广域网提供的通信服务-计算机网络技术基础

2023-10-22 理论教育版权反馈

【摘要】：相邻两点通过确认/重传机制，提供可靠的服务，服务质量有较好的保证。数据报服务力求使网络生存性好并使网络的控制功能分散，因而只要求网络提供“尽最大努力”的服务，将可靠性的责任推给网络两端的端系统解决，这样可大大简化网络层的结构。

所谓的通信服务是通过数据传输来实现的，计算机广域网广泛采用“分组交换技术”进行数据传输（传统的公用电话交换网除外）。根据分组转发的方式不同，广域网网络层为连接在网络上的主机提供的数据传输服务可分为两大类：“无连接的传输服务”和“面向连接的传输服务”。简单地说，所谓“无连接”即不需要为数据传输事先建立逻辑连接，只提供简单的信源和目标之间的数据发送与接收功能，网络本身不对这种服务保证数据传输的可靠性；所谓“面向连接”就是指在数据传输之前通信双方需要为此次通信建立一种逻辑连接，然后在该连接的基础上实现有序的分组传输，这种逻辑上的连接通过确认/重传机制保证数据传输的可靠性，直到数据传送完毕连接才被释放。这两种服务的具体实现分别是数据报（Datagram）和虚电路（Virtual Circuit）分组交换方式。

1.无连接的网络服务

对于无连接的网络服务，其技术实现手段为数据报分组交换方式，如图7—3所示。其工作过程与特点如下。

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图7—3　数据报分组交换方式

（1）数据发送前通信发送方和接收方不需要建立逻辑连接，节省了建立连接的时间，网络随时可以接收端系统主机发送的分组。

（2）信源在发送数据时，先将待发送的完整报文拆分成若干个小的分组，各分组都携带地址信息（所谓“自包含的”），称为一个“数据报”。网络为每个分组独立地选择路由。一个交换节点接收到一个数据报后，根据数据报头中携带的地址信息和本交换节点所存储的路由信息，找出一个合适的出口，把数据报发送到通往目的地的下一个结点，这样逐跳地转发，直至到达目标结点。各交换节点可根据数据报中的地址信息和网络当前流量、拓扑情况为每个数据报动态地选择最佳传输路径转发，因此具有高度的灵活性，网络资源的利用率和网络容错性较高。

（3）各数据报经过网络可能会有不同的路由，网络不保证数据不丢失和保序，由用户的端系统对已收到的属于同一报文的数据报重新排序并负责差错处理和流量控制。数据报方式是一种不保证可靠的服务，网络只是“尽最大努力地”将分组交付给目的主机，但网络对源主机没有任何可靠性承诺。

（4）由于每个数据报都需要携带完整的地址信息，传输开销大于面向连接的虚电路方式。

2.面向连接的网络服务

面向连接的服务技术实现手段是虚电路分组交换方式，如图7—4所示。其工作过程与特点如下。

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图7—4　虚电路分组交换方式

（1）为了向上层提供面向连接的服务，必须首先建立虚电路（逻辑连接），即事先进行路由选择，避免在传输过程中对每一个分组再分别进行路由选择。每个虚拟连接对应一个虚拟连接标识，网络中的节点交换机根据这个标识决定将分组转发到哪个输出端口。虚电路工作过程类似于电路交换方式，整个通信过程包括建立连接、数据传输和释放连接三个阶段。数据传送完成后根据事先约定可拆除连接（临时虚电路SVC），也可永久保持（永久虚电路PVC）。

（2）每次通信传输的数据包沿同一条虚电路传输，因此虚电路服务保证接收端按发送的顺序收到分组。相邻两点通过确认/重传机制，提供可靠的服务，服务质量有较好的保证。差错处理和流量控制可以由用户端负责也可由网络负责。

（3）数据传输过程中路由固定，不需要为每个转发的数据包进行路由选择，分组头部不必包含地址信息，因此数据传输开销小，服务质量比较稳定，适于一次性大批量数据传输。(www.chuimin.cn)

（4）网络容错性差。由于分组未带有完整的地址信息，当某个链路或中继系统出现故障，后续分组将无法另选路由，导致虚连接断开致使本次通信失败。

3.两种服务的区别

关于网络层应当采用数据报传输服务还是虚电路传输服务，早期在网络界争论许久，焦点是网络要不要提供端到端的可靠服务。

（1）两种服务的不同思想。

虚电路服务继承了传统电信网的思想。电信网不要求用户的终端设备具有很高的智能，可以做得非常简单（如电话机），由电信网负责保证可靠通信的一切措施，因此电信网的节点交换机复杂而昂贵。

数据报服务力求使网络生存性好并使网络的控制功能分散，因而只要求网络提供“尽最大努力”的服务，将可靠性的责任推给网络两端的端系统解决，这样可大大简化网络层的结构。这种网络要求使用较复杂且有相当智能的计算机作为用户终端，通信的可靠性由用户终端中运行的软件（如TCP协议）来保证。从当前网络发展的情况看，技术的进步（如更多地采用光纤技术和高性能的路由器）使得网络传输出错的概率已越来越小，而用户端的计算机性能越来越强，因而让主机负责端到端的可靠性不但不会给主机增加更多的负担，反而能够使更多的应用在这种简单的网络上运行。因特网发展到今天的规模（因特网的数据传输是采用数据报方式），充分说明了在网络层提供数据报服务是非常成功的。

（2）各自优缺点。

①网络上传送的报文长度，在很多情况下都很短，有时甚至只需一个分组即可承载，用无须连接的数据报方式既迅速又经济。若用虚电路方式，为了传送一个分组而建立虚电路和释放虚电路就显得太烦琐和浪费网络资源了。

②在使用数据报时，每个分组报头部分必须携带完整的地址信息供交换节点进行路由选择，传输开销相对较大。在使用虚电路的情况下，每个分组不需要携带完整的目的地址，而仅需要有个很简单的虚电路号码标识即可，这就使分组的控制信息部分比特数减少，因而减少了额外传输开销。

③在使用数据报方式时，由端主机承担端到端的差错控制和流量控制。在使用虚电路方式时，分组按顺序交付，网络可以负责差错控制和流量控制。

④虚电路可以有效地防止拥塞的发生，因为它在建立连接时已为数据传输预留了足够的资源，否则拒绝连接。而数据报方式不预先配置信道资源，且各分组的路由不同，可能会造成网络局部流量过大而产生拥塞。

⑤数据报服务的网络健壮性极好。当某个节点瘫痪后，网络可为后续的分组另选路由，因而提高了通信的可靠性。美国国防部高级研究计划署（ARPA）提出的ARPANET，就是基于此点考虑的，如今在遍及全球的整个Internet上实现了数据报传输。而虚电路的故障承受能力较差，如果某个交换节点出故障崩溃，则虚电路中断，通信失败。

⑥数据报服务还适合于将一个分组发送到多个地址，一点多投，即广播或多播通信。而面向连接的虚电路方式很难做到。

根据不同的网络应用，二者各有其适用场合。

广域网提供的通信服务-计算机网络技术基础

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