哪种广域网连接方式是电路交换

广域网WAN（Wide Area Network）是一种跨地区的数据通信网络，也称远程通信网，通常跨接很大的物理范围，覆盖范围从几十千米到几千千米，它能连接多个城市或国家，甚至横跨几个洲，形成国际性的远程通信网络。

广域网为用户提供远距离的信息传输，远距离的用户终端可以通过广域网实现通信，远距离的局域网间可以通过广域网实现互联，互联网的主干网络主要是由广域网组成。

一般来说，广域网的数据传输速率比局域网低，而信号的传播延迟比局域网要大。传统的广域网典型速率是从56Kbps到155Mbps，现代广域网速率已经发展到622Mbps、2.5Gbps、10Gbps，传播延迟也不断在减小。

广域网又有公共传输网和专用传输网。公共传输网一般是由电信运营商进行建设，并负责运行、维护和管理，向全社会提供有偿的远程通信网。公用电话网是一个公共传输网，为全社会提供电话通信服务；公用数据网也是一个公共传输网，为全社会提供数据通信服务，用户可以利用公用数据网，将分布在不同地区的局域网或计算机系统互联起来，达到数据通信和资源共享的目的。专用传输网是由一个组织或团体自己建立、营运、维护，专门供系统内部使用的远程通信网络。如中国教育科研计算机网、电子政务网、税务网、公安网等就是教育、政府、税务、公安系统使用的专用传输网。

7.1.1　广域网的内部结构

按照资源子网和通信子网的划分，对应在通信子网的层次，广域网主要实现通信任务。按照OSI参考模型，广域网主要涉及七层模型的下面三层，即网络层、数据链路层、物理层。

广域网的内部结构主要是交换节点和传输链路。广域网内部的交换节点使用交换机，传输链路是由各种传输介质组成的物理链路。节点交换机通过物理链路了实现互联构成远程通信网络。数据传输时，数据从源端出发，通过通信子网内部节点交换机的不断转发，到达目的端，实现了从发送端到接收端的远距离数据通信任务。广域网的结构如图7-1所示。

广域网的内部结构与互联网内部结构不同。互联网内部结构的交换节点是路由器，物理链路是物理网络（局域网和广域网），通过路由器实现了不同网络的互联，在不同的网络间实现了数据转发，完成不同网络间的通信任务。而广域网内部的交换节点是交换机，传输链路是由各种传输介质组成的各种物理链路，节点交换机通过物理链路实现互联构成远程通信广域网。

图7-1 广域网的结构

广域网中，节点交换机主要完成分组交换，传输链路提供节点交换机到节点交换机的连接。为了提高可靠性，通常一台节点交换机通过多条链路与多台节点交换机相连，使得通过广域网通信的双方具有多条路径可达，广域网的网络拓扑一般为网状拓扑。

现代广域网中的传输链路一般是长距离的光缆，由这些光缆组成高速传输链路。在无线交换网中，通信链路可以通过卫星链路、微波链路以及其他无线信道实现传输。

广域网中之所以使用节点交换机，而不是使用路由器来构建网络，主要原因是广域网是在同一种网络中进行传输，它们使用同一种协议进行通信，通过中间节点的不断转发，实现远距离传输通信。

广域网使用交换机来获得更高的转发速率。而互联网是通过路由器将不同的网络互联起来，不同的网络使用了不同的协议，由互联的路由器实现不同网络之间的协议转换，最终实现了数据跨越不同网络的通信。

广域网的主要应用是远距离的局域网通过广域网实现互联，在此种情况下，局域网需要设置边界路由器，通过边界路由器实现与广域网的互联。在这里边界路由器将完成局域网、广域网两个不同网络的互联。局域网通过广域网互联示意如图7-2所示。

图7-2 局域网通过广域网互联示意

7.1.2　广域网的交换技术

广域网的交换技术主要有电路交换和分组交换，而分组交换又有虚电路和数据报两种方式。

（1）电路交换

电路交换是广域网使用的一种交换方式。需要通信的双方可以通过营运商的电路交换网络为每一次通信过程建立，维持和终止一条专用的物理电路。电路交换可以提供数据报和数据流两种传送方式，电路交换在电信运营商的网络中被广泛使用，其操作过程与普通的电话拨叫过程非常相似。公共交换电话网络PSTN（Public Switched Telephone Network）、综合业务数字网ISDN（Integrated Service Digital Network）是采用电路交换技术的广域网。局域网通过电话网进行互联示意如图7-3所示。

