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    严格来说，广域网（WAN）是覆盖广泛区域的网络，跨越多个地区、国家，甚至在互联网的情况下覆盖全球。更一般来说，任何用于长距离传输数据的计算机网络技术都可以被称为WAN。

    WAN技术应根据其设计的应用（遥测、电话、数据传输等）满足一些服务持续时间、比特率和延迟约束。

    异步传输模式（ATM）代表了多种技术的融合，过去电信和信息技术领域在并行使用的方式中，都引入了用于长距离传输数据的技术：

    • 在电信领域，电话从模拟信号转为数字信号，随后ISDN和B-ISDN开始同时承载语音和数据；
    • 在信息技术领域，帧中继通过利用分组交换取代了模拟和数字专线，而X.25则通过将复杂性从核心节点转移到边缘节点来实现。

    如今，ATM由于其较低的复杂性和更高的简便性，正逐渐被IP取代。

    ISDN
    集成服务数字网（ISDN）可以同时传输数据和语音：各种数字设备可以连接到总线上，并通过可用的ISDN通道进行传输：

    • 基本速率接入（BRA）或基本速率接口（BRI）：提供2个64kbps的数据B通道和1个16kbps的信令D通道 → 总速率：144kbps（适用于单个用户或小型办公室）；
    • 主速率接入（PRA）或主速率接口（PRI）：提供30个64kbps的数据B通道和1个16kbps的信令D通道 → 总速率：2Mbps（适用于公司）。

    传输基于时分复用（TDM）；所有通道都连接到网络终端并通过称为“本地环路”的数字线路进入网络。这些通道继承了电信运营商的逻辑：即使没有数据交换，它们仍然处于活动状态。

    PDH

    PDH的层次结构。

    Plesiochronous Digital Hierarchy（PDH）是一种旧标准，旨在通过基于TDM的数字电话网络传输64Kbps的数字语音通道（PCM）。该系统称为“准同步”是因为需要在发射机和接收机之间进行严格同步，尽管每个设备都有自己的时钟。

    数据流按层次结构组织：通道按从低层到高层的顺序进行聚合（整流），层级越高，比特率越高。例如，在T1层，24个T0层通道被放入一个单一的帧中，紧挨在一起：由于帧必须持续125微秒，所以在T1层，比特率将比T0层高24倍。

    SDH

    SDH物理和协议体系结构。


    同步数字层次（SDH），是国际标准SONET的欧洲对应物，与PDH不同，它具有更高的速度：

    • 系统内存在一个统一的时钟 → 需要一个同步网络来实现更紧密的同步；
    • 铜线需要被光纤替代；
    • 流复用比PDH更复杂，因为它旨在优化硬件处理。

    协议架构被组织为一个层次堆栈，每个物理网络架构中的节点根据其功能实现这些层次：

    • 路径层：端到端的两个终端之间的互联；
    • 线路层：通过复用器将路径分割为多条线路；
    • 节段层：通过中继器将线路分割为多个段（适用于长距离）；
    • 光子层：光纤的最低层。

    每个时间帧持续125微秒，其头部包括用于合并和分离通道的同步信息，以及用于检测故障和恢复的OAM（操作、管理和维护）信息。

    SDH和PDH代表了ATM和帧中继运行的传输层。

    帧中继


    帧中继是一种面向连接的二层标准，用于在分组交换网络上建立永久虚拟电路。每个永久电路通过数据链路连接标识符（DLCI）来识别。

    该标准非常灵活：实际上，它并未指定网络中使用的上层技术（ATM、X.25等）。

    CIR

    蓝色用户的服务是有保障的，但是绿色用户没有，因为他的爆发量太高了。


    最大支持比特率不足以描述帧中继网络的性能，因为用户可能会以最大比特率（线速）连续发送比特，导致网络拥堵。因此，网络提供商还提供了承诺信息速率（CIR），即用户在某个时间间隔内可以传输的最大比特数，以确保服务：

    CIR = BC ⋅ TC，其中BC称为承诺突发大小：

    • 低突发性：用户很少发送数据包 → 始终保证服务；
    • 高突发性：用户连续以线速发送数据包 → 一旦超过承诺突发大小，服务将不再保证。

    当用户的终端设备（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。每个电路由虚拟路径标识符（VPI）和虚拟电路标识符（VCI）标识，并可以通过信令消息进行永久或动态设置。

    ATM单元非常小：每个ATM单元长53字节，由一个5字节的头部和48字节的有效负载组成 → 低延迟和低封装延迟。

    ATM网络具有非常复杂的模型，源自电信运营商的思维，旨在全面控制网络并保证高容错性。

    AAL 5


    当ATM设计时，预期它会普遍实施在网络中，包括用户PC的网络卡边缘。目前，PC在边缘仅实现IP协议，因为其实现成本更低，ATM只能作为网络核心的传输层存在。

    ATM适配层（AAL）类型5用于分段和重组（SAR）：

    • 分段：IP数据包被拆分成ATM单元；
    • 重组：ATM单元被组合成IP数据包。

    AAL使IP和ATM之间的交互变得复杂，因为IP地址需要转换为ATM连接标识符，反之亦然 → 如今的趋势是放弃ATM控制平面，转而采用MPLS控制平面。

    光网络


    在光网络中，数据通过使用波长分复用（WDM）技术通过光纤传输，并通过基于镜面的光开关系统进行切换。

    波长分复用（WDM）允许将多个光信号传输到一根光纤中 → 提高了光纤的传输能力：

    • 粗波分复用（CWDM）：允许传输较少数量的波长间隔较大的信号 → 更便宜，因为解复用更容易；
    • 密波分复用（DWDM）：允许传输更多数量的信号，波长间隔较小 → 更昂贵，因为解复用更复杂。

    光开关基于由微机电系统（MEMS）控制的镜面反射，将电磁信号从输入光纤反射到输出光纤。光开关非常灵活：它利用电磁波的物理特性，而不关心比特内容 → 网络可以升级到更高的速度，因为光开关的工作与比特率无关。

    存在几种类型的光开关：

    • 加/删复用器：最简单的光开关，可以插入（添加）来自发射器的信号到网络中，并从网络中提取（删除）信号传向接收器；
    • 交叉连接：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；
    • 波长开关：配置是动态的，即开关可以比交叉连接更快速地改变电路 → 故障恢复非常迅速。

    通过波长转换，光开关可以将信号的波长更改为输出光纤中未使用的波长，从而保持所有信号的分离。

    光开关可以用于网络骨干网中，连接主要接入点，通过光纤在全球城市之间建立光路径。光开关可以通过使用LDP和RSVP等信令和路由协议来设置光路径。光开关具有容错性：当链路断开时，它们可以通过其他光路径反射波。

    WDM可以作为任何二层协议（SONET、以太网等）上运行的传输层，定义帧的边界。

    然而，纯光交换技术仍处于初期阶段：如今WDM交换机比包交换机更昂贵，且接口数量有限，因为镜面系统对于多个接口会变得非常复杂。此外

    ，光交换是面向连接的：当电路建立时，资源仍然会分配，即使电路当前未使用 → 光交换适用于流量相对连续的网络骨干网。

    一些更便宜的解决方案通过将镜子替换为电气交换矩阵来克服技术限制：每个光信号通过光电（OE）转换被转换成比特序列，以便更容易地进行交换，然后再转换回光信号。重新转换后的信号被再生，可以在失去功率之前传输更长的距离，但这种解决方案有很多缺点：与全光交换机相比，交换机消耗的功率较大，并且改变比特率需要升级交换机。