廣域網(wǎng)

簡(jiǎn)介

　　廣域網(wǎng)（WAN，Wide Area Network）也稱(chēng)遠(yuǎn)程網(wǎng)（long haul network ）。通常跨接很大的物理范圍，所覆蓋的范圍從幾十公里到幾千公里，它能連接多個(gè)城市或國(guó)家，或橫跨幾個(gè)洲并能提供遠(yuǎn)距離通信，形成國(guó)際性的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)。
　　覆蓋的范圍比局域網(wǎng)（LAN）和城域網(wǎng)（MAN）都廣。廣域網(wǎng)的通信子網(wǎng)主要使用分組交換技術(shù)。廣域網(wǎng)的通信子網(wǎng)可以利用公用分組交換網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)和無(wú)線分組交換網(wǎng)，它將分布在不同地區(qū)的局域網(wǎng)或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互連起來(lái)，達(dá)到資源共享的目的。如互聯(lián)網(wǎng)是世界范圍內(nèi)最大的廣域網(wǎng)。
　　廣域網(wǎng)是由許多交換機(jī)組成的，交換機(jī)之間采用點(diǎn)到點(diǎn)線路連接，幾乎所有的點(diǎn)到點(diǎn)通信方式都可以用來(lái)建立廣域網(wǎng)，包括租用線路、光纖、微波、衛(wèi)星信道。而廣域網(wǎng)交換機(jī)實(shí)際上就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，有處理器和輸入/輸出設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)包的收發(fā)處理。

特點(diǎn)

　　廣域網(wǎng)可以分為公共傳輸網(wǎng)絡(luò)、專(zhuān)用傳輸網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)。公共傳輸網(wǎng)絡(luò)：一般是由政府電信部門(mén)組建、管理和控制，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的傳輸和交換裝置可以提供（或租用）給任何部門(mén)和單位使用。
　　公共傳輸網(wǎng)絡(luò)大體可以分為兩類(lèi)：
　　電路交換網(wǎng)絡(luò)。主要包括公共交換電話網(wǎng)（PSTN）和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）；
　　分組交換網(wǎng)絡(luò)。主要包括X.25分組交換網(wǎng)、幀中繼和交換式多兆位數(shù)據(jù)服務(wù)（SMDS）。
　　專(zhuān)用傳輸網(wǎng)絡(luò)：是由一個(gè)組織或團(tuán)體自己建立、使用、控制和維護(hù)的私有通信網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)起碼要擁有自己的通信和交換設(shè)備，它可以建立自己的線路服務(wù)，也可以向公用網(wǎng)絡(luò)或其他專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行租用。
　　專(zhuān)用傳輸網(wǎng)絡(luò)主要是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)(DDN)。DDN可以在兩個(gè)端點(diǎn)之間建立一條永久的、專(zhuān)用的數(shù)字通道。它的特點(diǎn)是在租用該專(zhuān)用線路期間，用戶獨(dú)占該線路的帶寬。
　　無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)：主要是移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)，典型的有GSM和GPRS技術(shù)等。
　　廣域網(wǎng)包括以下類(lèi)型通信網(wǎng)：
　　公用電話網(wǎng)。用電話網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，用戶終端從連接到切斷，要占用一條線路，所以又稱(chēng)電路交換方式，其收費(fèi)按照用戶占用線路的時(shí)間而決定。在數(shù)據(jù)網(wǎng)普及以前，電路交換方式是最主要的數(shù)據(jù)傳輸手段。
　　公用分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)。分組交換數(shù)據(jù)網(wǎng)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(shù)據(jù)分組的工作可在發(fā)送終端進(jìn)行，也可在交換機(jī)進(jìn)行。每一組信息都含有信息目的的“地址”。分組交換網(wǎng)可對(duì)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(wǎng)絡(luò)。在接收點(diǎn)上，必須對(duì)各類(lèi)數(shù)據(jù)組進(jìn)行分類(lèi)、監(jiān)測(cè)以及重新組裝。
