面向連接和無連接通信的編程

面向連接和無連接通信的編程姓名：學(xué)號：專業(yè)：軟件工程聯(lián)系方式：摘要：在數(shù)據(jù)通信中，有面向連接通信、無連接通信和無連接帶確認(rèn)通信3種通信模式。本文闡述面向連接和無連接通信服務(wù)的具體原理，應(yīng)用環(huán)境，編程的具體流程，，指出面向連接和無連接兩種通信模式各有優(yōu)勢和特點(diǎn)，并給與實(shí)例，數(shù)據(jù)通信的發(fā)展實(shí)踐表明無連接的IP技術(shù)更適合高速數(shù)據(jù)通信。但I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)也有其不足的地方,將面向連接的技術(shù)融和到IP技術(shù)中，將兩種通信方式的優(yōu)勢有機(jī)結(jié)合，從而使兩者的優(yōu)點(diǎn)都能充分發(fā)揮，這才是數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展之道。在數(shù)據(jù)通信中，有面向連接通信、無連接通信和無連接帶確認(rèn)通信3種通信模式。面向連接通信模式是指在進(jìn)行通信前，通信雙方需要先建立通信連接（如通過信令協(xié)議），代表性的通信技術(shù)是ATM。無連接通信模式是指通信雙方直接進(jìn)行通信，不需要建立連接的過程，代表性的通信技術(shù)是IP。第三種模式可歸入無連接模式，在IEEE的LLC標(biāo)準(zhǔn)中有該模式的定義，主要用于實(shí)時短信息的可靠傳輸，如在自動化控制領(lǐng)域，對發(fā)出的控制指令進(jìn)行快速而可靠的傳輸，沒有時間來建立通信連接，采用該通信模式的通信協(xié)議有制造自動化協(xié)議（MAP）。在不少文章中，認(rèn)為IP網(wǎng)絡(luò)沒有QoS和安全,不是電信級網(wǎng)絡(luò)，原因歸咎于采用了無連接通信模式，認(rèn)為采用了面向連接的通信模式就可以解決IP網(wǎng)絡(luò)的上述問題。其實(shí)，只要了解數(shù)據(jù)通信發(fā)展的歷史，就知道在過去的20多年中，面向連接的通信協(xié)議基本上都被淘汰出局，如X.25、幀中繼（FR）和ATM等，只剩下無連接的IP和以太網(wǎng)；同時不少有QoS保證的局域網(wǎng)和城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，也都被以太網(wǎng)這種被指責(zé)沒有QoS保證的技術(shù)所擊退，如tokenring、tokenbus、FDDI、DQDB和ATM等，以太網(wǎng)不但完全占據(jù)了局域網(wǎng)，而且正在占據(jù)城域網(wǎng)并進(jìn)入廣域網(wǎng)。為什么數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展現(xiàn)狀會是這樣的？1數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)歷程中國第一個數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)是X.25網(wǎng)絡(luò)，ChinaPAC，在80年代末和90年代初X.25是主要的廣域網(wǎng)技術(shù)。國外第一個電信數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)也是X.25網(wǎng)絡(luò)。它在第二層采用面向連接通信模式，即在相鄰的兩個通信設(shè)備間建立連接；在第三層采用虛電路，也是面向連接方式的，建立端到端的連接。當(dāng)時的通信環(huán)境是線路質(zhì)量較差、通信速率慢（kbit/s量級），而CPU處理能力相對較強(qiáng)。X.25協(xié)議屬于重型通信協(xié)議，繁復(fù)的控制功能限制了通信處理能力，因此當(dāng)下層的通信速率提升時，該協(xié)議就成為了通信瓶頸。FR實(shí)質(zhì)是X.25的簡化版，速度可以達(dá)到2Mbit/s,中國也建過FR的全國網(wǎng)絡(luò)。