W sieciach rozległych (WAN) wykorzystywane są routery, protokoły routingu i urządzenia transmisji. Odpowiednio skonstruowane sieci WAN umożliwiają połączenie sieci lokalnych, bez względu na dzielące je odległości. Kluczowym zagadnieniem jest tu "odpowiednie skonstruowanie". Projektowanie, budowanie i administrowanie sieciami WAN wymaga opanowania zupełnie innych umiejętności niż w przypadku administrowania aplikacjami typu klient-serwer i sieciami lokalnymi. W niniejszym rozdziale opisane są różne składniki sieci rozległych, względy decydujące o kosztach, a także korzyści płynące ze stosowania każdego z tych składników.

Technologie sieci rozległych (WAN) oraz ich składników nieustannie zyskują na ważności. Zaledwie kilka lat temu jedynym wymaganiem stawianym sieci WAN było połączenie sieciowe dwóch lub więcej lokalizacji. Choć obecnie nadal jest to ważna funkcja sieci WAN, szybko pojawiają się nowe możliwości zastosowań. Na przykład – firma, w której praca odbywa się tylko w jednej lokalizacji, może potrzebować niezawodnego połączenia z siecią Internet, wykorzystywanego do marketingu, obsługi klienta i wielu innych funkcji. Innym przykładem może być rozproszenie pewnych operacji lub funkcji bądĽ współpraca pomiędzy firmami, powodująca konieczność połączenia ze sobą prywatnych sieci lokalnych.

Niestety, sieci rozległe znacząco różnią się od sieci lokalnych. Większość technologii sieci LAN jest ściśle powiązanych ze standardami przemysłowymi. Sieci WAN są natomiast strukturami wieloskładnikowymi, zbudowanymi przy wykorzystaniu różnorodnych technologii – zarówno standardowych, jak i bardzo specyficznych. Ponadto wiele konkurencyjnych technologii różni się znacznie funkcjami, wydajnością i kosztami. Najtrudniejszym etapem budowania sieci WAN jest dopasowanie odpowiednich technologii w sposób umożliwiający spełnienie zasadniczych wymagań użytkownika. Wymaga to głębokiego zrozumienia każdego aspektu zastosowania poszczególnych składników sieci WAN.

Do bazy technologicznej sieci rozległych należą:

Dla każdej z powyższych kategorii można wybierać z zaskakująco szerokiej gamy dostępnych technologii. Ponadto, każda technologia istnieje w kilku odmianach zależnych od producentów, modeli i konfiguracji. Przed wybraniem producentów i określonych produktów każda technologia powinna zostać sprawdzona pod kątem możliwych do osiągnięcia wydajności względem stawianych wymagań i spodziewanego obciążenia sieci WAN. Choć szczegółowe badanie ofert wszystkich producentów wykracza poza zakres niniejszej książki, opis każdej technologii stanowić będzie punkt odniesienia, umożliwiający ocenę istniejących produktów.

Najbogatszą gamę rozwiązań dostępnych dla projektanta sieci WAN stanowią urządzenia transmisji. Istniejące urządzenia mają różne przepustowości, występują w wielu odmianach, a także różnią się kosztami. Na przykład przepustowość (szerokość pasma) urządzeń transmisji może wahać się od 9,6 kilobita na sekundę (Kbps) do ponad 44,736 megabitów na sekundę (Mbps). Owe urządzenia transmisji obsługują strumień cyfrowych informacji, płynący ze stałą i z góry określoną szybkością transmisji. Urządzenia te mogą korzystać z różnorodnych nośników fizycznych, takich jak skrętka dwużyłowa czy kable światłowodowe, a także obsługują wiele formatów ramek.

Również sposób realizowania połączeń jest różny, zależnie od danego urządzenia. Istnieją dwa podstawowe typy urządzeń: urządzenia komutowania obwodów oraz komutowania pakietów. Wymienione typy obejmują wszystkie wersje urządzeń, choć innowacje technologiczne mogą w pewien sposób zacierać granicę podziału. Technologie te są pokrótce opisane w niniejszym rozdziale, co może ułatwić wybranie odpowiedniego typu sieci WAN. Bardziej szczegółowe informacje na temat urządzeń transmisji stosowanych w łączach dzierżawionych można znaleĽć w rozdziale 14 pt. "Linie dzierżawione".

Komutowanie obwodów jest metodą komunikacji, w której tworzone jest przełączane, dedykowane połączenie między dwiema stacjami końcowymi. Dobrym przykładem sieci z komutowaniem obwodów jest system telefoniczny. Aparat telefoniczny jest na stałe połączony z centralą telefoniczną, należącą do lokalnego operatora usług telekomunikacyjnych. Istnieje wielu operatorów i jeszcze więcej central telefonicznych, więc połączenie między dwoma dowolnymi aparatami telefonicznymi tworzone jest z serii pośrednich połączeń między centralami telefonicznymi. Połączenie to jest fizycznym obwodem, dedykowanym danemu połączeniu na czas trwania sesji komunikacyjnej. Po zakończeniu sesji fizyczne połączenie między centralami przestaje istnieć, a zasoby sieci są zwalniane dla następnej rozmowy telefonicznej.

Zestawianie dedykowanych obwodów fizycznych między centralami jest istotą komutowania obwodów. Każda jednostka transmisji, niezależnie od tego, czy jest to komórka, ramka, czy dowolna inna konstrukcja, przebywa w infrastrukturze sieci tę samą fizyczną drogę. Opisywana koncepcja może być realizowana na kilka różnych sposobów. W kolejnych podrozdziałach przedstawione są trzy przykłady urządzeń komutowania obwodów: linie dzierżawione, ISDN i Switched 56.

Linie dzierżawione należą do najbardziej niezawodnych i elastycznych urządzeń komutowania obwodów. Obwody te noszą nazwę "linii dzierżawionych", ponieważ są one wynajmowane od operatora telekomunikacyjnego za miesięczną opłatę.