　　數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)。它是利用光纖（或數(shù)字微波和衛(wèi)星）數(shù)字電路和數(shù)字交叉連接設(shè)備組成的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)網(wǎng)，主要為用戶提供永久、半永久型出租業(yè)務(wù)。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)可根據(jù)需要定時(shí)租用或定時(shí)專(zhuān)用，一條專(zhuān)線既可通話與發(fā)傳真、也可以傳送數(shù)據(jù)，且傳輸質(zhì)量高。
　　虛電路
　　對(duì)于采用虛電路方式的廣域網(wǎng)，源結(jié)點(diǎn)要與目的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信之前，首先必須建立一條從源結(jié)點(diǎn)到目的結(jié)點(diǎn)的虛電路（即邏輯連接），然后通過(guò)該虛電路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，最后當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束時(shí)，釋放該虛電路。在虛電路方式中，每個(gè)交換機(jī)都維持一個(gè)虛電路表，用于記錄經(jīng)過(guò)該交換機(jī)的所有虛電路的情況，每條虛電路占據(jù)其中的一項(xiàng)。在虛電路方式中，其數(shù)據(jù)報(bào)文在其報(bào)頭中除了序號(hào)、校驗(yàn)和以及其他字段外，還必須包含一個(gè)虛電路號(hào)。
　　在虛電路方式中，當(dāng)某臺(tái)機(jī)器試圖與另一臺(tái)機(jī)器建立一條虛電路時(shí)，首先選擇本機(jī)還未使用的虛電路號(hào)作為該虛電路的標(biāo)識(shí)，同時(shí)在該機(jī)器的虛電路表中填上一項(xiàng)。由于每臺(tái)機(jī)器（包括交換機(jī)）獨(dú)立選擇虛電路號(hào)，所以虛電路號(hào)僅僅具有局部意義，也就是說(shuō)報(bào)文在通過(guò)虛電路傳送的過(guò)程中，報(bào)文頭中的虛電路號(hào)會(huì)發(fā)生變化。
　　一旦源結(jié)點(diǎn)與目的結(jié)點(diǎn)建立了一條虛電路，就意味著在所有交換機(jī)的虛電路表上都登記有該條虛電路的信息。當(dāng)兩臺(tái)建立了虛電路的機(jī)器相互通信時(shí)，可以根據(jù)數(shù)據(jù)報(bào)文中的虛電路號(hào)，通過(guò)查找交換機(jī)的虛電路表而得到它的輸出線路，進(jìn)而將數(shù)據(jù)傳送到目的端。
　　當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束時(shí)，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(gè)撤除虛電路的報(bào)文，清除沿途交換機(jī)虛電路表中的相關(guān)項(xiàng)。
　　虛電路技術(shù)的主要特點(diǎn)是，在數(shù)據(jù)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(shù)中電路的概念。后者對(duì)應(yīng)著一條實(shí)實(shí)在在的物理線路，該線路的帶寬是預(yù)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(shù)據(jù)通信應(yīng)按虛電路指示的路徑進(jìn)行。虛電路的建立并不表明通信雙方擁有一條專(zhuān)用通路，即不能獨(dú)占信道帶寬，到來(lái)的數(shù)據(jù)報(bào)文在每個(gè)交換機(jī)上仍需要緩存，并在線路上進(jìn)行輸出排隊(duì)。
　　虛電路方式主要的特點(diǎn)：
　　在每次分組傳輸前，都需要在源節(jié)點(diǎn)和目的結(jié)點(diǎn)之間建立一條邏輯連接。由于連接源節(jié)點(diǎn)與目的結(jié)點(diǎn)的物理鏈路已經(jīng)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(guò)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(dá)的結(jié)點(diǎn)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)丟失、重復(fù)與亂序的現(xiàn)象。
　　分組通過(guò)虛電路上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，結(jié)點(diǎn)只需要進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)，而不需要進(jìn)行路由選擇。
