计算机网络核心-数据交换

1 概述

计算机网络的核心即数据交换。通过数据交换将数据从源主机发送到目的主机。

2 为什么需要数据交换

如果不是数据交换的方式，而是每两台主机直接连接，则会产生N^2链路问题。
即，假设有N台主机，两两间建立连接，则链路总数为 (N-1)+(N-2)+…+1=[(N-1)+1](N-1)/2=N(N-1)/2。等差数列求和。
每台主机都需要与网络上所有的主机都要建立（N-1）个连接。

所以就有了交换设备。每台主机与交换设备直连。每台主机只要一个连接。

但是如果网络上所有的主机都连在一个交换设备上，交换设备的压力会很大。所以就有了多个交换设备互连形成了交换网络。

所以最后的形式就是各主机通过交换网络进行数据交换。

3 数据交换的类型

电路交换
报文交换
分组交换

4 电路交换

最典型的电路交换用例：电话网络

电路交换的步骤：
1 拨号，建立连接
2 通信
3 释放连接
电路交换的特点，独占资源。（通过多路复用技术共享物理链路）

5 多路复用

为啥可以多路复用？
因为很多情况下，一个物理链路的通信能力远远大于一路通信的需求。因此多个通信可以共用同一物理链路。

怎么做到多路复用的？
多路复用将资源（链路/网络资源）划分为资源片。
将资源片分配给各路呼叫（通信）。
每路呼叫独占分配到的资源片进行通信。
因为资源片是独占的，所以会存在资源片闲置的情况。

典型的多路复用方法有哪些？
频分多路复用FDM-频率-电视信号

时分多路复用TDM-时间帧-每个时间帧又分为多个时隙-每个用户占用一个时隙-时隙是周期出现的-用户只有在时隙才能发送数据

波分多路复用WDM
码分多路复用CDM-蜂窝网络、卫星网络（有点复杂。什么码、正交…这里不展开了）

6 报文转发

将数据作为一个整体进行转发。

7 分组转发

特点：
1.将数据分成多个数据包然后进行转发。
2.需要报文拆分和重组。
3.产生额外开销。（但很小可以忽略，而且只在源主机进行拆分，然后只在目的主机进行重组）
ps:在每个数据包的头部会添加头部信息。

分组转发的多路复用：
假设两个源主机A、B，用通一个交换设备进行分组转发。A和B首先将报文拆成多个数据包，每个数据包占用交换设备的部分带宽。
分组转发的多路复用是占用同一交换设备的带宽，也称为统计多路复用。

8 报文交换对比分组交换

报文交换将整个文件进行发送，增加了中间交换设备缓存的要求。
分组交换将数据拆分多个数据包后，在链路(中间的交换设备)中，可以并行发送多个分组（15s,5.002ms)。分组交换的时间比报文交换时间短。而且中间交换设备的缓存也不需要太大，至少能接收一个数据包即可。