1.3　局域网、城域网、广域网和互联网

在前面的叙述中，互联网（Internet）这个术语一直在充当网络（Network）一词的替换表达。实际上，在前述的内容中，用“互联网”和“网络”这两个术语相互替换来介绍网络对于各个领域所带来的影响，这样做是完全合理的。因为在从最近十几年到未来可预见的几年时间里，对大多数人、大多数领域带来最重大影响的网络非互联网莫属。同时，随着网络融合程度的加深，互联网这个词的外沿也会不断扩充，它所指代的范畴中还会包括越来越多的网络和连接方式。

然而，对于很多读者来说，如果还能回忆起幼儿园和小学时期的计算机机房，抑或是20世纪烟雾缭绕的网吧，就会发现“网络”与“互联网”其实是两个无法相互取代的术语。在许多语境中，互联网只是网络这个概念的一个子集。

按照规模，网络可以粗略地划分为以下4类：

·局域网（Local Area Network，LAN）；

·城域网（Metropolitan Area Network，MAN）；

·广域网（Wide Area Network，WAN）；

·互联网（Internet）。

虽然这种分类方式比较粗糙，但从1.4节开始的绝大多数内容中，“互联网”一词都不再适合作为网络的代名词出现，因此理解这种分类方式，及这几类网络的概念会对读者学习后面的知识产生重要影响。有鉴于此，本节将对局域网、广域网和互联网的概念进行简要的介绍。

注释：

在一些根据网络规模所做的分类中，还会出现个域网（Personal Area Network，PAN）这一概念。鉴于个域网的分类所涉及的概念（如蓝牙技术等）与本系列教材无关，因此这里不做介绍。

1.3.1　局域网

当一个单位需要将位于某个范围有限、行政可控的区域内的大量联网设备通过一种高速的方式相互连接起来，就需要通过组建一个局域网让这些设备实现相互通信。这类范围有限、行政可控的区域可以是一所高校、一间办公楼、一个餐厅，或者是一个家庭。而高速的方式既可以是有线的，也可以是无线的，当然也可以是有线和无线混合的。

在早期，连接这些联网设备可以采用一些不同的方式（也称为物理拓扑），如：

·全网状连接；

·总线型连接；

·环状连接。

然而，随着时代的发展，上述三种连接方式目前已经逐渐淡出了历史舞台。下面我们结合这些连接方式的缺陷，分别对这些拓扑进行简要的介绍。

1.全网状连接

全网状连接缺陷最为明显，那就是随着网络规模的扩大，每增加一台设备，采用全网状拓扑相连的网络复杂程度和部署成本都会显著增加。这是因为，在一个拥有N台联网设备的环境中构建一个全网状拓扑，需要建立N（N-1）/2条连接。由此不难算出，当这个网络中需要增加1台联网设备，使设备的数量变成N+1台时，管理员就必须部署N条新的线路。在全网状连接环境中增加一台设备的情形可以参见图1-6。

图1-6　全网状连接

2.总线型连接

总线型连接的示例如图1-7所示。这种连接方式存在单点故障的隐患，一旦总线上某一点出现故障，整个局域网就无法正常工作。此外，这种连接方式会将所有设备连接在一条总线上，因此这条总线会成为所有设备的共享资源，与全网状连接中每两台设备之间独享一条线路相比，采用总线型连接的设备要想发送数据，只能与网络中所有的参与方共同竞争这条共享资源线路。

3.环状连接

环状连接的示例如图1-8所示。如果采用这种方式连接，局域网中两台并不直接相连的设备之间要想实现通信，必须依赖其他设备进行转发。这不仅又给网络引入了单点故障的隐患，而且每台设备都有可能因为与自己无关的通信而加重处理的负载。这个道理就像坐在自己左边的同学如果不断和坐在自己右边的同学传小条，自己听讲也会受到影响一样。

图1-7　总线型连接

图1-8　环状连接

有一种连接方式解决了上述三类连接方式的不足，这种连接方式现今在局域网实施中已经呈现出一家独大之势，这种连接方式就是星型连接。

4.星型连接

星型连接的示例如图1-9所示。这种连接方式通过一台中间设备与所有联网设备两两互联，星型连接的优势可以概括为以下几点。

·网络的可扩展性得到显著增强：因为星型连接的网络中每新增加一台设备只需添加一条新的连接，所以这种连接方式可以避免全网状连接扩展性差的问题。

·不占用其他终端资源转发数据：用专用设备连接其他联网设备，也可以避免环状拓扑中由终端设备为其他终端转发数据所带来的资源消耗和安全性问题。

·终端无需竞争链路资源：随着星型连接的中心设备集线器（Hub）全面由交换机（Switch）取代，星型连接解决了总线型连接中的资源竞争问题。

·单点故障问题得到缓解：局域网中的防环技术可以让管理员在星型的中间节点部署冗余交换机，这样就可以避免星型连接中出现单点故障的隐患。

图1-9　星型连接

注释：

关于局域网中的环路问题与防环技术，会在后续教材中进行详细说明，这里不做赘述。

当然，无论采取哪种连接方式，这个网络都是由部署它的这家单位/机构来执行管理和控制的。局域网（Local Area Network）中的“Local”，在网络领域有时会包含对于管理权限范围的界定。换言之，局域网属于一种私有网络。

