计算机网络——03网络核心

网络核心

网络核心

• 网络核心：路由器的网络状态
• 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
  • 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）

网络核心：电路交换

端到端的资源被分配给从源端到目标端的呼叫“call”

• 图中，每段链路有4条线路：
  

  • 该呼叫采用了上面链路的第二个线路，右边链路的第一个链路（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

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
• 要求简历呼叫连接

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（FDM）
  • 时分（TDM）
  • 波分（WDM）

电路交换不适合计算机之间的通信

• 建立连接时间长
• 计算机之间的通信有突发性，如果使用线路交换，则浪费的片段多
  • 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？

网络核心：分组交换

以分组为单位存储-转发方式

• 网络带宽资源不再被分为一个个片，传输时使用全部带宽
• 主机之间传输的数据被分为一个个分组

资源共享，按需使用

• 存储、转发：分组每次移动一跳（hop）
  • 在转发之前，节点必须收到整个分组
  • 延迟比线路交换要大
  • 排队时间

分组交换：存储-转发

• 被运输到下一个链路之前，整个分组必须到达路由器：存储-转发
• 在一个速率为R bps的链路，一个长度为L bps的分组存储转发延时：L/R s

分组交换：排队延迟和丢失

• 如果到达速率 > 链路的输出速率
  • 分组将会排队，等待传输
  • 如果路由器的缓存用完了，分组将会被抛弃

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
• 转发：将分组从路由器的输入链路转移到输出链路

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

分组交换 vs. 电路交换

分组交换允许更多用户使用网络
分组交换是“突发数据的胜利者”

• 适用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
  • 对可靠的数据传输需要协议来约束：拥塞控制

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到目标端，按照有无网络层的连接，分成：

• 数据报网络
  • 分组的目标地址表示下一跳
  • 在不同的阶段，路由可以改变
  • 类似于问路
  • Internet
• 虚电路网络
  • 每个分组都带有标签，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
  • 路由器维持每个呼叫的状态信息
  • X.25 和 ATM

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

虚电路的工作原理