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廣域網(wǎng)

　　廣域網(wǎng)（WAN，Wide Area Network）也稱遠(yuǎn)程網(wǎng)。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，它能連接多個城市或國家，或橫跨幾個洲并能提供遠(yuǎn)距離通信，星城國際性的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)。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)和無線分組交換網(wǎng)，它將分布在不同地區(qū)的局域網(wǎng)或計算機(jī)系統(tǒng)互連起來，達(dá)到資源共享的目的。

　　通常廣域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率比局域網(wǎng)低，而信號的傳播延遲卻比局域網(wǎng)要大得多。

廣域網(wǎng)結(jié)構(gòu)

　　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)際上就是一臺計算機(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。

　　廣域網(wǎng)WAN一般最多只包含OSI參考模型的底下三層，而且目前大部分廣域網(wǎng)都采用存

　　儲轉(zhuǎn)發(fā)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，也就是說，廣域網(wǎng)是基于報文交換或分組交換技術(shù)的（傳統(tǒng)的

　　公用電話交換網(wǎng)除外）。廣域網(wǎng)中的交換機(jī)先將發(fā)送給它的數(shù)據(jù)包完整接收下來，然后經(jīng)過

　　路徑選擇找出一條輸出線路，最后交換機(jī)將接收到的數(shù)據(jù)包發(fā)送到該線路上去，以此類推，

　　直到將數(shù)據(jù)包發(fā)送到目的結(jié)點(diǎn)。

　　第1章我們就提到廣域網(wǎng)可以提供面向連接和無連接兩種服務(wù)模式，對應(yīng)于兩種服務(wù)模

　　式，廣域網(wǎng)有兩種組網(wǎng)方式：虛電路（ virtual circuit）方式和數(shù)據(jù)報（ d a t a g r a m）方式，下

　　面我將分別討論廣域網(wǎng)的兩種組網(wǎng)方式，并對它們進(jìn)行比較。

　　4.1.1 虛電路和數(shù)據(jù)報

　　對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，釋放該虛電路。在虛電路方式中，每個交換機(jī)都維持一個虛電路表，用于

　　記錄經(jīng)過該交換機(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)報文在其報頭中除了序號、校驗(yàn)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(dāng)某臺機(jī)器試圖與另一臺機(jī)器建立一條虛電路時，首先選擇本機(jī)還未

　　使用的虛電路號作為該虛電路的標(biāo)識，同時在該機(jī)器的虛電路表中填上一項(xiàng)。由于每臺機(jī)

　　器（包括交換機(jī)）獨(dú)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(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)兩臺建立了虛電路的機(jī)器相互通信時，可以根據(jù)數(shù)據(jù)報文中的虛

　　電路號，通過查找交換機(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，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(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用通路，即不能

　　獨(dú)占信道帶寬，到來的數(shù)據(jù)報文在每個交換機(jī)上仍需要緩存，并在線路上進(jìn)行輸出排隊。

　　廣域網(wǎng)另一種組網(wǎng)方式是數(shù)據(jù)報方式，交換機(jī)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(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？）。由于虛電路方式中每個報文都要單獨(dú)尋址，因此要求每個數(shù)

　　據(jù)報包含完整的目的地址。

　　虛電路方式與數(shù)據(jù)報方式之間的最大差別在于：虛電路方式為每一對結(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)不必為每個報文進(jìn)

　　行路由選擇；而在數(shù)據(jù)報方式中，每一個交換機(jī)為每一個進(jìn)入的報文進(jìn)行一次路由選擇，

　　也就是說，每個報文的路由選擇獨(dú)立于其他報文。

　　4.1.2 兩者比較

　　廣域網(wǎng)是采用虛電路方式還是數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)。一方面是從廣域網(wǎng)內(nèi)部來考察，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)）來考察。

　　在廣域網(wǎng)內(nèi)部，虛電路和數(shù)據(jù)報之間有好幾個需要權(quán)衡的因素。一個因素是交換機(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)報文只含位數(shù)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(jī)輸入輸出線路的帶寬。虛電路方式的代價是在交換機(jī)

　　中占用內(nèi)存空間用于存放虛電路表，而同時交換機(jī)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(jī)尋找輸出線路和填寫虛電路表，而在數(shù)

　　據(jù)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(shù)據(jù)報方式不需要

　　連接建立過程，每一個報文的路由選擇單獨(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已經(jīng)對資源進(jìn)行了預(yù)先

　　分配（如緩沖區(qū)）。而數(shù)據(jù)報廣域網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)擁塞控制就比較困難，原因是數(shù)據(jù)報廣域網(wǎng)中的

　　交換機(jī)不存儲廣域網(wǎng)狀態(tài)。

　　廣域網(wǎng)內(nèi)部使用虛電路方式還是數(shù)據(jù)報方式正是對應(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)報方式提供的是無連接的服務(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”派的激烈爭論就說明了這

　　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(jī)之間“局部”控制來實(shí)現(xiàn)的。也就是說，每個交換機(jī)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(jī)的確認(rèn)，則它必須重發(fā)數(shù)據(jù)。而擁塞避

　　免是通過定期接收下一站交換機(jī)的“允許發(fā)送”信號來實(shí)現(xiàn)的。這種在相鄰交換機(jī)之間進(jìn)

　　行差錯和擁塞控制的機(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)由用戶自己來決定，

　　試圖通過在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部進(jìn)行控制來增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)功能的做法是多余的，也就是說，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要通過用戶來實(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，傳輸差錯可以迅速得到糾

　　正。然而現(xiàn)在網(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，因傳輸差錯而造成報文丟失的概率極小，可見“端到端”的數(shù)

　　據(jù)重傳對網(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?/span>

　　確性，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)開銷，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”過程只會增加交換機(jī)的負(fù)擔(dān)，而不會增加網(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)報廣域網(wǎng)中，由于交換機(jī)不存儲網(wǎng)絡(luò)路由信

　　息，交換機(jī)的故障只會影響到目前在該交換機(jī)排隊等待傳輸?shù)膱笪摹?/span>因此從這點(diǎn)來說，數(shù)

　　據(jù)報廣域網(wǎng)比虛電路方式更強(qiáng)壯些。

　　總而言之，數(shù)據(jù)報廣域網(wǎng)無論在性能、健壯以及實(shí)現(xiàn)的簡單性方面都優(yōu)于虛電路方式。

　　基于數(shù)據(jù)報方式的廣域網(wǎng)將得到更大的發(fā)展。

轉(zhuǎn)載于:https://blog.51cto.com/254437308/161510

總結(jié)

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