计算机网络技术与服务/广域网

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	广域网

严格地说，广域网（WAN）是一个扩展到广阔区域的网络，跨越地区、国家，甚至像互联网那样跨越世界。更一般地说，任何用于通过长距离传输数据的计算机网络技术都可以被称为广域网。

广域网技术应该根据其设计的应用（遥测、电话、数据传输等）满足一些服务持续时间、比特率和延迟限制方面的要求。

异步传输模式 (ATM) 代表了多种技术的融合，这些技术过去在电信和 IT 领域分别并行引入，以通过长距离传输数据。

在电信领域，电话从模拟转向数字，然后 ISDN 和 B-ISDN 开始传输数据和语音；
在 IT 领域，帧中继取代了模拟和数字专线，利用了分组交换的优势，并且取代了 X.25，将复杂性从核心节点转移到边缘节点。

如今，由于其更低的复杂性和更高的简洁性，ATM 即将被 IP 取代。

ISDN

综合业务数字网 (ISDN) 允许传输数据和语音：各种数字设备可以连接到总线，并通过可用的 ISDN 通道传输。

基本速率接入 (BRA) 或 基本速率接口 (BRI)：它提供 2 个 64 kbps 的数据 B 通道和 1 个 16 kbps 的信号 D 通道 → 总计：144 kbps（适合单个用户或小型办公室）；
主速率接入 (PRA) 或 主速率接口 (PRI)：它提供 30 个 64 kbps 的数据 B 通道和 1 个 16 kbps 的信号 D 通道 → 总计：2 Mbps（适合公司）。

传输基于时分多路复用 (TDM)；所有通道都进入网络终端，并通过称为“本地环路”的数字线路进入网络。通道继承了电信运营商的逻辑：即使没有数据交换，它们也保持活动状态。

PDH

准同步数字层次 (PDH) 是一种老的标准，设计用于在基于 TDM 的数字电话网络上以 64 Kb/s（PCM）传输数字语音通道。该系统被称为“准同步”，因为即使每个设备都有自己的时钟，也需要发射器和接收器之间紧密的同步。

数据流以分层的方式组织：通道从最低层到最高层被聚合成流（配线），层次越高级，比特率越高。例如，在 T1 层，24 个 T0 层通道被放到一个帧中，一个接一个地排列：由于帧必须持续 125 µs 才能应用于所有层，因此在 T1 层的比特率将是 T0 层的 24 倍。^[1]

SDH

同步数字层次 (SDH) 是国际标准 SONET 的欧洲等效标准，与 PDH 的区别在于其更高的速度。

整个系统存在一个时钟 → 为了更紧密的同步，需要一个同步网络；
铜缆需要被光纤取代；
流多路复用比 PDH 更复杂，因为它旨在优化硬件处理。

协议体系结构被组织成一个层堆栈，物理网络体系结构中的每个节点根据其功能实现它们。

路径层：两个终端之间的端到端互连；
线路层：路径被复用器分割成线路；
段层：线路被中继器（用于长距离）分割成段；
光子层：光纤的最低层。

每个时帧持续 125 µs，其报头包含用于组合和分离通道的同步信息，以及用于检测故障并从故障中恢复的 OAM（操作、管理和维护）信息。

SDH 和 PDH 代表 ATM 和帧中继运行的传输层。

帧中继

帧中继 是一种第 2 层面向连接的标准，用于在分组交换网络上建立永久虚拟电路。每个永久电路都由一个数据链路连接标识符 (DLCI) 标识。

该标准非常灵活：实际上，它没有指定网络内部使用的上层（ATM、X.25 等）技术。

CIR

最大支持比特率不足以描述帧中继网络的性能，因为用户可能连续以最大比特率（线速）发送比特，导致网络拥塞。因此，网络提供商还提供了承诺信息速率 (CIR)，即用户在特定时间间隔 $T_{\text{C}}$ 内可以传输的最大比特数 $B_{\text{C}}$ ，以确保服务得到保证

{\text{CIR}}=B_{\text{C}}\cdot T_{\text{C}}

其中 $B_{\text{C}}$ 被称为承诺突发大小

低突发性：用户很少发送数据包 → 服务始终得到保证；
高突发性：用户持续以线速连续发送数据包 → 当他超过承诺突发大小时，服务将不再得到保证。

当用户的数据终端设备 (DTE) 达到最大突发性时，可以停止传输。

ATM

异步传输模式 (ATM) 是一种面向连接的标准，用于在 B-ISDN 网络上建立虚拟电路。每个电路由一个虚拟路径标识符 (VPI) 和一个虚拟电路标识符 (VCI) 标识，它可以是永久的，也可以通过信令消息动态建立。

