广域网

广域网WAN(Wide Area Network)也叫远程网RCN(Remote Computer Network)，它的作用范围最大，一般可以从几十公里至几万公里。一个国家或国际间建立的网络都是广域网。在广域网内，用于通信的传输装置和传输介质可由电信部门提供。目前，世界上最大的信息网络Internet已经覆盖了包括我国在内的180多个国家和地区，连接了数万个网络，终端用户已达数千万．并且以每月15%的速度增长。

编辑本段组织结构

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。

广域网WAN一般最多只包含OSI参考模型的底下三层，而且目前大部分广域网都采用存储转发方式进行数据交换，也就是说，广域网是基于报文交换或分组交换技术的（传统的公用电话交换网除外）。广域网中的交换机先将发送给它的数据包完整接收下来，然后经过路径选择找出一条输出线路，最后交换机将接收到的数据包发送到该线路上去，以此类推，直到将数据包发送到目的结点。

广域网可以提供面向连接和无连接两种服务模式，对应于两种服务模式，广域网有两种组网方式：虚电路（ virtual circuit）方式和数据报（ data gram）方式，下面我将分别讨论广域网的两种组网方式，并对它们进行比较。

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。

1、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：

1）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）；

2）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）。

2、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。

3、无线传输网络：主要是移动无线网，典型的有GSM和GPRS技术等。

以我国为例，广域网包括以下几种类型通信网：

1、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。

2、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。

3、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。

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。

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。

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虽然上面提到的各种通信业务正变得越来越普及，但是电信公司还得面对一个根本的问题，即多个网络的存在。

传统的的电话业务和电报业务使用电路交换网；而像S M D S和帧中继等新型数据业务则使用分组交换网。对于电信公司来说，要分别管理这些不同的网络是一件头痛的事。除了电话网和数据通信网外，还有一种电信公司无法控制的网络: 有线电视（ C AT V）网。

解决上述问题的最好方法是开发一种单一的新型网络，该网络可以替代整个电话网、数据网以及C AT V网，通过该网络可以传送各种类型的信息。这种新型网络与现存的网络相比，它所支持的数据传输率更大，能提供的业务范围也更广。这种新型网络称为综合业务数字网（ I S D N）。所谓I S D N就是在一个统一的网络系统内传送和处理各种类型的数据，向用户提供多种业务服务，如电话、传真、视频以及数据通信业务等。

最早有关I S D N的标准是在1 9 8 4年由C C I T T发布的。虽然I S D N尚未如最初愿望的那样获得广泛的应用，但其技术却已经历了两代。第一代I S D N称为窄带I S D N（N - I S D N）。它利用6 4 K b p s的信道作为基本交换单位，采用电路交换技术。第二代I S D N称为宽带I S D N（B - I S D N）。

它支持更高的数据传输速率，发展趋势是采用报文分组交换技术。

目前N - I S D N定义了两类用户访问速率：基本访问速率和基群访问速率。

(1) 基本访问速率（ basic access rate）。基本访问速率由2个速率为6 4 K b p s的B信道和1个速率为1 6 K b p s的D信道组成（ 2 B+D）。B信道用于传送用户数据； D信道用于传送控制信息；加上分帧、同步等其他开销，总速率为1 9 2 K b p s。

(2) 基群访问速率（ primary access rate）。基群访问速率可由多种信道混成。在北美和日本使用（ 2 3 B+D）的结构，速率为1 . 5 4 4 M b p s；而在欧洲则使用（ 3 0 B+D）的结构，其中B、D信道均为6 4 K b p s。

基本访问速率可利用现有用户电话线支持，提供电话、传真等常规业务。基群访问速率则是针对专用小型电话交换机（ P B X）或L A N等业务量大的单位用户。

随着用户信息传送量和传送速率的不断提高， N - I S D N已无法满足用户要求。例如，要传送高清晰度电视图像要求达到1 5 5 M b p s量级的速率，要支持多个交互式或分布式应用，一个用户线的总容量需求可能达到6 2 2 M b p s的数量级。在此情况下，人们提出了宽带I S D N，即B - I S D N。所谓宽带是指要求传送信道能够支持大于基群数量的服务。B - I S D N可以提供视频点播（ V O D）、电视会议、高速局域网互联以及高速数据传输等业务。采用B - I S D N名称旨在强调I S D N的宽带特性，而实际上它应该支持宽带和其他I S D N业务。B - I S D N提出后，为区别起见，人们将原来的I S D N称为N - I S D N。

B - I S D N要支持如此高的速率，要处理很广范围内各种不同速率和传输质量的需求，需要面临两大技术挑战：一是高速传输；二是高速交换。光纤通信技术已经给前者提供了良好的支持；而异步传输模式Asynchronous Transfer Mode，ATM）为实现高速交换展示了诱人的前景，使得B - I S D N网络的实现成为可能。近年来电路交换设备的功能日益增强且越来越多地采用光纤干线，但利用电路交换技术难以圆满解决B - I S D N对不同速率和不同传输质量控制的需求。理论分析和模拟表明，ATM技术可以满足B - I S D N的要求。正因为这样，ATM和S O N E T技术与B - I S D N结下了不解之缘。利用ATM构造B - I S D N是一件非常有意义的事情。