　　通信子網(wǎng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以與任何結(jié)點(diǎn)建立多條虛電路連接。
　　數(shù)據(jù)報(bào)
　　廣域網(wǎng)另一種組網(wǎng)方式是數(shù)據(jù)報(bào)方式（datagram），數(shù)據(jù)報(bào)是報(bào)文分組存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的一種形式。原理是：分組傳輸前不需要預(yù)先在源主機(jī)與目的主機(jī)之間建立“線路連接”。源主機(jī)發(fā)送的每個(gè)分組都可以獨(dú)立選擇一條傳輸路徑，每個(gè)分組在通信子網(wǎng)中可能通過(guò)不同的傳輸路徑到達(dá)目的主機(jī)。即：交換機(jī)不必登記每條打開(kāi)的虛電路，它們只需要用一張表來(lái)指明到達(dá)所有可能的目的端交換機(jī)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(shù)據(jù)報(bào)方式中每個(gè)報(bào)文都要單獨(dú)尋址，因此要求每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)包含完整的目的地址。
　　數(shù)據(jù)報(bào)方式主要特點(diǎn)：
　　同一報(bào)文的不同分組可以經(jīng)過(guò)不同的傳輸路徑通過(guò)通信子網(wǎng)。
　　同一報(bào)文的不同分組到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)是可能出現(xiàn)亂序、重復(fù)與丟失現(xiàn)象。
　　每個(gè)分組在傳輸過(guò)程中都必須帶有目的地址與源地址。
　　數(shù)據(jù)報(bào)方式的傳輸過(guò)程延遲大，適用于突發(fā)性通信，不適用于長(zhǎng)報(bào)文，會(huì)話式通信。
　　虛電路方式與數(shù)據(jù)報(bào)方式之間的最大差別在于：虛電路方式為每一對(duì)結(jié)點(diǎn)之間的通信預(yù)先建立一條虛電路，后續(xù)的數(shù)據(jù)通信沿著建立好的虛電路進(jìn)行，交換機(jī)不必為每個(gè)報(bào)文進(jìn)行路由選擇；而在數(shù)據(jù)報(bào)方式中，每一個(gè)交換機(jī)為每一個(gè)進(jìn)入的報(bào)文進(jìn)行一次路由選擇，也就是說(shuō)，每個(gè)報(bào)文的路由選擇獨(dú)立于其他報(bào)文。而且數(shù)據(jù)報(bào)方式不能保證分組報(bào)文的丟失，發(fā)送報(bào)文分組的順序性和對(duì)時(shí)間的限制。
　　廣域網(wǎng)是采用虛電路方式還是數(shù)據(jù)報(bào)方式，涉及到的因素比較多。下面我們主要是從兩個(gè)方面來(lái)比較這兩種結(jié)構(gòu)。一方面是從廣域網(wǎng)內(nèi)部來(lái)考察，另一方面是從用戶的角度（即用戶需要廣域網(wǎng)提供什么服務(wù)）來(lái)考察。
　　在廣域網(wǎng)內(nèi)部，虛電路和數(shù)據(jù)報(bào)之間有好幾個(gè)需要權(quán)衡的因素。一個(gè)因素是交換機(jī)的內(nèi)存空間與線路帶寬的權(quán)衡。虛電路方式允許數(shù)據(jù)報(bào)文只含位數(shù)較少的虛電路號(hào)，而并不需要完整的目的地址，從而節(jié)省交換機(jī)輸入輸出線路的帶寬。虛電路方式的代價(jià)是在交換機(jī)中占用內(nèi)存空間用于存放虛電路表，而同時(shí)交換機(jī)仍然要保存路由表。
　　另一個(gè)因素是虛電路建立時(shí)間和路由選擇時(shí)間的比較。在虛電路方式中，虛電路的建立需要一定的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間主要是用于各個(gè)交換機(jī)尋找輸出線路和填寫(xiě)虛電路表，而在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，報(bào)文的路由選擇卻比較簡(jiǎn)單，僅僅查找虛電路表即可。數(shù)據(jù)報(bào)方式不需要連接建立過(guò)程，每一個(gè)報(bào)文的路由選擇單獨(dú)進(jìn)行。
　　虛電路還可以進(jìn)行擁塞避免，原因是虛電路方式在建立虛電路時(shí)已經(jīng)對(duì)資源進(jìn)行了預(yù)先分配（如緩沖區(qū)）。而數(shù)據(jù)報(bào)廣域網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)擁塞控制就比較困難，原因是數(shù)據(jù)報(bào)廣域網(wǎng)中的交換機(jī)不存儲(chǔ)廣域網(wǎng)狀態(tài)。
