电路交换

  • 预留端到端资源:端系统之间通信路径上所需要的资源 (缓存,链路带宽)。建立连接。

  • 发送方以恒定速率向接收方传送数据。

  • 通信双方必须先建立一个专用的连接(电路),一直维持,直到通信结束。

每个链路可有n条电路,能够支持n条同步连接。

多路复用

在一条传输链路上同时建立多条连接,分别传输数据。

频分多路复用FDM(frequency-division multiplexing)

按频率划分若干频段,每个频段专用于一个连接。

带宽bandwidth:频段的宽度。如,4kHz。

时分多路复用TDM (time-division multiplexing)

时间划分为固定区间的帧,每帧再划分为固定数量的时隙,每一个时隙专用于一个连接,用于传输数据。

分组交换

  • 每个端到端数据流划分为分组,每个分组使用全部链路带宽。

  • 将用户通信的数据划分成多个更小的等长数据段,在每个数据段的前面加上必要的控制信息作为数据段的首部,每个带有首部的数据段就构成了一个分组。

  • 节点在转发前接收完整的分组

分组交换的本质就是存储转发,它将所接受的分组暂时存储下来,在目的方向路由上排队,当它可以发送信息时,再将信息发送到相应的路由上,完成转发。

转发

传输L个比特,链路速率Rbps,则时间为 $\frac{L}{R}$

在分组能向下一段链路传输前,整个分组必须到达路由器:存储转发

举例:

graph LR

source[源] --R--> route((路由)) --R--> route2((路由)) --R--> destination[目的地]

data(数据包L)

时延:$\frac{3L}{R}$

  • 数据报网络:

    • 分组中的目的地址决定下一跳

    • 在会话中路由可以变化

  • 虚电路网络:

    • 每个分组携带标签(虚电路ID),标签决定下一跳

    • 固定的路径在呼叫建立时决定,在呼叫期间保持不变

带宽与时延

带宽

在模拟信号中的本义是指构成一信号的各种不同频率成分所占据的频率范围

现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语。

比特率

数字信道传送数字信号的速率,单位是比特每秒(bps)

“带宽”与“速率”:一条通信线路的“频带宽度”越宽,其所传输数据的“最高数据率”也越高。

吞吐率

吞吐率表示在单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的数据量。

更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量

延时delay

把一个报文从网络一端传输到另一端所需的时间。

延迟= 处理+排队+发送+传播

处理时延:主机或路由器处理所收到的分组的时间。检查包首部、决定导向何处、比特差错检测等。

排队时延:分组在输入队列中排队等待处理,在输出队列中等待转发。等待输出链路空闲,与当时流量和排队规则有关

排队时延补充

L= 分组长度 (比特)
a= 平均分组到达速率
R= 链路带宽 (bps)

流量强度 = $\frac{La}{R}$

$\frac{La}{R}$ ~ 0:平均排队时延小

$\frac{La}{R}$ < 1:有平均排队时延

$\frac{La}{R}$ > 1:数据到达速率超过链路处理能力,平均排队时延无穷大

分组丢失
结点的缓存buffer有限,当分组到达满的队列时,分组被丢弃(又称为lost)
丢失的分组可能由前面的节点或由源端系统重传,也可能不重传

发送时延:也叫传输时延,将数据包从结点推出到链路中所用的时间。发送时延=$\frac{数据长度(b)}{信道带宽(bps)}$

传播时延:电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。信号传播距离d,传播速度s:传播时延=$\frac{d}{s}$

RTT (Round-Trip Time)

往返时延。表示从发送端发送数据开始,到发送端收到来自接收端的确认(接收端收到数据后便立即发送确认),总共经历的时延。

协议层次与服务模型

因特网协议栈

应用层
运输层
网络层
链路层
物理层
  • 应用:支持网络应用

    FTP,SMTP,STTP

  • 传输:主机到主机数据传输

    TCP,UDP

  • 网络:从源到目的地数据报的选路

    IP,选路协议

    路由器

  • 链路:在邻近网元之间传输数据

    PPP,以太网

    交换机

  • 物理:”在线上“的比特