1.3网络核心
本节引言
在1.2节中我们讲述了由端系统到本地中心局的连接过程,我们知道信号从端系统发出通过通信链路经过各类型的分组交换器到达目的地,那么信号是如何在通信链路与分组交换机中传递的呢? 通过通信链路和分组交换机移动数据的方法有两种 电路交换和分组交换,下面来介绍这两个概念
1.3.1 分组交换
在1.1节中我们有提到分组(pocket) 的概念,所谓分组就是端系统彼此交换报文(message) 的过程中将长报文划分为较小的数据块,这里顺带提及数据传输所需的时间,假设该数据块的大小为L比特,链路传输速率为R比特/秒,那么t=L/R
1 存储转发传输
多数分组交换机在链路的输入端使用的是存储转发传输(store-and forward transmission),这种交换方式是指,分组交换机并非接受到该分组第一个比特后立马传输至下一个目的地,而是接收到完整的报文后再完整的将报文发射出去,在这之前的比特会缓存在分组交换机中.
时延 假设我们忽略比特在电线中的传输时间,那么一个分组交换机从接受L比特报文,到发出L比特报文到下一个分组交换机所需的时间是多少?首先接收需要t1=L/R,另一分组交换机接收也需要t2=L/R,所以总时延为2L/R,如果分组交换机采取的是即使传输那么时延应该是L/R
2 排队时延和分组丢失
如果同时大量的分组进入同一个分组交换机中,那么该分组只能进入分组交换机的输出缓存中,同时还需承受排队带来的时延,如果说输出缓存被塞满了,那么就会出现分组丢失(丢包)
3转发表和路由选择协议
在因特网中,每个端系统都具有一个称为IP地址的地址,这就像我们的居住地址,源主机向目的端系统发送一个分组时,分组首部包含了目的地的IP地址,当到达一台路由器(分组交换器)时,往往有多条路径可供选择,那么该走哪一条呢?这取决于路由器的转发表,所谓转发表就是记载着一个目标IP最合适的出链路,就像是高速路上的路标,将该分组导向较为适合的出链路中.
那么转发表是有谁设置的呢?是人为设计还是由因特网配置?这里简单的提及路由选择协议这个概念,没错又是协议,转发表大多都遵循该协议,以此来避免出错,第五章将会更加深入的提及这一概念.
1.3.2 电路交换
根据上面我们知道在大量分组进入同一分组交换机时,分组交换有丢包的风险,这就像你没有打预订电话去吃晚饭,也许你需要等待一会,甚至餐厅中已经没有座位,你今晚就不能去那个餐厅吃饭,而电路交换与分组交换最大的区别就是,电路交换先建立连接,预留通信资源,再进行通信,避免了丢包或延时的尴尬,简单来说就是你打了预订电话,今晚一定能吃上饭了.
电路交换网络中的复用
1 频分复用(Frequency-Division Multiplexing FDM) 将一个电路分为多个频道通信
**2 时分复用(Time-Division Multiplexing TDM)**将电路分为多个时间段通信
两者区别
既然分组交换有诸多风险,为什么大家不都采用电路交换呢?理由是电路交换更容易浪费通信资源,当连接被创建时,没有传输比特这一过程称之为静默期,显然的这一时间段的通信资源被浪费了,而同一时刻大量分组进入分组交换为较少数,所以分组交换带来的经济效益更高.
1.3.3 网络的网络
这一概念其实特别好理解,类比今天的贸易市场,货物是这样流通的:1级大型工厂制造商->2级中型批发商->3级…->零售商->用户,零售商可能向多个批发商进货以求更好的质量这一过程称之为多宿,而中间商则是因特网交换点全球的通信就这样像一张网般将世界连通.世界上大约有十多个一级ISP它们不向任何人付费是竞争关系,但它们也需要互相联通
复习题
- R11. 假定在发送主机和接收主机间只有一台分组交换机。发送主机和交换机间以及交换机和接收主机间的传输速率分别是R1和R2。假设该交换机使用存储转发分组交换方式，发送一个长度为L的分组的端到端总时延是什么？（忽略排队时延、传播时延和处理时延）
答案：
总时延=L/R1+L/R2- R12. 与分组交换网络相比，电路交换网络有哪些优点？在电路交换网络中，TDM比FDM有哪些优点？
答案：
电路交换网络适合实时服务。交付质量高。
TDM比FDM的优点如下：（来源于网络）
1. 当发生拥塞等网络问题时，TDM中的数据丢失可能只会是一部分，而FDM中就可能是大部分或全部。
2. TDM适合数字信号传输，而FDM适合模拟信号传输，因为现在通信网络多是传输数字信号，所以TDM比FDM好。
3. 因为频分复用连接建立后，当中途没有数据传输时，他所占有的频段带宽不能被其他连接使用，故可能存在空置，而在时分复用的统计时分模式下，连接建立后，当某个连接暂时不用传输数据时可以少分时间片或者不分，即其时隙的分配时“按需分配”，这样就让出了相应的传输时间给其他连接。- R13. 假定用户共享一条2Mbps链路。同时假定当每个用户传输时连续以1Mbps传输，但每个用户仅传输20%的时间。
a. 当使用电路交换时，能够支持多少用户？
b. 作为该题的遗留问题，假定使用分组交换。为什么如果两个或更少的用户同时传输的话，在链路前面基本没有排队时延？为什么如果3个用户同时传输的话，将会有排队时延？
c. 求出某指定用户正在传输的概率。
d. 假定现在有3个用户。求出在任何给定时间，所有3个用户在同时传输的概率。求出队列增长的时间比率。 答案：
a.使用电路交换时，能够支持2个用户。
b.如果两个或更少的用户在传输，即使它们同时传输，也仅仅完全占用了2Mbps链路，不会造成排队。如果有3个用户同时传输，需要3Mbps，而此时链路只有2Mbps，因此将会有排队时延。
c.指定用户正在传输的概率为20%。
d.在任何给定的时间，所有三个用户同时传输的概率为0.2*0.2*0.2=0.008。因为只有三个用户时，队列才会增长，所以队列增长的时间比率为0.008。- R14. 为什么在等级结构相同级别的两个ISP通常互相对等？某IXP是如何挣钱的？
答案：
因为它们之间的所有流量可以直接连接而不是通过上游的ISP传输。
IXP可以通过交换的流量对ISP收费。- R15. 某些内容提供商构建了自己的网络。描述谷歌的网络。内容提供商构建这些网络的动机是什么？
答案：
谷歌的网络：在本书写作的时候，谷歌估计有30-50个数据中心。谷歌的数据中心经过专用的TCP/IP网络互连，该网络跨越全球，但仍然独立于公共因特网。
内容提供商构建这些网络的动机是：直接与较低层ISP对接，减少向ISP支付的费用。对其服务最终如何交付给端用户有了更多的控制。