ATM是一個集大成的面向連接的通信網(wǎng)絡(luò)，有QoS保證和安全性，可以支持各種應(yīng)用，采用53字節(jié)的短幀結(jié)構(gòu)就是為了很好地支持語音通信等傳統(tǒng)的通信業(yè)務(wù)；它還能支持和集成X.25和FR業(yè)務(wù)，有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)管理和流量控制能力，是公認(rèn)的電信級網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。ATM當(dāng)時被期望能一統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的天下，而且還有到桌面的25M帶寬ATM標(biāo)準(zhǔn)，可以提供端到端的QoS通信保證。在90年代中期，ATM一度占領(lǐng)了全球數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的骨干核心位置，但在1997年ATM卻被認(rèn)為要被淘汰出市場。原因之一是千兆以太網(wǎng)的出現(xiàn)，百兆以太網(wǎng)也已經(jīng)非常便宜和普及，相較于25MATM,其性價(jià)比要高很多；在局域網(wǎng)領(lǐng)域，ATM已被淘汰，完全是以太網(wǎng)的天下。ATM在局域網(wǎng)環(huán)境需要采用LAN仿真來和以太網(wǎng)互聯(lián)，需要進(jìn)行地址的查找和翻譯、無連接模式和有連接方式的轉(zhuǎn)換，這是非常復(fù)雜和低效的；而且沒有用戶認(rèn)為有很好QoS機(jī)制的25MATM能比100M以太網(wǎng)提供更好的通信QoS保障，并且25MATM網(wǎng)絡(luò)比百兆以太網(wǎng)貴很多。當(dāng)局域網(wǎng)被沒有QoS保障的以太網(wǎng)和IP占據(jù)后,ATM就不可能提供端到端的QoS保證了。第二個原因是，在1997年CISCO公司推出了吉比特路由交換機(jī)（GSR）,標(biāo)志著IP路由器重新奪回了速度和性價(jià)比優(yōu)勢，改變了幾年前交換機(jī)比路由器快，交換機(jī)占核心、路由器退到邊緣的情況。在2000年前，國外的所有大運(yùn)營商都用路由器網(wǎng)絡(luò)取代ATM網(wǎng)絡(luò)作為IP骨干網(wǎng)絡(luò)。同時，有連接的ATM對無連接IP協(xié)議的支持是很復(fù)雜、低效的，將IP映射到ATM上的難題當(dāng)時由許多標(biāo)準(zhǔn)化組織來解決，主要有ATM論壇和IETF。該問題的關(guān)鍵難點(diǎn)是如何將無連接的IP技術(shù)與面向連接的ATM技術(shù)融合起來。為此成立了一系列的工作組來設(shè)計(jì)解決方案，主要有ATM上的IP工作組（IPATM）、大公用數(shù)據(jù)網(wǎng)上的IP工作組（LPDN）、大（網(wǎng)絡(luò)）云上的路由工作組（ROLC）、LAN仿真工作組（LANE）、ATM論壇的多協(xié)議工作組（MPOA）和特定鏈路層上的集成服務(wù)工作組（ISSLL）等。工作組的數(shù)量反映了問題的復(fù)雜程度。然而，這些工作組設(shè)計(jì)出來的協(xié)議和方案并沒有很好地解決問題。而且，為便利語音傳輸而制定的53字節(jié)的幀結(jié)構(gòu)，使絕大多數(shù)的IP包都要進(jìn)行拆分和重組，53字節(jié)中有5個字節(jié)是ATM頭，加大了IP報(bào)文的傳輸開銷，被稱為“ATM稅”。SAR是ATM中進(jìn)行拆分和重組的部件，成為ATM提高速度的瓶頸，并且比較復(fù)雜和昂貴。ATM在90年代末被淘汰出Internet骨干網(wǎng)，ATM交換機(jī)通信速度的提升也比IP路由器和以太網(wǎng)的提升速度慢很多，其中ATM的復(fù)雜性是一個很重要的原因。其實(shí)，即使在ATM鼎盛時期，其所有復(fù)雜的控制協(xié)議也只被用了不到1/3,在中國的很多城域ATM網(wǎng)中，只用永久虛電路（PVC）,把ATM當(dāng)傳輸通道來用。很有意思的是，由于ATM不能很好地支持IP通信，導(dǎo)致了MPLS技術(shù)的前身IPswitch的出現(xiàn)。該方案的特點(diǎn)是，擯棄ATM控制協(xié)議，采用該技術(shù)提供的“IP交換”控制協(xié)議；“IP交換”系統(tǒng)使ATM交換機(jī)可以執(zhí)行路由器的功能，ATM交換機(jī)實(shí)際上只提供交換能力。