一、计算机网络的基本概念

• 一般认为，计算机网络是一个将分散的(地理位置不同的)、具有独立功能的计算机系统，通过通信设备(路由等)与线路(光纤等)连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。
• 计算机网络是一些互联的、自治的计算机系统的集合

二、网络的主要形式和分类

1. 主要形式

计算机网络的主要形式根据其覆盖范围、规模、拓扑结构和应用需求等因素，可以分为多种类型。以下是一些主要的计算机网络形式：

1.1 局域网（LAN）：
覆盖范围较小，通常局限于一个建筑物或一个校园内。
传输速度较快，延迟低，常用于办公室、学校等场所。
常见的拓扑结构包括总线型、星型、环型等。
1.2 城域网（MAN）：
覆盖范围介于局域网和广域网之间，通常覆盖一个城市或地区。
用于连接多个局域网，实现城市范围内的数据传输和资源共享。
1.3 广域网（WAN）：
覆盖范围最广，通常跨越国家、洲或全球。
主要通过公共电话网、卫星、微波等通信手段连接远程节点。
传输速度相对较慢，但可以实现全球范围内的数据通信。
1.4 个人区域网（PAN）：
覆盖范围最小，通常只限于个人设备之间的连接，如手机、电脑、智能手表等。
主要通过蓝牙、红外线等无线通信技术实现设备间的数据传输和资源共享。
1.5 虚拟专用网络（VPN）：
不是一种物理网络，而是利用公共网络（如互联网）建立的安全连接。
通过加密和认证技术，确保数据传输的机密性、完整性和真实性。
常用于远程办公、远程访问内部资源等场景。
1.6 校园网：
通常指学校内部的计算机网络，包括教学楼、图书馆、宿舍等场所的网络连接。
提供高速、稳定的网络服务，支持教学、科研、管理等多种应用。
1.7 企业网：
类似于校园网，但主要用于企业内部的数据传输和资源共享。
通常包括内部网络、外部网络和互联网接入等功能。
1.8 物联网（IoT）：
是一种将各种智能设备、传感器、控制器等通过互联网连接起来的网络。
实现了物理世界与数字世界的深度融合，为智能家居、智慧城市等应用提供了基础。

这些网络形式并不是孤立的，它们可以相互结合、嵌套使用，以满足不同应用场景的需求。例如，一个大型企业可能同时拥有局域网、广域网和虚拟专用网络等多种网络形式，以实现内部通信、远程办公和数据安全等多种功能。

2. 分类

2.1 按传输技术分类

广播式网络。所有联网计算机都共享一个公共通信信道。当一台计算机利用共享通信信道发送报文分组时，所有其他计算机都会收听到这个分组。接受到该分组的计算机将通过检查目的地之来决定是否接受该分组。

点对点网络。每条物理线路连接一对计算机。

2.2 按拓扑结构分类

网络拓扑结构是指网络总的结点（路由器、主机等）于通信线路（网线）之间的几何关系（如总线形、环形）表示的网路结构，主要指通信子网的拓扑结构。

分为七类：点对点（P2P）、总线、环形、星形、树形、网状、混合

图1 网络拓扑类型

2.2.1 点对点拓扑

点对点拓扑是所有网络拓扑中最简单的，这种拓扑中的网络由两台计算机点对点直接连接。

优点：

• 连接更快、更可靠，因为是直接连接。
• 不需要网络操作系统。
• 不需要昂贵的服务器，因为使用单个工作站就可以访问文件。
• 不需要任何专门的网络技术人员，因为每个用户都设置了自己的权限。

缺点：

• 只适用于计算机距离很近的小区域，这是最大的缺点。
• 不能集中备份文件和文件夹。
• 除了权限之外，没有任何安全性。

2.2.2 总线拓扑

总线拓扑使用一根电缆连接所有的节点，主缆充当整个网络的主干，网络中的一台计算机充当计算机服务器，当它有两个端点时，称为线性总线拓扑。

优点：

• 电缆的成本非常低，因此被广泛用于构建小型网络。
• 既便宜又易于安装。
• 广泛适用于规模较小、简单或临时的网络。

注：总线上的计算机只监听正在发送的数据，而不负责将数据从一台计算机移动到另一台计算机。

缺点：

• 链路上一台设备发生故障，则整个系统将崩溃。
• 当网络流量很大时，很容易在网络中产生冲突。
• 当网络流量较大或节点过多时，网络的性能会显著降低。
• 电缆的长度总是有限的，所以不利于扩展。

