广域网

简介

　　广域网（WAN，Wide Area Network）也称远程网（long haul network ）。通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能连接多个城市或国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。
　　覆盖的范围比局域网（LAN）和城域网（MAN）都广。广域网的通信子网主要使用分组交换技术。广域网的通信子网可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网，它将分布在不同地区的局域网或计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。如互联网是世界范围内最大的广域网。
　　广域网是由许多交换机组成的，交换机之间采用点到点线路连接，几乎所有的点到点通信方式都可以用来建立广域网，包括租用线路、光纤、微波、卫星信道。而广域网交换机实际上就是一台计算机，有处理器和输入/输出设备进行数据包的收发处理。

特点

　　广域网可以分为公共传输网络、专用传输网络和无线传输网络。公共传输网络：一般是由政府电信部门组建、管理和控制，网络内的传输和交换装置可以提供（或租用）给任何部门和单位使用。
　　公共传输网络大体可以分为两类：
　　电路交换网络。主要包括公共交换电话网（PSTN）和综合业务数字网（ISDN）；
　　分组交换网络。主要包括X.25分组交换网、帧中继和交换式多兆位数据服务（SMDS）。
　　专用传输网络：是由一个组织或团体自己建立、使用、控制和维护的私有通信网络。一个专用网络起码要拥有自己的通信和交换设备，它可以建立自己的线路服务，也可以向公用网络或其他专用网络进行租用。
　　专用传输网络主要是数字数据网(DDN)。DDN可以在两个端点之间建立一条永久的、专用的数字通道。它的特点是在租用该专用线路期间，用户独占该线路的带宽。
　　无线传输网络：主要是移动无线网，典型的有GSM和GPRS技术等。
　　广域网包括以下类型通信网：
　　公用电话网。用电话网传输数据，用户终端从连接到切断，要占用一条线路，所以又称电路交换方式，其收费按照用户占用线路的时间而决定。在数据网普及以前，电路交换方式是最主要的数据传输手段。
　　公用分组交换数据网。分组交换数据网将信息分“组”，按规定路径由发送者将分组的信息传送给接收者，数据分组的工作可在发送终端进行，也可在交换机进行。每一组信息都含有信息目的的“地址”。分组交换网可对信息的不同部分采取不同的路径传输，以便最有效地使用通信网络。在接收点上，必须对各类数据组进行分类、监测以及重新组装。
　　数字数据网。它是利用光纤（或数字微波和卫星）数字电路和数字交叉连接设备组成的数字数据业务网，主要为用户提供永久、半永久型出租业务。数字数据网可根据需要定时租用或定时专用，一条专线既可通话与发传真、也可以传送数据，且传输质量高。
　　虚电路
　　对于采用虚电路方式的广域网，源结点要与目的结点进行通信之前，首先必须建立一条从源结点到目的结点的虚电路（即逻辑连接），然后通过该虚电路进行数据传送，最后当数据传输结束时，释放该虚电路。在虚电路方式中，每个交换机都维持一个虚电路表，用于记录经过该交换机的所有虚电路的情况，每条虚电路占据其中的一项。在虚电路方式中，其数据报文在其报头中除了序号、校验和以及其他字段外，还必须包含一个虚电路号。
　　在虚电路方式中，当某台机器试图与另一台机器建立一条虚电路时，首先选择本机还未使用的虚电路号作为该虚电路的标识，同时在该机器的虚电路表中填上一项。由于每台机器（包括交换机）独立选择虚电路号，所以虚电路号仅仅具有局部意义，也就是说报文在通过虚电路传送的过程中，报文头中的虚电路号会发生变化。
　　一旦源结点与目的结点建立了一条虚电路，就意味着在所有交换机的虚电路表上都登记有该条虚电路的信息。当两台建立了虚电路的机器相互通信时，可以根据数据报文中的虚电路号，通过查找交换机的虚电路表而得到它的输出线路，进而将数据传送到目的端。
　　当数据传输结束时，必须释放所占用的虚电路表空间，具体做法是由任一方发送一个撤除虚电路的报文，清除沿途交换机虚电路表中的相关项。
　　虚电路技术的主要特点是，在数据传送以前必须在源端和目的端之间建立一条虚电路。
　　值得注意的是，虚电路的概念不同于前面电路交换技术中电路的概念。后者对应着一条实实在在的物理线路，该线路的带宽是预先分配好的，是通信双方的物理连接。而虚电路的概念是指在通信双方建立了一条逻辑连接，该连接的物理含义是指明收发双方的数据通信应按虚电路指示的路径进行。虚电路的建立并不表明通信双方拥有一条专用通路，即不能独占信道带宽，到来的数据报文在每个交换机上仍需要缓存，并在线路上进行输出排队。
　　虚电路方式主要的特点：
　　在每次分组传输前，都需要在源节点和目的结点之间建立一条逻辑连接。由于连接源节点与目的结点的物理链路已经存在，因此不需要真正建立一条物理链路。
　　一次通信的所有分组都通过虚电路顺序传送，因此分组不必自带目的地址、源地址等信息。分组到达的结点时不会出现丢失、重复与乱序的现象。
