計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)之通信子網(wǎng)的操作方式和網(wǎng)絡(luò)層提供的服務(wù)

端點之間的通信是依靠通信子網(wǎng)中的節(jié)點間的通信來實現(xiàn)的，在OSI模型中，網(wǎng)絡(luò)層是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中的最高層，所以網(wǎng)絡(luò)層將體現(xiàn)通信子網(wǎng)向端系統(tǒng)所提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。在分組交換方式中，通信子網(wǎng)向端系統(tǒng)提供虛電路和數(shù)據(jù)報兩種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，而通信子網(wǎng)內(nèi)部的操作也有虛電路和數(shù)據(jù)報兩種方式。

1.虛電路操作方式

在虛電路操作方式中，為了進行數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)的源節(jié)點和目的節(jié)點之間先要建立一條邏輯通路，因為這條邏輯通路不是專用的，所以稱之為“虛”電路。每個節(jié)點到其它任一節(jié)點之間可能有若干條虛電路支持特定的兩個端系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸，兩個端系統(tǒng)之間也可以有多條虛電路為不同的進程服務(wù)，這些虛電路的實際路徑可能相同也可能不同。 節(jié)點間的物理信道在邏輯上均可看做由多條邏輯信道組成，這些邏輯信道實際上由節(jié)點內(nèi)部的分組緩沖器來實現(xiàn)。所謂占用某條邏輯信道，實質(zhì)上是指占用了該段物理信道上節(jié)點分配的分組緩沖器。不同的邏輯信道在節(jié)點內(nèi)部通過邏輯信道號加以區(qū)分，各條邏輯信道異步分時復(fù)用同一條物理信道。

一條虛電路可能要經(jīng)過多個中間節(jié)點，在節(jié)點間的各段物理信道上都要占用一條邏輯信道用以傳送分組。由于各節(jié)點均獨立地為通過的虛電路分配邏輯信道，也即同一條虛電路通過各段信道所獲取的邏輯信道號可能是不相同的，所以各節(jié)點內(nèi)部必須建立一張?zhí)撾娐繁?，用以記錄經(jīng)過該點的各條虛電路所占用的各個邏輯信道號。

為使節(jié)點能區(qū)分一個分組屬于哪條虛電路，每個分組必須攜帶一個邏輯信道號：同樣，同一條虛電路的分組在各段邏輯信道上的邏輯信道號可能也不相同。傳輸中，當一個分組到達節(jié)點時，節(jié)點根據(jù)其攜帶的邏輯信道號查找虛電路表，以確定該分組應(yīng)發(fā)往的下一個節(jié)點及其下一段信道上所占用的邏輯信道號，用該邏輯信道號替換分組中原先的邏輯信道號后，再將該分組發(fā)往下一個節(jié)點。

各節(jié)點的虛電路表是在虛電路建立過程中建立的。比如，與A節(jié)點相連的源端系統(tǒng)要經(jīng)中間節(jié)點B、C跟與D節(jié)點相連的目的端系統(tǒng)建立一條虛電路，源端系統(tǒng)可發(fā)出一個呼叫請求分組，該分組除了包含目的地址外，還包含源端系統(tǒng)所選取的不用的最小邏輯信道號N.A節(jié)點收到請求分組后在A節(jié)點與下一節(jié)點B間所有已使用的邏輯信道號之外選取一個最小編號NA，并將請求分組中的邏輯信道號N替換成該邏輯信道號NA，再將分組發(fā)送給節(jié)點B.此后的各節(jié)點依次逐個根據(jù)自身實際情況選取新的邏輯信道號（如NB、NC、ND等）來替換收到的分組中的邏輯信道號。最后，目的節(jié)點D將請求分組傳送給連接它的端系統(tǒng)。在此過程中，每個節(jié)點的虛電路表中要記錄兩個邏輯信道號：前一個節(jié)點所選取的邏輯信道號和本節(jié)點所選取的邏輯信道號。這樣便使得虛電路所跨越的每一段連接上的邏輯信道號都是惟一的o