W Ameryce Północnej podstawową usługą cyfrowych linii dzierżawionych jest system T-Carrier. System ten udostępnia pasmo o przepustowości 1,544 Mbps, które można podzielić na 24 niezależne kanały, przesyłane przez dwie pary przewodów. Każdy kanał ma przepustowość 64 Kbps i może być dzielony na jeszcze mniejsze, np. o szybkości transmisji 9,6 Kbps. Linia o przepustowości 1,544 Mbps jest nazywana linią T-1. W systemie T-Carrier dostępne są również szybsze połączenia. Na przykład linia T-3 ma przepustowość 44,736 Mbps.

Dodatkowe informacje na temat linii dzierżawionych i systemu T-Carrier można znaleĽć w rozdziale 14.

ISDN jest formą cyfrowej technologii komutacji obwodów, która umożliwia jednoczesne przesyłanie głosu i danych przez jedno fizyczne łącze, w której połączenie jest nawiązywane zależnie od potrzeb. Potrzeby te można realizować przy użyciu złączy ISDN stopnia podstawowego (BRI) lub głównego (PRI).

Złącze BRI pracuje z przepustowością 144 Kbps, w formacie znanym jako "2B+D". "2B" odnosi się do dwóch kanałów B o przepustowości 64 Kbps, które można wykorzystać jako jedno połączenie logiczne o szybkości 128 Kbps. Kanał D ma przepustowość 16 Kbps i pełni funkcje kontrolne, wykorzystywane np. przy nawiązywaniu i przerywaniu połączenia.

Złącze PRI jest zwykle udostępniane poprzez linie T-1 przy szybkości transmisji 1,544 Mbps. Przepustowość ta jest najczęściej dzielona na 23 kanały B o szerokości 64 Kbps i 1 kanał D o szerokości 16 Kbps. Zamiast kanałów B i D (albo łącznie z nimi) można stosować szybsze kanały H o szerokości 384, 1 536 lub 1 920 Kbps.

Choć z technicznego punktu widzenia ISDN jest systemem komutowania obwodów, może obsługiwać ponadto komutowanie pakietów, a częściowo nawet i łącza stałe.

Kolejną odmianą systemu komutowania obwodów, tworzącego połączenie zależnie od potrzeb, jest Switched 56. System ten udostępnia szybkość transmisji 56 Kbps między dwoma dowolnymi punktami korzystającymi z tej usługi. Podobnie jak w przypadku pozostałych systemów telefonicznych, przed nawiązaniem połączenia nie istnieje żaden obwód łączący owe punkty. Obwód taki jest zestawiany w chwili nawiązania połączenia między punktem Ľródłowym i docelowym. Użytkownicy nie znają rzeczywistych ścieżek połączenia w infrastrukturze telekomunikacyjnej, a informacje na ten temat nie mają dla nich znaczenia. Opisywany obwód przestaje istnieć po zakończeniu połączenia.

Ponieważ system Switched 56 nie ma charakteru łącz dedykowanych, jest on przystępną alternatywą dla linii dzierżawionych. Użytkownik płaci proporcjonalnie do korzystania z usługi, a nie za luksus posiadania całego pasma zarezerwowanego dla własnych potrzeb, niezależnie od stopnia jego wykorzystania. Wadą tego systemu jest jego mała wydajność. Obwody w systemie Switched 56 muszą być zestawiane w chwili żądania połączenia, co zajmuje określony czas. Dlatego połączenie przez dzierżawioną linię 56 Kbps może być nawiązane o wiele szybciej niż przy wykorzystaniu systemu Switched 56. Po nawiązaniu połączenia wydajność obu typów łączy powinna być zbliżona.

Switched 56 jest już technologią dojrzałą, powoli wychodzącą z użycia. Początkowo oferowała ona wysoko wydajne połączenia, przewyższające jakością możliwości modemów i tradycyjnych linii telefonicznych – przy stosunkowo małych kosztach, niższych w porównaniu z liniami dzierżawionymi. Obecnie postępy w technologiach sygnałowych umożliwiły modemom zmniejszenie tych różnic; co prawda Switched 56 wciąż ma większą wydajność od tak zwanych modemów 56 Kbps (pomimo swojej nazwy nie potrafią one osiągnąć i utrzymać takiej szybkości transmisji), ale nie jest to znacząca różnica. Obecnie system Switched 56 jest chyba najlepszym rozwiązaniem stosowanym awaryjnie zamiast linii dzierżawionych.

W urządzeniach komutowania pakietów jest stosowany wewnętrzny format pakietów, wykorzystywany do opakowywania transportowanych danych. W odróżnieniu od urządzeń komutowania obwodów, urządzenia komutowania pakietów nie zestawiają dedykowanego połączenia pomiędzy dwiema lokalizacjami. Zamiast tego urządzenia dostępu klienta zapewniają połączenie z infrastrukturą operatora telekomunikacyjnego. Pakiety są przesyłane niezależnie od rodzaju połączenia przy wykorzystaniu istniejącej komercyjnej sieci komutowania pakietów (PSN). W następnych podrozdziałach omówione są dwa przykłady sieci komutowania pakietów: stary i dobrze znany standard X.25 i jego młodszy krewny, Frame Relay.

X.25 jest bardzo starym protokołem komunikacyjnym dla sieci WAN, opracowanym przez organizację CCIT (znaną obecnie jako ITU – Międzynarodowa Unia Telekomunikacyjna). Operatorzy telekomunikacyjni po raz pierwszy udostępnili go jako komercyjną usługę we wczesnych latach 70.

Protokół X.25 można stosować zarówno w komutowanych, jak i w stałych obwodach wirtualnych. Komutowane obwody wirtualne (SVC) są zestawiane zależnie od potrzeb, a ich dekompozycja następuje natychmiast po zakończeniu sesji komunikacyjnej. Stałe kanały wirtualne (PVC) są z góry określonymi połączeniami logicznymi, łączącymi dwa punkty za pomocą sieci komutowanej. Zaletą obwodów SVC jest ich elastyczność i możliwość połączenia na żądanie dwóch dowolnych punktów sieci X.25. Ich ograniczeniem jest czas nawiązywania połączenia, jaki trzeba odczekać przed rozpoczęciem wymiany danych z innym urządzeniem w sieci.

