3 网络核心

网络核心

互联的路由器网络

核心：
Q:如何实现数据通过网络核心从源主机到达目的主机?

A:数据交换

数据交换的类型

• 电路交换
• 报文交换
• 分组交换

电路交换的特点

最典型电路交换网络: 电话网络（独占资源）

电路交换的三个阶段:

1. 建立连接（呼叫/电路建立)
2. 通信
3. 释放连接（拆除电路)

电路交换网络的链路共享?

Q: 电路交换网络如何共享中继线?

A: 多路复用(Multiplexing)

多路复用?

多路复用(multiplexing)，简称复用，是通信技术中的基本概念

多路复用(Multiplexing):

链路/网络资源（如带宽）划分为“资源片”

• 将资源片分配给各路“呼叫”(calls)
• 每路呼叫独占分配到的资源片进行通信
• 资源片可能“闲置”(idle)(无共享)

典型多路复用方法:

• 频分多路复用( frequency division multiplexing-FDM )
• 时分多路复用( time division multiplexing-TDM )
• 波分多路复用(Wavelength division multiplexing-WDM)
• 码分多路复用(Code
  division multiplexing-CDM)

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频分多路复用(FDM)

频分多路复用的各用户占用不同的带宽资源（请注意，这里的“带宽”是频率带宽（单位:Hz）而不是数据的发送速率)

用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带

时分多路复用TDM

时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧(TDM帧），每个用户在每个TDM帧中占用固定序号的时隙

每用户所占用的时隙是周期性出现（其周期就是TDM帧的长度)

时分复用的所有用户是在不同的时间占用相同的频带宽度

波分多路复用（WDM）

波分复用本质就是光的频分复用

码分多路复用（CDM）

• 广泛应用于无线链路共享(如蜂窝网,卫星通信等)
• 每个用户分配一个唯一的m bit码片序列(chippingsequence)，其中“0”用“-1”表示、“1”用“+1”表示，例如:
  – S站的码片序列:(-1-1-1+1+1-1+1+1)
• 各用户使用相同频率载波，利用各自码片序列编码数据
• 编码信号=(原始数据)×(码片序列)

如发送比特1 (+1），则发送自己的m bit码片序列

如发送比特0(-1)，则发送该码片序列的m bit码片序列的反码

• 各用户码片序列相互正交(orthogonal)

码分多路复用原理：

多用户码分复用：

报文交换(message switching)

报文:源（应用）发送信息整体

• 比如:一个文件

常用于电报系统

分组交换（package switching）

• 分组:报文分拆出来的一系列相对较小的数据包
• 分组交换需要报文的拆分与重组
• 产生额外开销

存储-转发(store-and-forward)

• 报文交换与分组交换均采用存储转发交换方式
• 区别:
  • 报文交换以完整报文进行“存储-转发”
  • 分组交换以较小的分组进行“存储-转发”
  • 分组交换在传输延迟上小于报文交换
  • 分组交换所需要的路由器缓存较小
  • 分组交换是并行传输的，报文交换是串行传输

分组交换的报文交付时间：
T=M/R+(h-1)L/R=M/R+nL/R

分组交换 VS 电路交换

• 分组交换统计多路复用，事先不分配带宽，按发送请求的先后顺序回传数据；电路交换是独占的，只有电路断开后其他电路才能建立连接；
• 分组交换允许更多用户同时使用网络！

分组交换绝对优于电路交换?

• 分组交换适用于突发数据传输网络
  • 资源充分共享
  • 简单、无需呼叫建立
• 可能产生拥塞(congestion):分组延迟和丢失
  • 需要协议处理可靠数据传输和拥塞控制