ATM技术的基本思想是让所有的信息都以一种长度较小且大小固定的信元（ C e l l）进行传输。信元的长度为5 3个字节，其中信元头是5个字节，有效载荷部分占4 8字节。ATM信元的结构如图4 - 3所示。ATM既是一种技术（对用户是透明的），又是一种潜在的业务（对用户是可见的）。有时候我们将这种业务也称作信元中继（ cell relay），类似与前面提到的帧中继。

使用信元交换技术相对于1 0 0年前电话系统中所使用的传统电路交换技术是一个巨大的飞跃。信元交换技术具有如下的优点：①信元交换既适合处理固定速率的业务（如电话、电视），又适合处理可变速率业务（如数据传输）；②在数据传输率极高的情况下，信元交换比传统的多路复用技术更易于实现；③信元交换提供广播机制，使得它能够支持需要广播的业务，而电路交换做不到。

I T U - T已定义了一系列有关B - I S D N的标准，主要分为三个部分：综述（ g e n e r a l）部分是描述B - I S D N的一般概念；服务（ s e r v i c e）部分是对服务类型、信息类型的说明并举例；信元头用户数据网络（ n e t w o r k）部分主要是对网管、信令的说明，并规定了B - I S D N / ATM网络参考模型，物理层负责处理涉及物理介质的问题。AT M标准并没有规定物理层采用的协议，即ATM的信元可以通过电缆、光缆或其他任何传输系统进行传输。换句话说，AT M技术独立于传输介质。

图4-3 ATM信元

ATM层规定信元及信元传输的相关标准。它规定了信元组成以及信元头中每个字段的含义。ATM层同时还规定了如何建立和释放虚电路以及拥塞控制的标准。

ATM高层用户信息呈现多种形式，如帧、报文分组等，其中许多信息格式与ATM网络所传输的信元格式不兼容。ATM适配层（ ATM Adaptation Layer，A A L）的功能是把用户信息映像到ATM信元中的有效载荷字段，接收方则将信元有效载荷字段的数据重新组合为原来的信息格式提交给用户。

与先前的O S I二维参考模型不同的是， ATM参考模型是三维的。在图4 - 4的参考模型中，平面是高层按功能的抽象。用户平面（ user plane）用于用户信息传送，同时完成相关的控制，如流量控制和差错控制等。控制平面（ control plane）完成呼叫控制及面向连接控制。

管理平面（ management plane）分为平面管理和层管理，前者完成系统级管理及协调各平面的操作，后者完成各层的资源及参数管理。

ATM网络是面向连接的。它首先发送一个报文进行呼叫请求以便建立一条连接；后来的信元沿着相同的路径去往目的结点。AT M不保证信元一定到达目的结点，但信元到达一定是按先后顺序的。假设发送方依次发送信元1和信元2，如果两个信元都到达目的结点，则一定是信元1先到，信元2后到。

ATM网络的结构与传统的广域网一样，由电缆和交换机构成。ATM网络目前支持的数据传输率主要是1 5 5 M b p s和6 2 2 M b p s两种，今后可能达到1 0亿b p s（G b p s）数量级的传输速率。

选择1 5 5 M b p s的速率是考虑到对高清晰度电视（ H D T V）的支持以及与AT & T公司的同步光纤网（ S O N E T）相兼容。

虽然ATM仍然支持电路方式应用，但这是在基于报文分组传送机制上实现的。ATM已被国际电信联盟I T U确定为B - I S D N的基本交换方式，同时B - I S D N也正在迅速发展之中，支持各种新型业务的协议标准不断推出。ATM交换技术也面临着许多新的问题。

需要指出的是，不同的组织对ATM有不同的兴趣。长途电信公司和邮电部门更乐于使用ATM网络来升级电话系统，以便在传送电视图像方面能与有线电视（ cable TV）展开竞争。

而计算机制造商则看到ATM在建造校园网以及其他L A N时能够带来巨大的利润。所有这些使得ATM的标准化进程并不那么顺利。同时，在ATM标准化组织ATM论坛（ ATM Forum）中，各种政治和经济因素也影响着ATM的未来走向。在通信世界中，标准化向来为人们所重视，但面对迅速变化的技术和激烈竞争的市场，在ATM领域，目前出现了某些标准尚未最终制定而产品已充斥市场的局面。

近几年来，随着I n t e r n e t技术的飞速发展，基于I P数据流的业务增长迅速，I P交换设备的增长率超过AT M，通过I P传送话音（ I P电话）也得到了成功实践。国际电信联盟I T U - T认为，2 1世纪的电信环境将以I P技术为主导，为此在1 9 9 8年I T U - T已经调整其战略部署，全面展开对I P技术的研究，并指定专门的小组（ S G 1 3）负责。ITU-T 已将I P研究列为最高优先级。但I P技术是否会取代AT M，目前尚不能断言，但在未来的宽带网络中， I P技术的发展前景会比ATM好。