廣域網

簡介

　　廣域網（WAN，Wide Area Network）也稱遠程網（long haul network ）。通?？缃雍艽蟮奈锢矸秶?，所覆蓋的范圍從幾十公里到幾千公里，它能連接多個城市或國家，或橫跨幾個洲并能提供遠距離通信，形成國際性的遠程網絡。
　　覆蓋的范圍比局域網（LAN）和城域網（MAN）都廣。廣域網的通信子網主要使用分組交換技術。廣域網的通信子網可以利用公用分組交換網、衛(wèi)星通信網和無線分組交換網，它將分布在不同地區(qū)的局域網或計算機系統互連起來，達到資源共享的目的。如互聯網是世界范圍內最大的廣域網。
　　廣域網是由許多交換機組成的，交換機之間采用點到點線路連接，幾乎所有的點到點通信方式都可以用來建立廣域網，包括租用線路、光纖、微波、衛(wèi)星信道。而廣域網交換機實際上就是一臺計算機，有處理器和輸入/輸出設備進行數據包的收發(fā)處理。

特點

　　廣域網可以分為公共傳輸網絡、專用傳輸網絡和無線傳輸網絡。公共傳輸網絡：一般是由政府電信部門組建、管理和控制，網絡內的傳輸和交換裝置可以提供（或租用）給任何部門和單位使用。
　　公共傳輸網絡大體可以分為兩類：
　　電路交換網絡。主要包括公共交換電話網（PSTN）和綜合業(yè)務數字網（ISDN）；
　　分組交換網絡。主要包括X.25分組交換網、幀中繼和交換式多兆位數據服務（SMDS）。
　　專用傳輸網絡：是由一個組織或團體自己建立、使用、控制和維護的私有通信網絡。一個專用網絡起碼要擁有自己的通信和交換設備，它可以建立自己的線路服務，也可以向公用網絡或其他專用網絡進行租用。
　　專用傳輸網絡主要是數字數據網(DDN)。DDN可以在兩個端點之間建立一條永久的、專用的數字通道。它的特點是在租用該專用線路期間，用戶獨占該線路的帶寬。
　　無線傳輸網絡：主要是移動無線網，典型的有GSM和GPRS技術等。
　　廣域網包括以下類型通信網：
　　公用電話網。用電話網傳輸數據，用戶終端從連接到切斷，要占用一條線路，所以又稱電路交換方式，其收費按照用戶占用線路的時間而決定。在數據網普及以前，電路交換方式是最主要的數據傳輸手段。
　　公用分組交換數據網。分組交換數據網將信息分“組”，按規(guī)定路徑由發(fā)送者將分組的信息傳送給接收者，數據分組的工作可在發(fā)送終端進行，也可在交換機進行。每一組信息都含有信息目的的“地址”。分組交換網可對信息的不同部分采取不同的路徑傳輸，以便最有效地使用通信網絡。在接收點上，必須對各類數據組進行分類、監(jiān)測以及重新組裝。
　　數字數據網。它是利用光纖（或數字微波和衛(wèi)星）數字電路和數字交叉連接設備組成的數字數據業(yè)務網，主要為用戶提供永久、半永久型出租業(yè)務。數字數據網可根據需要定時租用或定時專用，一條專線既可通話與發(fā)傳真、也可以傳送數據，且傳輸質量高。
　　虛電路
　　對于采用虛電路方式的廣域網，源結點要與目的結點進行通信之前，首先必須建立一條從源結點到目的結點的虛電路（即邏輯連接），然后通過該虛電路進行數據傳送，最后當數據傳輸結束時，釋放該虛電路。在虛電路方式中，每個交換機都維持一個虛電路表，用于記錄經過該交換機的所有虛電路的情況，每條虛電路占據其中的一項。在虛電路方式中，其數據報文在其報頭中除了序號、校驗和以及其他字段外，還必須包含一個虛電路號。
