計算機網絡中的數據交換

計算機網絡中，數據交換的類型有：電路交換、報文交換、分組交換。

☞數據交換--電路交換

Q：如何實現數據經過網絡核心從源主機到達目的主機？

A：數據交換。(如今網絡主要採用的技術是數據交換)

2臺主機之間d通訊基礎是：2臺主機之間有物理鏈路相連。

爲什麼須要數據交換？

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這裏會出現的問題：

一、主機數量增多，須要的鏈路數量就會增多，每一個主機須要維護的鏈路數就急劇增長；--N^2鏈路問題(主機數是N，則須要的鏈路數是N(N-1)/2)，經濟和技術上實現是很難的。

-->引入「交換設備」，讓咱們的主機和交換設備相連，這時，每一個主機只需一個鏈路便可。交換設備可在這些主機之間實現動態的數據交換。這種解決方案的侷限性：若主機數量特別多，交換設備端口就須要特別大；若網絡規模特別大，主機距離特別遠，也很難都連在一個主機上。

二、爲了保證連通性、維護和適應不一樣的網絡規模，能夠這樣作：

將交換設備互連在一塊兒，構成交換網絡。讓主機和交換網絡裏的某一個交換設備相連，交換網絡能幫助咱們把數據進行轉發、接續，最終將數據傳送到目的地。

交換？

一、 動態轉接 二、動態分配傳輸資源(交換網絡層面上)

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可在全部交換設備端口之間動態地在物理上或邏輯上創建端口之間的鏈接，將一個端口的數據轉移到另外一個端口，且這種鏈接，在不少設備裏可並行進行。

電路交換的特色：

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電路交換過程當中最顯著的特色：資源獨享。(1條電路必定獨佔所通過的物理鏈路)

2個電話之間在通話過程當中創建起的電路所佔有的通訊資源(信道資源)是不能被第3方共享的。除非它掛機了，把整個電路釋放、拆除了，纔可以讓第3方使用。

電路交換網絡的鏈路共享？--多路複用。

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頻分多路複用FMD：將信道資源在頻率上進行劃分，分紅一個個頻帶的子信道，讓每路信號只是去使用其中的某一個頻帶的子信道，由於頻率相互之間是隔離開的。有線電路網絡。

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時分多路複用TDM

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波分多路複用WDM

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不一樣的用戶用不一樣波長的光，只要這2個波長的光在波長上隔離開來，就可在一個共享的光纖上進行傳輸，到了目的以後再把它分離開來。

碼分多路複用CDM

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既不分割時間，也不分割頻率，而是分割碼。碼片序列是一個二進制序列。想要共享信道又不相互干擾，對碼片序列有要求。

原理以下：

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☞數據交換--報文交換

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整個數據傳輸過程當中，要以整個報文做爲一個總體，一次性將其轉發到下一個相鄰節點上。如早期通信方式：電報。在一個站點把電報發送出去，下一個站點把電報收取，再進行轉發，以此類推。

☞數據交換--分組交換

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每一個小的數據包實際至關於分組，拆分出來的報文的原始數據一般還會在原始數據上加一個頭部信息，頭部信息一般會加什麼？--控制類信息，如地址信息。

把報文拆分紅一個個小的數據塊，每一個小的數據塊上要加一些頭部信息，此時才構成一個分組。把分組發出去，到了目的地以後，目的地要想接收完整的報文-->目的主機把各個小的分組所攜帶的報文的其中一部分數據按順序從新組裝在一塊兒，此時才能還原原始報文。這樣，一個報文的傳輸就完成了。(加上的頭部信息也屬於額外開銷，如寄一封信，信件的重量是要包含信封的，這個額外開銷必不可少。)

注意：當中間路由器向目的主機轉發第1個分組時，同時，源主機也在向路由器發送第2個分組。

在分組交換網絡中並非事先分配好的，具備很強的隨機性。把這種鏈路共享成爲統計多路複用。最大的特色：按需共享鏈路。

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分組交換：傳輸延遲

當發送1個分組的第1個bit開始到最後一個bit發送結束，這段時間稱之爲傳輸延遲(時延)。

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報文交換 vs 分組交換

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思考：採用報文交換這種存儲-轉發方式進行工做時，中間的路由器需多大的緩存？

-->上例中，中間的路由器需7.5Mbits的緩存，由於至少要能將7.5Mbits的報文接收下來，它才能存儲以後轉發。

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過程描述：將7.5Mbits報文拆成5000個分組，每一個分組大小是1500bits，通過1ms，第1個分組就傳到了第1個路由器，從第1ms開始，第1個路由器可向第2個路由器傳送第1個分組，(注意：同時，源主機就可向第1個路由器發送第2個分組。)再經1ms，第1個分組到達了第2個路由器，第2個分組到達了第1個路由器......

分組交換每個節點大部分時間可並行地轉發分組，而報文交換是串行的。

思考：分組交換過程當中，中間的路由器需多大的緩存？--上例中，理論上說，只需1500bits的緩存便可。

現代計算機網絡、數據通訊網絡主要採用分組交換技術。

分組交換的報文交付時間

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電路交換 vs 分組交換

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分組交換絕對優於電路交換嗎？

不能這麼認爲，不然，電話網絡早改了。

適合於突發數據傳輸網絡--資源充分；簡單、無需呼叫創建。

「突發」-->短期內大量使用網絡資源，一段時間以後又不使用網絡資源。如發郵件--突發；而不具有突發性的，如網上看視頻，源源不斷地發送；接通電話。

分組交換的不足：

通訊以前並未預定或佔用網絡/鏈路資源，你們構造分組，向網絡大量發送，勢必會出現用戶大量向網絡發送數據，超越了網絡的傳輸能力，此時，會出現一種現象--擁塞(分組延遲和丟失)，該現象出現後，數組分組可能會在網絡核心的路由器上排隊等待，甚至出現數據丟失。須要協議處理可靠數據傳輸和擁塞控制。