Kanały PVC nie są tak elastyczne i konieczne jest ich uprzednie zdefiniowanie. Ich podstawową zaletą jest brak okresu nawiązywania połączenia. Dlatego też kanały PVC są zwykle wykorzystywane do obsługi komunikacji między urządzeniami, które wymieniają dane regularnie lub w sposób ciągły; obwody SVC wykorzystuje się do sporadycznej komunikacji.

Protokół X.25 zaopatrzono w skuteczne mechanizmy wykrywania i korekcji błędów, zapewniające wysoką niezawodność przy przesyłaniu za pośrednictwem elektromechanicznych urządzeń komutacyjnych infrastruktury telekomunikacyjnej. W protokole X.25 wydajność została poświęcona na rzecz niezawodności. Obecnie, w epoce komunikacji cyfrowej i optycznej, mechanizmy wykrywania i korekcji błędów protokołu X.25 nie mają już tak wielkiego znaczenia, stanowiąc raczej pewnien zbędny narzut. Funkcje te aktualnie przejęły urządzenia komunikacyjne, więc nie ma konieczności ich pełnienia przez każde urządzenie w sieci. Aplikacje, które wciąż wymagają korzystania z protokołu X.25, mogą osiągnąć lepszą wydajność przy emulacji protokołu przez różne urządzenia transmisyjne.

Frame Relay jest szybszą odmianą komutowania pakietów X.25, obsługującą krótsze pakiety i mniej mechanizmów sprawdzania błędów. Obecnie Frame Relay obsługuje przesyłanie pakietów wyłącznie przez stałe kanały wirtualne (PVC) pomiędzy końcowymi routerami sieci. Planowana jest również obsługa przez ten protokół obwodów SVC, choć żaden dostawca usług nie określił jeszcze czasu realizacji tej zapowiedzi.

Punkty końcowe kanałów PVC są określane przez identyfikatory DLCI (Data Link Connection Identifiers) i mają przypisany umowny wskaĽnik szybkości przesyłania informacji (CIR) przez sieć Frame Relay. Pary DLCI mają również przypisaną minimalną dostępną szerokość pasma, z możliwością czasowego przekroczenia tej granicy po spełnieniu określonych warunków. Korzystanie z identyfikatorów DLCI w sieciach Frame Relay ilustruje rysunek 13.1.

Sieci rozległe Frame Relay są budowane przez zapewnienie stałego połączenia między punktem roboczym a najbliższą centralą oferującą tę usługę. W centrali dzierżawiona linia kończy się na przełączniku Frame Relay, który połączony jest w częściowe lub pełne oczka sieci z pozostałymi przełącznikami tego typu, tworzącymi komercyjną infrastrukturę Frame Relay danego operatora. Podobnie jak przełączniki głosowe centrali telefonicznej tworzące publiczną sieć telefoniczną (PSTN), przełączniki Frame Relay są niewidoczne dla użytkowników oraz wykorzystywanych aplikacji.

Podstawową zaletą protokołu Frame Relay jest redukcja kosztów połączenia sieciowego lokacji rozproszonych geograficznie przez zminimalizowanie długości własnych połączeń, wymaganych do uzyskania dostępu. Dostępne komercyjnie łącza mają przepustowość 1,544 Mbps, ze wskaĽnikami CIR wykorzystywanymi do tworzenia logicznych połączeń z wieloma lokalizacjami, mających mniejszą szybkość transmisji.

Ceną za minimalizację kosztów urządzeń dostępu do linii dzierżawionych jest spadek wydajności. Protokół Frame Relay charakteryzuje się znacznym narzutem informacji "administracyjnych" (dotyczących ramek i protokołu), sumującym się z narzutami związanymi z liniami dzierżawionymi. Standardowym założeniem przy ustalaniu parametrów DLCI i CIR dla połączenia Frame Relay jest subskrypcja maksymalnie 1,024 Mbps z 1,544 Mbps dostępnego pasma. Gwarantuje to, że każdy identyfikator DLCI będzie miał przydzieloną stosowną szybkość przesyłania danych oraz że dostępna będzie rezerwa pasma na chwilowe przekroczenie tej szybkości.

Technologią blisko spokrewnioną z komutowaniem pakietów jest komutowanie komórek. Komórka różni się od pakietu długością struktury. Pakiet jest strukturą danych o zmiennej długości, podczas gdy komórka jest strukturą danych o stałej długości. Najbardziej znaną technologią komutowania komórek jest tryb transferu asynchronicznego (ATM). Choć technicznie ATM jest obecnie technologią komutowania obwodów, najlepiej jest umieścić ją w oddzielnej kategorii.

Technologię ATM zaprojektowano z myślą o wykorzystaniu szybszych urządzeń transmisyjnych, takich jak architektury T-3 lub SONET.

Pierwotnie technologia ATM była projektowana jako mechanizm transportu asynchronicznego dla szerokopasmowego ISDN. Projektanci kierowali się założeniem, że krótkie czasy oczekiwania i duża szybkość transmisji spowodują, iż technologia ta równie dobrze sprawdzi się w sieciach lokalnych. PóĽniejsze trendy rynkowe niemal całkowicie ugruntowały jej reputację jako technologii sieci LAN, doprowadzając nawet do zanegowania możliwości zastosowań tej technologii w sieciach WAN.