　　在虛電路方式中，當某臺機器試圖與另一臺機器建立一條虛電路時，首先選擇本機還未使用的虛電路號作為該虛電路的標識，同時在該機器的虛電路表中填上一項。由于每臺機器（包括交換機）獨立選擇虛電路號，所以虛電路號僅僅具有局部意義，也就是說報文在通過虛電路傳送的過程中，報文頭中的虛電路號會發(fā)生變化。
　　一旦源結點與目的結點建立了一條虛電路，就意味著在所有交換機的虛電路表上都登記有該條虛電路的信息。當兩臺建立了虛電路的機器相互通信時，可以根據數據報文中的虛電路號，通過查找交換機的虛電路表而得到它的輸出線路，進而將數據傳送到目的端。
　　當數據傳輸結束時，必須釋放所占用的虛電路表空間，具體做法是由任一方發(fā)送一個撤除虛電路的報文，清除沿途交換機虛電路表中的相關項。
　　虛電路技術的主要特點是，在數據傳送以前必須在源端和目的端之間建立一條虛電路。
　　值得注意的是，虛電路的概念不同于前面電路交換技術中電路的概念。后者對應著一條實實在在的物理線路，該線路的帶寬是預先分配好的，是通信雙方的物理連接。而虛電路的概念是指在通信雙方建立了一條邏輯連接，該連接的物理含義是指明收發(fā)雙方的數據通信應按虛電路指示的路徑進行。虛電路的建立并不表明通信雙方擁有一條專用通路，即不能獨占信道帶寬，到來的數據報文在每個交換機上仍需要緩存，并在線路上進行輸出排隊。
　　虛電路方式主要的特點：
　　在每次分組傳輸前，都需要在源節(jié)點和目的結點之間建立一條邏輯連接。由于連接源節(jié)點與目的結點的物理鏈路已經存在，因此不需要真正建立一條物理鏈路。
　　一次通信的所有分組都通過虛電路順序傳送，因此分組不必自帶目的地址、源地址等信息。分組到達的結點時不會出現丟失、重復與亂序的現象。
　　分組通過虛電路上的每個節(jié)點時，結點只需要進行差錯檢測，而不需要進行路由選擇。
　　通信子網中每個節(jié)點可以與任何結點建立多條虛電路連接。
　　數據報
　　廣域網另一種組網方式是數據報方式（datagram），數據報是報文分組存儲轉發(fā)的一種形式。原理是：分組傳輸前不需要預先在源主機與目的主機之間建立“線路連接”。源主機發(fā)送的每個分組都可以獨立選擇一條傳輸路徑，每個分組在通信子網中可能通過不同的傳輸路徑到達目的主機。即：交換機不必登記每條打開的虛電路，它們只需要用一張表來指明到達所有可能的目的端交換機的輸出線路（在虛電路方式中，同樣需要這些表，讀者想一想為什么？）。由于數據報方式中每個報文都要單獨尋址，因此要求每個數據報包含完整的目的地址。
　　數據報方式主要特點：
　　同一報文的不同分組可以經過不同的傳輸路徑通過通信子網。
　　同一報文的不同分組到達目的結點是可能出現亂序、重復與丟失現象。
　　每個分組在傳輸過程中都必須帶有目的地址與源地址。
　　數據報方式的傳輸過程延遲大，適用于突發(fā)性通信，不適用于長報文，會話式通信。
　　虛電路方式與數據報方式之間的最大差別在于：虛電路方式為每一對結點之間的通信預先建立一條虛電路，后續(xù)的數據通信沿著建立好的虛電路進行，交換機不必為每個報文進行路由選擇；而在數據報方式中，每一個交換機為每一個進入的報文進行一次路由選擇，也就是說，每個報文的路由選擇獨立于其他報文。而且數據報方式不能保證分組報文的丟失，發(fā)送報文分組的順序性和對時間的限制。
　　廣域網是采用虛電路方式還是數據報方式，涉及到的因素比較多。下面我們主要是從兩個方面來比較這兩種結構。一方面是從廣域網內部來考察，另一方面是從用戶的角度（即用戶需要廣域網提供什么服務）來考察。
