作者
Mesh Flinders
Staff Writer
IBM Think
Ian Smalley
Staff Editor
IBM Think
什么是广域网 (WAN)？
广域网 (WAN) 是一系列跨越较大地理区域的互联电信网络，通常连接总部、分支机构、数据中心和其他关键基础设施。
最大、最著名的广域网是互联网，它是全球众多小型网络的集合体。
广域网最初由美国空军于 20 世纪 50 年代实施，多年来通过利用异步传输模式 (ATM)、分组交换、软件定义网络 (SDN) 以及最新的现代互联网等现代通信技术的进步而不断发展。如今，WAN 对于大多数现代企业的功能具有关键作用，它帮助业务遍布全球的公司跨时区、跨大洲甚至跨海洋交换信息和资源。
WAN 由一系列规模较小、相互连接的网络组成，而这些网络又由计算机和其他称为局域网 (LAN) 的较小设备组成。
什么是局域网 (LAN)？
局域网 (LAN) 是一种使计算机、手机等设备能够在小块地理区域内安全地分享数据和信息的系统。虽然只能覆盖 WAN 的一小部分地理区域，但 LAN 更易于维护，成本效益更高。LAN 通常只需要一种网络技术即可运行，如以太网或 wifi，而 WAN 通常需要多种。
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WAN 是如何运作的？
广域网 (WAN) 通过连接地理区域内的一系列 LAN 来发挥作用，令使用 LAN 的设备能够通过服务提供商交换信息和资源。WAN 架构是根据开放系统互连 (OSI) 模型设计的，这是一套有效标准化所有现代电信的规则。
广域网依赖于在不同网络层级或层上运行的不同网络技术，这些技术共同协作，使广域网得以正常运行。从本质上讲，广域网最依赖于涉及三个关键组件的数据交换：数据包、路由器和端点。
数据包：数据包是在网络（如互联网）上传输的小型信息单位，既包含数据本身，也包含路由器的信息，如数据源和目的地。
路由器和路由选择：路由器既可以是物理设备，也可以是逻辑组件，在“路由”过程中引导数据包在网络中的路径上运行。路由器依靠数据包中的信息来确定发送数据的最佳路径。
端点： 广域网中的端点（也称终端节点）是连接到网络的物理设备，可用于交换数据。通常，这是一台计算机、笔记本电脑、智能手机或服务器。
WAN 类型
根据与端点的连接方式，WAN 通常分为交换式 WAN 或点对点 WAN。
交换式广域网： 交换式广域网通过使用共享的网络基础设施（如蜂窝网络中的基站 ）来连接设备。在交换式广域网中，利用多个组件的局域网共享由交换设备管理的网络资源，该交换设备本质上是一个中央枢纽，负责指导整个网络中的数据流量。交换式广域网依赖于一种称为异步传输模式（ATM）的技术，该技术以固定大小（而非可变大小）的数据包在网络上发送数据。
交换式 WAN 非常适合高速、可靠且延迟相对较低的数据传输，这正是许多现代实时应用程序所需的数据传输类型。
点对点 WAN：在点对点 WAN 设计中，两个 LAN 通过租用线路（通常是从电信提供商处租用的专用连接）连接在一起，使组织可以独享专用互联网连接。也许点对点 WAN 最著名的示例是依赖于电话线的原始拨号 Internet 连接。如今，现代企业通常使用点对点 WAN 来确保不同物理位置的办公室之间实现私有、高速、固定带宽的连接。
点对点 WAN 依靠一种称为点对点隧道协议 (PPTP) 的技术来运行。PPTP 是一种协议，或者说是规则，可辅助为用户建立经验证的专用网络 (VPN)。PPTP 使用户能够使用传输控制协议/互联网协议 (TCP/IP)（一种广泛用于通过网络发送信息的标准）将数据从远程客户端（端点）传输到服务器。
WAN 连接
