分组交换和电路交换

 

一、网络核心

主要是由互联网端系统的分组交换机和链路组成的网状网络；

1 分组交换与电路交换

 

分组交换

 在很多网络的应用中，端系统经常进行报文（message）的交换。报文能够包含协议设计者需要的任何东西，并可以执行一种控制功能，也可以包含数据。

我们为了从源端向目的端成功发送一个报文，源端将长报文划分为较小的数据块，上述操作我们简述为分组，在源和目的地之间，每个分组都通过通信链路

和分组交换机(常见的有路由器和链路层交换机),分组以等于该链路最大传输速率的速度来传输通过通信链路。由上述可知，我们可将某源端或分组交换机经

过一条链路发送的分组的比特数为O，设当前链路的传输速率为R比特/秒，则传输该分组的时间为O/R秒。

存储转发传输机制

多数分组交换机在链路的输入端使用存储转发机制。

所谓存储转发机制是指在交换机能够开始向输出链路传输该分组的第一个比特之前，必须接受整个分组。

使用存储转发

(1)错误检验功能

CRC的作用是对前面的数据进行校验，防止出错,因为存储转发是分组交换机在接受到整个分组才能进行传输，所以在我们接受到CRC字段的时候，我们可以进

行相应的检查，检查其是否已经被破坏。

(2)自动缓存

(3)策略功能

如ACL访问控制列表等

存储转发又分为报文交换和分组交换，这个我们会在接下来的记录。

排队时延和分组丢失

 对于每条相连的链路，每个分组交换机都会具有一个输出缓存（输出队列），它用来存储路由器准备发往那条链路的分组。输出缓存可以应用于排队等待的时候，

即如果到达的分组需要传输到某条链路，但该链路却忙于传输其他分组，那么该分组便可在输出缓存中进行等待，因此除了存储转发的时延外，分组还要承受输出

缓存的排队时延，这些时延是变化的，变化的程度取决于网络的拥挤程度，而输出缓存大小是有限的，所以会出现所谓的分组丢失（丢包），到达的分组或已经排队

的分组之一将被丢弃。

转发表和路由选择协议

分组在传输的时候会包含目的地的IP地址，当分组到达网络中的路由器时，路由器会检查该分组的目的地址的一部分，并向一台相邻的路由器转发该分组，每个路由器

具有一个转发表，其功能是将目的地址或目的地址的一部分映射为输出链路，所以当分组到达路由器时，路由器会先检查其地址，并用这个目的地址搜索其转发表，以发现

适当的输出链路。

相应的我们使用路由选择协议来自动的设置这些转发表，例如我们可以使用路由选择协议来决定每台路由器到每个目的地址的最短路径，并使用这些最短路径来配置路由器中

的转发表。

电路交换

在电路交换中，在端系统通信会话期间，预留了端系统间沿路径通信所需要的资源（缓存，链路传输速率），而在分组交换中，这些资源是不预留的，会话的报文会按需使用资源

，所以 其不得不等待（排队）接入通信线路。

传统的电话网络就是典型的电路交换的例子，如果我要和女朋友打电话，那么网络必须在我和女朋友之间建立一条连接，此时沿着我和女朋友之间通信路径上的交换机都将该连接维护

连接状态，用电话的术语来说，我称之为电路。当网络创建电路的时候，它会在连接期间为该网络链接上预留恒定的传输速率(表示为每条链路传输容量的一部分)，既然已经为我们预留了

带宽，那么我就能够确保以恒定的速率来向她传递信息。

注：上文的连接为端到端连接

电路交换网络中的复用

链路中的电路通过频分复用和时分复用来实现的。对于FDM（频分复用），链路的频谱由跨越链路创建的所以连接共享，在连接阶段链路为每条链接专用一个频段。该频段的宽度我们称其为

带宽。

而对于TMD（时分复用），时间被划分为固定期间的帧，并且每个帧又被划分为固定数量的时隙（电路交换汇总信息传送的最小单位），当网络跨越一条链路创建的一条连接时，网络在每个帧

中为该连接指定一个时隙，这些时隙专门由该连接单独使用，一个时隙（每个帧内）可用于传输该连接的数据。

对于TDM，一条电路的传输速率等于帧速率乘以一个时隙中的比特数量，比如假设链路每秒传输8000个帧，每个时隙由8个比特组成，则每条电路的传输速率是64kbps.

特别说明

假设在一个网络中，所有的链路使用具有24时隙的TDM，比特速率为1.536Mbps,我们现在要从主机A向主机B发送一个640000比特的文件，同时在传输之间，我们需要花500ms创建一条端到端的

电路，每条链路具有1.536Mbps/24=64kbps的速率，因为需要(640kb)/(640kbps)=10s,再加上电路创建时间，我们需要10.5s才能发送该文件。尤其重要的是，该传输时间与链路数量无关，端到端

电路不管是通过一条链路还是100条链路，传输时间都是10.5s（实际中我们的端到端时延还包括传播时延）