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广域网

　　广域网（WAN，Wide Area Network）也称远程网。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，星城国际性的远程网络。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。

　　通常广域网的数据传输速率比局域网低，而信号的传播延迟却比局域网要大得多。

广域网结构

　　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。

　　第1章我们就提到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（ d a t a g r a m）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。

　　4.1.1 虚电路和数据报

　　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。

　　广域网另一种组网方式是数据报方式，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？）。由于虚电路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。

　　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。

　　4.1.2 两者比较

　　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。然而现在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到目前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。