计算机网络：数据报与虚电路

分组交换根据其通信子网向端点系统提供的服务，还可进一步分为面向连接的虚电路方式和无连接的数据报方式。

这两种服务方式都由网络层提供。

要注意数据报方式和虚电路方式是分组交换的两种方式。

1．数据报

作为通信子网用户的端系统发送一个报文时，在端系统中实现的高层协议先把报文拆成若干带有序号的数据单元，并在网络层加上地址等控制信息后形成数据报分组（即网络层的 PDU)。中间结点存储分组很短一段时间，找到最佳的路由后，尽快转发每个分组。不同的分组可以走不同的路径，也可以按不同的顺序到达目的结点。

数据报服务特点

1. 发送分组前不需要建立连接。发送方可随时发送分组，网络中的结点可随时接收分组。
2. 网络尽最大努力交付，传输不保证可靠性，所以可能丢失;为每个分组独立地选择路由，转发的路径可能不同，因而分组不一定按序到达目的结点。
3. 发送的分组中要包括发送端和接收端的完整地址，以便可以独立传输。
4. 分组在交换结点存储转发时，需要排队等候处理，这会带来一定的时延。通过交换结点的通信量较大或网络发生拥塞时，这种时延会大大增加，交换结点还可根据情况丢弃部分分组。
5. 网络具有冗余路径，当某个交换结点或一条链路出现故障时，可相应地更新转发表，寻找另一条路径转发分组，对故障的适应能力强。
6. 存储转发的延时一般较小，提高了网络的吞吐量。
7. 收发双方不独占某条链路，资源利用率较高。

2．虚电路

虚电路方式试图将数据报方式与电路交换方式结合起来。

在分组发送之前，要求在发送方和接收方建立一条逻辑上相连的虚电路，并且连接一旦建立，就固定了虚电路所对应的物理路径。通信过程分为三个阶段:虚电路建立（发送呼叫请求、呼叫应答分组）、数据传输与虚电路释放（发送释放请求、呼叫释放分组）。

端系统每次建立虚电路时，选择一个未用过的虚电路号分配给该虚电路，以区别于本系统中的其他虚电路。

在传送数据时，每个数据分组不仅要有分组号、校验和等控制信息，还要有它要通过的虚电路号，以区别于其他虚电路上的分组。

在虚电路网络中的每个结点上都维持一张虚电路表，表中的每项记录了一个打开的虚电路的信息，包括在接收链路和发送链路上的虚电路号、前一结点和下一结点的标识。数据的传输是双向进行的，上述信息是在虚电路的建立过程中确定的。

虚电路服务特点

1. 虚电路通信链路的建立和拆除需要时间开销。
2. 连接建立后，就确定了传输路径。
3. 虚电路提供了可靠的通信功能，能保证每个分组正确且有序到达。此外，还可以对两个数据端点的流量进行控制，当接收方来不及接收数据时，可以通知发送方暂缓发送。
4. 虚电路有一个致命的弱点，即当网络中的某个结点或某条链路出现故障而彻底失效时，所有经过该结点或该链路的虚电路将遭到破坏。
5. 分组首部不包含目的地址，包含的是虚电路标识符，相对于数据报方式，其开销小。

每个结点到其他结点之间的链路可能同时有若干虚电路通过，也可能同时与多个结点之间建立虚电路。每条虚电路支持特定的两个端系统之间的数据传输，两个端系统之间也可以有多条虚电路为不同的进程服务，这些虚电路的实际路由可能相同也可能不同。

注意，数据传输过程是有确认的传输（由高层实现)，主机收到分组后要发回相应分组的确认。网络中的传输是否有确认与网络层提供的两种服务没有任何关系。

参考资料：

谢希仁．计算机网络（第8版）[M]．北京：电子工业出版社，2021.

James F.Kurose，Keith W.Ross.计算机网络:自顶向下方法[M]．北京：机械工业出版社，2019.

2023年王道计算机复习指导[M]．北京：电子工业出版社，2021.