计算机网络网络层 : 数据交换方式 ( 电路交换 | 报文交换 | 分组交换 )★

Posted 2022-09-24 韩曙亮

文章目录

• 一、数据交换方式
• 二、电路交换
• 三、报文交换
• 四、分组交换
• 五、分组交换、报文交换 对比
• 六、电路交换、报文交换、分组交换 对比

一、数据交换方式

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数据交换方式 :

① 电路交换

② 报文交换

③ 分组交换

• 数据报方式
• 虚电路方式

二、电路交换

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电路交换 过程 :

① 建立连接 : 如 呼叫 拨号 ;

② 通信 : 通话过程 ;

③ 释放连接 : 挂掉电话 ;

电路交换 优点 :

① 通信时延小 : 通信是数据直达的过程 , 中间不会出现任何多余的处理延迟 ; 传输时延 发送时延 很小 ;

② 有序传输 : 发送接受都 按照一定的顺序 ;

③ 没有冲突 : 独占链路资源 , 数据之间不会产生冲突 ;

④ 实时性强 : 链路接通 , 就可以实时通信 ;

电路交换 缺点 :

① 建立连接时间长 : 双方都要等待对方就绪 , 如打电话 , 等待对方接通 ;

② 效率低 : 通信双方独占通信线路 , 链路的使用效率低

③ 灵活性差 : 如果中途的 交换设备宕机 , 通信双方就无法进行通信 ;

④ 没有差错控制能力 : 交换设备不会对数据进行检错纠错 , 只是单纯转发 ;

三、报文交换

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报文交换 : 发送端 源应用 将信息数据整体发送 , 不管数据有多大 ;

报文交换 优点 :

① 无连接 : 事先不需要建立连接 , 这是与电路交换的主要区别 ;

② 动态路径 : 不用规划好路线 , 可以存储转发 , 动态分配线路 , 寻找最佳路径 ;

③ 可靠性高 : 如果其中一台交换设备出现问题 , 那么转到另一个交换设备 , 继续向后发送 ;

④ 线路使用率高 : 通信双方 不会 全程 占用整条线路 , 而是分时段分别占用一段链路 ;

⑤ 多目标服务 : 一个报文 , 可以同时转发给多个接收端 ;

报文交换 缺点 :

① 时延 : 有存储转发时延 , 交换设备收到报文 , 先存储下来 , 等链路空闲了 , 再转发出去 ;

② 缓存空间大 : 报文 的大小可能很大 , 网络中的交换设备的缓存 , 要设置的足够大 , 才能缓存下报文数据 ;

四、分组交换

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分组交换 : 发送数据时 , 以 分组 为单位 ;

分组 : 将 大数据块 切割成 小数据块 ;

分组交换 优点 :

① 无连接 : 无需建立连接 ;

② 存储转发 : 有存储转发 , 动态分配线路 ;

③ 可靠性高 : 线路可靠性高 , 分组较小 , 出错几率小 ;

④ 利用率高 : 线路利用率高 ;

⑤ 存储管理简单 : 分组都是较小的数据 , 相对于报文交换 , 存储管理更简单 ; 报文交换 中 , 交换设备 缓存必须足够大 ;

分组交换 缺点 :

① 时延高 : 有存储转发时延 ;

② 额外信息 : 分组有相关分组信息 , 源地址 , 目的地址 , 等额外信息 ;

五、分组交换、报文交换 对比

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分组交换、报文交换 对比 :

链路速率 : 所有的链路传输速率是 $1000$ 比特 / 秒 ; 源主机 -> 交换设备 , 交换设备 -> 交换设备 , 交换设备 -> 目的主机 , 每个链路的速率都是 1000 比特 / 秒 ;

报文交换 : 报文长度 $10000$ 比特 ;

分组交换 : 每个分组 $10$ 比特 ;

忽略条件 : 忽略 其它 传播延迟 , 头部开销等问题 ;

求 从开始发送开始 , 到所有数据传播完毕截止 , 计算传播总时间 ;

报文交换 :

• 链路 $1$ : 从源主机 发送到 链路上 需要 : $\frac{10000}{1000}=10$ 秒 ;
• 链路 $2$ : 从 交换设备 $1$ 发送到 交换设备 $2$ 需要 : $\frac{10000}{1000}=10$ 秒 ;
• 链路 $3$ : 从交换设备 $2$ 发送到 目的主机 需要 : $\frac{10000}{1000}=10$ 秒 ;
• 总共花费了 30 秒时间 ;

分组交换 :

• 每个分组 大小 $10$ 比特 , 一个分组发送时延 : $\frac{10}{1000}=0.01$ 秒 ;
• 这里只考虑最后一个分组 , 从源主机发送出来 , 到达目的主机的时延 , 即 从 第一个分组开始发送计时, 到最后一个分组传输完毕就是所有分组传输结束 ;
• 第一个分组开始发送 到 最后一个分组开始发送 的时间 : $\frac{10000}{1000}=10$ 秒 ;
• 最后一个分组 从 交换设备 $1$ 到 交换设备 $2$ 用了 $0.01$ 秒 ;
• 最后一个分组 从 交换设备 $2$ 到 目的主机 用了 $0.01$ 秒 ;
• 分组交换使用的总时间是 $10.02$ 秒 ;

六、电路交换、报文交换、分组交换 对比

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电路交换、报文交换、分组交换 对比 :

① 存储转发 : 报文交换 和 分组交换 , 采用 存储转发 ;

② 电路交换使用场景 : 传输数据量巨大 , 传送时间远大于呼叫时间 , 此时使用电路交换 , 电路交换的传输时延最小 ;

③ 信道利用率 : 报文交换 和 分组交换 的信道利用率 高于 电路交换 ;

④ 时延 : 分组交换 > 报文交换 ;