IPswitch很好地改善了ATM對IP的支持，在當(dāng)年取得了轟動性的商業(yè)成功。現(xiàn)在，MPLS是ATM交換機(jī)的必配項(xiàng)，是legacy的ATM融入到IP網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)。2對數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程的分析與思考數(shù)據(jù)通信的發(fā)展歷史非常清晰地表明，無連接的通信方式具有很高的通信性能，通信方式簡單，使得通信設(shè)備的性價(jià)比高、能夠不斷快速地提速升級，跟上數(shù)據(jù)通信高速增長的需求（全球通信量一般是每年翻一倍，Internet發(fā)展高峰時曾達(dá)到4倍以上），而且它還具有非常好的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)擴(kuò)展性。為每個用戶或應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)層建立一個連接，將導(dǎo)致骨干網(wǎng)節(jié)點(diǎn)要對數(shù)以百萬、千萬計(jì)的連接保持連接狀態(tài)信息和進(jìn)行連接處理，這會使骨干節(jié)點(diǎn)的控制非常復(fù)雜、設(shè)備昂貴、速度難以提高，這在高速數(shù)據(jù)通信的環(huán)境下是不可行的。還有一個例證，就是IP網(wǎng)絡(luò)的一個QoS方案集成服務(wù)（Interserv）。當(dāng)用戶需要進(jìn)行實(shí)時通信（如語音通信）時，Interserv就模仿傳統(tǒng)語音通信的模式，先建立連接并在網(wǎng)絡(luò)上每個路過的節(jié)點(diǎn)都預(yù)留資源以保證QoS,這就會面臨上述的通信難題，因此該方案還沒有真正應(yīng)用就被淘汰了。現(xiàn)在主流的QoS方案是基于無連接的區(qū)分服務(wù)（diffserv）方案。IP網(wǎng)絡(luò)是以IP為核心的一系列協(xié)議組成的，采用分層結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)絡(luò)層采用無連接的IP協(xié)議完成端到端的數(shù)據(jù)傳輸，但在第四層則以面向連接的TCP和RTP為主。很多主流計(jì)算機(jī)應(yīng)用（如FTP、E-mail和WWW）,都是面向連接的應(yīng)用，采用TCP連接，通過流控機(jī)制和差錯擴(kuò)展機(jī)制以保證無差錯的有序傳輸；語音應(yīng)用則采用RTP,也是面向連接的。因此，對于應(yīng)用來講，IP網(wǎng)絡(luò)既是無連接的，也是有連接的。IP網(wǎng)絡(luò)采用第三層無連接、第四層有連接的方式，既保證了通信的高效，又具有面向連接通信方式的一些優(yōu)點(diǎn)，并為上層應(yīng)用提供有連接的通信服務(wù)。3IP網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展之道IP網(wǎng)絡(luò)也一直在不斷發(fā)展。雖然無連接在網(wǎng)絡(luò)層具有非常高效的優(yōu)勢，但面向連接的通信方式也是有其優(yōu)點(diǎn)和特色的。因此，面向連接的MPLS的出現(xiàn)，就是近期對IP網(wǎng)絡(luò)的一個非常重要的改進(jìn)和增強(qiáng)。MPLS是對IP的一個補(bǔ)充和改良，而不像ATM是對IP的一次革命。它繼續(xù)采用IP的地址、路由方式和有關(guān)的協(xié)議，將面向連接的方式融入到1?網(wǎng)絡(luò)中。按照分層原理，它不是一個獨(dú)立的層，而是在IP層和二層之間，相當(dāng)于二層半的一個墊層。它將面向連接通信的優(yōu)點(diǎn)帶入IP網(wǎng)絡(luò)，主要在以下方面對IP作了改進(jìn)：a）使IP網(wǎng)絡(luò)開始具有流量工程的能力，提高了網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)流量的管理和控制能力，從宏觀上改善了IP網(wǎng)絡(luò)的QoS。