1.1_4 計算機網絡的分類

在這個視頻中我們會探討計算機網絡的分類,從不同的角度可以對計算機網絡進行不同的分類,我們會從分布范圍、傳輸技術、拓撲結構、使用者和傳輸介質這樣的幾個維度進行討論,在這門課當中需要注意的是標紅色的幾個分類,其他的類別簡單的了解即可,標紅的這些概念會在這節課的后續章節當中涉及到,也會進行更進一步的探討。

首先按照分布范圍來看計算機網絡可以分為廣域網,城域網、局域網和個域網這樣的四類,對這幾個英文縮寫需要有一些印象,分別是WAN、MAN、?LAN和PAN,四者的區別在于覆蓋的范圍各不相同,廣域網通常來說是跨省、跨國、甚至是跨大洲的,覆蓋范圍是幾十甚至幾千公里,而城域網覆蓋范圍一般來說是一個或者幾個相鄰的城市,范圍大概就是幾千米到幾十千米,局域網是我們最熟悉的東西,比如說一個學校的校園網可能就是由若干個局域網組成,企業的內網也有可能是一個局域網,以及很多工作單位或者一個家庭內部也會是一個局域網,覆蓋范圍就是幾十米到幾千米。值得一提的是現如今的局域網幾乎都是使用以太網技術去實現節點之間通信的,所以現在當人們提到以太網的時候幾乎就變成了局域網的代名詞,大家可以去淘寶或者京東嘗試搜索交換機,交換機可以用于連接局域網內部的各個節點,事實上我們民間所謂的交換機它的全稱應該是以太網交換機,大家可以自己去網絡上搜一下。現在我們知道了因為局域網實現通信的技術叫做以太網技術,所以局域網內部使用的交換機也稱為以太網交換機,與此同時現在的城域網通常也是采用以太網技術去實現城域網之間的這些節點通信的,所以在計算機網絡這門課當中我們不會單獨的去討論城域網的通信原理。因為城域網的通信原理和局域網是類似的,所以現在在有的地方也會把城域網歸類為局域網的探討范疇。相比之下廣域網因為它的節點之間距離是比較遠的,所以廣域網的通信技術和局域網會有一些區別,具體的會留到這門課的后續章節進行探討,在這門課當中我們會重點探討局域網和廣域網的這個通信技術以及通信協議等等。

不知道大家有沒有觀察過自己家的路由器,之前我們說過家用路由器應該把它看作是路由器和交換機兩個功能的結合,交換機的全稱應該是以太網交換機,我們家里的這些設備邏輯上是連接了這臺以太網交換機,從而組成了一個家庭內部的局域網,大家可以看一下自己家的路由器背面有沒有這樣的幾個接口,藍色的這個接口叫做WAN,就是廣域網,而黃色的LAN1、LAN2、LAN3、LAN4指的就是局域網當中的第一臺設備、第二臺設備、第三臺設備、第四臺設備,像你家的電視、電腦
這些東西連接你家路由器的時候就得接這種黃色的LAN口,而藍色的這根WAN口應該連接網絡運營商,從外面拉到你家的那條網線,也就是說你家的這個路由器通過WAN口和廣域網實現了連接。通過這個例子我們可以感受到局域網是通過路由器去接入廣域網的,以后你看到路由器背面的這兩個縮寫,自然的就應該知道它們對應的是什么意思,這是局域網和廣域網。最后還有一個個域網,現在的個域網通常來說是通過無線技術把個人設備連接起來而形成的網絡,比如說藍牙還有
Zigbee,都是在個域網當中比較流行的無線技術。有興趣的同學可以去小米或者華為的官網,看一下他們的智能家居設備,你會發現這樣的一個東西叫做智能網關,如果你們家想要使用智能門鎖、智能開關還有溫度計這些智能家居的話,需要在你家里安裝一個網關,這個網關就屬于個域網的主設備,而門鎖、開關,還有什么溫度計這些東西就是個域網當中的從設備。

我從小米的官網找到了這樣的一張圖,它們的智能網關支持的是藍牙、Zigbee這些類型的設備,藍牙和Zigbee都是無線通信的技術,這一類無線通信技術相比于Wi-Fi而言會更省電,只有足夠省電、足夠低功耗才可以保證你們家的這些煙霧探測器,還有溫度計這些東西它可以長時間不換電池不充電的去工作,這些智能家居設備通常來說,需要和智能網關進行直接的通信組成一個個域網,
而這個智能網關還需要用一根網線和你們家的路由器進行連接,這樣的話這個個域網內部的這些節點,就通過家用路由器最終連接到了整個互聯網上,你就可以用你的手機去遠程的操控這些智能家居設備,那這是個域網的一個典型例子,由于現在個域網通常都使用無線技術去把這些設備連接起來,所以很多地方也把個域網直接的稱為無線個域網(WPAN),這兒的W指的就是wireless,無限的意思。關于個域網的通信技術在考研當中我們不做深入的探討,對這個概念能有印象即可,這是對計算機網絡進行分類的第一個維度,按照分布范圍去分分成了這樣的四類網絡,接下來按照傳輸技術去分類,可以分為廣播式網絡和點對點的網絡。

