计算机网络学习笔记3（网络核心）

网课是b站中科大郑烇老师，杨坚老师课程，郑烇老师账号发布的
图片均来自郑老师分享的PPT

1.3网络核心

1、网络核心：路由器的网状网络

基本问题：数据怎样通过网络进行传输？

• 电路交换：为每个呼叫预留一条专有电路：如电话网

• 分组交换： 将要传送的数据分成一个个单位：
  分组 将分组从一个路由器传到相邻路由器（hop），一段段最终从源端传到目标端
  每段：采用链路的最大传输能力（带宽）

2、网络核心：电路交换

1)端到端的资源被分配给从源端到目标端的呼叫 “call”：

依靠信令

• 下图中，每段链路有4条线路：
  该呼叫采用了上面链路的第2个线路，右边链路的第1个线路（piece）

• 独享资源：不同享
  每个呼叫一旦建立起来就能够保证性能

• 如果呼叫没有数据发送，被分配的资源就会被浪费 (no sharing)

• 通常被传统电话网络采用

2)为呼叫预留端-端资源

• 链路带宽、交换能力
• 专用资源：不共享
• 保证性能
• 要求建立呼叫连接

3）网络资源（如带宽）被分成片

• 为呼叫分配片
• 如果某个呼叫没有数据，则其资源片处于空闲状态（不共享）
• 将带宽分成片 ：
  频分(Frequency division multiplexing) FDM
  时分(Time-division multiplexing) TDM
  波分(Wave-division multiplexing)WDM
  

4)计算举例

• 在一个电路交换网络上，从主机A到主机B发送一个640,000比特的文件需要多长时间？
  已知：所有的链路速率为1.536 Mbps ，每条链路使用时隙数为24的TDM，建立端-端的电路需500 ms

每条链路的速率（一个时间片）：1.536Mbps/24 = 64kbps
传输时间：640kb/64kps = 10s
共用时间：传输时间+建立链路时间=10s + 500ms = 10.5s

10.5s是传输时间，主机A经过10.5s已经把文件传输出去

传播延迟：从主机A到主机B传输这个文件所用的时间还要加上空间因素，电磁波在两地之间的传送时间

主机B收到文件的时间是传输时间加上传播延迟

5)电路交换不适合计算机之间的通信

• 连接建立时间长
• 计算机之间的通信有突发性，如果使用线路交换，则浪费的片较多
  即使这个呼叫没有数据传递，其所占据的片也不能够被别的呼叫使用
• 可靠性不高？

3、网络核心：分组交换

1、特点

• 1、以分组为单位存储-转发方式
  1）网络带宽资源不再分分为一个个片，传输时使用全部带宽
  2）主机之间传输的数据被分为一个个分组
• 2、资源共享，按需使用：
  存储-转发：分组每次移动一跳（ hop ）
  1）在转发之前，节点必须收到整个分组
  2）延迟比线路交换要大
  3）排队时间

2、分组交换：存储-转发

被传输到下一个链路之前，整个分组必须到达路由器：存储-转发
已知：在一个速率为R bps的链路，一个长度为L bits 的分组
则：每次存储转发延时： L/R s

3、排队和延迟

如果到达速率>链路的输出速率: 分组将会排队，等待传输
丢失：如果路由器的缓存用完了，分组将会被抛弃
分组交换的优点:网络共享，缺点就是丢失

4、分组交换下的网络核心的关键功能

• 路由: 决定分组采用的源到目标的路径 （路由算法）
• 转发: 将分组从路由器的输入链路转移到输出链路

5、分组交换：统计多路复用

A&B 时分复用 链路资源
A&B 分组没有固定的模式 —>统计多路复用（特殊的时分）

4、电路交换　VS　分组交换

1)同样的网络资源，分组交换允许更多用户使用网络！

已知：1 Mb/s 链路
每个用户： 活动时100 kb/s
10% 的时间是活动的
则：
电路交换： 10 用户
分组交换： 35 用户时（>=10个用户活动的概率为0.0004）

2)分组交换是“突发数据的胜利者？”

• 适合于对突发式数据传输
  资源共享
  简单，不必建立呼叫
• 过度使用会造成网络拥塞：分组延时和丢失
  对可靠地数据传输需要协议来约束：拥塞控制
• Q: 怎样提供类似电路交换的服务？
  保证音频/视频应用需要的带宽 ，一个仍未解决的问题(chapter 7)

3)分组交换网络：存储-转发

分组交换: 分组的存储转发一段一段从源端传到目标端，按照有无网络层的连接，分成：

• （无连接）数据报网络： 分组的目标地址决定下一跳。在不同的阶段，路由可以改变

• （有链接）虚电路网络： 每个分组都带标签（虚电路标识 VC ID），标签决定下一跳，在呼叫建立时决定路径，在整个呼叫中路径保持不变 （ X.25 和ATM）路由器维持每个呼叫的状态信息

TCP是面向连接，虚电路是有链接
TCP面向连接是说中间路由器不维护他们的状态，连接仅仅体现在端系统和目标实体上

4)数据报的工作原理

• 在通信之前,无须建立起一个连接,有数据就传输
• 每一个分组都独立路由(路径不一样,可能会失序)
• 路由器根据分组的目标地址进行路由

5)虚电路的工作原理

靠信令建立虚电路

6)总结