3.2　網絡類型

本節介紹主要用于支持分布式系統的網絡類型：個域網、局域網、廣域網、城域網以及它們的無線變體?；ミB網絡（如互聯網）是基于這些類型的網絡構造出來的。圖3-1給出了下面討論的各種網絡的性能特征。

一些網絡類型的名字經常會被混淆，因為它們看上去指的是物理范疇（局域、廣域），其實它們也確定了物理傳輸技術和底層的協議。對于局域網和廣域網來說，這些方面是不一樣的，盡管一些網絡技術，如ATM（異步傳輸模式）既適用于局域網又適用于廣域網，一些無線網絡也同時支持局域網和城域網傳輸。
我們把由很多互連的網絡組成，并且集成起來提供單一數據通信介質的網絡稱為互連網絡。互聯網就是典型的互連網絡，它由數百萬的局域網、城域網和廣域網組成。我們將在3.4節詳細描述它的實現。
個域網　個域網（Personal Area Network,PAN）是本地網的子類，其中一個用戶攜帶的各種數字設備由一個廉價、低能量網絡連接起來。有線PAN不是太重要，因為很少有用戶希望自己身上有有線網絡，但由于移動電話、PDA、數碼相機、音樂播放器等個人設備數量的增加，無線個域網（WPAN）的重要性也隨之增加。我們將在3.5.3節描述藍牙WPAN。
局域網　局域網（Local Area Network,LAN）在由單一通信介質連接的計算機之間以相對高的速度傳輸消息，這里的通信介質包括雙絞線、同軸電纜和光纖。86網段是指為某個部門或者一個樓層中很多計算機服務的那部分電纜。在段中，消息不需要路由，因為網段中的計算機都有直接的連接。整個系統的帶寬由連接在網段范圍內的計算機共享。大一些的局域網，比如校園網或者辦公樓中的網絡，由許多網段組成，段之間通過交換機或集線器互連（詳見3.3.7節）。對于局域網來說，除了消息流量很大的時候，系統總帶寬很高，而延遲時間很短。
20世紀70年代，人們開發了多種局域網技術——以太網、令牌環和有槽環形網，這些技術都提供了有效和高性能的解決方案，但最終以太網成為有線局域網的主導技術。它產生于20世紀70年代的早期，當時的帶寬是10Mbps（每秒100萬比特），最近擴展為100Mbps和1000Mbps（每秒1G比特）。以太網操作的原理將在3.5.1節中加以描述。
局域網的適用性很強，它可以在幾乎所有的工作環境中工作，只需有一兩臺以上的個人計算機或者工作站，它們的性能對實現分布式系統和應用來說已經足夠了。以太網技術缺乏許多多媒體應用所需的延遲和帶寬保證，但ATM網絡的開發填補了這個空白，但它們昂貴的開銷限制了它們在局域網應用中的使用。而高速以太網采用交換模式加以部署，在很大程度上克服了上述缺點，雖然它的有效性不如ATM網絡。
廣域網　廣域網（Wide Area Network,WAN）在屬于不同組織以及可能被遠距離分隔開的結點之間以較低速度傳遞消息。這些結點可能分布在不同的城市、國家甚至不同的洲。其通信介質是連接專用計算機（稱為路由器）的通信電路。路由器管理整個通信網絡，并將消息或數據包路由到指定的地點。在大多數的網絡中，路由操作在每個路由點都引進了一定的延遲，因此消息傳送總的延遲取決于消息經過的路由和消息經過的網絡段的流量負載。在如今的網絡中，這些延遲可能達到0.1～0.5s。大多數介質的電信號速度接近光速，這就給長距離網絡的傳輸延遲設置了一個下限。舉例來說，一個信號從歐洲到澳大利亞通過陸路連接的傳播時間大約是0.13s，而地球表面上任意兩個點之間經過地球同步衛星傳輸的信號有大約0.20s的延遲。
互聯網上可用的帶寬也變化很大。在部分互聯網上速度可以達到600Mbps，但通常情況下，傳輸大量數據的速度還是1～10Mbps。
城域網　城域網（Metropolitan Area Network,MAN）基于城鎮或城市里高帶寬的銅線和光纖電纜，在50km的范圍內傳輸視頻、音頻或者其他數據。人們已經使用了多種技術來實現在MAN中的數據的路由，例如，從以太網到ATM。87
以目前在許多城市可用的DSL（數字用戶線）和電纜調制解調器連接為例。DSL通常使用電話交換系統中的ATM交換機（在已有的用于電話連接的電線上用高頻信號）將雙絞線上的數字信號以大約1～10Mbps的速度路由到用戶的家或辦公室中。因為DSL用戶連接使用的是雙絞線，所以限制用戶和交換機的距離要在5.5km之內。電纜調制解調器連接是在同軸電纜架構的有線電視網絡上使用模擬信號傳輸，速度可以達到15Mbps，其范圍大大地超過了DSL。
