第三讲：
    业务节点设备 在通信基础网的节点上安装不同类型的节点设备，则形成不同类型的业务网。故在讨论业务网之前，有必要先讨论一下业务节点设备，业务节点设备主要包括各种交换机（电路交换、Ｘ．25、以太网、帧中继、ＡＴＭ等交换机）、路由器和数字交叉连接设备（ＤＸＣ）。ＤＸＣ既可作为通信基础网的节点设备，也可作为ＤＤＮ和各种非拨号专网的业务节点设备。因ＤＸＣ在第二讲中已有阐述，故本讲不再赘述。 

1　交换设备 
1.1　电路交换 
    交换的概念始于电路交换。传统电话网由传输电路与交换机组成，处于网络节点的电话交换机用来完成对传输链路的选路与连接。一次长途通话往往要经过发端局、转接局（汇接局）和收端局。交换机的作用是在通话前根据信令将一段段的传输链路连接起来，从而形成主叫到被叫的物理电路（一对实线、时隙或频段），通话结束时拆除这条物理电路。我们将这种交换方式称为电路交换方式。电路交换的优点是延时小、实时性好；缺点是通信期间主、被叫间的物理电路被该次呼叫独占，电路利用率低。 
1.2　报文（数据报）交换 
    数据报（报文）交换采用存储／转发方式。网络节点设备先将途经的数据报完全接收并储存，然后根据数据报所附的目的地址，选择一条合适的传输链路将该数据报发送出去。报文交换不像电路交换，无需预先为通信双方建立一条专用的电路，因此就不存在建立和拆除电路的过程。由于数据报的传送采用接力方式，任何时刻数据报只占用节点间的一条链路，因而提高了传输效率，但这也造成了报文交换的延时非常大，故主要用在电报交换中。 
    分组交换和数据报交换一样，也采用存储／转发方式，但不像数据报交换是以整个数据报为单位进行传输，而是将用户要发送的数据报分割为定长的一个个数据分组（包），并附上目的地址（或标记），按顺序送分组交换网发送，分组交换可以采用两种不同方式来处理这些分组。 
    （1） 报文传输分组交换 
    报文传输分组交换与报文交换相似，只是将每一分组都当成一个小报文来独立处理，故报文传输分组交换中每个分组均带有目的地址。网络节点设备对每个分组都要根据网络拓扑和链路负荷情况进行路由选择，因链路负荷是动态的，故一个数据报所包含的各分组，可能通过不同途径到达目的地，分组到达终端的顺序也有可能被打乱，这时要求目的节点或终端负责将分组重新排序、组装为报文。 
    （2） 虚（逻辑）电路传输分组交换 
    虚电路传输分组交换要求在发送某一群分组前，建立一条双方终端间的虚电路。一旦虚电路建立后，属同一数据报的所有分组均沿这条虚电路传输，通信结束后拆除该虚电路。通过拨号建立的虚电路称为交换型虚电路（ＳＶＣ）；固定连接的虚电路则称为永久型虚电路（ＰＶＣ）。 
    虚电路传输分组交换类似电路交换，通过电路交换将一段段物理链路连接起来形成一条收发终端间专用的物理电路。而虚电路传输分组交换则通过节点交换机将一段段虚链路连接起来形成一条收发终端间的虚电路。虚电路的“虚”字意味着只有传送分组时才占用物理电路，不传时则让给别的用户使用。这样在一条物理电路上用统计复用方式可同时建立若干条虚电路，提高了线路的利用率。 
    电路交换与虚电路交换十分相似，都需要在通信前建立一条端到端的物理电路或虚电路，结束通信后拆除这条电路，这种交换方式称为面向连接的交换方式。面向连接的交换方式往往需要在相关连的一群分组头上附加一个标记，节点设备根据该标记进行交换接续。 
    在报文交换与报文传输分组交换中，交换途经的每个节点需要根据数据报或分组的目的地址重新寻找最佳路由，通信双方在端对端之间并不存在物理或逻辑上的连接。因此也常将报文交换和报文传输分组交换称为面向非连接的交换方式。为了与面向连接的节点交换设备相区别，一般将仅有选路与转发功能面向非连接的节点设备称为路由器。 
1.3　常用分组交换技术 
1.3.1　Ｘ．25低速分组交换技术 
    Ｘ．25分组交换包括转接节点在内均采用存储／转发方式。各节点包括终端在内均具有查错、重发等功能。其优点是适用于误码率较高的通路；缺点是附加开销大、延时大。当前最高速率为64ｋｂｉｔ／ｓ。 1.3.2　帧中继（ＦＲ）技术 帧中继技术属高速分组交换技术，又称简化的Ｘ．25技术。帧中继采用不等长帧，节点设备对出错信息不进行纠错和重发，使得处理每帧的时间大大缩短，其延时低于Ｘ．25分组交换。由于帧中继节点不提供错帧通知、恢复及重传等服务，故开展帧中继业务需有以下两个条件： 
    （1）传输链路需要有较好的传输质量，一般适用于光纤传输； 
    （2）须采用智能终端以完成纠错、重发、流量控制等工作。 
