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:
