2.3.3 TCP/IP/M体系结构

TCP/IP/M是十进制网络模型架构，其保留了现有互联网的四层网络模型，同时又推出了新的三层网络模型。在十进制网络里，TCP/IP/M可以利用四层模型实现常规数据的快速传输，也可以利用三层模型实现语音、视频、广播等的流畅通信，满足不同的需要。

四层的分组交换的协议结构与现有TCP/IP相似，但基于三层的虚拟电路交换与TCP/IP有本质上的不同。三层结构先建立复合时分虚电路，通过同步时间差异，为不同的时分电路预留好预定的带宽，同时所传的数据为基于面向连接的、可靠的、可实现不间断信息流。数据传输不是现有的分组交换，实质为电路传输，故称之为虚实电路。它是一个根据实际需求预建的传输电路通道，带宽独占且是固定的，不需要现有体系中的QoS来保证数据流的性能达到一定的水准。如在线观看电影，可根据预定的带宽无缝传输，省略了将电影分解成多个小包、组装数据、达到一定缓冲再播放的过程。三层/四层混合网络架构的设计彻底解决了语音质量、传输内容与带宽分配、分组传输与电路传输、路由选择的互容问题。其具体工作原理如图2.5所示。

1.基本结构

目前的通信方式主要由电路传输和分组传输构成，而分组传输主要是TCP/IP协议，简称 IP。未来网络涉及数据传输和视频广播及语音通话的融合问题，为此未来网络用三层架构的虚实电路与IP传输的四层架构的融合体系能解决此问题，即三层架构用于视频广播及语音通话，而IP数据传输仍采用四层架构，如图2.6所示。

十进制网络模型特征：独特的双模网络层次结构，包括现有的互联网四层模型和新的三层模型。

将互联网传输的时分传输通过时间节点的错开形成复合时分差异，从而形成复合时分中的多通道虚电路，解决了同一统计时分电路的多层传输难题，可以实现在同一链路中按需分别传输分组包和电路数据，达到语音质量、传输内容与带宽分配、分组传输与电路传输、路由选择等内容在同一链路中通过时间差异达到分别传输的目的。

虚实电路概念的提出，彻底解决了现有高质量的视频、语音通信的难题。该架构向下兼容，未来网络和原有网络互联互通，能从原有网络平稳过渡到未来网络。复合时分差异电路传输结合了电路和分组交换的优点，从而适应未来网络高速、稳定节能、环保的需求。

2.十进制网络数据传送

（1）TCP/IP数据传送。

如图2.6所示的TCP协议堆栈中的数据流动情况：当应用程序使用TCP（传输控制协议），数据在应用程序与TCP模块之间传递；当应用程序使用UDP（用户数据报协议），数据在应用程序与UDP模块之间传递。FTP（文件传输协议）是使用TCP包的典型应用，这个例子的协议堆栈是FTP/TCP/IP/ENET。SNMP（简单网络管理协议）是使用 UDP 的应用，这个例子的协议堆栈是 SNMP/UDP/IP/ENET。

TCP模块、UDP模块和以太网驱动程序是n-to-1multiplexers（多路复用器）。作为多路复用器，它们复用许多输入到一个输出。它们也是1-to-n-de-multiplexers （分路器），作为分路器，通过协议头从一个输入产生许多输出，如图2.7所示。

如果以太网帧离开网卡进入以太网驱动程序，数据包能够向上传递给ARP（地址解析协议）模块或 IP（网间协议）模块。以太网帧的字段属性决定了以太网帧是否被传递给ARP或IP模块。

如果IP报文进入IP包，它被向上传递到TCP或UDP，由在IP头的字段属性决定。如果UDP报文进入UDP，应用消息向上传递给网络应用程序，这是由UDP头的端口值决定的。如果TCP消息进入TCP，应用消息向上传递给网络应用程序，这是由TCP头的端口值决定的。

向下复用很容易实现，因为从每一个开始点只有一条向下的路径；每个协议模块增加它的头信息从而使数据包能够在目的计算机上被分开。

从应用程序出来的数据通过TCP或者UDP复合到IP模块，然后被送到更低层。

尽管互联网技术支持许多网络媒介，在这里使用的例子都是以太网来讨论的，因为以太网是基于IP的最常见物理网络。在图中的计算机有唯一的以太网连接。物理地址对每一个在以太网的接口是唯一的，它们被存储在以太网驱动程序的底层接口中。