b）VPN都是通過面向連接的隧道技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的，面向連接的MPLS提供了新的IPVPN的實(shí)現(xiàn)方式，具有更好的安全性（和ATM一樣的安全）。c）對IPQoS方案進(jìn)行了增強(qiáng)，豐富了QoS提供的方式，MPLS的DS-TE將有連接的Interserv和無連接的Diffserv進(jìn)行了融合。另一方面，MPLS的擴(kuò)展協(xié)議GMPLS將IP的優(yōu)點(diǎn)帶入了面向連接的光網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生了自動交換光網(wǎng)絡(luò)（ASON）,下一代主流光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。當(dāng)前有關(guān)IP網(wǎng)絡(luò)以及有連接通信和無連接通信方面，有兩種比較偏激的觀點(diǎn)。a）傳統(tǒng)的電信網(wǎng)絡(luò)主要是提供語音服務(wù)，采用面向連接的通信方式，具有很好的服務(wù)質(zhì)量和安全、管理性能。因此，一些專家（主要來自傳統(tǒng)電信領(lǐng)域）認(rèn)為，所有的通信方式都應(yīng)該是面向連接的，當(dāng)前IP網(wǎng)絡(luò)的問題都是因?yàn)槠洳捎脽o連接通信方式造成的，認(rèn)為采用傳統(tǒng)電信的原理和面向連接的通信方式來取代IP的無連接通信方式，才是IP網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。但由數(shù)據(jù)通信的歷史和對上述技術(shù)的分析清楚地表明，完全采用面向連接的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是不適合高速數(shù)據(jù)通信的，也已經(jīng)在實(shí)踐中被完全淘汰，相反，傳統(tǒng)的電信語音網(wǎng)絡(luò)正在被VoIP網(wǎng)絡(luò)取代，IP化是當(dāng)前不可阻擋的潮流。b）由于IP網(wǎng)絡(luò)取得了統(tǒng)治性的成功，面向連接的ATM等協(xié)議都失敗了，一些IP專家（筆者了解到的主要在美國硅谷和著名通信實(shí)驗(yàn)室）主張保持IP網(wǎng)絡(luò)無連接的純潔性，加入任何有連接的技術(shù)都是對完美IP的破壞。他們反對MPLS,認(rèn)為ATM是“sin”（有原罪的），因?yàn)锳TM是面向連接的，而MPLS是面向連接的，所以MPLS也是“sin”。但他們沒有看到MPLS和ATM的根本區(qū)別：ATM想用面向連接的通信方式來完全取代無連接的通信方式從而取代IP網(wǎng)絡(luò)，而MPLS是將面向連接通信方式的優(yōu)點(diǎn)集成到無連接的IP網(wǎng)絡(luò)中從而增強(qiáng)IP網(wǎng)絡(luò)的能力。通過上述對數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程和主要通信技術(shù)的介紹和分析，可以看到面向連接和無連接兩種通信模式各有優(yōu)勢和特點(diǎn)，數(shù)據(jù)通信的發(fā)展實(shí)踐表明無連接的IP技術(shù)更適合高速數(shù)據(jù)通信。但I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)也有其不足的地方，將面向連接的技術(shù)融和到IP技術(shù)中，將兩種通信方式的優(yōu)勢有機(jī)結(jié)合，從而使兩者的優(yōu)點(diǎn)都能充分發(fā)揮，這才是數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展之道。MPLS在這方面已有了實(shí)踐檢驗(yàn)，并取得了很大的成功，為兩種通信模式的互補(bǔ)、融合邁出了非常重要的一步，是IP網(wǎng)絡(luò)近期的最大技術(shù)熱點(diǎn)。ITU的“下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)”研究項(xiàng)目，明確