計算機網路技術與服務/廣域網

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	廣域網

嚴格地說，廣域網（WAN）是一個擴充套件到廣闊區域的網路，跨越地區、國家，甚至像網際網路那樣跨越世界。更一般地說，任何用於透過長距離傳輸資料的計算機網路技術都可以被稱為廣域網。

廣域網技術應該根據其設計的應用（遙測、電話、資料傳輸等）滿足一些服務持續時間、位元率和延遲限制方面的要求。

非同步傳輸模式 (ATM) 代表了多種技術的融合，這些技術過去在電信和 IT 領域分別並行引入，以透過長距離傳輸資料。

在電信領域，電話從模擬轉向數字，然後 ISDN 和 B-ISDN 開始傳輸資料和語音；
在 IT 領域，幀中繼取代了模擬和數字專線，利用了分組交換的優勢，並且取代了 X.25，將複雜性從核心節點轉移到邊緣節點。

如今，由於其更低的複雜性和更高的簡潔性，ATM 即將被 IP 取代。

ISDN

綜合業務數字網 (ISDN) 允許傳輸資料和語音：各種數字裝置可以連線到匯流排，並透過可用的 ISDN 通道傳輸。

基本速率接入 (BRA) 或 基本速率介面 (BRI)：它提供 2 個 64 kbps 的資料 B 通道和 1 個 16 kbps 的訊號 D 通道 → 總計：144 kbps（適合單個使用者或小型辦公室）；
主速率接入 (PRA) 或 主速率介面 (PRI)：它提供 30 個 64 kbps 的資料 B 通道和 1 個 16 kbps 的訊號 D 通道 → 總計：2 Mbps（適合公司）。

傳輸基於時分多路複用 (TDM)；所有通道都進入網路終端，並透過稱為“本地環路”的數字線路進入網路。通道繼承了電信運營商的邏輯：即使沒有資料交換，它們也保持活動狀態。

PDH

準同步數字層次 (PDH) 是一種老的標準，設計用於在基於 TDM 的數字電話網路上以 64 Kb/s（PCM）傳輸數字語音通道。該系統被稱為“準同步”，因為即使每個裝置都有自己的時鐘，也需要發射器和接收器之間緊密的同步。

資料流以分層的方式組織：通道從最低層到最高層被聚合成流（配線），層次越高階，位元率越高。例如，在 T1 層，24 個 T0 層通道被放到一個幀中，一個接一個地排列：由於幀必須持續 125 µs 才能應用於所有層，因此在 T1 層的位元率將是 T0 層的 24 倍。^[1]

SDH

同步數字層次 (SDH) 是國際標準 SONET 的歐洲等效標準，與 PDH 的區別在於其更高的速度。

整個系統存在一個時鐘 → 為了更緊密的同步，需要一個同步網路；
銅纜需要被光纖取代；
流多路複用比 PDH 更復雜，因為它旨在最佳化硬體處理。

協議體系結構被組織成一個層堆疊，物理網路體系結構中的每個節點根據其功能實現它們。

路徑層：兩個終端之間的端到端互連；
線路層：路徑被複用器分割成線路；
段層：線路被中繼器（用於長距離）分割成段；
光子層：光纖的最低層。

每個時幀持續 125 µs，其報頭包含用於組合和分離通道的同步資訊，以及用於檢測故障並從故障中恢復的 OAM（操作、管理和維護）資訊。

SDH 和 PDH 代表 ATM 和幀中繼執行的傳輸層。

幀中繼

幀中繼 是一種第 2 層面向連線的標準，用於在分組交換網路上建立永久虛擬電路。每個永久電路都由一個資料鏈路連線識別符號 (DLCI) 標識。

該標準非常靈活：實際上，它沒有指定網路內部使用的上層（ATM、X.25 等）技術。

CIR

最大支援位元率不足以描述幀中繼網路的效能，因為使用者可能連續以最大位元率（線速）傳送位元，導致網路擁塞。因此，網路提供商還提供了承諾資訊速率 (CIR)，即使用者在特定時間間隔 $T_{\text{C}}$ 內可以傳輸的最大位元數 $B_{\text{C}}$ ，以確保服務得到保證

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

其中 $B_{\text{C}}$ 被稱為承諾突發大小

低突發性：使用者很少傳送資料包 → 服務始終得到保證；
高突發性：使用者持續以線速連續傳送資料包 → 當他超過承諾突發大小時，服務將不再得到保證。

當用戶的資料終端裝置 (DTE) 達到最大突發性時，可以停止傳輸。

ATM

非同步傳輸模式 (ATM) 是一種面向連線的標準，用於在 B-ISDN 網路上建立虛擬電路。每個電路由一個虛擬路徑識別符號 (VPI) 和一個虛擬電路識別符號 (VCI) 標識，它可以是永久的，也可以透過信令訊息動態建立。

