
在这种结构中，所有计算机都会分别连接到同一个设备（可以是服务器、集线器、路由器、交换机等）上，如图 2 所示。
这里，我们将位于中心点的设备称为中央连接点。
显然在此结构中，各计算机之间的通信数据都会经过中央连接点。
相比其它拓扑结构，星型拓扑结构的优势至少有以下 2 点：
如果某一条线路无法正常工作，则只有与其相连的计算机受到影响，其它计算机照样可以正常工作；
向该结构的局域网中新加入计算机，是一件非常容易的事情。
该拓扑结构的缺点也是明显，一旦中央连接点出现故障，整个局域网中的通信都会中断。星型拓扑结构相对简单，便于管理，建网容易，是目前局域网普采用的一种拓扑结构。采用星型拓扑结构的局域网，一般使用双绞线或光纤作为传输介质，符合综合布线标准，能够满足多种宽带需求。
尽管物理星型拓扑的实施费用高于物理总线拓扑，然而星型拓扑的优势却使其物超所值。每台设备通过各自的线缆连接到中心设备，因此某根电缆出现问题时只会影响到那一台设备，而网络的其他组件依然可正常运行。这个优点极其重要，这也正是所有新设计的以太网都采用的物理星型拓扑的原因所在。
星形拓扑结构的主要优点有：
1.结构简单，容易管理维护；
2.重新配置灵活；
3.方便故障检测与隔离；
4.控制简单，便于建网；
5.网络延迟时间较小，传输误差较低；
星形拓扑结构的主要缺点有：
1.成本高、可靠性较低；
3.3总线拓扑结构
各个计算机借助接口连接器连接到同一条通信线路上，即所有计算机共用一条数据传输线路，如图 3 所示。
相比其它拓扑结构，总线拓扑结构布局简单，因为该结构仅使用 1 条总线来建立通信网络。使用此拓扑结构的局域网中，数据会沿两个方向传输到所有计算机中，直到找到目标计算机。
总的来说，相比城域网和广域网，局域网有以下几大优势：
组装成本低、易于安装和维护；
相比城域网和广域网，局域网具有更高的传输速率；
局域网更安全，因为它的使用范围小，更容易维护；完全能满足特定场景（如办公室、公司、学校）的需要。
(1)总线型拓扑结构的网络特点：// 简单，排除故障难
结构简单，可扩充性好；
当需要增加节点时，只需要在总线上增加一个分支接口便可与分支节点相连，当总线负载不允许时还可以扩充总线；
使用的电缆少，且安装容易；
使用的设备相对简单，可靠性高；
维护难，分支节点故障查找难。
【特点】：
- 总线型拓扑结构只具备一定程度的负载能力，导致总线长度有限，一条总线上连接的节点数量因此也是有限的；
- 总线型结构简单灵活，成本较低，非常易于扩充，增减节点相对比较容易；
- 可靠性高，传输速率快；
- 多个节点共用一条总线，信道利用率高。
(2)总线型拓扑结构的结构特点：
组网费用低：从示意图可以这样的结构根本不需要另外的互联设备，是直接通过一条总线进行连接，所以组网费用较低；
这种网络因为各节点是共用总线带宽的，所以在传输速度上会随着接入网络的用户的增多而下降；
网络用户扩展较灵活：需要扩展用户时只需要添加一个接线器即可，但所能连接的用户数量有限；
维护较容易：单个节点失效不影响整个网络的正常通信。但是如果总线一断，则整个网络或者相应主干网段就断了。
这种网络拓扑结构的缺点是一次仅能一个端用户发送数据，其它端用户必须等待到获得发送权。
3.4、树型网络拓扑结构
树型拓扑结构是一种层次结构，结点按层次连结，信息交换主要在上下结点之间进行，相邻结点或同层结点之间一般不进行数据交换。树型拓扑结构是就是数据结构中的树。树型拓扑结构图如下:
1）树形拓扑结构的网络特点：
网络结构简单，便于管理；
控制简单，建网容易；
网络延迟时间较短，误码率较低；
网络共享能力较差；
通信线路利用率不高；
中央结点负荷太重。
（2）树型拓扑结构的结构特点：
易于扩充。树形结构可以延伸出很多分支和子分支，这些新节点和新分支都能容易地加入网内。
故障隔离较容易。如果某一分支的节点或线路发生故障，很容易将故障分支与整个系统隔离开来。
各个节点对根节点的依赖性太大。如果根发生故障，则全网不能正常工作。
3.5混合拓扑结构——两种或两种以上的网络拓扑结构。
混合拓扑结构