图7-3 局域网通过电话网进行互联示意

（2）分组交换

分组交换是广域网普遍使用的交换技术。分组交换属于存储交换方式，传输的文件被分为若干分组送入分组交换网，每个分组到达一个节点交换机时，先存储下来，通过路由表找到前向节点交换机连接端口，再从该端口转发出去，通过逐节点的转发传输，最终达到目的端。X.25、FR、ATM等都是采用分组交换技术的广域网，局域网通过分组交换网进行互联示意如图7-4。

图7-4 局域网通过分组交换网进行互联示意

分组传输可以采用虚电路和数据报两种方式，所以广域网的传输也分为虚电路方式和数据报方式，虚电路方式提供面向连接的传输服务，而数据报方式提供无连接的传输服务。

（3）虚电路方式

对于采用虚电路方式的广域网，源节点要与目的节点进行通信之前，需要通过建立连接，为本次传输选择一条传输路径，即建立一条从源节点到目的节点的虚电路VCI，然后通过该虚电路进行数据传送，在最后当数据传输结束时，释放该虚电路（拆除连接）。公用数据网采用虚电路方式传输，公用数据网建立虚电路的示意如图7-5。

在虚电路方式中，当虚电路建立起来进入数据传输时，所有的分组都通过该虚电路进行数据传送，即按照建立连接时选择的这条固定路径传输，所以所有分组将按顺序达到目的端，目的端组装报文时不需要作排序处理，可以直接组装。

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。每个分组在传输时，仅使用位数较少的虚电路号，并不需要完整的目的地址，可以节省存储空间和减小带宽占用。

图7-5 公用数据网建立虚电路的示意

一旦源节点与目的节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前向节点交换机所连接的输出端口，节点交换机将该数据包从输出端口转发出去，经过这样不断地转发将数据传送到目的端。

虚电路有两种不同形式，分别是临时虚拟电路（SVC）和永久虚拟电路（PVC）。SVC是一种按照需求动态建立的虚拟电路，当数据传送结束时，建立的电路将会被自动终止。SVC主要适用于非经常性的数据传送网络，这是因为在建立连接和拆除连接阶段SVC需要占用更多的网络带宽。永久虚电路PVC是一种永久性建立的虚拟电路，一旦建立起来就不拆除。所以PVC在数据传输时，不再有建立连接和拆除连接的过程，只有数据传输的过程。PVC可以应用于数据传送频繁的网络环境，这是因为PVC不需要建立连接或拆除连接而使用额外的带宽，所以对带宽的利用率更高，不过永久性虚拟电路的成本较高。

（4）数据报

广域网另一种组网方式是数据报方式，数据报方式提供无连接的传输服务。数据报方式传输时没有建立连接、维持连接以及拆除连接的过程，也不会按照事前选择好的路径传输。数据报方式中每个数据包要带上完整的地址，在传输的过程中由各节点根据携带的地址进行路由选择和数据转发，即在数据报方式中每个数据包要单独寻址。

由于数据报方式是各数据包自带地址单独寻址，各个数据包就不一定会按固定路径传输，所以各数据包也不一定会按照顺序达到目的端，目的端组装数据包时需要作排序处理。数据报方式采用简单的传输方式，在网络层不采取差错控制、拥塞控制，而是将差错控制、拥塞控制都交给端主机去处理，所以各节点处理时间开销较短，传输实时性较好。

虚电路、数据报各有自己的特点，虚电路在网络层次较好地解决差错控制和拥塞控制，提高了可靠性，但带来了较多的时间开销。数据报方式将差错控制、拥塞控制都将给端主机去处理，采用简单的传输方式，相对传输可靠性不如虚电路方式，但数据报减小了传输时间开销，能提高传输速率，获得较好的传输实时性。

在广域网是采用虚电路方式还是数据报方式，涉及的因素比较多，需要根据面对的网络通信网络和传输的业务情况综合考虑。随着线路传输技术的不断提高，网络的传输介质误码率越来越低，网络链路上的传输基本不出错，使得数据报方式显出更多的优势，目前数据报方式成为了越来越多的网络和业务的选择。

