计算机网络——连接的概念

1. 具有连接和无连接通信的概念

1.1 具有连接的通信

????????类似电话系统，需要在网络中寻找并预留从源头到目的地的路径。一旦建立，这条路径就被称作“电路”。通信结束后，需要释放该路径。建立和释放路径的过程需要特定的信息交换，这个过程称为“信号传递”。

????????这种方式可以保证通信双方在通话期间有固定的路径，适用于需要保持稳定传输质量的应用场景，如传统的电话通信或者视频会议。

1.2 无连接的通信

? ? ? ? 无连接通信类似邮政系统，数据被放入带有目的地地址的“信封”中，然后在每个网络节点根据地址进行路由和传输。在无连接的网络中，数据单位被称为“数据报”。

????????无连接的通信不需要事先建立路径，每个数据包独立路由，可能通过网络中不同的路径到达目的地。这种方式在互联网通信中非常常见，例如在IP网络中。

????????无连接的通信比具有连接的通信更加灵活和高效，因为它不需要事先建立和维护路径。然而，无连接的通信不保证数据包的传输顺序，也不保证数据包一定能到达，通常需要上层协议来确保数据的完整性和顺序。

1.3 总结

????????简而言之，有连接的通信需要在通信开始前建立一个固定的通信路径，而无连接的通信则不需要。在无连接的通信中，每个数据单位（如数据报）都独立地通过网络，并可能通过不同的路径到达其目的地。

2. 有连接模式与无连接模式的优缺点

2.1 有连接模式

2.1.1 优点

????????在连接期间数据沿着相同的路径传输，因此接收到的数据顺序与发送顺序一致。建立连接时的信号传递可以用来传递服务质量（Quality of Service, QoS）的请求信息。节点处理延迟通常较短。

2.1.2 缺点

????????需要时间来建立和断开连接。

????????路径是预先设定的，如果网络中的某个节点或连接发生故障，通信会中断。

2.1.3 面向连接的网络

????????X25：20世纪80年代的数据网络，始于1976年，用于提供在不同地点之间的可靠通信。

????????Frame Relay：现在仍然被广泛使用，尤其是在同一企业的不同分散地点之间的互联。

????????ATM（异步传输模式）：主要用在运营商的核心网络中，也被用在家庭的ADSL调制解调器中。

????????MPLS（多协议标签交换）：也是用在运营商的核心网络中，服务于企业客户，通过标签来转发数据包，而不是基于传统的网络地址。

2.2 无连接模式

2.2.1?优点

????????不需要建立连接的信号传递。如果网络中的链接断开，可以更容易地重新路由数据。

2.2.2 缺点

????????没有预设的路径，连续的数据单元可能会因为路径变化而到达顺序错乱。

????????可能向不存在的目的地发送数据。

2.2.3 无连接的网络

????????企业局域网：例如Ethernet（以太网）、Token-Ring（令牌环网络）。

????????IP（互联网协议）：互联网使用的主要协议，用于在全球范围内路由数据包。

????????Cyclades网络：是IP的前身，1978年因政治决策而被放弃。

2.3 总结

????????每种模式都适合不同的应用场景。面向连接的模式提供了更可靠的数据传输，适合那些需要保持顺序和服务质量的通信，如电话通话或视频会议。而无连接模式则在网络变化和节点故障时提供了更高的灵活性和鲁棒性，适合互联网这样变化频繁的环境。

????????面向连接的网络特点是在数据传输之前需要建立连接，保证了数据传输的可靠性和顺序性，但可能会牺牲一些效率和灵活性。

????????无连接的网络在数据传输时不需要建立预先的连接，提供了更高的效率和适应性，尤其是在数据流量变化较大的情况下。每种网络类型都有其特定的应用场景和优势。

3. 计算机网络中连接和虚拟电路、实际电路

3.1 连接和实际电路

????????实际电路涉及在网络中预留特定的通道，这些通道在通信过程中保持固定。

????????在图中，在节点N2和N3之间，时间间隔1和2被分配给从M到P和从N到O的通信，并在通信期间保持这种分配。

????????如果M到P的通信结束，则资源it1将被释放，但如果N到O的通信没有利用这个资源，这部分带宽就会被浪费。

????????在节点N2和N3之间，时间间隔1和2分别被分配给M?P和N?O的通信，并且这种分配在整个通信过程中都是固定的。

????????如果M?P的通信结束，资源it1会被释放，但N?O的通信不会利用这个释放的资源。

????????如果M?N的通信没有数据传输（即静默），那么未使用的带宽就会被浪费。

????????这种方式的主要特点是资源的固定分配。如果一个通道没有被充分利用，其资源就会被浪费，而其他通道无法利用这些未使用的资源。这与动态分配资源的方法相对，后者允许在一个通道不活跃时，其他通道可以使用其资源。

3.2 连接和虚拟电路

????????虚拟电路意味着数据包在同一个通道中传输，但每个数据包都被赋予了一个标签（比如MPLS中的标签），以便在网络中正确路由。

????????每个网络节点（如N1, N2, N3）都有一个交换表（Table de commutation），用来决定如何根据数据包的标签转发数据包。

????????信号传递（Signalisation）是设置网络中交换表的初步阶段，以确保数据沿正确的路径传输。

????????虚拟电路：使用相同的通道，但数据包都带有标签或标识。

????????信令：这是一个初步阶段，用于分发交换表。在虚拟电路的建立过程中，信令是必要的，以确保所有的交换节点都知道如何根据数据包的标签正确地路由它。

????????虚拟电路的主要优点是它可以更有效地使用网络资源。由于数据包都带有标签，因此可以在同一个物理通道上同时传输多个虚拟电路的数据。每个数据包的标签指示了它的源、目的地和其他可能的路由信息。这使得虚拟电路可以灵活地适应网络的变化，如链路故障或拥塞，而不需要预先定义固定的路径。

3.3 总结

????????虚拟电路提供了更灵活的数据包传输方式，不需要固定的物理路径。实际电路提供了固定的传输路径，适合于需要保证服务质量的应用，如电话通话或实时视频会议。然而，如果实际电路中的通信不活跃，它可能会导致资源浪费。

4. 面向连接网络的特征

4.1?数据包的路由

????????在这类网络中，节点（比如路由器或交换机）负责将数据单元（如数据包）从输入端路由到输出端，并进行所谓的“交换操作”。

4.2?节点是交换器

????????网络中的节点执行交换任务，即决定数据包从一个节点到另一个节点的路径。

4.3?数据包的标识

????????数据包通过附加的标签（或标识）来识别，这些标签是在建立连接时分配的。

4.4 标签的作用

????????标签在每个链接上唯一地标识数据包，它们也用来标识通信本身、所使用的通道或电路。

4.5?虚拟电路

????????在每个链接上为一次通信预留的一系列标签，组成了所谓的“虚拟电路”。虚拟电路是一种逻辑上的连接，它通过网络中每一段的标签来保持数据包传输的连续性。

????????简单来说，面向连接的网络通过在数据传输之前先建立一条虚拟的通路（即虚拟电路），每个数据包都带有一系列标签来确保它们沿着这条预定的路径传输。这种方式类似于电话通话，在开始通话前需要先拨号建立连接。这样的网络保证了数据包能按顺序到达目的地，并且通常用于需要可靠传输的场景。