　　分组通过虚电路上的每个节点时，结点只需要进行差错检测，而不需要进行路由选择。
　　通信子网中每个节点可以与任何结点建立多条虚电路连接。
　　数据报
　　广域网另一种组网方式是数据报方式（datagram），数据报是报文分组存储转发的一种形式。原理是：分组传输前不需要预先在源主机与目的主机之间建立“线路连接”。源主机发送的每个分组都可以独立选择一条传输路径，每个分组在通信子网中可能通过不同的传输路径到达目的主机。即：交换机不必登记每条打开的虚电路，它们只需要用一张表来指明到达所有可能的目的端交换机的输出线路（在虚电路方式中，同样需要这些表，读者想一想为什么？）。由于数据报方式中每个报文都要单独寻址，因此要求每个数据报包含完整的目的地址。
　　数据报方式主要特点：
　　同一报文的不同分组可以经过不同的传输路径通过通信子网。
　　同一报文的不同分组到达目的结点是可能出现乱序、重复与丢失现象。
　　每个分组在传输过程中都必须带有目的地址与源地址。
　　数据报方式的传输过程延迟大，适用于突发性通信，不适用于长报文，会话式通信。
　　虚电路方式与数据报方式之间的最大差别在于：虚电路方式为每一对结点之间的通信预先建立一条虚电路，后续的数据通信沿着建立好的虚电路进行，交换机不必为每个报文进行路由选择；而在数据报方式中，每一个交换机为每一个进入的报文进行一次路由选择，也就是说，每个报文的路由选择独立于其他报文。而且数据报方式不能保证分组报文的丢失，发送报文分组的顺序性和对时间的限制。
　　广域网是采用虚电路方式还是数据报方式，涉及到的因素比较多。下面我们主要是从两个方面来比较这两种结构。一方面是从广域网内部来考察，另一方面是从用户的角度（即用户需要广域网提供什么服务）来考察。
　　在广域网内部，虚电路和数据报之间有好几个需要权衡的因素。一个因素是交换机的内存空间与线路带宽的权衡。虚电路方式允许数据报文只含位数较少的虚电路号，而并不需要完整的目的地址，从而节省交换机输入输出线路的带宽。虚电路方式的代价是在交换机中占用内存空间用于存放虚电路表，而同时交换机仍然要保存路由表。
　　另一个因素是虚电路建立时间和路由选择时间的比较。在虚电路方式中，虚电路的建立需要一定的时间，这个时间主要是用于各个交换机寻找输出线路和填写虚电路表，而在数据传输过程中，报文的路由选择却比较简单，仅仅查找虚电路表即可。数据报方式不需要连接建立过程，每一个报文的路由选择单独进行。
　　虚电路还可以进行拥塞避免，原因是虚电路方式在建立虚电路时已经对资源进行了预先分配（如缓冲区）。而数据报广域网要实现拥塞控制就比较困难，原因是数据报广域网中的交换机不存储广域网状态。
　　广域网内部使用虚电路方式还是数据报方式正是对应于广域网提供给用户的服务。虚电路方式提供的是面向连接的服务；而数据报方式提供的是无连接的服务。由于不同的集团支持不同的观点，20世纪70年代发生的“虚电路”派和“数据报”派的激烈争论就说明了这一点。
　　支持虚电路方式（如X . 2 5）的人认为，网络本身必须解决差错和拥塞控制问题，提供给用户完善的传输功能。而虚电路方式在这方面做得比较好，虚电路的差错控制是通过在相邻交换机之间“局部”控制来实现的。也就是说，每个交换机发出一个报文后要启动定时器，如果在定时器超时之前没有收到下一个交换机的确认，则它必须重发数据。而拥塞避免是通过定期接收下一站交换机的“允许发送”信号来实现的。这种在相邻交换机之间进行差错和拥塞控制的机制通常叫做“跳到跳”（h o p - b y - h o p）控制。
　　而支持数据报方式（如I P）的人认为，网络最终能实现什么功能应由用户自己来决定，试图通过在网络内部进行控制来增强网络功能的做法是多余的，也就是说，即使是最好的网络也不要完全相信它。可靠性控制最终要通过用户来实现，利用用户之间的确认机制去保证数据传输的正确性和完整性，这就是所谓的“端到端”（e n d - t o - e n d）控制。
　　以前支持相邻交换机之间实现“局部”控制的唯一理由是，传输差错可以迅速得到纠正。网络的传输介质误码率非常低，例如微波介质的误码率通常少于1 0-7，而光纤介质的误码率通常低于1 0-9，因传输差错而造成报文丢失的概率极小，可见“端到端”的数据重传对网络性能影响不大。既然用户总是要进行“端到端”的确认以保证数据传输的正确性，若再由网络进行“跳到跳”的确认只能是增加网络开销，尤其是增加网络的传输延迟。与偶尔的“端到端”数据重传相比，频繁的“跳到跳”数据重传将消耗更多的网络资源。实际上，采用不合适的“跳到跳”过程只会增加交换机的负担，而不会增加网络的服务质量。
　　由于在虚电路方式中，交换机保存了所有虚电路的信息，因而虚电路方式在一定程度上可以进行拥塞控制。但如果交换机由于故障且丢失了所有路由信息，则将导致经过该交换机的所有虚电路停止工作。与此相比，在数据报广域网中，由于交换机不存储网络路由信息，交换机的故障只会影响在该交换机排队等待传输的报文。因此从这点来说，数据报广域网比虚电路方式更强壮些。
　　总而言之，数据报广域网无论在性能、健壮以及实现的简单性方面都优于虚电路方式。
　　基于数据报方式的广域网将得到更大的发展。