中科大 计算机网络4 网络核心Core 分组交换 电路交换

Posted 2021-10-19 DQ_CODING

网络核心

电路交换（线路交换）：打电话之前，先建立一条链路（物理）
分组交换：存储转发的方式

电路交换（线路交换）

通过信令（控制信息，如：拨号）建立一条共享的线路

通过多路复用方式，把带宽分为多个小片piece(平分)，然后主机与主机之间通信使用这些分出来的独享的线路进行双向的通信
【独享，性能有保障】

接入网：码分多路复用；光纤：波分多路复用
线路建立之后没有使用，就产生了浪费

资源共享的能力差
在通话之前需要通信建立的时间

频分多路复用：FDM
划分频率的方式

时分多路复用：TDM
按照时间来分配

波分多路复用：WDM
采用光通信，划分波段

码分多路复用 CDMA：
用于接入网

电路交换例题

两个节点之间通信的带宽（链路速率）1.536Mbps,采用时分多路复用方式，分为24个时隙slot,每个用户使用一个时隙，每个用户可以使用的带宽为？
1.536Mbps/24=0.064Mbps=64kbps

两个节点建立线路需要500ms,传输一个640Kbits的文件，问传输文件需要多少时间？
640kbits/64kbps=10s传完文件
10.5s传完，但对方接收文件有传播延迟（电磁波在链路的时间）
10.5s仅仅是把最后一个比特传出去的时间
传播延迟：【在计算机局域网的时间可以忽略不计（路径很短）】

每个比特在空间中还有传输时间：
(1/64kbps：每个比特的链路速率)*(30万公里/秒：电磁波在真空的传输速率)

每个比特的传输都有传播延迟

电路交换不适合计算机之间的通信

分组交换packet-switch

使用全部带宽
分组：packet
把每一个分组先存储再转发【使用这一段链路，其他主机可以使用下一段链路】，如果没有先存储的话，来一个比特就传一个比特，那么链路就会一直被占用

按需使用：有数据时才使用链路
在每一个链路，分组交换延迟比线路交换延迟大（每一个分组都全部存储下来），换取共享性
上面的是线路交换，下面的是分组交换
竖线是延迟

而且分组交换排队时间长（排队延迟），等待把每一个分组存储下来的存储时间

分组交换：存储转发延迟L/R

R：速率，带宽，链路速率(bps)
L：分组长度（bits）
存储转发延迟L/R

竖线是分组转发延迟L/R
发送和接收是一个事情的两个方面【发的同时在接收】，所以计算时间时，只需要计算一端（发送或接收）

分组交换：排队延迟和丢失

输出队列是一个有限值，所以分组可能被路由器丢失
在网络（计算机）具备很强突发性的情况下，分组交换支持的主机数量更多

分组交换-路由转发

路由：全局
转发：局部，查路由表

分组交换-统计多路复用

划分时间片的方式不固定（一会儿A&B,一会儿A&C）

分组交换与电路交换例题

N个用户使用带宽1Mbps的链路，每个用户活跃的时候占用100kbps的带宽，每个用户活跃的概率是p=0.1

1）采用电路交换能支持多少个用户？
1Mbps/100kbps=10个

2)N=35,使用分组交换,在任何一个时刻>=10个用户活跃的概率是多少？0.004=0.4%
35个用户中>=n个用户活 跃的概率
二项式分布：
实际上运算要带入n=9,因为n无限大的时候延迟无限大

数学公式：
组合数公式是指从n个不同元素中，任取m(m≤n)个元素并成一组，叫做从n个不同元素中取出m个元素的一个组合；从n个不同元素中取出m(m≤n)个元素的所有组合的个数，叫做n个不同元素中取出m个元素的组合数。用符号c(m,n) 表示。

使用python代码进行运算：

#求解计算机网络分组交换的二项式分布
#N=35,使用分组交换,在任何一个时刻>=10个用户活跃的概率是多少
import math
x=0.0
def rec(n, m):
    x= math.factorial(n) // (math.factorial(m) * math.factorial(n - m))
    return x

a=0.00
for i in range(0,10,1):#[0,10)-->[0,9]
    a+=rec(35,i)*(0.1**i)*(0.9**(35-i))
print(("%.4f") % (a))
print(("%.4f")%(1-a))

笔算：

35个用户中<=n个用户活跃的概率

3）N=35,使用分组交换,在当前有10个用户活跃的概率是多少？
计算：

python代码：

#2
#N=35,使用分组交换,在当前有10个用户活跃的概率是多少
import math
x=0.0
def rec(n, m):
    x= math.factorial(n) // (math.factorial(m) * math.factorial(n - m))
    return x
a=rec(35,10)*(0.1**10)*(0.9**(35-10))
print(("%.4f") % (a))#0.0013

分组交换：数据报网络datagram和虚电路网络VC

分组交换按照有无网络层的连接分为：数据报网络和虚电路网络

数据报网络提供网络层无连接服务
虚电路网络提供网络层连接服务

1.数据报网络：（datagram）
源主机发送给目标主机的分组，携带了目标主机的完整地址，交换节点（路由器）收到分组，根据每个分组所携带的目标主机完整地址来存储转发，两个主机在通信之前不需要握手，每个分组的传递都是独立的

路由器不维护主机与主机之间的通信状态

2.虚电路网络：（VC）
两个主机在通信之前需要握手，在链路交换节点之间保持通信状态，建立虚拟线路，建立完后，每个分组携带一个虚电路号，按照虚电路号来标识，到每个交换节点时进行存储转发

输入与输出都分成两块

总结