Jako technologia komutowania komórek sieci rozległych, ATM jest dostępna komercyjnie po postacią łącz o szybkości 1,544 Mbps (DS-1) lub 44,736 Mbps (DS-3), choć dostęp do tych łącz nie jest taki sam we wszystkich obszarach geograficznych. Początkowo technologia ATM sieci rozległych była dostępna wyłącznie przez stałe obwody wirtualne, podobnie jak DLCI lub Frame Relay. Ostatecznie jednak stanie się ona technologią komutowania, umożliwiającą przesyłanie pojedynczych komórek bez narzutu wymaganego do zestawienia stałego obwodu wirtualnego lub rezerwowania szerokości pasma.

Sprzęt komunikacyjny potrzebny do zbudowania sieci WAN można podzielić na trzy podstawowe kategorie: sprzęt dostarczony przez klienta (CPE), urządzenia pośredniczące (ang. premises edge vehicles) oraz urządzenia przesyłania danych (DCE). W podanym kontekście DCE odnosi się do sprzętu operatora telekomunikacyjnego. W takiej sytuacji użytkownik nie ma zbyt dużego wpływu na wybór sprzętu DCE, dlatego też nie jest on opisany w tym podrozdziale.

CPE odnosi się do fizycznych mechanizmów komunikacyjnych łączących sprzęt: routery, sieci LAN, komutatory i inne urządzenia z komercyjną siecią telekomunikacyjną operatora.

Urządzenia pośredniczące są mechanizmami łączącymi sieci LAN z CPE. Pracują one na warstwach Layer 2 i 3 modelu referencyjnego OSI i są odpowiedzialne za przesyłanie i odbieranie pakietów, bazując na adresach międzysieciowych. Pełnią one w telekomunikacji rolę mechanizmów oddzielających sieci LAN od sieci WAN. Zarówno CPE, jak i urządzenia pośrednie dostarczane są przez klienta.

Operatorzy telekomunikacyjni dostarczają, rzecz jasna, znaczną ilość sprzętu obsługującego komunikację z użytkownikami. Sprzęt ten pozostaje niewidoczny dla użytkowników i  administratorów sieci lokalnych i jako taki nie jest omawiany w niniejszej książce.

CPE jest sprzętem pracującym na warstwie fizycznej, kodującym sygnały i przesyłającym je do urządzeń transmisyjnych. Sprzęt ten najczęściej jest dostarczany przez użytkowników i instalowany w należących do nich pomieszczeniach, po ich stronie linii demarkacyjnej. Linia ta, nazywana w skrócie "demarc", jest oficjalną granicą między instalacją operatora telekomunikacyjnego a instalacją użytkownika przyłączonego do infrastruktury operatora.

"Demarc" jest zwykle modułową skrzynką połączeń, oznaczoną numerami identyfikacyjnymi obwodów. Właścicielem skrzynki i wszystkich znajdujących się w niej elementów jest operator telekomunikacyjny. Użytkownik jest odpowiedzialny za całe wyposażenie podłączone do modułowego gniazda skrzynki – właśnie ów dostarczony przez użytkownika sprzęt określany jest akronimem CPE.

Typ sprzętu CPE zależy od technologii transmisji. Dwie najczęściej spotykane formy CPE to jednostki CSU/DSU oraz interfejs PAD.

Typowa sieć WAN zbudowana jest na bazie linii dzierżawionych, czyli transmisyjnych urządzeń komutowania obwodów. Dlatego też typowy sprzęt dostarczony przez klienta znany jest jako CSU/DSU (jednostka obsługi kanału / jednostka obsługi danych). W odniesieniu do sprzętu tego typu przyjęto założenie, że urządzenie transmisyjne jest linią dzierżawioną –nie jest możliwe uzyskanie połączenia poprzez wybranie numeru telefonu.

Urządzenia CSU/DSU to sprzęt komunikacyjny znajdujący się na końcu kanałowych i  cyfrowych urządzeń transmisyjnych. Zakończenie linii najczęściej ma postać modułowego gniazda. Sprzęt CSU/DSU umożliwia również połączenie szeregowe z routerem, znajdującym się w siedzibie użytkownika, co pokazane jest na rysunku 13.2.

Jednostki CSU/DSU pełnią więcej funkcji niż tylko wysyłanie i odbieranie fizycznych sygnałów. Zależnie od marki i modelu, jednostki CSU/DSU mogą również wykonywać regulowanie łączy i odpowiadać na sygnały diagnostyczne z centrali. Jednostki te mają zasadnicze znaczenie we wszelkich obwodach dzierżawionych, obsługujących transmisję z szybkością 56 Kbps i większą.

Sprzęt transmisyjny wykorzystujący komutowanie pakietów, do ich tworzenia i dekompozycji może wymagać dodatkowych urządzeń. Urządzenia te znane są jako PAD (akronim od angielskiego "Packet Assembler/Disassembler"). Dobrym przykładem technologii sieciowej, w której wykorzystywane są interfejsy PAD, jest sieć X.25. W sieci takiej do połączenia ośrodków użytkowników z infrastrukturą komutowanej sieci operatora telekomunikacyjnego najczęściej wykorzystuje się urządzenia transmitujące z szybkością 9,6 Kbps. Urządzeniami końcowymi w tych stosunkowo powolnych urządzeniach był y interfejsy PAD.

Obecne technologie komutowania pakietów z reguły korzystają z urządzeń transmisyjnych komutowania obwodów. Na przykład Frame Relay, choć jest bezpośrednim następcą protokołu X.25, nie wykorzystuje interfejsów PAD. Zamiast tego sieci LAN można połączyć poprzez Frame Relay, korzystając z logicznych podkanałów wydzielonych z linii T-1. Jeśli założyć, że linia T-1 zapewnia szerokość pasma 1,544 Mbps, należy ją zakończyć u klienta jednostką CSU/DSU, niezależnie od obsługiwanej technologii transmisji. Dlatego też sieci WAN zbudowane na podstawie Frame Relay mają routery i jednostki CSU/DSU w każdej lokacji. Jednostki te współpracują z urządzeniami T-1, łączącymi je za pośrednictwem sieci Frame Relay.