2.2.3 环形拓扑

在这种拓扑中，每台设备正好有两台相邻设备用于通信，之所以被称为环形拓扑，因为它的形成类似于环。

在此拓扑中，每台计算机都连接到另一台计算机，都是最后一个节点与第一个节点组合在一起。

此拓扑使用令牌将信息从一台计算机传递到另一台计算机，所有消息都以相同的方向通过环。

优点：

• 易于安装和重新配置。
• 添加或删除环内设备拓扑只需要移动两个连接。
• 所有计算机都是平等访问的。
• 更快的错误检查和确认。

缺点：

• 单向流量。
• 单环中断可能会导致整个网络中断。
• 在环中，拓扑信号一直在循环，这会产生不必要的功耗。
• 故障排除非常困难。
• 添加或删除计算机可能会干扰网络活动。

2.2.4 星形拓扑

在星型拓扑中，所有计算机都在集线器的帮助下连接，中心的机器被称为中心节点，所有其他节点都使用此中心节点连接，它在局域网上最受欢迎，因为它们既便宜又易于安装。

优点：

• 易于故障排除、设置和修改。
• 某些节点即使发生故障，其他节点仍可正常工作。
• 性能快，节点少，网络流量极低。
• 添加、删除和移动设备很容易。

缺点：

• 集线器或集中器出现故障，连接的节点将被禁用。
• 安装星型拓扑的成本很高。
• 繁忙的网络流量有时会显著降低总线速度。
• 性能取决于集线器的容量。
• 电缆损坏或端接不正确可能会导致网络瘫痪。

2.2.5 树状拓扑

树形拓扑有一个根节点，所有其他节点都连接在一起，形成一个层次结构，因此，它也称为分层拓扑。

此拓扑将各种星形拓扑集成到一条总线中，因此称为星形总线拓扑。

树型拓扑是一种非常常见的网络，类似于总线和星型拓扑。

优点：

• 一个节点的故障永远不会影响网络的其余部分。
• 节点扩展既快捷又简单。
• 很容易错误检测。
• 易于管理和维护。

缺点：

• 布线密集扑。
• 如果添加更多的节点，则其维护困难。
• 如果集线器或集中器出现故障，连接的节点也会被禁用。

2.2.6 网状拓扑

在网状拓扑中，网络上的每台计算机相互连接，所有设备之间建立点对点连接，提供高级别的冗余，因此即使一条链路出现故障，数据也可以通过另一条路径到达目的地。

部分网状拓扑：

在这种类型的拓扑中，大多数设备的连接方式几乎与完全拓扑相似,唯一的区别是，很少有设备只连接两到三个设备。

全网状拓扑：

在此拓扑中，每个节点或设备都直接相互连接。

优点：

• 可以在不中断当前用户的情况下扩展网络。
• 由于节点有专用链路，因此没有流量问题。
• 专用链路可帮助您消除流量问题。
• 网状拓扑是健壮的。
• 它有多条链路，因此如果任何一条路由被阻塞，还可以使用其他路由进行数据通信。
• P2P链路使得故障识别和隔离过程变得容易。
• 通过将所有系统连接到一个中心节点来帮助您避免网络故障。
• 每个系统都有其私密性和安全性。

缺点：

• 安装很复杂，因为每个节点都连接到每个节点。
• 由于使用了更多的电缆，所以价格昂贵。
• 复杂的实现。
• 它需要更多空间用于专用链路。
• 由于布线的数量和输入输出的数量，它的实施成本很高。
• 需要很大的空间来铺设电缆。

2.2.7 混合拓扑

混合拓扑组合了两个或多个拓扑，该网络不能以一个标准拓扑来衡量。

例如，在一个部门的办公室中，使用的是星型拓扑和P2P拓扑，当两个不同的基本网络拓扑连接时，就会产生混合拓扑。

优点：

• 提供最简单的错误检测和故障排除方法。
• 高效灵活的网络拓扑。
• 可扩展的。

缺点：

• 混合拓扑结构的设计比较复杂。
• 成本最高