虚电路网络与数据报网络

1 连接服务与无连接服务

• 数据报(datagram)网络与虚电路(virtual-circuit)网络是典型两类分组交换网络
• 数据报网络提供网络层无连接服务
• 虚电路网络提供网络层连接服务
• 类似于传输层的无连接服务（UDP）和面向连接服务（TCP），但是网络层服务：
  
  • 主机到主机服务
  • 网络核心实现

2 虚电路网络

2.1 虚电路(Virtual circuits)

• 虚电路：一条从源主机到目的主机， 类似于电路的路径(逻辑连接)

  • 分组交换
  • 每个分组的传输利用链路的全部带宽
  • 源到目的路径经过的网络层设备共同完成虚电路功能

• 通信过程：

  • 呼叫建立(call setup)→数据传输→拆除呼叫
• 每个分组携带虚电路标识(VC ID)， 而不是目的主机地址
• 虚电路经过的每个网络设备（如路由器） ， 维护每条经过它的虚电路连接状态
• 链路、 网络设备资源(如带宽、 缓存等)可以面向VC进行预分配
  
  • 预分配资源=可预期服务性能
  • 如ATM的电路仿真（CBR）

2.2 VC的具体实现

• 每条虚电路包括:

  1. 从源主机到目的主机的一条路径
  2. 虚电路号（VCID） ， 沿路每段链路一个编号
  3. 沿路每个网络层设备（如路由器）， 利用转发表记录经过的每条虚电路

• 沿某条虚电路传输的分组，携带对应虚电路的VCID，而不是目的地址

• 同一条VC ，在每段链路上的VCID通常不同
  
  • 路由器转发分组时依据转发表改写/替换虚电路号

2.3 VC转发表

2.4 虚电路信令协议(signaling protocols)

• 用于VC的建立、维护与拆除
  
  • 路径选择
• 应用于虚电路网络
  
  • 如ATM、帧中继(frame-relay)网络等
• 目前的Internet不采用

3 数据报网络

3.1 数据报网络

• 网络层无连接
• 每个分组携带目的地址
• 路由器根据分组的目的地址转发分组
• 基于路由协议/算法构建转发表
  
  • 检索转发表
  • 每个分组独立选路

3.2 数据报转发表

Q: 如果地址范围划分的不是这么“完美”会怎么样？

3.3 最长前缀匹配优先

最长前缀匹配优先：在检索转发表时，优先选择与分组目的地址匹配前缀最长的入口（entry）。

4 数据报网络和VC网络的对比

Internet (数据报网络)

• 计算机之间的数据交换
• “弹性” 服务，没有严格时间需求
• 链路类型众多
  
  • 特点、性能各异
  • 统一服务困难
• ”智能” 端系统 (计算机)
  
  • 可以自适应、性能控制、差错恢复
• 简化网络，复杂“边缘”

ATM (VC网络)

• 电话网络演化而来
• 核心业务是实时对话：
  
  • 严格的时间、可靠性需求
  • 需要有保障的服务
• “哑(dumb)” 端系统（非智能）
  
  • 电话机
  • 传真机
• 简化“边缘”，复杂网络