Wyposażenie premises edge vehicle służy do łączenia sieci lokalnej klienta z urządzeniami CPE. W środowisku typowej sieci LAN urządzeniem tym jest router. Routery pełnią funkcję granicy między siecią LAN i WAN. Dlatego ich podstawowym zadaniem jest komunikacja z innymi routerami o znanych adresach międzysieciowych. Adresy te są przechowywane w tablicach routingu, umożliwiających powiązanie adresów z fizycznym interfejsem routera, który należy wykorzystać w celu uzyskania połączenia ze wskazanym adresem.

W sieciach WAN istnieje stałe zapotrzebowanie na urządzenie adresujące, znajdujące się poza strukturą sieci LAN. Adresy międzysieciowe są elementami warstwy Layer 3, warstwy fizycznej modelu referencyjnego OSI. Adresy te są wykorzystywane w celu uzyskania dostępu i wymiany danych z hostami w innych podsieciach sieci WAN.

Architektura adresów jest określona przez trasowalny protokół wykorzystywany w sieci WAN. Spośród dostępnych możliwości można wymienić protokoły IPv4, IPv6, IPX czy AppleTalk. Każdy z nich ma unikatowy schemat adresowania. Dlatego też wybór protokołu decyduje o możliwej do zastosowania hierarchii adresów.

Najważniejszym zagadnieniem adresowania międzysieciowego jest jego unikatowość. Poza jedynym wyjątkiem w postaci protokołu IPv6, każdy protokół sieciowy wymaga, aby w dowolnym momencie istniał tylko jeden punkt końcowy o danym adresie. Powtarzające się adresy międzysieciowe są przyczyną pojawiania się błędów routingu i naruszają spójność operacji sieciowych klienta.

Teoretycznie, jeśli sieć WAN nie będzie połączona z Internetem lub innymi sieciami, to adresy międzysieciowe mogą być wybierane w dowolny sposób. Ogólnie rzecz ujmując, dowolność wybierania adresów międzysieciowych stanowi przejaw krótkowzroczności i poważnego zaniedbania obowiązków. Na poparcie tego stwierdzenia w maju 1993 roku został opublikowany dokument Request for Comment (RFC) numer 1597, w którym przedstawiony jest plan mający zapobiec takim praktykom. Zostały w nim określone i zarezerwowane wyłącznie dla wewnętrznych potrzeb sieci trzy obszary adresów. W obszarach tych znajdują się adresy klasy A, B i C protokołu IPv4. Omawiane obszary to:

• 10.0.0.0 – 10.255.255.255,
• 172.16.0.0 – 172.31.255.255,
• 192.168.0.0 – 192.168.255.255.

Nie w każdej sieci WAN istnieje luksus korzystania z pojedynczego trasowanego protokołu. Sieci wieloprotokołowe stwarzają pewne zasadnicze trudności, zwłaszcza w przypadku połączeń poprzez protokoły o niwielkim podobieństwie; do rozwiązania owych trudności posłużyć się można tunelami i bramami.

Tunele są stosunkowo prostymi konstrukcjami, które można wykorzystać do przesyłania danych między normalnie niekompatybilnymi obszarami sieci. Pakiety danych są opakowywane za pomocą ramek rozpoznawanych w sieci, przez którą są transportowane. Pierwotne ramki i formatowanie pozostaje bez zmian, lecz traktowane jest jako "dane".

Po dotarciu pakietu do celu host odbiorcy rozpakowuje go, ignorując "opakowanie". W ten sposób zostaje odtworzona pierwotna postać pakietu, wraz z oryginalnym adresowaniem międzysieciowym. Na rysunku 13.3 przedstawione jest tunelowanie pakietów protokołu IPv4 przesyłanych przez obszar sieci IPv6. Z powodu istniejących różnic w długości adresów protokoły te nie są bezpośrednio kompatybilne. Aby przezwyciężyć ten problem, pakiety protokołu IPv4 są opakowywane w protokół IPv6 przez router A, co umożliwia ich przesłanie przez sieć WAN opartą na protokole IPv6. Router B usuwa opakowanie IPv6 i przesyła odtworzony pakiet IPv4 do hosta docelowego w rozpoznawalnej przez niego formie.

Dodatkowe informacje na temat adresowania internetowego trasowanych protokołów można znaleĽć w rozdziale 12, zatytułowanym "Protokoły sieciowe".

Jeśli sieć WAN wymaga połączenia podsieci o różnych trasowanych protokołach, to na granicach jej poszczególnych obszarów sieci należy umieścić bramy. Brama (ang. gateway) jest urządzeniem zdolnym do tłumaczenia struktur adresowania między dwoma różnymi protokołami. Rolę bramy mogą pełnić routery lub hosty. Jedynym kryterium wyboru jest możliwość tłumaczenia przez urządzenie architektur adresów między dwoma protokołami.

Routery mogą wykonywać omawianą konwersję na dwa sposoby. Pierwszym z nich jest korzystanie z dwóch różnych protokołów trasowania. Wymaga to, aby router obliczał trasy i przesyłał informacje o nich, a następnie przesyłał pakiety obu protokołów. Routery są projektowane do pracy w środowiskach wieloprotokołowych, więc wykonywanie opisywanego zadania nie powinno sprawiać żadnych kłopotów.

Inny sposób to obsługa przez router zintegrowanego protokołu, zdolnego do jednoczesnego trasowania dwóch różnych protokołów i adresów. Przykładem tej postaci protokołu routingu są pojawiające się serie protokołów typu "ng", zaprojektowane do obsługi przenoszenia danych między protokołem IPv4 i IPv6, np. OSPFng i RIPng.

Protokoły trasowania dynamicznego są wykorzystywane przez routery do pełnienia trzech podstawowych funkcji:

• wyszukiwanie nowych tras,
• przekazywanie do innych routerów informacji o znalezionych trasach,
• przesyłanie pakietów za pomocą owych routerów.

