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3 IP网络设计系列讲座:广域网设计

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网络技术是从1990年代中期发展起来的新技术，它把互联网上分散的资源融为有机整体，实现资源的全面共享和有机协作，使人们能够透明地使用资源的整体能力并按需获取信息 。资源包括高性能计算机、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源、大型数据库、网络、传感器等 。当前的互联网只限于信息共享，网络则被认为是互联网发展的第三阶段 。广域网(WAN)对于企业的网络拥有成本是一个最大的单项开支 。因此，强调得最多的和最重要的是有一个权衡性价比的区域 。本文将探讨各种替代的方法 。这些方法在选择和设计WAN基础设施的时候是必须要进行评估的 。不同的拓扑的和技术的选择将从它们与基本的WAN设计目标的关系的角度进行讨论 。包括同步串行线路、帧中继和ATM在内的传统的技术替代方法将同DSL和MPLS等更高级的技术一起讨论 。
同步串行线路
清晰频道租赁线路是地理上分散的站点之间相互连接的最简单和最传统的方式，然而也是最昂贵的方式 。同步租赁线路的主要优势在于其技术的简单性 。这就意味着这种技术的安装和排除故障仅需要较少的专业知识，从而减少了技术支持的费用 。点对点的串行连接的特点是需要的费用最少，因此提高了有效的数据吞吐量并且消除了额外的延迟和抖动的因素 。
充足带宽的串行连接的特点是具有极好的服务质量 。在串行连接上造成信号延迟和抖动的主要原因是路由器上的队列和数据包串行化 。当一个小数据包等待一个大数据包在这个连接上发送的时候可能会出现串行化延迟 。这种类型的延迟最有可能发生在低速连接上 。然而，带宽预算总是有上限的，并且总有更省钱的方法减少在串行连接上的延迟和抖动 。高级的队列技术把大型数据包分割为小数据包，并且给小数据包更高的优先等级，从而保证在串行连接上的延迟分布的更统一 。
这对于数据包语音、视频和多媒体等对延迟非常敏感的实时应用是非常重要的 。串行租赁线路最大的缺点是成本太高 。因此，这个行业的许多部门都把串行租赁线路看作是不能有效地使用价格昂贵的带宽 。这种情况促使人们从串行租赁线路技术向诸如帧中继或者用于更高带宽需求的ATM信元中继等包交换技术转移 。
帧中继
帧中继协议是在客户的路由器或者帧中继接入设备(FRAD)之间运行的 。本地帧中继交换机一般属于服务提供商 。永久虚拟电路(PVC)用于站点之间的连接 。永久虚拟电路之所以称作“永久”是因为端点总是与一个租赁线路时相同的 。使用“虚拟”这个词是因为在运营商的网络上的整个线路中没有一个专用的物理连接 。例如，不需要运营商编排其交换机来保证信号传输，从站点A进入帧中继网络的通信将在站点B退出这个运营商的网络 。
因此，在最基本的水平上，这看起来好像与使用一条租赁线路把站点A与站点B连接起来是一样的 。不过，还有许多基本的和相当大的区别 。帧中继实际上是通过一种包交换的技术收取传统的基本费用 。事实是，整个线路上没有一个专用的物理电路使运营商能够提供一个灵活的带宽，向用户证明这种连接是节省费用的 。
一项帧中继服务需要为每一个永久虚拟电路购买一个承诺信息速率(CIR) 。CIR是运营商担保的端对端的带宽 。用户还可以购买额外的突发速率(Burst Rate) 。突发速率是所有的永久虚拟电路都支持的最大速度的通信速率 。显然，最大突发速率是用户接入帧中继服务提供商的线路的物理速度 。然而，运营商不能保证通信将以超过CIR的速度传输 。一旦超过了这个速率，所有随后的数据包都将在帧中继文件头上打上“DE”(符合丢弃条件)的标签 。这将在本地帧中继交换机上完成 。
如果在帧中继网络的一个节点检测到阻塞的情况，有“DE”标记的数据包将被首先放弃 。在检测到拥塞之后，帧中继交换机将向信息源发送一个后向拥塞通知(BECN)信息 。如果发送这个信息的路由器或者FRAD有足够的智能来处理这个信息，那么，它就能够把发送的速率降低到CIR速率 。因此，用户可以选择CIR速率或者最大突发速率，以便获得能够充分支持其应用需求的最划算的带宽 。
使用TCP协议的应用程序对于放弃的数据包更有弹性，因此同不太可靠的基于UDP的应用程序相比性能受到的影响要小一些 。对于语音应用程序来说，被放弃的数据包超过一定的比例将影响语音的质量 。当以超过CIR的速率进行语音通信时，还有一个需要注意的问题 。除了在拥塞时放弃有“DE”标记的数据包之外，帧中继交换机还可能以较低的优先等级缓存这些数据包 。这意味着这种通信将会达到目的地，但是，会有很大的延迟或者抖动，对于语音质量或者任何实时重放都会产生严重的影响 。
避免以超过CIR速率的速度运行实时通信程序应该被当作一项一般的原则 。这是非常恰当的，因为帧中继服务会需要某些带宽的保证，不能保证出现任何延迟 。因此，对于实时的和非实时的通信使用不同的永久虚拟电路是非常必要的 。帧中继网络能够以节省成本的方式提供恢复能力 。可以使用一些CIR速率低于主要的永久虚拟电路的备份的永久虚拟电路 。这种备份的永久虚拟电路位于通向本地帧中继交换机的不同的电缆线中，因为不仅仅在理论上保证这种恢复能力是很重要的 。
异步传输模式
异步传输模式(ATM)一种综合性技术，旨在把带宽的一致性和传统的清晰频道TDM技术有关的延迟与包交换技术的灵活性结合在一起 。ATM的较高层使用专用网络接口(PNNI)支持交换式虚电路(SVC)的动态重新路由 。ATM还适应突发通信状况 。小的、固定的53个字节的信元可减少在WAN中出现的延迟或者抖动的变化 。虽然ATM中使用的许多原则与帧中继相似，但是，交换较小的固定长度的信元以及ATM协议中固有的服务质量的特点使ATM更适合用于由不同成分组成的和实时的应用程序 。
ATM资源和服务质量参数
用户能够受益于与帧中继相同的带宽的灵活性 。使用ATM，用户可以从服务提供商那里购买可持续信元速率(SCR)和峰值信元速率(PCR) 。这与帧中继中使用的CIR和EIR相同 。因此，同使用帧中继一样，用户对于接入速度有一定的控制权，并且可以根据应用的需求调整接入速度 。
除了与信元速率有关的通信参数之外，ATM还采用了服务质量参数 。这些参数可在用户网络接口提出申请，旨在为各种对延迟敏感的和对丢失数据包敏感的应用程序提供更好的服务 。
信元丢失率(CLR):这是整个连接中数据吞吐量中信元总数与放弃的信元数量的比例 。CLR是一个参数，对于那些对丢失数据包非常敏感的应用程序可以把CLR设置为最大值，例如基于UDP数据的应用程序等 。
信元延迟变化(CDV):CDV是在特定时间间隔中整个ATM连接中延迟的平均变化 。对于语音和视频等不能容忍大量延迟变化的应用程序，可以向ATM网络申请CDV的最大值 。
信元传送延迟(CTD):CTD是总的端对端的延迟或者在整个ATM连接中的延迟 。对于那些对时间敏感的语音或者数据应用程序，可以设置这个值 。
【3 IP网络设计系列讲座:广域网设计】

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