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  • 网络核心之 分组交换与电路交换

    网络核心

    • 网络核心即互联网端系统分组交换机和通信链路构成的网状网络。

    • 通过该网状网络移动数据的两种基本方法: 分组交换电路交换

    分组交换

    • 在各种网络应用中,端系统彼此交换报文(message)。

    • 为了从源端系统向目的地系统发送一个报文,将长报文划分成小的数据块,就是分组(packet)。

    • 源和目的地之间,通过通信链路分组交换机路由器(router)和链路层交换机(link-layer switch))传送。

    1. 存储转发传输

    存储转发传输(store-and-forward transmission)指在交换机能够开始向输出链路传输该分组的第一个比特之前,必须收到整个分组,就是一家人哦都要整整齐齐吧,将已经接受到的比特缓存着,待全部到齐,才开始传输。

    2. 排队时延和分组丢失

    交换机中具有输出缓存(output buffer ,也称作输出队列 output queue),用于存储路由器准备发往那条链路的分组。

    如果在传输报文的过程中,而且这个链路传输分组时比较忙,已经到达的分组需要在输出缓存中等待还未到达的小伙伴们,就产生了排队时延(queuing delay),和网络的拥塞程度有关,网络越通畅,排队的时间越短嘛,很好理解。

    但是,有一个很难受的情况就是,输出缓存空间是有限的,万一排队的分组太多,就会出现分组丢失(丢包)(packet loss)。

    3. 转发表和路由选择协议

    前面提到,分组交换机通过一条链路连进来,又通过另外一条链路连出去,那么连的是哪条路呢,总不能随机分配吧。

    在因特网中,每个端系统具有一个称为IP地址的地址。源主机在向目的端系统发送一个分组时,会在该分组的首部写上目的地的IP地址,路由器会检查目的地址的一部分,根据转发表(forwarding table)(每台路由器都会有)上地址和输出链路的映射关系,一旦发现这条路存在,就将其发送至这条路上。

    那么转发表是如何配置的呐,书上告诉我说,因特网具有一些特殊的路由选择协议(routing protocol),用于自动地设置这些转发表。其他的之后会提到,就先这样。

    电路交换(circuit switching)

    在端系统间通信会话期间,将会预留端系统之间沿路径通信需要的资源,包括缓存,链路传输速率。就像预约座位,虽然打电话预约需要前期一系列地沟通安排显得比较麻烦,但是显而易见,稳得不行。

    电路交换网络的复用

    复用技术可以使多个终端能够共享一条高速通道,从而达到节省信道资源的目的。

    链路中电路主要时通过频分复用(FDM Frequency-Division Multiplexing)或时分复用(TDM Time-Division Multiplexing)实现。

    • 频分制是将传输频带分为N部分,每个频段的宽度就是带宽(bandwidth),每个部分都可以作为一个独立的传输信道使用。

    • 而时分制则是把一个传输信道进行时间分割,例如将N个设备连到一条公共的通道上,按一定次序轮流给各设备分配一段使用通道的时间。当轮到某设备时,接通设备与通道,其他设备此时被切断与通道的联系。直到使用时间间隔一道,则下一个开始。

    分组交换与电路交换的分析

    • 分组交换与电路交换都是通过网络链路和交换机移动数据的方式。

    • 在端系统间通信会话期间:

      电路交换将会预留端系统间沿路径通信所需要的资源,包括缓存,链路和传输速率,而分组交换中却不会预留,资源将按需使用,就是你有多少,你用多少,但是有可能用的时候需要排队。

    • 分组交换端到端时延是可变的和不可预测的(排队时延)。

    • 分组交换提供比电路交换更好的带宽共享,比电路交换更加简单,更加有效,实现成本更低。分组交换按需分配链路使用,链路传输能力在所有需要在链路上传输分组的用户之间分组被共享。

    虽然分组交换和电路交换在今天的电信网络中都是普遍采用的方式,但趋势是向着分组交换方向发展的。

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