Protokoły trasowania dynamicznego podzielone są na trzy obszerne kategorie: protokoły wektora odległości, protokoły zależne od stanu złącza oraz protokoły hybrydowe. Każda z tych kategorii jest omówiona w następnych podrozdziałach. Podstawową różnicą między nimi jest sposób pełnienia dwóch pierwszych spośród trzech wspomnianych funkcji. Jedyną alternatywą trasowania dynamicznego jest trasowanie statyczne, opisane w jednym z następnych podrozdziałów.

Trasowanie może być oparte na algorytmach wektora odległości (nazywanych również algorytmami Bellmana-Forda), wymagających okresowego przesyłania przez routery kopii tablic trasowania do najbliższych sąsiadów w sieci. Każdy odbiorca tablicy dodaje do niej wektor odległości (własną "wartość" odległości) i przesyła ją do najbliższych sąsiadów. Proces ten przebiega we wszystkich kierunkach jednocześnie między bezpośrednio sąsiadującymi routerami.

Ten wieloetapowy proces umożliwia każdemu routerowi poznanie innych routerów oraz stworzenie sumarycznego obrazu "odległości" w sieci. Na przykład, jednym z pierwszych protokołów opartych na wektorze odległości jest RIP (Routing Information Protocol). Protokół ten do określenia następnej najlepszej ścieżki dla dowolnego pakietu wykorzystuje dwie metryki odległości. Wartości tych metryk zależą od czasu, ponieważ mierzone są znakami kontrolnymi (ang. "ticks") i liczbą skoków (ang. "hop count").

Następnie uzyskana sumaryczna tablica odległości wykorzystywana jest do uaktualnienia tablic trasowania każdego routera. Po zakończeniu opisywanego procesu routery uzyskują informacje na temat odległości do zasobów sieciowych. Informacje te nie zawierają żadnych konkretnych danych na temat pozostałych routerów czy rzeczywistej topologii sieci.

Takie podejście może w określonych warunkach spowodować pojawienie się problemów z protokołami opartymi na wektorach odległości. Przykładowo, po awarii łączy routery potrzebują pewnej ilości czasu na poznanie nowej topologii sieci. W czasie trwania tego procesu sieć może być podatna na niespójne trasowanie, a nawet nieskończone pętle.

Pewne zabezpieczenia mogą ograniczyć owe zagrożenia, lecz nie zmienia to faktu, że w  trakcie "dostrajania się" sieci wydajność przesyłania danych jest niestabilna. Dlatego też starsze protokoły, które powoli dostosowują się do zmian w sieci, mogą nie być odpowiednie dla dużych i skomplikowanych sieci WAN.

Algorytmy trasowania na podstawie stanu łącza, ogólnie określane jako protokoły "najpierw najkrótsza ścieżka" (ang. SPF –shortest path first), utrzymują złożoną bazę danych opisującą topologię sieci. W odróżnieniu od protokołów wektora odległości, protokoły stanu łącza zbierają i przechowują pełną informację na temat routerów sieci, a także o  sposobie ich połączenia.

Uzyskanie tych informacji jest możliwe dzięki wymianie pakietów LSP (ang. Link-State Packet) z innymi bezpośrednio połączonymi routerami. Każdy router, który wymienił pakiety LSP buduje na ich podstawie topologiczną bazę danych. Następnie wykorzystywany jest algorytm SPF w celu obliczenia dostępności punktów docelowych sieci. Informacja ta jest wykorzystywana do uaktualnienia tablicy trasowania. Opisywany proces umożliwia wykrywanie zmian w topologii sieci, które mogły powstać w wyniku awarii składników sieci lub jej rozbudowy. W rzeczywistości wymiana pakietów LSP nie jest przeprowadzana okresowo, lecz dopiero po wystąpieniu w sieci okreslonego zdarzenia.

Trasowanie w oparciu o stan łącza ma dwie cechy, które mogą stwarzać zagrożenia. Po pierwsze, w trakcie początkowego procesu poznawania sieci trasowanie to może przeciążyć łącza transmisyjne, znacznie obniżając możliwości sieci w zakresie transportowania danych. Wspomniane obniżenie wydajności ma charakter przejściowy, ale jest niestety mocno odczuwalne.

Inny problem polega na tym, że omawiana metoda trasowania wymaga dużej pamięci i szybkiego procesora. Z tego powodu routery skonfigurowane do obsługi trasowania na postawie stanu łącza są stosunkowo drogie.

Ostatnią formą trasowania dynamicznego jest praca hybrydowa. Choć istnieją "otwarte" zrównoważone protokoły hybrydowe, ta forma trasowania jest niemal całkowicie związana z zastrzeżonym produktem jednej firmy – Cisco Systems, Inc. Protokół o nazwie EIGRP (ang. Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) został zaprojektowany z zamiarem połączenia najlepszych cech protokołów opartych na wektorze odległości i stanie łącza, przy jednoczesnym ominięciu ich ograniczeń wydajności i innych wad.

Protokoły hybrydowe korzystają z metryk wektorów odległości, lecz szczególny nacisk jest w nich położony na metryki dokładniejsze niż w konwencjonalnych protokołach opartych na wektorach odległości. Również szybsze jest dostosowywanie się do zmian w sieci, przy ominięciu narzutów spotykanych przy uaktualnieniu stanów łączy. Zrównoważone protokoły hybrydowe nie pracują okresowo, lecz w przypadku wystąpienia określonych zdarzeń w sieci, co oszczędza szerokość pasma dla użytecznych aplikacji.

Router zaprogramowany do trasowania statycznego przesyła pakiety przez z góry określone porty. Po skonfigurowaniu routerów statycznych nie jest konieczne poznawanie tras ani przesyłanie jakichkolwiek informacji na ich temat. Rola tych urządzeń została ograniczona wyłącznie do przesyłania pakietów.