混合拓扑结构是由星型结构 或环型结构和总线型结构 结合在一起的网络结构，这样的拓扑结构更能满足较大网络的拓展，解决星型网络在传输距离上的局限，而同时又解决了总线型网络在连接上的限制。
混合拓扑的优点：应用相当广泛，它解决了星型和总线型拓扑结构的不足，满足了大公司组网的实际需求。扩展相当灵活。速度较快：因为其骨干网采用高速的同轴电缆或光缆，所以整个网络在速度上应不受太多的限制。缺点是：由于仍采用广播式的方式，所以在总线长度和节点数量上也会受到限制。同样具有结构的网络速率会随着用户的增多而下降的弱点。较难维护，这主要受到总线型的制约，如果总线断，则整个网络也就瘫痪了。
3.6分布式结构
分布式结构的网络是将分布在不同地点的计算机通过线路互连起来的一种网络形式，分布式结构的网络具有如下特点：由于采用分散控制，即使整个网络中的某个局部出现故障，也不会影响全网的操作，因而具有很高的可靠性；网中的选择算法，故网上延迟时间少，传输速率高，但控制复杂；各个节点间均可以直接建立，信息流程最短；便于全网范围内的资源共享。缺点为连接线路用电缆长，造价高；选择、流向控制复杂；在一般局域网中不采用这种结构。
分布式结构网络具有如下优点:
(1)由于采用分散控制，即使整个网络中的某个局部出现故障，也不会影响全网的操作，因而具有很高的可靠性。
(2)网中的路径选择最短路径算法，故网上延迟时间少，传输速率高，但控制复杂。
(3)各个节点间均可以直接建立数据链路，信息流程最短。
(4)便于全网范围内的资源共享。
分布式网络的结构具有如下缺点:
(1)连接线路所用电缆长，造价高。
(2)网络管理软件复杂。
(3)报文分组交换、路径选择、流向控制复杂。
鉴于分布式网络的结构特点，一般局域网中并不采用这种结构，一般应用于物理距离较远的公司或者单位位于不同地点之间的联网。
3.7树型结构
树型结构是分级的集中控制式，与星型相比，它的通信线路总短，成本较低，节点易于扩充，寻找比较方便，但除了叶节点及其相连的线路外，任一节点或其相连的线路故障都会使系统受到影响。
树状拓扑的优点是：易于扩展；易于 隔离故障。
3.8网状拓扑结构
网状网络拓扑
在网状拓扑结构中，网络的每台设备之间均有点到点的链路连接，这种连接不经济，只有每个站点都要频繁发送信息时才使用这种方法。它的安装也复杂，但系统可靠性高，容错能力强。有时也称为分布式结构。
3.9蜂窝拓扑结构
蜂窝拓扑结构是无线局域网中常用的结构。它以无线传输介质（微波、卫星、红外等）点到点和多点传输为特征，是一种无线网，适用于城市网、校园网、企业网。在计算机网络中还有其他类型的拓扑结构，如总线型与星型混合。总线型与环型混合连接的网络。在局域网中，使用最多的是总线型和星型结构
混合型网络拓扑结构的结构特点如下：
（1）应用广泛
这主要是因它解决了星型和总线型拓扑结构的不足，满足了大公司组网的实际需求。目前在一些智能化的信息大厦中的应用非常普遍。在一幢大厦中，各楼层间采用光纤作为总线传输介质，一方面可以保证网络传输距离，另一方面，光纤的传输性能要远好于同轴电缆， 所以，在传输性能上也给予了充分保证。当然投资成本会有较大增加，在一些较小建筑物中 也可以采用同轴电缆作为总线传输介质。各楼层内部仍普遍采用使用双绞线星型以太网。
（2）扩展灵活
这主要是继承了星型拓扑结构的优点。但由于仍采用广播式的消息传送方式，所以在总 线长度和节点数量上也会受到限制，不过在局域网中的影响并不是很大。
（3）性能差
因为其骨干网段(总线段)采用总线网络连接方式，所以各楼层和各建筑物之间的网络互联性能较差，仍局限于最高16Mbps的速率。另外，这种结构网络具有总线型网络结构的弱点，网络速率会随着用户的增多而下降。当然在采用光纤作为传输介质的混合型网络中，这些影响还是比较小的。
（4）较难维护
这主要受到总线型网络拓扑结构的制约，如果总线断，则整个网络也就瘫痪了，但是如果是分支网段出了故障，则不影响整个网络的正常运作。再一个就是整个网络非常复杂，维护起来不容易。
学习产出：
- CSDN 技术博客 1篇（留下评论）