圖3.16給出了一個虛電路表建立的示例，這里假設(shè)建立了6條虛電路。由于虛電路上的數(shù)據(jù)是雙向傳輸?shù)?，為保證兩節(jié)點之間正、反兩個方向的虛電路不相混淆，在一個節(jié)點選取邏輯信道號來替換其前一節(jié)點使用的邏輯信道號時，不僅要考慮與下一節(jié)點之間的邏輯信道號不相同，還要考慮與下一節(jié)點作為另一條反向虛電路的上一節(jié)點時所選取的邏輯信道號相區(qū)別。例如，在建立虛電路1-BAE時（這里1-BAE表示源節(jié)點為B，建立虛電路時選取1為邏輯信道號，并經(jīng)A傳送到E），在節(jié)點B中，盡管A節(jié)點是第一次作為B節(jié)點的下一節(jié)點，但由于虛電路0-ABCD中A到B間已使用了邏輯信道號0，因此在出路一欄應(yīng)選B到A間的邏輯信道號為1.這樣，當從節(jié)點A發(fā)來一個分組時，若它所攜帶的邏輯信道號為0，則說明是虛電路礎(chǔ)CD上的正向分組；若為1，則說明是虛電路BAE上的反向分組。對于虛電路2-BFE的建立也是同樣情況。

各節(jié)點的虛電路表空間和邏輯信道號都是網(wǎng)絡(luò)資源，當虛電路拆除時必須回收。這可通過某端系統(tǒng)發(fā)出一個拆鏈請求分組，告知虛電路中各節(jié)點刪除虛電路表中有關(guān)表項來實現(xiàn)。

2.數(shù)據(jù)報操作方式

在數(shù)據(jù)報操作方式中，每個分組被稱為一個數(shù)據(jù)報，若干個數(shù)據(jù)報構(gòu)成一次要傳送的報文或數(shù)據(jù)塊。每個數(shù)據(jù)報自身攜帶有足夠的信息，它的傳送是被單獨處理的。一個節(jié)點接收到一個數(shù)據(jù)報后，根據(jù)數(shù)據(jù)報中的地址信息和節(jié)點所存儲的路由信息，找出一個合適的出路，把數(shù)據(jù)報原樣地發(fā)送到下一個節(jié)點。

當端系統(tǒng)要發(fā)送一個報文時，將報文拆成若干個帶有序號和地址信息的數(shù)據(jù)報，依次發(fā)給網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。此后，各個數(shù)據(jù)報所走的路徑就可能不同了，因為各個節(jié)點在隨時根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的流量、故障等情況選擇路由。由于各行其道，各數(shù)據(jù)報不能保證按順序到達目的節(jié)點，有些數(shù)據(jù)報甚至還可能在途中丟失。在整個數(shù)據(jù)報傳送過程中，不需要建立虛電路，但網(wǎng)絡(luò)節(jié)點要為每個數(shù)據(jù)報做路由選擇。

3.虛電路服務(wù)

虛電路服務(wù)是網(wǎng)絡(luò)層向運輸層提供的一種使所有分組按順序到達目的端系統(tǒng)的可靠的數(shù)據(jù)傳送方式。進行數(shù)據(jù)交換的兩個端系統(tǒng)之間存在著一條為它們服務(wù)的虛電路。為了建立端系統(tǒng)之間的虛電路，源端系統(tǒng)的運輸層首先向網(wǎng)絡(luò)層發(fā)出連接請求，網(wǎng)絡(luò)層則通過虛電路網(wǎng)絡(luò)訪問協(xié)議向網(wǎng)絡(luò)節(jié)點發(fā)出呼叫分組；在目的端，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點向端系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)層傳送呼叫分組，網(wǎng)絡(luò)層再向運輸層發(fā)出連接指示；最后，接收方運輸層向發(fā)起方發(fā)回連接響應(yīng)，從而使虛電路建立起來。此后，兩個端系統(tǒng)之間就可以傳送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)由網(wǎng)絡(luò)層拆成若干個分組送給通信子網(wǎng)，由通信子網(wǎng)將分組傳送到數(shù)據(jù)接收方。

