数据包交换网络

在研究具有更多容错能力的网络时,早期的 Internet 设计者研究了数据包交换网络。 此类网络的前提是能将单个消息划分为多个消息块,其中每个消息块包含寻址信息来表示始发点和最终目的地。 通过该内嵌信息,这些称为数据包的消息块可通过网络沿各条路径发送,并可在到达目的地后重组成原始消息,如图所示。

网络内部的设备通常不知道每个数据包的内容。 它们只能看到源地址和最终目的地址。 这些地址通常被称为 IP 地址,用点分十进制格式表示,例如 10.10.10.10。 每个数据包均独立地从一个交换位置发送到另一个交换位置。 在每个位置都要进行路由决策,以确定使用哪条路径来将数据包转发到最终目的。 这就好像用十张明信片给一个朋友写一封长信。 每张明信片都有收件人的目的地址。 当邮政系统邮寄明信片时,目的地址用于确定明信片应该使用的下一条路径。 最终,它们将邮寄到明信片上的地址。

如果之前使用的路径不再可用,路由功能可动态选择另一可用的最佳路径。 由于消息是分成片段而不是作为一个完整的消息发送,因此可能丢失的一些数据包可沿着另一路径重传至目的位置。 在多数情况下,目的设备并不知道曾发生过故障或重新路由。 以明信片为例,如果其中一张明信片在途中丢失,只需要再次邮寄该明信片。

在数据包交换网络中,不需要再预留一条端到端电路。 消息片段可以通过网络中的任意可用路径发送。 此外,网络中可以同时传输包含不同来源的消息片段的数据包。 Internet 在提供了无需用户干预即可动态使用冗余路径的方法后,成了一种具备容错能力的通信方法。 以邮件为例,在明信片通过邮政系统邮寄的过程中,它们会与其他明信片、信件和包裹共用运输服务。 例如,其中一张明信片可能会通过飞机装运,同时还有许多要运输到最终目的地的其他包裹和信件。

尽管数据包交换无连接网络是当今 Internet 的主要基础设施,但也可以为面向连接的系统带来一些优势,例如电路交换电话系统。 由于各种交换位置的资源专用于提供有限数量的电路,因此通过面向连接网络传输消息,质量和一致性都有保障。 另一优势是服务提供商可针对连接的活动时间向网络用户收取费用。 根据用户在网络中的活动连接收取费用是电信服务行业存在的基本前提。