網絡傳輸之電路交換、報文交換、分組交換、多路複用

網絡傳輸之電路交換、報文交換、分組交換、多路複用

目錄

• 數據交換類型
• 電路交換
  • 頻分多路複用
  • 時分多路複用
  • 碼分多路複用
  • 波分多路複用
  • 說明
  • 多路複用技術
• 報文交換、分組交換
  • 統計多路複用
  • 存儲轉發（store-and-forward）
  • 報文交換和分組交換比較
  • 分組交換和電路交換比較

數據交換類型

從主機A把數據送到主機B最簡單的技術即是AB之間鏈接一條鏈路，直接通訊便可，可是網絡接入邊緣（終端）愈來愈多，網絡愈來愈複雜，若是採用主機之間直接相連的方式，最終須要的鏈路數量是(N爲主機數量)

\[N(N-1)/2 \]

這個成本（經濟，技術）很是高且複雜，爲了解決這個技術，引入了交換機。

這就須要交換技術。目前主要有三類數據交換類型：

1. 電路交換
2. 報文交換
3. 分組交換

電路交換

說明

最典型的電路交換網絡：電話網絡。

電路交換的三個階段：

1. 創建鏈接（呼叫/電路創建）
2. 通訊
3. 釋放鏈接（拆除電路）

電路交換最顯著的特色：獨佔資源。獨佔後如何被多路通訊進行共享呢，這類技術即是多路複用技術。

多路複用技術

多路複用multiplexing。物理鏈路的通訊能力遠遠大於一路通訊所須要的能力，經過複用提升信道利用率，同時各個通訊線路之間又互不影響，這即是多路複用所要解決的問題。

1. 將整個鏈路資源劃分爲資源片
2. 將資源片分配給各路呼叫
3. 每路呼叫獨佔分配到的資源片
   
   目前典型的多路複用技術有三種：
4. 頻分多路複用（frequency division multiplexing FDM）
5. 時分多路複用（time division multiplexing TDM）
6. 碼分多路複用（code division multiplexing CDM）
7. 波分多路複用（Wavelength division multiplexing WDM）

頻分多路複用

將信道資源按照頻率進行劃分紅子信道，頻率之間相互隔離，互不干擾，讓每一個使用方獨佔某個子信道（每一個頻率）。當使用方被分配到某個頻率後，能夠一直使用這個頻率。

典型應用，有線電視，fm調頻收音機等。

時分多路複用

時分複用是將時間劃分爲一段段等長的時分複用幀（TDM幀），每一個用戶在每一個TDM幀中佔用固定序號的時隙，時隙週期性出現。

時分複用用戶在不一樣時間佔用相同的頻帶帶寬。

碼分多路複用

既不劃分時間，也不劃分頻率。

給每個用戶分配一個惟一的m bit的碼片序列（chipping sequence），其中0用-1表示，1用+1標識。eg，某站的碼片序列爲（-1-1-1+1+1-1+1+1）。

每一個用戶使用相同的頻率進行發送。可是須要對數據用各自的碼片序列進行數據編碼。

編碼信號=（原始數據）*（碼片序列）

1. 如發送比特1（+1），則發送m bit的碼片序列
2. 如發送比特0（-1），則發送m bit的碼片序列的反碼

如何保證共享信道互不干擾，數據不碰撞，不重複：須要各用戶的碼片序列相互正交。

全部用戶同時採用相同的頻率進行發送，因此接收方收到數據是一個全部用戶的疊加數據，若是接收方想收取某用戶的數據，而不受其餘用戶的影響，該如何接收呢：數據解碼

解碼：發送方用戶的碼片序列和收到疊加數據進行內積用算。內積結果：

1. 1 說明發送方發送了1
2. -1 說明發送方發送了0
3. 0 說明不是該碼片序列對應的發送方發送的數據。

典型應用：蜂窩網，衛星通訊。

波分多路複用

波分複用其實就是頻分複用，不過是以光波的波長進行了劃分。

報文交換、分組交換

在整個數據傳輸過程當中，整個報文一次性從源主機發送到下一個相鄰節點。典型應用：電報。

將整個報文拆分爲一系列相對比較小的數據包，而後進行傳輸。最終在接收方再進行重組，目前Internet傳輸就採用的分組交換。

統計多路複用

報文交換和分組交換都無需提早創建鏈接，而是直接進行發送，這種技術叫作統計多路複用（statistical multiplexing），按需使用，佔用所有鏈路帶寬，有很強的隨機性。

存儲轉發（store-and-forward）

接收到數據後先存儲，而後進行路由，肯定發送鏈路，若是發現鏈路可用，則進行發送。

報文交換和分組交換比較

結論：性能問題，分組使得網絡資源進一步獲得應用（大量設備在同時發送數據）。

報文交換中，若是傳輸路徑是A，B，C，D。

1. 報文交換中，A在傳輸的時候，BCD都在閒置狀態
2. 分組交換中，A、B、C、D都在同時傳輸報文。
   

通常性公式

報文大小：M bits

鏈路帶寬：R bps

分組大小：L bits

跳步數量：h

路由器數:n，n=h-1

分組交換須要的時間：

\[T=M/R+(h-1)L/R=M/R+nL/R \]

報文交換須要的時間：

\[T=hM/R=(n+1)M/R \]

因而可知隨着網絡鏈路的增長，路由器數量的增長，報文交換的性能急劇降低，分組交換勢在必行

分組交換和電路交換比較

網絡應用的突發性，大部分時間並不須要一直佔用鏈路，好比上網瀏覽網頁，只須要在網頁下載的時候才須要網絡，瀏覽網頁的時間是不須要網絡鏈路的。

分組交換容許更多用戶同時使用網絡。網絡資源利用率高。

分組交換適用於突發性的數據網絡傳輸網絡。上網，發郵件。

因爲沒有提早創建連接，沒有提早分配資源，分組交換極可能會致使網絡擁塞，最終產生分組延遲和丟失（須要相關協議進行保證和處理好比TCP）。