计算机网络学习笔记3(网络核心)

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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

计算机网络学习笔记3(网络核心)_第1张图片

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
    计算机网络学习笔记3(网络核心)_第2张图片
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

计算机网络学习笔记3(网络核心)_第3张图片

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

计算机网络学习笔记3(网络核心)_第4张图片
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
计算机网络学习笔记3(网络核心)_第5张图片

6)总结

计算机网络学习笔记3(网络核心)_第6张图片

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