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零、前言
网络核心部分是互联网中最复杂的部分,因为网络中的核心部分要向网络边缘部分中的大量主机提供连通性,使边缘部分中的任何一台主机都能够与其他主机通信。
所谓连通性(connectivity),就是互联网使上网用户之间,不管相距多远(例如,相距数千公里),都可以非常便捷、非常经济地(在很多情况下甚至是免费的)交换各种信息(数据,以及各种音频、视频),好像这些用户终端都彼此直接连通一样。这与使用传统的电信
在网络核心部分起特殊作用的是路由器( router),它是一种专用计算机(但不叫作主机)。路由器是实现分组交换( packet switching)的关键构件,其任务是转发收到的分组,这是网络核心部分最重要的功能。为了弄清分组交换,下面先介绍电路交换的基本概念。
一、计算机网络发展初期面临的问题
第一阶段是从单个网络 ARPANET向互连网发展的过程。1969年美国国防部创建的第一个分组交换网 ARPANET最初只是一个单个的分组交换网(并不是一个互连的网络)。所有要连接在ARPANET上的主机都直接与就近的节点交换机相连。但到了20世纪70年代中期,人们已认识到不可能仅使用一个单独的网络来满足所有的通信需求。于是 ARPA开始研究多种网络(如分组无线电网络)互连的技术,这就导致了互连网络的出现,成为现今互联网(Internet)的雏形。1983年TCP/IP协议成为ARPANET上的标准协议,使得所有使用TCP/IP协议的计算机都能利用互连网相互通信,因而人们就把1983年作为互联网的诞生时间。1990年ARPANET正式宣布关闭,因为它的实验任务已经完成。
1.1 电路交换的主要特点【电话网络采用电路交换技术】
电路交换——整个数据的比特流连续地从源点直达终点,好像在一个管道中传送。
1.1.1 电路交换的基本知识介绍
如果计算机网络采用“电路交换”技术?是否可行?
1.1.2 电路交换的优缺点
电路交换的优点:
- 通信前从主叫端到被叫端建立一条专用的物理通路,在通信的全部时间内,两个用户始终占用端到端的线路资源。数据直送,传输速率高
电路交换的缺点:
- 建立/释放连接,需要额外的时间开销。
- 线路被通信双方独占,利用率低。
- 线路分配的灵活性差。
- 交换节点不支持“差错控制”(无法发现传输过程中的发生的数据错误)
因此,综上,计算机网络不能抄电话网络这份作业,那电报网络呢?请看1.3小节。
1.3 报文交换技术的特点【电报网络采用报文交换技术】
报文交换—–整个报文先传送到相邻节点,全部存储下来后查找转发表,转发到下一个节点。
1.3.1 报文交换的基本知识介绍
1.3.2 报文交换技术的优缺点
报文交换的优点:
- 通信前无需建立连接
- 数据以“报文”为单位被交换节点间“存储转发”,通信线路可以灵活分配
- 在通信时间内,两个用户无需独占一整条物理线路。相比于电路交换,线路利用率高
- 交换节点支持“差错控制”(通过校验技术)
报文交换的缺点:
- 报文不定长,不方便存储转发管理
- 长报文的存储转发时间开销大、缓存开销大
- 长报文容易出错,重传代价高
因此,我们发现,报文交换技术对于计算机网络应该采取什么样的技术进行通信有非常好的参考价值,但是我们要解决一个问题,即:报文不定长的问题。 解决的办法是:分组交换技术。详细内容请参考1.5小节。
1.4 分组交换技术【现代计算机网络采用分组交换技术】
分组交换——单个分组(这只是整个报文的一部分)传送到相邻节点,存储下来后查找转发表,转发到下一个节点。
1.4.1 分组交换技术基本概念
1.4.2 分组交换技术举例
1.4.3 分组交换技术的优缺点
分组交换的优点:
- 通信前无需建立连接
- 数据以“分组”为单位被交换节点间“存储转发”,通信线路可以灵活分配
- 在通信时间内,两个用户无需独占一整条物理线路。相比于电路交换,线路利用率高
- 交换节点支持“差错控制”(通过校验技术)
相比于报文交换,分组交换改进了如下问题:
- 分组定长,方便存储转发管理
- 分组的存储转发时间开销小、缓存开销小
- 分组不易出错,重传代价低
分组交换的缺点:
- 相比于报文交换,控制信息占比增加
- 相比于电路交换,依然存在存储转发时延
- 报文被拆分为多个分组,传输过程中可能出现失序、丢失等问题,增加处理的复杂度
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