　　廣域網(wǎng)內(nèi)部使用虛電路方式還是數(shù)據(jù)報(bào)方式正是對(duì)應(yīng)于廣域網(wǎng)提供給用戶的服務(wù)。虛電路方式提供的是面向連接的服務(wù)；而數(shù)據(jù)報(bào)方式提供的是無(wú)連接的服務(wù)。由于不同的集團(tuán)支持不同的觀點(diǎn)，20世紀(jì)70年代發(fā)生的“虛電路”派和“數(shù)據(jù)報(bào)”派的激烈爭(zhēng)論就說(shuō)明了這一點(diǎn)。
　　支持虛電路方式（如X . 2 5）的人認(rèn)為，網(wǎng)絡(luò)本身必須解決差錯(cuò)和擁塞控制問(wèn)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(cuò)控制是通過(guò)在相鄰交換機(jī)之間“局部”控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。也就是說(shuō)，每個(gè)交換機(jī)發(fā)出一個(gè)報(bào)文后要啟動(dòng)定時(shí)器，如果在定時(shí)器超時(shí)之前沒(méi)有收到下一個(gè)交換機(jī)的確認(rèn)，則它必須重發(fā)數(shù)據(jù)。而擁塞避免是通過(guò)定期接收下一站交換機(jī)的“允許發(fā)送”信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種在相鄰交換機(jī)之間進(jìn)行差錯(cuò)和擁塞控制的機(jī)制通常叫做“跳到跳”（h o p - b y - h o p）控制。
　　而支持?jǐn)?shù)據(jù)報(bào)方式（如I P）的人認(rèn)為，網(wǎng)絡(luò)最終能實(shí)現(xiàn)什么功能應(yīng)由用戶自己來(lái)決定，試圖通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部進(jìn)行控制來(lái)增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)功能的做法是多余的，也就是說(shuō)，即使是最好的網(wǎng)絡(luò)也不要完全相信它?？煽啃钥刂谱罱K要通過(guò)用戶來(lái)實(shí)現(xiàn)，利用用戶之間的確認(rèn)機(jī)制去保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_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(jī)之間實(shí)現(xiàn)“局部”控制的唯一理由是，傳輸差錯(cuò)可以迅速得到糾正。網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)誤碼率非常低，例如微波介質(zhì)的誤碼率通常少于1 0-7，而光纖介質(zhì)的誤碼率通常低于1 0-9，因傳輸差錯(cuò)而造成報(bào)文丟失的概率極小，可見(jiàn)“端到端”的數(shù)據(jù)重傳對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能影響不大。既然用戶總是要進(jìn)行“端到端”的確認(rèn)以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，若再由網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行“跳到跳”的確認(rèn)只能是增加網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)，尤其是增加網(wǎng)絡(luò)的傳輸延遲。與偶爾的“端到端”數(shù)據(jù)重傳相比，頻繁的“跳到跳”數(shù)據(jù)重傳將消耗更多的網(wǎng)絡(luò)資源。實(shí)際上，采用不合適的“跳到跳”過(guò)程只會(huì)增加交換機(jī)的負(fù)擔(dān)，而不會(huì)增加網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。
　　由于在虛電路方式中，交換機(jī)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(jìn)行擁塞控制。但如果交換機(jī)由于故障且丟失了所有路由信息，則將導(dǎo)致經(jīng)過(guò)該交換機(jī)的所有虛電路停止工作。與此相比，在數(shù)據(jù)報(bào)廣域網(wǎng)中，由于交換機(jī)不存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)路由信息，交換機(jī)的故障只會(huì)影響在該交換機(jī)排隊(duì)等待傳輸?shù)膱?bào)文。因此從這點(diǎn)來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)報(bào)廣域網(wǎng)比虛電路方式更強(qiáng)壯些。
　　總而言之，數(shù)據(jù)報(bào)廣域網(wǎng)無(wú)論在性能、健壯以及實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單性方面都優(yōu)于虛電路方式。
　　基于數(shù)據(jù)報(bào)方式的廣域網(wǎng)將得到更大的發(fā)展。