上述虛電路的服務(wù)是網(wǎng)絡(luò)層向運輸層提供的服務(wù)，也是通信子網(wǎng)向端系統(tǒng)提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。但是，提供這種虛電路服務(wù)的通信子網(wǎng)內(nèi)部的實際操作既可以是虛電路方式的，也可以是數(shù)據(jù)報方式的。以虛電路方式操作的網(wǎng)絡(luò)，一般總是提供虛電路服務(wù)。 OSI中面向連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)就是虛電路服務(wù)。在虛電路操作方式中，端系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)層同通信子網(wǎng)節(jié)點的操作是一致的。SNA就是采用這種虛電路操作支持虛電路服務(wù)方式的實例。

以數(shù)據(jù)報方式操作的網(wǎng)絡(luò)，也可以提供虛電路服務(wù)，即通信子網(wǎng)內(nèi)部節(jié)點按數(shù)據(jù)報方式交換數(shù)據(jù)，而與端系統(tǒng)相連的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點則向端系統(tǒng)提供虛電路服務(wù)。對于端系統(tǒng)來說，它的網(wǎng)絡(luò)層與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間的通信仍像虛電路操作方式的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間一樣，先建立虛電路，再交換數(shù)據(jù)分組，最后拆除電路。但實際上，每個分組被網(wǎng)絡(luò)節(jié)點分成若干個數(shù)據(jù)報，附加上地址、序號、邏輯信道號等信息分送到目的節(jié)點。目的節(jié)點再將數(shù)據(jù)報進行排序，拼成原來的分組，送給目的端系統(tǒng)。因此，源端系統(tǒng)和源網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間、目的節(jié)點和目的端系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)層按虛電路操作方式交換分組，而目的節(jié)點和源節(jié)點之間則按數(shù)據(jù)報方式完成分組的交換。盡管通信子網(wǎng)的數(shù)據(jù)報交換是不可靠的，但是兩端的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點做了許多諸如排序、重發(fā)等額外工作，從而滿足了虛電路服務(wù)的要求。例如，在ARP燦JET中，其內(nèi)部使用數(shù)據(jù)報操作方式，但可以向端系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)報和虛電路兩種服務(wù)。

4.數(shù)據(jù)報服務(wù)

數(shù)據(jù)報服務(wù)一般僅由數(shù)據(jù)報交換網(wǎng)來提供。端系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)層同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中的網(wǎng)絡(luò)層之間，一致地按照數(shù)據(jù)報操作方式交換數(shù)據(jù)。當端系統(tǒng)要發(fā)送數(shù)據(jù)時，網(wǎng)絡(luò)層給該數(shù)據(jù)附加上地址、序號等信息、￥然后作為數(shù)據(jù)報發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)節(jié)點；目的端系統(tǒng)收到的數(shù)據(jù)報可能是不按序到達的，也可能有數(shù)據(jù)報的丟失。例如，在ARPANET、DNA等網(wǎng)絡(luò)中，就提供了數(shù)據(jù)報服務(wù)。數(shù)據(jù)報服務(wù)與OSI的無連接網(wǎng)絡(luò)服務(wù)類似。

由虛電路交換網(wǎng)提供數(shù)據(jù)報服務(wù)的組合方式并不常見?？梢韵胂裼羞@么一種特殊情況：一個端系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)層已經(jīng)構(gòu)造好了用于處理數(shù)據(jù)報的服務(wù)，而當它要接人以虛電路方式操作的網(wǎng)絡(luò)時，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點就需要做一些轉(zhuǎn)換工作。當端系統(tǒng)向網(wǎng)絡(luò)節(jié)點發(fā)送一個攜帶有完整地址信息的數(shù)據(jù)報時，若發(fā)向同一地址的數(shù)據(jù)報數(shù)量足夠大，則網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可以為這些數(shù)據(jù)報同目的節(jié)點間建立一條虛電路，所有相同地址的數(shù)據(jù)報均在這條虛電路上傳送。過一段時間后，當沒有這類相同的地址的數(shù)據(jù)報要發(fā)送時，這條虛電路便可拆除。所以，這種數(shù)據(jù)報服務(wù)具有了虛電路服務(wù)的通信質(zhì)量，但這樣做既不經(jīng)濟，效率也低。