我們知道計算機網絡當中有很多節點相互之間是互聯互通的,在一個廣播式網絡當中,如果一臺計算機要對另一臺計算機發送數據,那么它發送的這個數據分組會無差別的發給所有在這個網絡當中的其他節點,其他節點通過檢查分組的目的地址來確定這個數據分組是不是發給自己的,如果是發給自己的就把它接收,如果不是就把它丟棄,就有點類似于你在群里艾特某人聊天,整個群里所有的人都能看到你的消息,但是只有被你艾特的那個人他才會接收你的消息,這是廣播式的網絡,另一種叫做點對點的網絡,在這種網絡當中一個節點給另一個節點發送的數據,只會點對點的直接送給對方而不會廣播,就有點類似于你一對一跟別人聊天私信,主打一個精準送達,像很多無線網絡都是廣播式的。你想一下你家的Wi-Fi肯定連接了很多設備,連接了你的手機、連接了你家人的手機,你家的Wi-Fi它在發送數據給你的手機的時候,肯定是廣播式發送的,他給你的手機發送的這個數據信號會被你的手機接收,也會被其他人的手機接收,但是只有你的手機檢查之后發現是發給自己的,那么你的手機會接收這個數據而其他的設備就不會接收這個數據,這是廣播式網絡的一個例子。相比之下路由器去轉發數據分組,這個就屬于點對點的傳輸,A路由器可能和B、C、D幾個路由器都有相連,但是他想要發給D的數據分組只會點對點的發給D而不會發給B和C,這是對計算機網絡分類的第二個維度,按照傳輸技術去分。

接下來按照拓撲結構對計算機網絡進行分類,首先第一種叫做總線型的結構,在這種結構的網絡當中,數據通常是廣播式傳輸的。比如說現在A要給C發一個數據分組,那么A給C發送的這個數據分組被打到總線上之后,它并不會點對點的傳輸給C,除了C之外B、D、E都會收到這個數據分組,它具有廣播式的特性,這種廣播式的傳輸又帶來了總線征用的問題。比如說現在A正在給C發數據,那么整個傳輸線路上都充斥著A給C發的這些數據,此時如果B想要發送數據,由于這個總線上有其他的臟數據,因此B發送的數據會和A發送的數據沖突,導致數據錯誤。這就是總線征用的問題,典型的代表就是用集線器連接的設備,一臺集線器可以連接多臺設備,從物理上來看這個網絡它的結構似乎是星形的,但是基于集線器的原理,如果A要給C發送數據的話,那么A給C發的數據會被廣播傳輸給其他所有節點,所以從邏輯上來看,通過集線器構建的網絡應該是屬于總線型的網
絡。數據是以廣播式的方式進行傳輸,以及會存在總線征用的問題。大家可以體會一下,從物理
上看和邏輯上看,它的這個拓撲結構是不一樣的。

接下來計算機網絡的第二種拓撲結構叫做環形結構,和總線型結構類似,如果A要給C發送數據,那么它的數據并不會點對點的發給C而是會充斥整個總線,以及會被所有的設備所收到,所以這種網絡當中數據依然是以廣播式的方式去傳輸的,一個最典型的代表就是流行在2000年以前的一種局域網技術叫做令牌環網,這種網絡就是環形結構。它和總線型結構的網絡相比引入了一種叫做數字令牌的技術,整個環形網絡當中只有一個數字令牌,英文叫Token,只有當前持有令牌的設備可以去發送數據。比如此時設備A持有令牌,那么就只有它能夠往總線上發送數據,這個令牌會順著環形網絡逐一的傳遞,就有點像擊鼓傳花一樣,A使用完令牌之后會把這個令牌傳送給B,B持有令牌之后他就可以去發送自己的數據,由于同一時間段只有一臺設備可以持有令牌,所以用這種方式就解決了總線征用的問題,關于令牌環網我們還會在后續章節當中進行進一步的探討。

