第三節(jié) 網(wǎng)絡(luò)互連的服務(wù)模型

按照OSI參考模型，在一般意義上所說的網(wǎng)絡(luò)互連通常是指網(wǎng)絡(luò)層及其以上層次的互連。既然網(wǎng)絡(luò)互連是網(wǎng)絡(luò)層要解決的問題，那么網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)向傳輸層（又稱運(yùn)輸層）提供什么樣的服務(wù)呢？由于要連接的物理網(wǎng)絡(luò)各種各樣，OSI在網(wǎng)絡(luò)層提供了面向連接的服務(wù)和無連接服務(wù)兩種服務(wù)模型。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

?了解面向連接的服務(wù)模型中的虛電路建立、數(shù)據(jù)傳輸和虛電路釋放的過程；

?掌握無連接網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模型（數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)）中的分組交換技術(shù)。

關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)

?網(wǎng)絡(luò)互連通常是指網(wǎng)絡(luò)層及其以上層次的互連，采用無連接服務(wù)方式。

OSI網(wǎng)絡(luò)層內(nèi)部結(jié)構(gòu)

在討論網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)模型之前，首先應(yīng)考慮的問題包括：當(dāng)位于發(fā)送主機(jī)的傳輸層向網(wǎng)絡(luò)層傳輸分組（即在發(fā)送主機(jī)中將分組向下交給網(wǎng)絡(luò)層）時(shí)，其傳輸層能依靠網(wǎng)絡(luò)層將該分組交付給目的端嗎；它們會(huì)按發(fā)送順序交付給接收主機(jī)的傳輸層嗎；傳輸兩個(gè)連續(xù)分組的時(shí)間間隔與接收到這兩個(gè)分組的時(shí)間間隔相同嗎；網(wǎng)絡(luò)層會(huì)提供關(guān)于網(wǎng)絡(luò)中擁塞的反饋信息嗎；在發(fā)送主機(jī)與接收主機(jī)中，連接傳輸層通道的特性是什么。這些問題的答案是由網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)模型來確定的。也就是說，網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)模型需要明確定義在網(wǎng)絡(luò)的一側(cè)邊緣到另一側(cè)邊緣之間（即在發(fā)送端與接收端系統(tǒng)之間）端到端的數(shù)據(jù)傳輸特性。

然而，用于連接的各種子網(wǎng)可能是異構(gòu)的，為了實(shí)現(xiàn)類型不同的各種子網(wǎng)的互連，OSI把網(wǎng)絡(luò)層分為以下3個(gè)子層：

?子網(wǎng)無關(guān)層——該層提供標(biāo)準(zhǔn)的OSI網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，它利用子網(wǎng)相關(guān)層提供的功能，按照OSI網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議實(shí)現(xiàn)兩個(gè)子網(wǎng)的互連。

?子網(wǎng)相關(guān)層——該層的作用是增強(qiáng)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)，使其接近于OSI的網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)，兩個(gè)不同類型的子網(wǎng)經(jīng)過分別增強(qiáng)后可達(dá)到相同的服務(wù)水準(zhǔn)。

?子網(wǎng)訪問層——該層對(duì)應(yīng)于實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層，它可能符合OSI的網(wǎng)絡(luò)層標(biāo)準(zhǔn)，也可能不符合OSI的網(wǎng)絡(luò)層標(biāo)準(zhǔn)。如果兩個(gè)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)訪問層不同，則它們不能簡(jiǎn)單地進(jìn)行互連。

網(wǎng)絡(luò)層的3個(gè)子層對(duì)應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)連接的3種策略。第一種策略是建立在子網(wǎng)支持所有OSI網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的前提下，因此子網(wǎng)不需要增強(qiáng)，在網(wǎng)絡(luò)層可直接相連，并提供所需的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；第二種策略是分別增強(qiáng)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的功能，以便提供同樣的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，這種互連方法采用面向連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模型；第三種互連策略是采用統(tǒng)一的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，提供無連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