DSL實際上代表了包括ADSL（即非同步數字用戶線）的一類xDSL技術。近來的VDSL和VDSL2（Very High Bit Rate DSL）的速度可達到100Mbps，設計用來支持高清電視的多媒體傳輸。
無線局域網　無線局域網（Wireless Local Area Network,WLAN）用于替代有線LAN，為移動設備提供連接，或者說，使得家里和辦公樓內的計算機不需要有線的基礎設施就能相互連接并連到互聯網上。它們都是廣泛使用的IEEE 802.11標準（WiFi）的變體，在1.5km范圍內提供10～100Mbps的帶寬。3.5.2節將給出這些方法的詳細介紹。
無線城域網　IEEE 802.16 WiMAX標準針對這類網絡。無線城域網（Wireless Metropolitan Area Network,WMAN）旨在替換家庭和辦公樓中的有線連接，并在某些應用中超越802.11 WiFi網絡。
無線廣域網　無線廣域網（Wireless Wide Area Network,WWAN）大部分移動電話網絡基于數字無線網絡技術，如世界上大部分國家采用的GSM（全球移動通信系統）標準。移動電話網絡通過使用蜂窩無線連接可在廣闊的地域（通常是整個國家或整個大洲）上運行，它們的數據傳輸設施為便攜設備提供了到互聯網的廣域移動連接。上述蜂窩網絡提供的數據傳輸率相對較低，只有9.6～33kbps，而“第三代”（3G）移動電話網絡的數據傳輸率在靜止狀態下可達到2～14.4kbps，移動狀態下（如車內）可達到348Kbps的數據傳輸率。其底層技術是全球移動通信系統（Universal Mobile Telecommunications System,UMTS）。全球移動通信系統已經朝著4G網絡演化，其數據傳輸率可達到100Mbps。對移動和無線網絡領域快速發展的技術感興趣的讀者可參考Stojmenovic的手冊［2002］。
互連網絡　互連網絡是一個通信子系統，它將多個網絡連接起來提供公共數據通信設施，這些數據通信設施覆蓋了單個網絡中的技術和協議以及用于互連的方法。
開發可擴展、開放的分布式系統，需要用到互連網絡。分布式系統的開放性特征意指分布式系統所使用的網絡應該是一個可擴展到含有大量計算機的網絡，而單個網絡的地址空間有限，且一些網絡有性能限制，都不宜于大規模地使用。在互連網絡中，88可將眾多的局域網和廣域網技術集成起來為各類用戶提供連網能力。這樣，互連網絡給分布式系統的通信提供了很多開放系統所具有的好處。
互連網絡是由多種網絡組建而成的。它們的互連依靠稱為路由器的專用計算機和稱為網關的通用計算機，集成通信子系統由軟件層實現，它為互連網絡的計算機提供尋址以及數據傳輸功能?？梢园鸦ミB網絡想象成一個“虛擬網絡”，它是由底層網絡、路由器、網關組成的通信介質上覆蓋一個互連網絡層而構造出來的?；ヂ摼W是網際互連的一個主要的例子，它所使用的TCP/IP協議是上面提到的集成層的一個例子。
網絡錯誤　圖3-1的比較沒有顯示的一點是不同網絡中會發生的故障頻率和類型。除了在無線網絡中數據包經常會因為外部干擾而丟失之外，其他各種網絡的底層數據傳輸介質的可靠性都很高。但在所有網絡中，都會由于處理延遲、交換機緩沖區溢出或者目的結點緩沖區溢出而引起數據包丟失，而這也是迄今為止數據包丟失最常見的原因。
數據包到達的順序可以與發送的順序不一樣，這種情況只出現在對分離的數據包可以單獨路由的網絡——主要是廣域網中。如果發送方假設以前發送的數據包丟失了，那么可以發送數據包的拷貝。數據包被重發后，接收方會同時收到原數據包和重發的數據包。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的《分布式系统：概念与设计》一3.2　网络类型的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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