计算机网络原理：虚电路和数据报详解

图5.1.2　网络地址和网络连接

网络层协议决定了主机与子网的原始接口。其最重要的设计问题之一是网络层向传送层所提供的服务的性质，即从主机（即传送层）角度来看，通信子网应具有什么样的性质，即：一台主机向另一台主机发送的报文分组是以什么形式穿网传送的？发出的报文分组能否正确地穿过通信子网到达对方？通信子网应不应该向主机提供透明的查错和纠错服务？尽管在子网中的各数据链路都以对高层透明的方式处理差错，但CCP的软、硬件错误或故障仍可能导致报文分组的丢失。第二个问题是通信子网内应不应该保持源主机发出的报文分组的顺序？若保持发出的顺序，接收方可免去判断识别及重组排序的工作，但这样可能无法利用多条网络路由同时发送，也就是说不能充分利用网络的整体通过能力。若不保持报文分组的顺序，所得出的结论则与前者恰好相反。

对上述问题的不同解决带来了两类不同的概念模型，这就是虚电路模型和数据报模型。根据应用和设计的需要，有的网络在网络层中向上层提供虚电路服务，有的则提供数据报服务；有的在网络层中采用虚电路结构，有的则采用数据报结构。无论采用哪种方法都是可行的，而且各具特点。

数据报（Data Gram，DG）是网络层接受来源于上层的独立报文分组，是含有网络所能识别的目的地址及源地址的数据单位。数据报的一般格式为

数据报模型的工作原理是：发送方在发送每一个报文分组时均要给出收、发方的全称网络地址，子网根据目的地的全称网络地址选择路由，并传输该数据报。由于子网在传送数据报时，把各个数据报都当作独立的数据单位单独处理，而不考虑前面的或后面的数据报的发送过程，所以每个数据报都要进行路由选择，并可能沿与前面的数据报不相同的路由穿过子网。虽然数据报可以利用整个子网的通过能力，但数据报到达目的地时的顺序可能与发送顺序完全不同，有的甚至会丢失。这就是说，子网不保证顺序，也不保证不丢失。这与人们日常生活中常常使用的邮政通信很相似：每封信都是孤立的单体，因而必须包含完整的通信地址；信件的到达也可能不按照投邮的顺序，并且也不能保证信件在投寄过程中绝对不会丢失，是否能识别出信件的顺序和是否丢失完全是收、发信人之间的事。

虚电路（Virtual Circuit，VC）的称呼来源于与实电路的类比。实电路可以构成通信双方的直接链路，如同在电路交换网中一样。虚电路是由子网中多个中间CCP进行转发而建立的一对主机之间的逻辑连接，其虽无直接实电路，但可完成类似实电路的传输功能，允许双向同时交换数据。在虚电路上传输的全为报文分组。(www.xing528.com)

虚电路模型的工作原理是：在主机开始通信时，首先须用具有全称网络地址的呼叫分组穿过网络，并建立起呼叫者与被呼叫者之间的逻辑连接，即虚电路；此后，双方只需使用较短的逻辑信道号，即虚电路号，便可传送双方的报文分组；报文分组按发送顺序到达，如果出了错或丢失将由子网负责纠正，用毕将关闭该虚电路。

图5.1.3　数据报与虚电路的比较

虚电路有两种，一种称为呼叫虚电路（Call VC，CVC），另一种称为永久虚电路（Permanent VC，PVC）。呼叫虚电路是最常使用的虚电路，顾名思义它具有初始的呼叫建立过程；而永久虚电路则没有初始呼叫建立过程，这种虚电路在网络内部已经固定，即永久存在了，使用时不需建立过程。

人们日常生活中使用的电话系统的使用过程与虚电路使用过程非常类似。电话的拨号、转接直至对方应答就是电路的建立过程，电路一旦建立，双方便可自由对话，直至挂上话筒，切断线路时为止。永久虚电路类似于热线电话，拿起电话便可通话，无需呼叫接转过程。

图5.1.3给出了数据报（DG）与呼叫虚电路（CVC）、永久虚电路（PVC）的比较。

从上述对虚电路和数据报的描述中可以看到，虚电路模型存在着一个连接建立、使用和关闭的过程，并由此得到了有序投送等好处，而数据报模型没有这个过程。因此，又称前者为面向连接的协议模型，称后者为无连接的协议模型。