    帧中继主要用于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ骨干网、局域网互连及局域网与广域网的互连。帧中继链路速率一般可达34Ｍｂｉｔ／ｓ，最高可达100Ｍｂｉｔ／ｓ。 
1.3.3　异步转移模式（ＡＴＭ） 
    随着通信技术的发展，传输、复用、交换三者的关系越来越密切，以致逐渐不可分割，近年来有人用“转移模式”一词统一来描述这3个部分。 
    现有数据网中所用的Ｘ．25、帧中继技术信道利用率高，但延时太大不适合实时通信；而现有的电路交换延时小，适合实时通信，但信道利用率低。ＡＴＭ综合了两者的优点，克服了两者的缺点，适合传送话音、图像、数据等多媒体信息。ＡＴＭ具有如下特点。 
    （1） ＡＴＭ采用时隙按需分配、统计复用的高速分组交换技术。 
    （2） 为减少时延，ＡＴＭ采用53个字节的固定分组长度，称为ＡＴＭ信元。ＡＴＭ信头为5个字节，有效信息字段为48个字节。 
    （3） 在ＡＴＭ交换机中按信头标记选择路由。为减少选路时延，一般采用硬件选路和大规模平行交换技术。 
    ＡＴＭ主要用于宽带多媒体通信，如点播电视、会议电视、远程教学等，目前主要用于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ骨干网（ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ）。 
2　路由器 
2.1　路由器的功能 
    Ｉｎｔｅｒｎｅｔ利用ＴＣＰ／ＩＰ协议，将各种不同类型的计算机子网（如以太网、Ｘ．25网、ＡＴＭ网等）连成一个大网。ＩＰ协议位于ＯＳＩ模型第三层，其作用为将二层各种不同协议的数据帧转换成统一的ＩＰ包，这样各种计算机子网的差异对上层协议而言便不复存在。在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ中每台主机所产生的分组均为统一的ＩＰ包，尽管底层各计算机子网所遵循的协议不同，网络内的ＭＡＣ地址仅为子网地址，但对用户而言可以把Ｉｎｔｅｒｎｅｔ看成一个单一巨大的网络，ＩＰ地址为全网唯一的地址。 
    尽管Ｉｎｔｅｒｎｅｔ中第二层计算机子网采用面向连接的虚电路交换方式，子网中的节点设备为数据交换机，但第三层的ＩＰ包面向非连接，故连接各计算机子网的节点设备称为路由器。可以说，在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ中利用路由器将各计算机子网连成一个大网，路由器是Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的中枢。路由器的主要功能为： 
    （1） 不同计算机子网间选择路径、传递数据：计算机子网间的路由器，从一个端口接收到ＩＰ包，根据目的地址和路由表，进行路径选择，以决定输出端口并进行转发。 
    （2）异构计算机子网之间进行协议转换：遵循不同协议的计算机子网不能直接互连互通，需要有路由器进行低层协议的转换。 
2.2　路由器的构成 
    路由器可以看成是一台专用计算机，在该计算机上插有多块网络接口卡，不同网卡对应着不同的计算机子网接口。路由器通过背板总线将ＣＰＵ、存储器及网络接口卡互相连接。存储器用来存放路由表并作为数据缓冲区。进入网络接口卡端口的每一个协议数据帧，均要经过ＣＰＵ处理后再转发至输出端口。路由器要求有支持不同协议的网络接口，并采用模块化方式配置接口，用户可按需配置网络接口。 
2.3　路由器的工作原理 
    路由器的工作原理可参见图1。 

    在图1中假设网络1、网络2、网络3为异构计算机子网，各自有不同的底层通信协议，它们之间不能直接互连互通。其工作原理为：假如主机Ｓ需要将某一报文发给主机Ｄ，那么，主机Ｓ先将该报文进行分割，并封装为一组一组的ＩＰ包，在这些ＩＰ包中均含有主机Ｄ的ＩＰ地址，再将ＩＰ包用网络1的本地通信协议进行封装，其子网内目的地址（ＭＡＣ地址）为路由器1；当路由器1收到该协议数据帧后，剥去其封装，抽取其中ＩＰ包而获得目的ＩＰ地址。然后路由器1根据目的ＩＰ地址查询路由表，确定需将ＩＰ包转发至路由器2；为了使该ＩＰ包通过网络2送到路由器2，路由器需要用网络2的本地通信协议封装该ＩＰ包，然后根据路由器2的ＭＡＣ地址将该协议数据帧送至路由器2。路由器2对收到的协议数据帧进行前述类似的处理后，最后将该ＩＰ报送目的主机Ｄ。
    从路由器实现网络互连的工作过程可以看到：Ｉｎｔｅｒｎｅｔ是在千差万别的计算机子网上覆盖一层ＩＰ层。ＩＰ层屏蔽了底层的细节，使Ｉｎｔｅｒｎｅｔ成为一个覆盖全球的大网。