尝试将 WAN 用于商业目的的组织通常依赖第三方提供商来提供网络连接和互联网服务，因为构建自己的网络基础设施成本高昂，且需要大量资源。以下是支持 WAN 的一些最常见的连接类型。
租用线路：许多 WAN 的连接都依赖于租用线路，即连接两个 LAN 端点的直接连接。互联网服务提供商拥有物理和虚拟连接，并将其出租给寻求充分利用其网络基础设施实现 WAN 的组织。
隧道技术：通过公共互联网传输加密的数据包（即隧道技术）是广域网连接不同地理位置的局域网的另一种常见方式。专线的成本更高，因为它提供了专用的私有连接，并保证了自身的带宽，而隧道技术仅提供了一种在现有的公共网络上安全传输数据的方法。隧道技术通常仅用于将远程用户连接到安全网络，而专线则用于连接整个组织。
多协议标签交换： 多协议标签交换 (MPLS) 是一种路由方法，它在通过网络发送数据时提高了安全性和可扩展性。MPLS 使组织通过更短、更快的路径在网络中路由关键数据，从而提高网络性能。MPLS 帮助组织在现有的网络基础设施（例如 ATM、以太网和帧中继（基于 OSI 科技的广泛使用的 WAN 标准））上创建统一的网络。MPLS 使一些组织能够更高效地管理具有多个路由域的大型复杂网络。
软件定义 WAN：软件定义广域网 (SD-WAN) 是 MPLS 技术的另一种应用，目的是降低成本和提高灵活性。在 SD-WAN 中，MPLS 技术应用于宽带互联网连接，而不是固定连接。与传统 WAN 不同，SD-WAN 依靠集中控制器来管理网络上的流量，从而允许更加可定制的数据路由，以满足特定的应用需求，适应不断变化的网络条件。SD-WAN 经常用于为资源密集型、基于云的软件即服务 (SaaS) 应用程序提供快速、高效和可靠的连接，而使用传统 WAN 和 MPLS 连接时速度可能会较慢。SD-WAN 是发展最快的 WAN 技术之一。该市场规模接近 40 亿美元，预计未来 5 年复合年增长率 (CAGR) 将为 32.5%。1
WAN 协议
与其他任何网络一样，广域网也是基于一套规定了数据和资源的共享方式的规则性原则（即协议）来运行的。以下是控制广域网的一些最重要的协议。
帧中继：帧中继是一种数据封装方法，它允许数据在网络中的帧中继节点（本质上是在网络各点之间传递数据的交换机）之间传输。帧中继能够在分散在不同地理位置的局域网的交换机和路由器之间移动数据，将它们连接成一个更大的广域网，并促进快速、安全的数据和资源交换。
异步传输模式： 异步传输模式 (ATM) 是一种为 ATM 网络设备提供支持的技术，这些设备依赖 WAN 技术将数据格式化为 53 字节的单元（即信元），以便传输到另一个目的地或节点。当 ATM 信元到达其目的地节点时，它们会被重新组装成原始格式，以便被读取。在 20 世纪 90 年代末，由于以太网连接成本更低、速度更快，许多 ATM 网络被以太网连接所取代。
TCP/IP：传输控制协议/互联网协议 (TCP/IP) 是计算机网络中使用最广泛的协议之一，主要负责指导数据如何通过互联网移动。TCP/IP 为如何在全球节点之间打包、寻址和发送数据制定了规则。这些年来，它有了许多版本，最新的版本是 IPv6（互联网协议版本 6）。
SONET/SDH 上的数据包传输 (POS)：SONET/SDH 上的数据包传输 (POS) 是一项重要的广域网通信协议，它描述了在依赖光纤（光纤通信）的网络（如互联网服务提供商或有线电视提供商）中如何进行点对点通信。POS 协议能够通过光纤电缆，以高速高效地传输大量数据包。
WAN 优化
自 20 世纪 50 年代问世以来，广域网一直处于数字技术进步的前沿，利用云计算、无线技术，甚至人工智能 (AI) 等尖端创新来提升性能。以下是现代企业优化广域网性能的三种方式。
协议加速：协议加速是一种广泛使用的 WAN 优化方法，可改善数据在网络中的传输方式。协议加速通过数据压缩和协议的智能处理，可以简化相距甚远的节点之间的数据通信，减少延迟甚至降低带宽使用率。