ATM 信元很小：每個 ATM 信元長 53 位元組，由一個 5 位元組長的報頭組成，包含連線識別符號，以及一個 48 位元組長的有效載荷 → 低延遲和低分組延遲。

ATM 網路具有非常複雜的模型，源於電信運營商的心態，即完全控制網路並保證高容錯性。

AAL 5

在設計 ATM 時，人們認為它會在網路中普遍實施，包括在使用者 PC 的網絡卡中。現在，邊緣的 PC 只實現了 IP 協議，因為它的實現成本更低，而 ATM 只能作為網路核心中的傳輸層，對使用者隱藏。

ATM 適配層 (AAL) 型別 5 用於分段和重組 (SAR)

分段：IP 資料包被拆分為 ATM 信元；
重組：ATM 信元被組合成 IP 資料包。

AAL 使 IP 和 ATM 之間的互動變得複雜，因為 IP 地址應該被轉換為 ATM 連線識別符號，反之亦然 → 現在，趨勢是放棄 ATM 控制平面並採用 MPLS 控制平面。

光網路

在光網路中，資料透過電磁波傳輸，這些電磁波透過使用 WDM 多路複用，透過光纖傳輸，並由基於鏡面的光交換系統進行交換。

波分複用 (WDM) 允許將多個光訊號放入一根光纖中 → 光纖的傳輸容量增加

粗波分複用 (CWDM)：它允許傳輸數量較少的訊號，這些訊號的波長彼此相隔很遠 → 由於解複用更容易，因此成本更低；
密集波分複用 (DWDM)：它允許傳輸數量更多的訊號，這些訊號的波長可以是任意的 → 由於解複用更復雜，因此成本更高。

光交換 基於由微機電系統 (MEMS) 控制的鏡子，將電磁訊號從輸入光纖反射到輸出光纖。光交換非常靈活：它利用電磁波的物理特性，而不關心位元 → 網路可以升級到更高的速度，因為光交換機獨立於位元率工作。

存在幾種型別的光交換機

新增/刪除複用器：這是最簡單的光交換機：它可以插入兩根光纖之間，以光學方式將來自發射機的訊號插入網路，並從網路中提取 (刪除) 訊號到接收機；
交叉連線：它可以將多個輸入光纖連線到多個輸出光纖
- 光纖交叉連線：來自輸入光纖的所有電磁波都被切換到輸出光纖；
- 波段交叉連線：來自輸入光纖的一組具有接近波長的電磁波被切換到輸出光纖；
- 波長交叉連線：來自輸入光纖的一組具有相同波長的電磁波被切換到輸出光纖；
波長交換機：配置是動態的，也就是說交換機可以比交叉連線更快地改變電路 → 故障恢復速度快。

來自兩個不同輸入光纖的兩個具有相同波長的訊號可能需要切換到同一個輸出光纖 → 透過波長轉換，光交換機可以將訊號的波長更改為輸出光纖中尚未使用的波長，以保持所有訊號分離。

光交換機可以在網路骨幹網中用於互連主要的接入點，透過在世界各地的城市之間使用光纖建立光路徑。光交換機可以使用信令路由協議（如 LDP 和 RSVP）建立光路徑。光交換機是容錯的：當鏈路斷開時，它們可以沿另一條光路徑反射波。

WDM 可以作為任何第 2 層協議 (SONET、乙太網...) 的傳輸層部署，這些協議用於限定幀。

然而，純光交換技術的應用還處於起步階段：現在，WDM 交換機比分組交換機貴得多，而且它們可以只有幾個介面，因為對於許多介面，映象系統將非常複雜。此外，光交換是面向連線的：當建立電路時，即使電路當前未使用，資源也會繼續分配 → 光交換適用於流量相當連續的網路骨幹網。

更便宜的解決方案試圖透過用電子交換矩陣替換鏡子來克服技術侷限性：每個光訊號透過光電 (OE) 轉換轉換為一系列位元，以便更容易地進行切換，然後再次轉換為光訊號。重新轉換的訊號被再生，能夠在失去功率之前傳播更長的距離，但這種解決方案有很多缺點：與全光交換機相比，交換機消耗大量功率，並且更改位元率需要升級交換機。

參考資料

↑ 信令位元不考慮。

	計算機網路技術與服務	MPLS
	廣域網

[1] 信令位元不考慮。

[1]