面向連接的網(wǎng)絡(luò)互連

實(shí)現(xiàn)面向連接的網(wǎng)絡(luò)互連，其前提是子網(wǎng)可提供面向連接的服務(wù)，這樣可以用路由器連接兩個(gè)或多個(gè)子網(wǎng)，其中路由器作為每個(gè)子網(wǎng)的數(shù)據(jù)終端設(shè)備（Data Terminal Equipment，DTE）。當(dāng)不同子網(wǎng)中的DTE進(jìn)行通信時(shí)，就通過路由器建立一條跨網(wǎng)絡(luò)的虛電路。這種網(wǎng)際虛電路是通過路由器把兩個(gè)子網(wǎng)中的虛電路級(jí)聯(lián)起來實(shí)現(xiàn)的。這種面向連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)也稱為虛電路（VC）服務(wù)。虛電路分為兩種：一種為永久虛電路（PVC），另一種為交換虛電路（SVC）。虛電路的工作過程類似于電路交換。具有虛電路性能的網(wǎng)絡(luò)包括X.25連接、幀中繼網(wǎng)絡(luò)。采用虛電路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，包括虛電路建立、數(shù)據(jù)傳輸和虛電路釋放3個(gè)階段。

虛電路建立

在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸之前，需要建立連接。在虛電路建立階段，發(fā)送端發(fā)送含有地址信息的特定控制信息塊（如呼叫分組），該信息塊途經(jīng)的每個(gè)中間結(jié)點(diǎn)根據(jù)當(dāng)前的邏輯信道（LC）使用狀況分配LC，并建立輸入和輸出LC映射表。所有中間結(jié)點(diǎn)分配的LC，串接后形成虛電路。

通常，每個(gè)結(jié)點(diǎn)到其他任一結(jié)點(diǎn)之間可能有若干條虛電路支持特定的兩個(gè)端系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸，兩個(gè)端系統(tǒng)之間也可以有多條虛電路為不同的進(jìn)程服務(wù)。這些虛電路的實(shí)際路徑可能相同，也可能不同。如圖1.4所示，主機(jī)A和主機(jī)B通過建立的虛電路VC2傳送信息。

假設(shè)有兩條虛電路經(jīng)過某結(jié)點(diǎn)，當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)分組到達(dá)時(shí)，該結(jié)點(diǎn)可利用下述方法判明該分組屬于哪條虛電路，并且能將其轉(zhuǎn)送至下一個(gè)目的結(jié)點(diǎn)：一個(gè)端系統(tǒng)每次在建立虛電路時(shí)，選擇一個(gè)未被使用的虛電路號(hào)分配給該虛電路，以便區(qū)別于本系統(tǒng)中的其他虛電路。例如在圖1.4中，路由器1有VC1、VC2兩條虛電路。在每個(gè)被傳送的數(shù)據(jù)分組上不僅要有分組號(hào)、校驗(yàn)和等控制信息，還有它要通過的虛電路的號(hào)碼，以區(qū)別于其他虛電路的數(shù)據(jù)分組。在每個(gè)結(jié)點(diǎn)上都保存一張?zhí)撾娐繁恚渲懈黜?xiàng)信息記錄了一個(gè)打開的虛電路信息，包括虛電路號(hào)、前一個(gè)結(jié)點(diǎn)、下一個(gè)結(jié)點(diǎn)等。這些信息是在虛電路建立過程中所確定的。

數(shù)據(jù)傳輸

一旦創(chuàng)建了虛電路，站點(diǎn)發(fā)送的所有分組就可以開始沿該虛電路傳輸了。每個(gè)分組攜帶VC標(biāo)識(shí)（而不是目的主機(jī)的ID）沿著相同的VC流動(dòng)，分組的發(fā)收順序完全相同。

虛電路釋放

若數(shù)據(jù)傳輸完畢，就采用特定的控制信息塊（如拆除分組）釋放該虛電路。通信雙方都可發(fā)起釋放虛電路的動(dòng)作。

在虛電路網(wǎng)絡(luò)中，該網(wǎng)絡(luò)的路由器必須為進(jìn)行中的連接維持連接狀態(tài)信息。特別是：每當(dāng)跨越一個(gè)路由器，則創(chuàng)建一個(gè)新連接，一個(gè)新的連接項(xiàng)必須加到該路由器的轉(zhuǎn)發(fā)表中；每當(dāng)釋放一個(gè)連接，則必須從該表中刪除該項(xiàng)。注意，即使沒有VC號(hào)轉(zhuǎn)換，仍有必要維持連接狀態(tài)信息，該信息將VC號(hào)與輸出端口號(hào)聯(lián)系起來。其中一個(gè)關(guān)鍵問題，是路由器是否對(duì)每條進(jìn)行中的連接維持連接狀態(tài)信息。

