文章目录
网络层向运输层提供的服务主要分为两种：无连接的数据报服务 和面向连接的虚电路服务。互联网选择了前者，而早期的 ATM 等网络技术则选择了后者。
1. 无连接服务：数据报 (Datagram)
数据报服务 的设计思路是网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付 的服务。
核心特性
- 无需建立连接：发送分组时不需要预先建立连接，每一个分组（即数据报）独立发送。
- 独立路由：相同源-目的的数据报可能经过不同的路径传输。
- 无 QoS 承诺 ：网络层不提供服务质量的承诺。传输网络不提供端到端的可靠传输服务，数据报可能出现丢包、乱序、错误。
- 尽力而为：如果网络发生拥塞，路由器会根据策略丢弃分组。
实现机制
在无连接服务中，主机 H1 发送给 H2 的分组可能沿着不同的路径传送。例如，当网络中某个节点发生故障或拥塞时，后续的分组可以动态调整路径。
- 优点：网络的造价大大降低，运行方式灵活，能够适应多种应用。
- 缺点：不能保证分组按序到达，接收端可能需要进行重组和排序。
转发策略
数据报的转发决策是基于分组的目的地址。路由器根据转发表，查找目的地址对应的下一跳出口。
2. 面向连接服务：虚电路 (Virtual Circuit)
虚电路服务的设计思路是模仿电信网的电话通信，认为网络应当提供可靠的传输服务。
核心特性
- 逻辑连接 ：虚电路是一条逻辑上的连接。分组都沿着这条逻辑连接按照存储转发方式传送，而不是建立了一条真正的物理连接（这与电路交换不同）。
- 可靠性：结合可靠传输的网络协议，保证所发送的分组无差错、按序到达终点。
- 资源预留：在连接建立过程中，如由需要，可以预留网络资源。
工作阶段
面向连接的服务分为三个阶段：
- 建立连接：发送方发送"请求分组"，接收方回送"确认分组"，在沿途路由器中建立转发表项（虚电路表）。
- 数据传送：所有分组都沿着同一条虚电路传送。
- 释放连接：通信结束后，拆除虚电路，释放资源。
面向连接的服务端三阶段图示：
转发策略
虚电路的转发决策基于分组标签，即虚电路号。
- 标签交换：路由器根据输入端口和输入标签，查找转发表，确定输出端口和输出标签。
- 开销较小：相比于查找长的 IP 地址，交换短的标签通常处理速度更快。
3. 两种服务的对比
| 特性 | 数据报服务 | 虚电路服务 |
|---|---|---|
| 连接的建立 | 不需要 | 必须有 |
| 目的地址 | 每个分组都有完整的目的地址 | 仅在建立连接阶段使用，之后使用简短的虚电路号 |
| 路由选择 | 每个分组独立选择路由 | 建立连接时确定，所有分组沿同一路由 |
| 分组顺序 | 不保证按序到达 | 保证按序到达 |
| 可靠性 | 尽最大努力交付 (不可靠) | 可以由网络保证可靠性 |
| 对故障的适应性 | 强 (节点故障时可重新路由) | 弱 (节点故障导致虚电路中断) |
互联网的发展历史证明，无连接的数据报服务由于其灵活性和低成本，成为了当今网络层的主流设计思路。
数据报转发策略：