接下來還有兩種拓撲結構,左邊這種叫做星形結構,一個中央設備連接多臺計算機,這種星型結構的計算機網絡可以由中央設備實現數據的點對點傳輸。比如此時A要給C發送一個數據,那么這個中央設備會檢查這個數據的目的地址,中間設備只會把數據轉發給目的地址所對應的那個設備,所以這樣就完成了點對點的傳輸。由于這些計算機和中央設備之間都有單獨的一條鏈路,所以就不存在總線征用的問題,最典型的例子就是以太網交換機,交換機連接的這些設備,從物理上看是星型結構,從邏輯上看它也是星型結構。最后一種拓撲結構叫做網狀結構,最典型的代表就是由眾多路由器構建的廣域網,路由器之間的連接通常就是網狀結構,在這種網絡當中,數據也是點到點傳輸而不是廣播式傳輸,數據通信會采用分組交換技術,這是按照拓撲結構對計算機網絡的分類,分為總線型、環形、星形和網狀結構。其中最后這種拓撲結構常見于廣域網,而前面的三種拓撲結構常見于局域網。

接下來按照使用者分類,計算機網絡可以分為公用網和專用網。公用網就是向公眾開放的網絡,而專用網就是供某個組織內部使用的網絡。比如說政府的內網、軍隊的內網、電力系統、銀行系統的內網,這些都屬于專用網,簡言之,公用網就是給錢你就能上,專用網是給錢也不行,這是按照使用者進行分類。

最后按照傳輸介質,可以把計算機網絡分為有線網絡和無線網絡這樣的兩類,這個沒什么好說的。

在這個小節當中我們介紹了計算機網絡的分類,按照分布范圍可以把計算機網絡分為廣域網、城域網、局域網和個域網,其中城域網和局域網現在幾乎都是采用以太網技術去實現數據通信的,而廣域網由于需要滿足節點之間的遠距離通信,所以廣域網當中的通信技術和局域網會有一些區別。這四種類型的網絡覆蓋范圍分別是從大到小。接下來按照傳輸技術不同,可以分為廣播式網絡和點對點的網絡,在廣播式網絡當中,一個節點如果收到數據分組之后,需要根據其中的目的地址判斷是否是發給自己的,如果不是就把這個數據分組丟掉,相比之下在點對點網絡當中如果一個節點收到了一個數據分組,那么這個數據分組肯定是要發給他的,不會是要發給別人的,在這種網絡當中數據都是精準投遞。接下來按照拓撲結構分類可以分為總線型、環形、星形和網狀型,當我們在討論網絡的拓撲結構的時候,我們可能會關注物理上的拓撲結構和邏輯上的拓撲結構,這二者是有區別的。在這個視頻當中我們主要探討的是邏輯上的拓撲結構,如果邏輯上呈現總線型的拓撲結構,那么就會存在總線征用的問題,在環形網絡當中會通過數字令牌去解決總線征用的問題。在新型網絡當中就不存在總線征用的問題。拓撲結構最復雜的應該是網狀的網絡,網狀的計算機網絡常見于廣域網當中,在網狀的計算機網絡當中,數據傳輸的線路是很靈活的,并且如果網絡當中某一些中間節點損壞了,那么其他節點其實也可以去完成數據傳輸的功能。所以它的可靠性也比較高,但是靈活度高可靠性高也帶來了控制復雜和線路成本高的問題。這是按照拓撲結構分為這樣的幾類網絡,前三種拓撲結構就常見于局域網。最后按照使用者分為公用網和專用網,按照傳輸介質分為有線網絡和無線網絡,這些簡單的了解一下就行。以上就是這個視頻的全部內容。

最后給大家分享一個和考試無關的小故事。關于局域網技術的發展,在上世紀八十年代的時候,比較流行的技術叫做令牌環網技術,還有一種叫做以太網技術,這兩種通信技術都可以實現局域網內部的設備連接,在八十年代的時候令牌環網技術是更流行的,當時以太網技術當中最重要的一個連
接設備叫做集線器,之前我們說集線器它在邏輯上其實是屬于總線型結構,它最大的問題就是總線征用,所有的設備都會爭著搶著使用這個總線。相比之下當時的這個令牌環網技術由IBM公司研發,它就是通過令牌的機制解決了總線征用的問題,所以如果一個局域網內設備比較多的話,那么令牌環網技術的效率,是要比當時的以太網技術更優秀的。轉機出現在上世紀的九十年代,當時有人發明了以太網交換機,有了以太網交換機之后,局域網內的設備就徹底解決了總線征用的問題,在令牌環網當中,只有持有令牌的設備才可以去發送數據,但是在使用了以太網交換機之后,各臺設備它們都可以同時發送數據,只不過他們發的數據會被交換機進行處理,交換機會決定它收到的每一個數據應該轉發到哪一個節點,所以從這個時間點之后,以太網技術開始呈現出比令牌環網技術更優秀的性能,逐漸的在局域網領域取得了統治地位。從兩千年以后令牌環網技術就逐步退出了舞臺,現在我們接觸到的局域網幾乎都是采用以太網技術去實現通信的,這是一段有趣的小歷
史跟大家分享。

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