7.1.3　广域网的路由技术

广域网的节点主要是交换机，各节点间的交换机与交换机之间都是点对点的连接。所以广域网的路由也不同于互联网的路由方式。交换机的路由使用层次编址方式，将地址表示为交换机、端口两部分，路由时，首先找到交换机，再通过交换机找到目的网络所连接的端口（或主机）。

广域网中的每台交换机中存有一张路由表，表中存放了到达每个目的网络（或站点）应转发到的交换机号以及对应的转发端口号。在如图7-6所示的网络中，3台节点交换机分别为SW1、SW2、SW3，站点11连接在SW1的第1端口，站点14连接在SW1的第4端口，站点21链接在SW2的第1端口，站点24链接在SW2的第4端口，站点31链接在SW3的第1端口，站点34链接在SW3的第4端口。

图7-6 有3台节点交换机的广域网

当数据包的目的站是11时，说明目地址是交换机SW1上端口1所连接的网络，转发应从SW2与SW1连接的端口转发到SW1去，再从SW1的端口1转发出去，到达目的网络。

当数据包的目的站是14时，说明目地址是交换机SW1上端口4所连接的网络，转发应从SW2与SW1连接的端口转发到SW1去，再从SW1的端口4转发出去，到达目的网络。

当数据包的目的站是31时，说明目地址是交换机SW3上端口1所连接的网络，转发则应从SW2与SW3连接的端口转发到SW3去，再从SW3的端口1转发出去，到达目的网络。

当数据包的目的站是34时，说明目地址是交换机SW3上端口1所连接的网络，转发则应从SW2与SW3连接的端口转发到SW3去，再从SW3的端口4转发出去，到达目的网络。

当数据包的目的站是21时，由于本站就连接在SW2，不需再向其他交换机转发，只需将数据包直接转发到SW2的端口2即可。同样，当数据包的目的站是24时，不需再向其他交换机转发，只需将数据包直接转发到SW2的端口4即可。

综合以上情况，可以看出，广域网的路由表示方法对于直接连接的站点或网络，属于（本地交付）直接交付，下一跳就是该站点或网络。对于没有直接连接的站点或网络，属于间接交付，下一跳则是前向路径的节点交换机，通过前向节点交换机的不断转接最终达到目的节点。

从以上例子的路由表可以看出，如果路由表中的目的站点的交换机号相同，则查出的下一跳站点的也必然相同。如在图7-6的SW2的路由表中，对于目的站是31和34的情况，下一跳站点都是SW3。因此转发中，交换机在确定下一跳时，可以不必根据目的站点的完整地址来确定，只需根据目的站点的交换机号，也就是说，对于两层编址的广域网，可以只根据交换机号进行路由选择，而不必考虑交换机中的端口号是多少，并将交换机号相同的行合并为一行，这样，各节点路由表将大大简化。如图7-7所示的网络中，各节点交换机的路由表就是简化路由表（如表7-1所示）。

图7-7 交换机号相同的广域网

表7-1 图7-7中的各节点交换机的简化路由表

7.1.4　广域网的类型

广域网可以分为采用电路交换技术的广域网和采用分组交换技术的广域网。采用电路交换技术的广域网主要有公用电话网PSTN和综合业务数字网ISDN。采用分组交换技术的广域网主要有公用数据网X.25、帧中继网FR、异步传输模式ATM等。除此之外，广域网还有数据数字网DDN和光纤同步传输网络SDH等。这些广域网一般都是由电信运营商进行建设，并为公众提供数据通信服务，所以广域网又称为公用数据网或简称公网。

（1）公共交换电话网络PSTN

公共交换电话网络PSTN（Public Switched Telephone Network），是为公众提供语音通信的网络系统，也就是我们日常生活中常用的电话网。PSTN是基于模拟技术的电路交换网络。由于电话历史悠久、覆盖范围广、通信费用低，已经有现成覆盖到全国的网络可利用，因此也被用于远距离数据通信。用户使用电话网进行数据通信时，可以使用普通拨号电话线或租用一条电话专线进行数据传输，使用PSTN实现计算机之间的数据通信是最廉价的，但由于PSTN线路的传输质量较差，而且带宽有限，再加上PSTN交换机没有存储功能，不便进行差错控制，因此PSTN只能用于对数据通信质量要求不高的场合。

