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2.1.5 資料報與虛電路

分組交換根據其通訊子網向端點系統提供的服務,還可以進一步分為面向連線的虛電路方式和無連線的資料報方式。這兩種服務方式都由網路層提供。

1.資料報

 當作為通訊子網使用者的端系統要傳送一個報文時,在端系統中實現的高層協議先把報文拆成若干個帶有序號的資料單元,並在網路層加上地址等控制資訊後形成資料報分組(即網路層PDU)。中間結點儲存分組一段很短的時間,找到最佳的路由後,儘快轉發每個分組。不同的分組可以走不同的路徑,也可以按不同的順序到達目的結點。

1)假定主機A先將分組逐個發往與它直接相連的交換結點A,交換結點A將收到的分組快取。

2)然後查詢自己的轉發表。由於不同時刻的網路狀態不一樣,因此轉發表的內容可能不完全相同。因此有的分組轉發給交換結點C,有的分組轉發給交換結點D。

3)網路中的其他結點收到分組後,類似地轉發分組,直到分組最終到達主機B。

當分組正在某一鏈路上傳送分組時,分組並不佔用網路的其他部分資源,因而採用儲存轉發技術,資源是共享的,所以主機A在傳送分組時,主機B也可以同時向其他主機發送分組


資料報服務具有如下特點:

1)傳送分組前不需要建立連線。傳送方可隨時傳送分組,網路中的結點可隨時接受分組。

2)網路盡最大努力交付,傳輸不保證可靠性,所以可能丟失;為每個分組獨立地選擇路由,轉發路徑可能不同,因而分組不一定按序到達目的結點。

3)傳送的分組中藥包括髮送端和接受端的完整地址,以便可以獨立傳輸。

4)分組在交換結點儲存轉發時,需要排隊等候處理,這會帶來一定的時延。當通過交換結點 的通訊量較大或網路發生擁塞時,這種時延會大大 增加,交換結點還可根據情況丟棄部分分組。

5)網路具有冗餘路徑 ,當某一交換結點或一段鏈路出現故障時,可相應地更新轉發表,尋找另一條路徑轉發分組,對故障的適應能力強。

6)儲存轉發的延時一般較小,提高了網路的吞吐量。

7)收發雙發不獨佔某一鏈路,資源利用率較高。

2.虛電路

虛電路方式試圖將資料報方式與電路交換結合起來,充分發揮兩種方式的優點,以達到最佳的資料交換效果。在分組傳送之前,要求在傳送方和接收方建立一條邏輯上相連的虛電路,並且連線一旦建立,虛電路所對應的物理路徑也就固定了。與電路交換類似,整個通訊過程分為三個階段:虛電路建立、資料傳輸和虛電路釋放階段。

在虛電路方式中,端系統每次建立虛電路時,選擇一個沒用過的虛電路分配給該虛電路,以區別於本系統中的其他虛電路。在傳送資料時,每個資料分組不僅要有分組號、檢驗和等控制資訊,還要有它要通過的虛電路號,以區別於其他虛電路的分組。在虛電路網路中的每個結點上都維持一張虛電路表,它的每一項記錄了一個開啟的虛電路的資訊,包括在接受鏈路和傳送鏈路的虛電路號,前一結點和下一結點的標識。

資料的傳輸是雙向進行的,上述資訊是在虛電路的建立過程中確定的。

1)為了進行資料傳輸,主句A與主機B之間先建立一條邏輯通路,主機A發出一個特殊的“呼叫請求分組”,該分組通過中間結點送往主機B,如果主機B同意連線,就傳送“呼叫應答”分組予以確認。

2)在虛電路建立之後,主機A就可以向主機B傳送資料分組。當然,主機B也可以在虛電路上向主機A傳送資料。

3)傳送結束後主機A通過傳送“釋放請求”分組以拆除虛電路,整個連線就逐段斷開了。

通過上面的例子,可以總結出虛電路服務具有如下特點:

1)需電路通訊鏈路的建立和拆除需要時間開銷,對互動式的應用和小量的短分組情況顯得浪費,但對長時間、頻繁的資料交換,則效率較高。

2)虛電路的路由選擇體現在連線建立階段,連線建立後,傳輸路徑就確定了。

3)虛電路提供了可靠的通訊功能,能保證每個分組正確且有序到達。此外,還可以對兩個資料端點的流量進行控制,當接收方來不及接受資料時,可以通知傳送方暫緩傳送。

4)虛電路有一個致命的弱點,即當網路中某個結點或鏈路出故障而徹底失效時,則所有經過該結點或鏈路的虛電路將遭到破壞。

5)分組首部並不包含目的地址,而是包含虛電路識別符號,相對資料報方式開銷小。

虛電路之所以是“虛”的,是因為這條電路不是專用的,每個結點到其他結點之間的鏈路可能同時有若干虛電路通過。它也可能與多個結點之間具有虛電路。每條虛電路支援特定的兩個端系統之間的資料傳輸,兩個端系統之間也可以有多條虛電路為不同的程序服務,這些虛電路的實際路由可能相同也可能不相同。

資料傳輸過程是由確認的傳輸(由高層實現),主機B收到分組後要發回相應分組的確認。網路中的傳輸是否有確認與網路層提供的兩種服務沒有任何關係。

資料報服務 虛電路服務
連線的建立 不要 必須有
目的地址 每個分組都有完整的目的地址 僅在建立連線階段使用,之後每個分組使用長度較短的虛電路號
路由選擇 每個分組獨立地進行路由選擇和轉發 屬於同一條虛電路的分組按照同一路由轉發
分組順序 不保證分組的有序到達 保證分組的有序到達
可靠性 不保證可靠通訊,可靠性由使用者主機來保證 可靠性由網路保證
對網路故障的適應性 出故障的結點丟失分組,其他分組路徑選擇發生變化,可正常傳輸 所有經過故障結點的虛電路均不能正常工作
差錯處理和流量控制 由使用者主機進行流量控制,不保證資料報的可靠性 可由分組交換網負責,也可由使用者主機負責