Trasowanie statyczne sprawdza się jedynie w przypadku bardzo małych sieci, w których przesyłanie danych do wszelkich punktów docelowych odbywa się po tej samej ścieżce. W takiej sytuacji trasowanie statyczne może być najlepszym rozwiązaniem, ponieważ nie wymaga ono dodatkowej szerokości pasma na poznawanie tras i komunikację z innymi routerami.

W miarę rozrastania się sieci i powstawania dodatkowych połączeń utrzymanie trasowania statycznego staje się coraz bardziej pracochłonne. Po każdej zmianie w dostępności routerów lub urządzeń transmisyjnych sieci WAN konieczne jest ich ręczne sprawdzenie i  zaprogramowanie. Sieci WAN o bardziej skomplikowanej topologii, gdzie możliwe jest korzystanie z wielu ścieżek, wymagają stosowania trasowania dynamicznego. Stosowanie trasowania statycznego w takich sieciach przeczyłoby w ogóle sensowi istnienia wielokrotnych ścieżek.

Protokół trasowania powinien być wybrany w sposób uważny i z uwzględnieniem długoterminowych konsekwencji dokonanego wyboru. Wybranie protokołu bezpośrednio wpływa na rodzaj stosowanego routera oraz na wydajność działania sieci WAN. Znajdujące się w poprzednich podrozdziałach opisy trasowania statycznego oraz różnych klas protokołów powinny w pełni uświadomić następstwa wybrania każdego z tych rozwiązań. Dzięki temu możliwe jest zawężenie wyboru do jednej kategorii lub klasy protokołów.

Następnym krokiem jest określenie, czy w sieci WAN mają być wykorzystane routery jednego czy też kilku producentów. O ile jest to możliwe, zalecane jest korzystanie ze sprzętu jednego producenta. Przyczyna tego jest całkiem prosta: otwarte protokoły trasowania zostawiają producentom pewien margines na modyfikacje. Z tego powodu wersja protokołu trasowania danego producenta raczej nie będzie w 100% wymienna z protokołem innego producenta. Jednym z lepszych przykładów takiej sytuacji są szczegółowo udokumentowane różnice między protokołami OSPF (ang. Open Shortest Path First) firm Bay Networks i Cisco System.

Jeśli producent routera zostanie wybrany przed protokołem trasowania, należy uświadomić sobie wynikające z tego ograniczenia wyboru protokołów. Niektóre protokoły trasowania są produktami zastrzeżonymi, co oznacza, że można je uzyskać wyłącznie u jednego producenta.

Topologia sieci WAN opisuje organizację urządzeń transmisyjnych względem lokalizacji połączonych za ich pomocą. Istnieje wiele różnych topologii, z których każda charakteryzuje się innym wskaĽnikiem kosztów, wydajności i możliwości rozbudowy. Ponadto topologie bezpośrednio bazujące na urządzeniach transmisyjnych mogą charakteryzować się dodatkową specjalizacją funkcjonalną. Najbardziej rozpowszechnionymi topologiami stosowanymi w sieciach WAN są:

• każdy-z-każdym,
• pierścienia,
• gwiazdy,
• oczek pełnych,
• oczek częściowych,
• wielowarstwową, w tym dwu- i trójwarstwową,
• hybrydową.

Sieć rozległa o topologii "każdy-z-każdym" może być zbudowana na bazie linii dzierżawionych lub dowolnych innych urządzeń transmisyjnych. Omawiana topologia sieci WAN jest stosunkowo prostym sposobem połączenia niewielkiej liczby punktów. Sieci WAN, składające się tylko z dwóch lokacji, można połączyć wyłącznie w taki sposób. Na rysunku 13.4. jest przedstawiona niewielka sieć rozległa o topologii każdy-z-każdym.

Omawiana topologia jest najtańszym rozwiązaniem dla sieci WAN o niewielkiej liczbie połączonych lokalizacji. Ponieważ każda lokalizacja ma co najwyżej dwa połączenia z  resztą sieci, możliwe jest zastosowanie trasowania statycznego. Choć konfiguracja trasowania statycznego jest dosyć pracochłonna, pozwala jednak uniknąć narzutów charakterystycznych dla protokołów trasowania dynamicznego. Jeśli założyć, że w tak prostej topologii nie ma większej liczby dostępnych tras, korzyści płynące z zastosowania trasowania dynamicznego są raczej ograniczone.

Niestety, sieci rozległe o topologii każdy-z-każdym mają dwa podstawowe ograniczenia. Po pierwsze, nie poddają się one zbyt dobrze rozbudowie. W miarę pojawiania się w sieci nowych lokalizacji liczba skoków między dowolną ich parą staje się bardzo niestała i ma tendencję rosnącą. Skutkiem tego są zmienne poziomy wydajności komunikacji między dowolną daną parą lokacji. Rzeczywisty stopień zmienności wydajności w znacznym stopniu zależy od szeregu czynników, do których należą m.in.:

• rzeczywista odległość między lokacjami,
• typ i szybkość urządzenia transmisyjnego,
• stopień wykorzystania urządzenia transmisyjnego.

Inną ważną konsekwencją braku dodatkowych tras w topologii każdy-z-każdym jest marnowanie czasu i pracy procesorów przez protokoły trasowania dynamicznego, obliczające trasy i przesyłające pakiety w sieci. Dzieje się tak dlatego, że obliczona trasa między danymi dwoma punktami nigdy nie ulega zmianie. Z tego powodu ręczne zdefiniowanie tras może – ujmując rzecz statystycznie – poprawić wydajność sieci.

Topologię pierścienia można w prosty sposób uzyskać z topologii każdy-z-każdym, dodając jedno urządzenie transmisyjne i po jednym porcie w dwóch routerach. To niewielkie zwiększenie kosztów pozwala uzyskać zwiększenie liczby tras w małych sieciach, dzięki czemu można w nich zastosować protokoły trasowania dynamicznego. Zakładając, że koszt większości urządzeń transmisyjnych zależy od odległości przesyłania danych, rozsądnie jest tak zaprojektować pierścień sieci, aby zminimalizować całkowitą długość łączy. Omawiana topologia sieci WAN zilustrowana jest na rysunku 13.5.

