計算機網絡之數據交換(電路交換,報文交換,分組交換)

  • 電路交換
  • 報文交換
  • 分組交換

如何實現數據通過網絡核心從源主機到達目的主機?

就要經過網絡核心進行數據交換,數據不斷從一個網絡交換到另一個網絡,直到到達目的主機。所以網絡核心解決的基本問題就是數據交換。

數據交換主要有三種:

  • 電路交換
  • 報文交換
  • 分組交換

電路交換

最典型電路交換網絡:電話網絡

電路交換的三個階段:

  • 建立連接(呼叫/電路建立)
  • 通信
  • 釋放連接(拆除電路)
    電路交換是獨占資源的,建立連接之后,就會獨占這條鏈路進行數據交換,但不是物理鏈路上只有這一個連接,因為電路交換會進行多路復用。
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電路交換網絡如何共享中繼線?
通過多路復用技術,電路交換可以共用中繼線

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報文交換

報文:源(應用)發送信息整體。比如要發送一個文件,那么這個文件的信息就是要發送的報文。

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分組交換

分組:報文分拆出來的一系列相對較小的數據包
分組交換需要報文的拆分與重組
分組交換相對于報文交換會產生額外開銷,因為i要進行數據的拆分和重組

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分組交換:統計多路復用
統計多路復用就是,按順序接受來自多個主機的分組,并且按接受的順序的發送,并不進行區分,對路由器來說,所有的分組都是等價的,所以分組交換是公用發送信道的。

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不同的分組序列順序是不確定的,按需求共享,誰發送的分組多且快,那么自然占用的就高。

存儲轉發

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報文交換與分組交換均采用存儲-轉發交換方式
區別是:

  • 報文交換以完整報文進行“存儲-轉發”
  • 分組交換以較小的分組進行“存儲-轉發
    兩種方式各有各的特點,下面我們就具體的分析

首先從發送速率上來說,報文交換就比較簡單,易于分析

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對上面的例子來說:
報文交換每次都是交換完整的報文
報文長度為M bits,鏈路帶寬為R bps,每次傳輸報文需要M/R秒
所以報文要從源主機到目的主機,就需要三次傳輸延遲

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另一方面,路由器至少需要一個報文長度M那么大的緩存

我們再來分析分組交換的過程
分組交換:報文被拆分為多個分組,分組長度為L bits,每個分組傳輸時延為L/R秒
例:M=7.5 Mbits,L=1500bits,M=5000L,R = 1.5 Mbps。

下面我們來分析分組轉發的具體過程:

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第一個分組到達第一個路由器所需要的時間,是一個L/R

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有趣的在于,在第二個分組到達第一個路由器的時候,第一個分組已經從第一個路由器發到了第二個路由器,這樣效率顯然提高了,分組交換不同報文交換,可以充分利用鏈路同時傳播的能力

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所以分組交換發送完一個報文段,只需要

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時間遠比報文交換要小
我們再考慮進行分組交換時,路由器的理論最小需要的緩存就是一個分組的大小,因此所需要的緩存也小,發送速率也快,所以計算機網絡采用的是分組交換的數據交換方式。

分組交換的報文交付時間的計算公式:

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分組交換與電路交換

分組交換允許更多用戶同時使用網絡!——網絡資源充分共享

分組交換絕對優于電路交換?
也并不是絕對的,分組交換同時也會產生很多問題,由于是共享的,而且分組數量一多,就會發生擁塞和分組丟失,造成巨大的分組延遲

分組交換適用于突發數據傳輸網絡

  • 資源充分共享
  • 簡單、無需呼叫建立

電路交換適用于提供電路級性能保障?

  • 例如,音/視頻應用所需的帶寬保障
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