（2）公用数据网X.25

公用数据网X.25是20多年前产生的一种为公众提供数据通信的公共网络，X.25的设计出发点是在不可靠的线路上建立一种可靠的网络通信机制。X.25采用分组交换技术，采用全网状的网络结构，面向连接的虚电路工作方式，采用了差错控制和拥塞控制的控制手段，能在不可靠的网络上实现可靠的数据传输，但由于X.25网为提高可靠性增加了各种控制措施，增加了处理时间开销，传输速度相对较低，最初的公用数据网一般只能达到几百Kbps的速率。

（3）帧中继FR

帧中继FR（Frame Relay）是由X.25分组交换技术演变而来的。为了提高网络的传输率，帧中继直接在数据链路层对帧进行转发，并省去了X.25分组交换网中的差错控制和流量控制功能，而把差错控制和流量控制的工作留给用户端去完成。由于采用了更简单的通信控制方式，减小了传输处理时间开销，从而获得更高的传输速度。FR的平均传输速率可以达到X.25的10倍，提供的速率可以达到2.048Mbps。

（4）公用数据数字网DDN

公用数据数字网DDN（Digital Data Network）是一种半永久性连接、电路交换方式的公共数据传输网络。DDN采用时分复用技术，以点对点作半永久性的电路连接实现数据传输，由于采用了电路交换的专用信道传输方式，不再采用分组传输方式，数据流直接从源端传输到目的端，实现透明传输，不存在X.25和FR中的打包、解包过程，所以可以获得很高的传输速率（N×2Mbps），但是由于DDN只能进行点对点的通信，组网及信息处理方式不够灵活，使用受到一定的限制。

（5）综合业务数字网ISDN

综合业务数字网ISDN（Integrated Services Digital Network）是由数字电话网发展起来的一个网络，ISDN主要解决将语音、文字、数据、视频等业务都通过一张网进行传输。ISDN网络上的所有业务都以数字形式进行传输，用户的语音、文字、数据、视频等信息都要在终端设备端转换为数字信号才能进行传输，或者说ISDN网络对应的终端都是数字终端。ISDN传输网内部采用电路交换、分组交换和时分多路复用技术实现各种业务数字信号的传输和交换。ISDN ISDN又细分为窄带ISDN和宽带ISDN，窄带ISDN是第一代ISDN，只能提供2Mbps以下的传输业务，宽带ISDN是第二代ISDN，带宽达到155Mbps，甚至更高的速率，能支持各种高带宽的传输业务。

（6）异步传输模式ATM

异步传输模式ATM（Asynchronous Transfer Mode）是一种面向连接的虚电路传输模式。ATM将各种业务数据分割成若干53字节固定长度的信元，采用STDM技术将各种业务的传输信元复用到高速线路上进行传输，实现语音、文字、数据、视频等业务的高速传输。复用到高速线路上的信元流，通过ATM交换机按照虚连接路径进行交换传输，将信息从发送方传输到接收方。通过这样的方式，ATM可以支持各种网络业务的传输，是宽带综合业务数字网ISDN（B-ISDN）的技术典范。目前，传统的ATM速率可以达到155Mbps，现代的ATM最高的速度可以达到10Gbps。ATM具有很好的性能，但也存在信元首部开销太大、技术复杂、价格昂贵的缺憾。

（7）同步数字体系SDH

随着传输从语音、数据走向语音、数据、视频，网络对传输带宽、传输速度提出了更高的要求，同时，建立兼容T1和E1的标准体系，实现T1和E1统一的传输网络体系迫在眉睫。同步数字体系SDH（Synchronous Digital Hierarchy）是顺应这种需要而发展起来的高速传输技术。SDH的中文名称为同步数字体系，是一种将复用、传输、交换技术融为一体，并由统一的网管系统操作的综合信息传输网络。SDH具有很高的传输速度，传输速率可达155Mbps、622 Mbps、2.5Gbps、10Gbps等，能兼容T1和E1的数据标准，能支持各种业传带宽要求，能很好地实现网络管理和维护。随着技术的进步，SDH技术不断成熟，系统的可靠性进一步提高，建设成本不断地下降，所以受到业界的普遍欢迎，已经成为当前远程通信传输网络的主要技术选择。