设置速率和连接限制：现代网络管理员提高 WAN 性能的另一种方法是减少网络带宽和开放式互联网接入链接的数量。通过设置规则来定义 WAN 的使用方式，例如，限制视频流、游戏或其他资源密集型活动，可以提高业务应用的带宽和可用性。
流量整形和网络分段：流流量整形和网络分段是现代网络管理员用于提升广域网安全性和性能的工具。流量整形会优先安排哪些类型的数据包可以通过网络中的某些更快路由进行传输，从而使网络管理员能够为关键应用程序的数据流设置优先级。网络分段则是将网络划分为多个独立的区域，使管理员能够更精细地控制这些区域内的流量，并增加网络攻击从一个区域扩散到另一个区域的难度。
WAN 架构的优点
广域网为那些办公室分布在不同地理区域的企业提供了安全、快速且高效的沟通和资源共享方式。借助广域网，组织可以将远程工作人员与分支机构和总部连接起来，并同时在多个地点运行关键应用程序。以下是广域网架构为企业带来的一些最常见的好处：
覆盖广阔的地理区域
广域网能够安全地连接相隔甚远（有时甚至相隔数百或数千英里）的员工和应用程序。例如，在亚洲的一个团队为了赶工期而通宵工作，他们可以使用与纽约的一个团队相同的应用程序，而纽约的团队将在早上展示他们的工作成果。这两个团队可以实时进行沟通、协作和资源共享。
集中管理
广域网的构建方式使得它们可以从一个集中的中央位置进行管理和维护。IT 领导者可以使用 SaaS 框架来部署更新和解决问题，确保员工使用关键应用程序的最新版本，并远程监控和优化性能。
支持远程办公和协作
无论远程工作者身在何处，WAN 都能为他们提供快速、安全的应用。在 WAN 中，员工无论身在何处都可以访问和分享重要文件、协作工作并使用关键应用程序。此外，现代 WAN 还采用了防火墙和加密等最新的安全技术，以保护员工共享的敏感数据。
提高可扩展性
现代广域网通过允许企业轻松添加或移除网络连接（无论其位置如何），实现了应用程序和员工队伍的无缝扩展。借助最新的云解决方案和无线网络技术，部署广域网的企业可以根据需要扩展或收缩其网络，而无需对现有 IT 基础设施进行大规模改造。
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热门 WAN 用例
WAN 被世界上许多最成功的组织广泛采用，从政府和财富 500 强公司到大学、银行和医院。以下是一些最受欢迎的 WAN 用例。
政府机构
联邦调查局 (FBI)、财政部和国务院等政府机构严重依赖 WAN，以便员工可以共享资源并远程访问关键应用程序。WAN 的速度、灵活性和安全性实现了在安全环境中共享机密、时间敏感信息等关键能力。
金融机构
广域网连接了全球各地的银行分支机构和网上银行服务，确保实时金融交易能够快速且安全地进行。SD-WAN 具有更高的灵活性，可以利用 MPLS、LTE 和宽带等不同类型的连接，有助于加快和简化账户交易和财务记录的共享。
医院
医院利用 WAN 安全可靠地分享高度机密且往往具有时间敏感性的病人信息，并让医生能够访问先进的应用程序。在医疗保健行业，WAN 可帮助医疗保健提供方访问电子健康记录 (EHR)，并就治疗计划进行远程协作。
零售连锁店
在不同国家设有分店的服装店和家用电子产品店等零售连锁店，都依赖广域网将其库存系统与仓库连接起来，以便在需要发货时发出提示。此外，广域网还为高级分析应用程序提供支持，这些应用程序能够提供有关客户偏好和趋势的实时信息，帮助管理人员预测某些商品的需求旺季或淡季。
制造业物联网
在制造业中，WAN 将工厂与业务运营连接起来，帮助管理人员更有效地监控业务流程并发现效率低下的问题。此外，WAN 为提供供应链和库存相关实时信息的应用程序提供支持，帮助管理人员对产品和创新工作做出更明智的决策。