　　在廣域網內部，虛電路和數據報之間有好幾個需要權衡的因素。一個因素是交換機的內存空間與線路帶寬的權衡。虛電路方式允許數據報文只含位數較少的虛電路號，而并不需要完整的目的地址，從而節(jié)省交換機輸入輸出線路的帶寬。虛電路方式的代價是在交換機中占用內存空間用于存放虛電路表，而同時交換機仍然要保存路由表。
　　另一個因素是虛電路建立時間和路由選擇時間的比較。在虛電路方式中，虛電路的建立需要一定的時間，這個時間主要是用于各個交換機尋找輸出線路和填寫虛電路表，而在數據傳輸過程中，報文的路由選擇卻比較簡單，僅僅查找虛電路表即可。數據報方式不需要連接建立過程，每一個報文的路由選擇單獨進行。
　　虛電路還可以進行擁塞避免，原因是虛電路方式在建立虛電路時已經對資源進行了預先分配（如緩沖區(qū)）。而數據報廣域網要實現擁塞控制就比較困難，原因是數據報廣域網中的交換機不存儲廣域網狀態(tài)。
　　廣域網內部使用虛電路方式還是數據報方式正是對應于廣域網提供給用戶的服務。虛電路方式提供的是面向連接的服務；而數據報方式提供的是無連接的服務。由于不同的集團支持不同的觀點，20世紀70年代發(fā)生的“虛電路”派和“數據報”派的激烈爭論就說明了這一點。
　　支持虛電路方式（如X . 2 5）的人認為，網絡本身必須解決差錯和擁塞控制問題，提供給用戶完善的傳輸功能。而虛電路方式在這方面做得比較好，虛電路的差錯控制是通過在相鄰交換機之間“局部”控制來實現的。也就是說，每個交換機發(fā)出一個報文后要啟動定時器，如果在定時器超時之前沒有收到下一個交換機的確認，則它必須重發(fā)數據。而擁塞避免是通過定期接收下一站交換機的“允許發(fā)送”信號來實現的。這種在相鄰交換機之間進行差錯和擁塞控制的機制通常叫做“跳到跳”（h o p - b y - h o p）控制。
　　而支持數據報方式（如I P）的人認為，網絡最終能實現什么功能應由用戶自己來決定，試圖通過在網絡內部進行控制來增強網絡功能的做法是多余的，也就是說，即使是最好的網絡也不要完全相信它?？煽啃钥刂谱罱K要通過用戶來實現，利用用戶之間的確認機制去保證數據傳輸的正確性和完整性，這就是所謂的“端到端”（e n d - t o - e n d）控制。
　　以前支持相鄰交換機之間實現“局部”控制的唯一理由是，傳輸差錯可以迅速得到糾正。網絡的傳輸介質誤碼率非常低，例如微波介質的誤碼率通常少于1 0-7，而光纖介質的誤碼率通常低于1 0-9，因傳輸差錯而造成報文丟失的概率極小，可見“端到端”的數據重傳對網絡性能影響不大。既然用戶總是要進行“端到端”的確認以保證數據傳輸的正確性，若再由網絡進行“跳到跳”的確認只能是增加網絡開銷，尤其是增加網絡的傳輸延遲。與偶爾的“端到端”數據重傳相比，頻繁的“跳到跳”數據重傳將消耗更多的網絡資源。實際上，采用不合適的“跳到跳”過程只會增加交換機的負擔，而不會增加網絡的服務質量。
　　由于在虛電路方式中，交換機保存了所有虛電路的信息，因而虛電路方式在一定程度上可以進行擁塞控制。但如果交換機由于故障且丟失了所有路由信息，則將導致經過該交換機的所有虛電路停止工作。與此相比，在數據報廣域網中，由于交換機不存儲網絡路由信息，交換機的故障只會影響在該交換機排隊等待傳輸的報文。因此從這點來說，數據報廣域網比虛電路方式更強壯些。
　　總而言之，數據報廣域網無論在性能、健壯以及實現的簡單性方面都優(yōu)于虛電路方式。
　　基于數據報方式的廣域網將得到更大的發(fā)展。