ATM 信元很小：每个 ATM 信元长 53 字节，由一个 5 字节长的报头组成，包含连接标识符，以及一个 48 字节长的有效载荷 → 低延迟和低分组延迟。

ATM 网络具有非常复杂的模型，源于电信运营商的心态，即完全控制网络并保证高容错性。

AAL 5

在设计 ATM 时，人们认为它会在网络中普遍实施，包括在用户 PC 的网卡中。现在，边缘的 PC 只实现了 IP 协议，因为它的实现成本更低，而 ATM 只能作为网络核心中的传输层，对用户隐藏。

ATM 适配层 (AAL) 类型 5 用于分段和重组 (SAR)

分段：IP 数据包被拆分为 ATM 信元；
重组：ATM 信元被组合成 IP 数据包。

AAL 使 IP 和 ATM 之间的交互变得复杂，因为 IP 地址应该被转换为 ATM 连接标识符，反之亦然 → 现在，趋势是放弃 ATM 控制平面并采用 MPLS 控制平面。

光网络

在光网络中，数据通过电磁波传输，这些电磁波通过使用 WDM 多路复用，通过光纤传输，并由基于镜面的光交换系统进行交换。

波分复用 (WDM) 允许将多个光信号放入一根光纤中 → 光纤的传输容量增加

粗波分复用 (CWDM)：它允许传输数量较少的信号，这些信号的波长彼此相隔很远 → 由于解复用更容易，因此成本更低；
密集波分复用 (DWDM)：它允许传输数量更多的信号，这些信号的波长可以是任意的 → 由于解复用更复杂，因此成本更高。

光交换 基于由微机电系统 (MEMS) 控制的镜子，将电磁信号从输入光纤反射到输出光纤。光交换非常灵活：它利用电磁波的物理特性，而不关心比特 → 网络可以升级到更高的速度，因为光交换机独立于比特率工作。

存在几种类型的光交换机

添加/删除复用器：这是最简单的光交换机：它可以插入两根光纤之间，以光学方式将来自发射机的信号插入网络，并从网络中提取 (删除) 信号到接收机；
交叉连接：它可以将多个输入光纤连接到多个输出光纤
- 光纤交叉连接：来自输入光纤的所有电磁波都被切换到输出光纤；
- 波段交叉连接：来自输入光纤的一组具有接近波长的电磁波被切换到输出光纤；
- 波长交叉连接：来自输入光纤的一组具有相同波长的电磁波被切换到输出光纤；
波长交换机：配置是动态的，也就是说交换机可以比交叉连接更快地改变电路 → 故障恢复速度快。

来自两个不同输入光纤的两个具有相同波长的信号可能需要切换到同一个输出光纤 → 通过波长转换，光交换机可以将信号的波长更改为输出光纤中尚未使用的波长，以保持所有信号分离。

光交换机可以在网络骨干网中用于互连主要的接入点，通过在世界各地的城市之间使用光纤建立光路径。光交换机可以使用信令路由协议（如 LDP 和 RSVP）建立光路径。光交换机是容错的：当链路断开时，它们可以沿另一条光路径反射波。

WDM 可以作为任何第 2 层协议 (SONET、以太网...) 的传输层部署，这些协议用于限定帧。

然而，纯光交换技术的应用还处于起步阶段：现在，WDM 交换机比分组交换机贵得多，而且它们可以只有几个接口，因为对于许多接口，镜像系统将非常复杂。此外，光交换是面向连接的：当建立电路时，即使电路当前未使用，资源也会继续分配 → 光交换适用于流量相当连续的网络骨干网。

更便宜的解决方案试图通过用电子交换矩阵替换镜子来克服技术局限性：每个光信号通过光电 (OE) 转换转换为一系列比特，以便更容易地进行切换，然后再次转换为光信号。重新转换的信号被再生，能够在失去功率之前传播更长的距离，但这种解决方案有很多缺点：与全光交换机相比，交换机消耗大量功率，并且更改比特率需要升级交换机。

参考资料

↑ 信令比特不考虑。

	计算机网络技术与服务	MPLS
	广域网

[1] 信令比特不考虑。

[1]