网络核心

Posted 2022-11-22 天“码”行空

       我们已经知道，通过网络链路和交换机移动数据有两种基本方法：电路交换（circuit switching）和分组交换（packet switching）。接下来，我们就对电路交换再进入深层次的探讨。

电路交换网络中的复用

       链路中的电路是通过频分复用（FDM）和时分复用（TDM）来实现的。

       FDM：链路的频谱由跨越链路的所有连接共享。在连接期间，链路为每条连接专用一个频段。在电话网络中，这个频段的宽度通常为4kHZ。该频段的宽度称为带宽。频分复用 的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（请注意，这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率）。无线电广播通信也是采用 FDM 的例子，多个广播电台频分复用自由空间这个传输介质，每个电台占用一个频道，频道之间有一定间隔，以防干扰。我们举个例子，某大学有A,B两个校区。现要进行大学英语四六级考试，你会发现校区A和校区B是使用不同的频段。这就是频分复用。

       TDM：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。当网络跨越一条链路创建一条连接时，网络在每个帧中为该连接指明一个时隙。这些时隙专门为该连接单独使用，一个时隙在（每个帧内部）可用于传输该连接的数据。通俗地说，时分复用就是将时间划分为一段段等长的时分复用帧 （ TDM 帧）。每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。每一个用户所占用的时隙是 周期性地出现 （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同样的频带宽度。
 

      上图显示了一个多达4条电路的特定网络链路的FDM和TDM。对于FDM，其频率被分割成4个频段，每个频段的带宽是4KHZ。对于TDM，其时域被分割为帧，在每个帧中具有4个时隙，在循环的TDM帧中每条电路被分配相同的专用时隙。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。

       可以更形象化地区分FDM和TDM。现在，假设有一条四车道的道路。现在有四种类型的车，公交车，小型私家车，出租车，和紧急车辆。FDM就好比把这四条车道分成1，2，3，，4车道，1车道只能行驶紧急车辆，2车道只能行驶私家车，3车道只能行驶出租车，4车道只能用于公交车。而TDM就不是把这条交通道路分为4车道，而是把它看成一个整体，但是规定不同的车辆只能在特定的时间端内行驶，如7：00-9：00私家车，9：00-11：00公交车，11：00-13：00出租车，13：00-15：00紧急车辆，15：00-17：00私家车........交管局规定，每种车只能通行2小时，然后其它车辆通行，以此类推。

电路交换的缺点

        （1）电路交换因为静默期，专用电路空闲而不够经济。

        （2）创建端到端和预留端到端的带宽是复杂的，需要复杂的信令软件以协调端到端路径的交换机的操作。

解决问题

       从主机A到主机B经过一个电路交换网络发送一个640000比特的文件需要多少时间？（假设该网络中所有链路使用具有24时隙的TDM，比特速率是1.536Mbps。同时假定在主机A能够开始传输文件之前，需要500ms创建一条端到端的电路。）

       答：每条链路具有的传输速率是1.5356Mbps/24=64kbps。因此，传输该文件需要（640kbp）/（64kbps）= 10s。故总共10.5s。  

注意：该传输时间与链路数量无关，端到端不管是通过1条链路还是100条链路，传输时间都是10s。

 

P8.假定用户共享一条3Mbps的链路。又设每个用户传输时要求150kbps，但是每个用户仅有10%的时间传输。a.当使用电路交换时，能够支持多少用户？b.对于本习题的后续小题，假定使用分组交换。求出给定用户正在传输的概率。c.假定有120个用户。求出在任何给定时刻，实际有n个用户在同时传输的概率。（提示：使用二项式分布。）d.求出有21个或更多用户同时传输的概率。

分组交换和电路交换的对比

        分组交换的批评者说：分组交换不适合实时服务（电话和视频会议），因为它的端到端的时延是可变和不可预测的。

        分组交换的支持者笑了笑说，虽然说我有缺点，但是我的闪光点遮住了我的缺点。

        分组交换的批评者说： 你有什么值得骄傲的点呢？

        分组交换的支持者说：   我的带宽可以共享，你能吗？其次，别人选择我，成本更低。 就好比我们去餐厅重复，别人宁愿排队也不愿意提前打电话去预定。