Sieć WAN o topologii pierścienia, zbudowaną z linii transmisyjnych łączących pary punktów, można wykorzystać do połączenia niewielkiej liczby lokalizacji, zapewniając jednocześnie zwiększenie liczby tras przy minimalnym wzroście kosztów. Istnienie w sieci wielu potencjalnych tras oznacza, że wykorzystanie protokołów trasowania dynamicznego zapewni elastyczność nieosiągalną przy trasowaniu statycznym. Protokoły trasowania dynamicznego potrafią automatycznie wykryć i dostosować się do niekorzystnych zmian w warunkach pracy sieci WAN, wyszukując trasy omijające uszkodzone połączenia.

Również topologia pierścienia ma pewne podstawowe ograniczenia. Zależnie od geograficznego rozmieszczenia lokacji, dodanie jeszcze jednego urządzenia transmisyjnego zamykającego pierścień może okazać się zbyt kosztowne. W takich sytuacjach alternatywą dedykowanych linii dzierżawionych może być technologia Frame Relay, pod warunkiem, że jej ograniczenia wydajności są możliwe do przyjęcia przy projektowanych obciążeniach sieci.

Drugim ograniczeniem topologii pierścienia jest mała możliwość rozbudowy sieci. Dodanie do sieci WAN nowych lokalizacji bezpośrednio zwiększa liczbę skoków wymaganych do uzyskania dostępu do innych punktów pierścienia. Przeprowadzenie takiego procesu dodawania może również wymagać zamówienia nowych obwodów. Na przykład, jeśli do sieci przedstawionej na rysunku 13.5. zostanie dodana lokalizacja X, znajdująca się w pobliżu lokalizacji C i D, konieczne staje się usunięcie obwodu od lokalizacji C do D. W celu zachowania integralności sieci należy zamówić dwa nowe połączenia: jedno łączące lokacje C i X oraz drugie, między lokalizacjami D i X.

Topologia pierścienia przy jej ograniczeniach lepiej się sprawdza przy łączeniu jedynie bardzo małej liczby lokacji. Jedyną cechą przemawiającą na jej korzyść względem topologii każdy-z-każdym jest zapewnienie dodatkowych tras do każdej lokacji w sieci.

Odmianą topologii każdy-z-każdym jest topologia gwiazdy, nazwana tak od jej charakterystycznego kształtu. Gwiazda jest budowana przez połączenie wszystkich lokalizacji z jedną lokalizacją docelową. Można by się spierać, że w istocie jest to topologia dwuwarstwowa. Cechą odróżniającą topologię gwiazdy od dwuwarstwowej jest fakt, że centralny router topologii gwiazdy, oprócz obsługi sieci WAN, może być również wykorzystany do wzajemnego połączenia miejscowych sieci LAN.

W przypadku topologii dwuwarstwowej, opisanej w dalszej części niniejszego rozdziału, router drugiej warstwy powinien być wykorzystywany wyłącznie do połączenia urządzeń transmisyjnych z innych lokacji. Co ważniejsze, topologia dwuwarstwowa zapewnia wielość tras przez obsługę rozbudowy sieci z wieloma punktami koncentracji.

Sieć o topologii gwiazdy można zbudować, korzystając z niemal każdego dedykowanego urządzenia transmisyjnego, włączając w to Frame Relay i prywatne linie łączące dwa punkty. Sieć WAN o topologii gwiazdy jest przedstawiona na rysunku 13.6.

Sieci WAN o topologii gwiazdy i z urządzeniami transmisyjnymi łączącymi punkt z punktem są znacznie łatwiejsze w rozbudowie od sieci o topologii pierścienia lub każdy-z-każdym. Dodanie lokacji do gwiazdy nie wymaga przebudowy istniejących łączy transmisyjnych. Jedyne co trzeba zrobić, to zapewnić nowe połączenie między centralnym routerem sieci a routerem w nowej lokalizacji.

Topologia gwiazdy pozwala rozwiązać problemy rozbudowy obecne w sieciach każdy-z-każdym, wykorzystując router do wzajemnego połączenia, czyli skoncentrowania wszystkich routerów sieci. Rozbudowa ta odbywa się przy niewielkim wzroście liczby routerów, ich portów i urządzeń transmisyjnych, w porównaniu z topologią każdy-z-każdym podobnych rozmiarów. Topologię gwiazdy można zbudować przy wykorzystaniu nawet mniejszej liczby urządzeń niż w przypadku topologii pierścienia, co jest zilustrowane rysunkami 13.7. i 13.8.

Możliwość rozbudowy topologii gwiazdy jest ograniczona liczbą portów możliwych do obsłużenia przez router w centralnym punkcie gwiazdy. Przekroczenie tego ograniczenia wymaga albo przebudowania sieci w topologię dwuwarstwową, albo wymiany istniejącego routera na znacznie większy.

Inną zaletą topologii gwiazdy jest lepsza wydajność sieci. Teoretycznie topologia gwiazdy zawsze przewyższa wydajnością topologię pierścienia i każdy-z-każdym. Przyczyną tego jest fakt, iż wszystkie urządzenia w sieci są odległe od siebie tylko o trzy skoki: router w lokacji użytkownika, centralny router sieci i router lokacji docelowej. Ten poziom stałości jest charakterystyczny tylko dla topologii gwiazdy. Omawiana topologia ma dwie wady:

• istnienie pojedynczego punktu awaryjnego: oznacza to, że w przypadku awarii centralnego routera sieci WAN cała komunikacja ulegnie zerwaniu;
• brak dodatkowych tras: jeśli centralny router ulegnie awarii, komunikacja jest zerwana do chwili usunięcia problemu; protokoły trasowania dynamicznego nie są w stanie obliczyć nowych tras przez sieć, ponieważ trasy takie nie istnieją!