但在很多情况下，需要相互通信的设备之间所跨越的范围，超出了局域网物理线路信号传输距离的极限，或者超出了需要连接它们的单位所能掌控的范畴。因此，连接这些通信设备就需要通过另一种方式来实现。

1.3.2　城域网

城域网的规模介于局域网和广域网之间，它原本指的是那些跨越几公里到几十公里范畴，为一个园区、一座城市或者一个都市圈中的用户提供各类公共通信服务的网络。

首先从技术层面上说，城域网目前大多是在光纤线缆的基础上，以部署以太网的方式来实现连接的（也就是城域以太网），而以太网又是当前局域网中占主导地位的标准。这说明人们并没有针对城域网这种规模的网络设立专用的标准。

注释：

关于以太网的概念，本书会通过第4章4.4节进行介绍。

由于城域网的概念是根据网络的规模划分出来的，而跨越几千米到几十千米的网络既有可能属于某一家机构，也有可能需要通过公共网络服务提供商来提供接入，因此在管理运营层面，城域网既有可能是一个私有网络，也有可能是一个公共网络。例如，在一所数平方公里面积的高校内部，用来连接多个局域网的私有园区网可以算作一个城域网；而在一个都市圈内部，由运营商统一部署规划，用户付费购买服务的公共有线电视网也可以称为一个城域网。

这里需要指出，城域网只是通过规模界定的一种网络类型，也就是说这个概念基本只停留在区域上，这与人们在实际工作中常常依照网络的管理方来定义网络类型的习惯做法不同。在实践中，企事业机构往往会将自己单位可管理的网络统统视为局域网，而将超出自己管理范畴的网络统统视为广域网。这种差异导致人们在实际工作中很少会刻意区分城域网和广域网的概念，或者将城域网视为广域网的一部分。而那些跨越了数公里地理区域的私有园区网，虽然其在规模上超越了传统局域网的范畴，却往往也会被工程师视为一种局域网。

再次强调，在实际工作中，人们常常会根据某个网络是一家机构私有的，还是由运营商提供的，来判定一个网络是局域网还是广域网，而在规模上既有可能私有，也有可能通过运营商获取通信服务的城域网，也就成为一个比较模糊的概念。

在本小节中，我们实际上已经引出了一部分广域网的概念，下面对广域网的概念进行说明。

1.3.3　广域网

如果一家总部在新加坡的企业在南非开普敦设置了一个办公场所，那么这两个场所之间要想实现通信，就无法通过局域网来建立连接。首先，局域网线路本身无法支持如此长距离的信息传输，数公里的距离就足以让局域网信号衰减到对端设备无法识别的程度。其次，这家企业也不可能铺设一条从新加坡到开普敦的物理线缆来直连两个站点，因为这其中包含的经济和政治层面的问题绝不比技术层面的问题更容易解决。在这种由于网络跨度过大，而无法通过部署局域网来连接通信设备的情况下，通过广域网建立两个站点之间的连接就会成为更加现实的选择。因此，广域网连接需要通过这家机构无法管理和控制的网络才能实现，如图1-10所示。

图1-10　WAN示例

关于局域网和广域网之间的区别，见表1-1这个简单的表格所示。

表1-1　局域网与广域网之间的区别

由于广域网能够实现远距离传输，是一种范围远比局域网更大的网络，而网络的范围和规模又与底层所采用的技术直接相关，因此广域网与局域网所采用的底层技术有所不同。此外，因为广域网中所使用的设备类型，以及广域网所提供的数据传输方式和技术等均与局域网存在明显区别，而设备类型与数据传输目的等因素又与网络的拓扑结构有关，所以广域网中所使用的连接方式也与局域网存在显著区别。网络规模与底层技术之间的关系，以及设备类型、数据传输技术与网络连接方式之间的关系，有待读者随着学习的深入慢慢体会。

注释：

本系列教材会在第3册教材的相关章节中，对一些常见的广域网技术进行详细介绍。

注释：

前文所说的“底层”，与本书第3章中要介绍的模型有关，读者在这里可以暂且将“底层技术”粗略理解为传输的物理媒介。

1.3.4　互联网

根据英文构词法，前缀“inter-”表示“相互”。因此，当多个网络“相互”连接，也就构成了一个“互联的网络（internet）”。从这个角度上看，图1-10中所示的这个网络，包括了相互连接的两个局域网和一个广域网，因此也可以属于一个“互联的网络（internet）”。

但是如果将internet首字母大写，写作Internet时，这个词就会变成一个专有名词，特指世界上著名的网络——互联网。鉴于专有名词适用音译，因此互联网也译为因特网。

互联网（Internet）不是一个单一的网络，也没有特定的技术范畴，它是大量异构网络的集合。这个庞大的网络不隶属于任何机构或者个人。任何组织和个人都可以使用各种不同的方式，通过各类不同的基础设施连接到这个网络中，通过这个网络，接受同样连接到这个网络中的其他组织个人所提供的各类网络服务，或者为其他组织个人提供不同的网络服务。正因为互联网通过如此广泛的方式连接了无数不同的网络，并且为数以亿计的人们提供难以胜数的服务，所以本章第1.2节在介绍网络对人们的生活，以及网络对人们生活的方方面面所带来的影响时，才可以用互联网作为网络的替换用语。

在提出了互联网的概念之后，我们展望一下互联网未来几年的发展趋势。