面向連接的網(wǎng)絡(luò)互連解決方案，要求互聯(lián)網(wǎng)中的每一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)都能提供面向連接的服務(wù)，但這樣的要求在實(shí)際中是不現(xiàn)實(shí)的。

無連接的網(wǎng)絡(luò)互連

如果網(wǎng)絡(luò)仍然采用圖1.4所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，則在無連接方案中，主機(jī)A和主機(jī)B之間在通信時(shí)不需要建立虛電路，其數(shù)據(jù)單元在網(wǎng)絡(luò)中分別獨(dú)立傳輸，這些數(shù)據(jù)單元經(jīng)過一系列的網(wǎng)絡(luò)和路由器，最終到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)。由于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)單元的路由選擇是獨(dú)立進(jìn)行的，因此不同的數(shù)據(jù)單元到達(dá)目的主機(jī)所經(jīng)過的路徑可能不同。這就是無連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模型，又稱作數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)模型。當(dāng)采用數(shù)據(jù)報(bào)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，有報(bào)文交換和分組交換之分。

報(bào)文交換

報(bào)文交換是指將報(bào)文從一個(gè)結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)結(jié)點(diǎn)，直至到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)的一種數(shù)據(jù)傳輸過程，如圖1.5所示。在這種傳輸方式中，每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)都是獨(dú)立發(fā)送的，并且攜帶完整的源地址和目的地址。這與郵局寄信類似，每封信都攜帶著完整的地址注入郵政系統(tǒng)。主機(jī)只要想發(fā)送數(shù)據(jù)就可隨時(shí)發(fā)送，每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)獨(dú)立地選擇路由。重要的是，每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)并不都沿著相同路徑從源端發(fā)送到目的端，而且到達(dá)的順序也會(huì)因其傳輸?shù)穆窂綘顩r不同而不同，有的數(shù)據(jù)報(bào)還可能會(huì)丟失。這就要求目的結(jié)點(diǎn)具有數(shù)據(jù)報(bào)重新排序功能，并對(duì)丟失（或出錯(cuò)）的數(shù)據(jù)報(bào)向源結(jié)點(diǎn)請(qǐng)求重傳。

分組交換

由計(jì)算分析可知，對(duì)于報(bào)文交換方式，傳送一個(gè)報(bào)文的出錯(cuò)概率隨著報(bào)文長(zhǎng)度的增加而增加，進(jìn)而導(dǎo)致較高的報(bào)文重傳率。這說明對(duì)網(wǎng)絡(luò)能夠傳輸報(bào)文的最大尺寸需要進(jìn)行限制，應(yīng)將長(zhǎng)（大）報(bào)文分割成較小的信息塊或分組進(jìn)行傳送，即采用無連接的分組交換方式。在分組交換方式中，每個(gè)分組通過網(wǎng)絡(luò)的路由也是獨(dú)立的。每個(gè)分組有一個(gè)附帶的頭部，以便提供將分組路由到目的端所需的所有信息。當(dāng)一個(gè)分組到達(dá)分組交換機(jī)時(shí)，分組交換機(jī)首先檢查分組頭部中的目的地址（及其他可能的字段），以便確定到目的端的下一跳路徑。

目前，網(wǎng)絡(luò)互連通常采用無連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模型。網(wǎng)際協(xié)議（IP）是無連接的互聯(lián)網(wǎng)中最常用的協(xié)議，而支持IP的路由器稱為IP路由器，IP處理的數(shù)據(jù)單元稱為IP數(shù)據(jù)報(bào)。

練習(xí)

1.簡(jiǎn)述采用虛電路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸所經(jīng)歷的幾個(gè)階段。

2.何謂報(bào)文交換方式？

3.分組交換與報(bào)文交換有哪些區(qū)別？

補(bǔ)充練習(xí)

使用Web檢索和查找有關(guān)交換技術(shù)的最新發(fā)展，探討光交換技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。