（2）M数据传送。

新的混合协议（M）无须TCP/IP协议，它的数据传送是一条通道，没有复用和分路的概念。M和TCP/IP数据通过IP报头信息区分，分送到不同的协议进行处理。

3.网络接口

如果一台计算机和两个独立的以太网连接，连接如图2.8所示。

此时计算机有两个物理地址和两个IP地址。从图2.8的结构中可以发现计算机有多于一个的物理网络接口，那么TCP模型中的IP模块就是n-to-m复用器和m-to-n分路器的结合，如图2.9所示。

从图中可以看出，这种多路技术可以从任意的方向接收和发送数据，有一个以上网络接口的IP模块比最初的把数据从一个网络送到另一个网络的例子要复杂得多，数据可以从各个网络接口传过来也可以被送向网络，如图2.10所示。

对于四层模型，发送IP包到另一个网络的过程叫作传递IP包，一台专门用来传递IP包的计算机叫作“路由器”。就如从图2.10中看到的一样，在路由器上传递的IP包不涉及TCP和UDP模块，一些路由器执行时不要TCP或UDP模块。

IP模块是Internet技术成功的关键，当消息向下通过协议栈时每一个模块或驱动程序加上自己的头到消息中去。当消息沿协议栈向上传时，每一个模块或驱动程序从消息中去掉相应的头。IP 头包含了用以从许多物理网络中区分唯一的逻辑网络的IP地址，互相连接的物理网络是Internet的组成部分，这些互相联络的物理网络就构成了Internet。

对于三层模型而言，任何计算机之间只传输M包。TCP/IP/M三/四层模型如图2.11所示。

TCP/IP 参考模型分为四个层次：应用层、传输层、网际层和接口层。新的TCP/IP/M参考模型分为三个层次：应用层、虚实电路层和接口层，将传输层、网际层合并为虚实电路层。这是TCP/IP协议的分层结构在互联网计算机上的表示，用互联网技术通信的每台计算机都有这样的分层结构。这样的分层结构决定了计算机在Internet上通信的方式。数据通过这样的分层结构从上层传到底层，然后通过网线把数据传送出去。

4.各层的主要功能

（1）应用层。

应用层对应OSI参考模型的高层，为用户提供所需要的各种服务，如FTP、Telnet、DNS、SMTP等。

（2）传输层。

传输层对应 OSI 参考模型的传输层，为应用层实体提供端到端的通信功能。该层定义了两个主要的协议：传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。

TCP协议提供的是一种可靠的、面向连接的数据传输服务；而UDP协议提供的是不可靠的、无连接的数据传输服务。

（3）网际层。

网际层对应 OSI 参考模型的网络层，主要解决主机到主机的通信问题。该层有四个主要协议：网际协议（IP）、地址解析协议（ARP）、反向地址解析协议（RARP）和互联网控制报文协议（ICMP）。

IP 协议是网际互联层最重要的协议，它提供的是一个不可靠的、无连接的数据报传递服务。

（4）接口层。

接口层与OSI参考模型中的物理层和数据链路层相对应。事实上，TCP/IP本身并未定义该层的协议，而由参与互连的各网络使用自己的物理层和数据链路层协议，然后与TCP/IP的接口层进行连接。

（5）虚实电路层。

交换虚电路（Switched Virtual Circuit，SVC）是一类需要时动态设置的虚拟电路。一个SVC概念上能够换算到一个拨号连接。虚电路与实电路对应，是指数据传输时对于物理链路的占用分配方式；而分组交换则是指数据传输的格式问题。电路交换特点如下：

① 采用静态分配策略，经面向连接建立。

② 通信双方建立的通路中出现故障时，可重新拨号建立连接。

③ 线路的传输有固定的带宽，可摆脱不稳定的数据传输。

④ 不需要拆包、组包，传输效率更高。

目前，虚电路传输的仍是一种分组数据，而非真正的电路交换。

报文交换：采用存储转发技术，基于标记，在传输数据之前可不必先建立一条连接。因此，分组交换具有高效、灵活、可靠、迅速等优点，但传输时延较电路交换较大，不适用于实时数据的传输。

分组交换：对应无连接的服务，传递数据前不需要建立连接，每个分组选择的路线都可能不同，适合传递少量数据，可靠性不高。

虚实电路交换：结合虚电路和实电路的优点，三层结构先建立复合时分虚电路，为不同的时分电路预留好预定的带宽，通过复合时分方法，实现采用虚电路建立连接，用实电路的方法传输数据。

5.虚实电路、虚电路、数据报对比（见表2.1）