计算机网络复习

计算机网络

第一章 引入

计算机网络的概念

  • 以资源共享为目的的自治系统的集合

点对点网络P2P(peer-to-peer)

  • 每台设备既可以是服务器,也可以是客户机,关系对等(平等)
  • 用户之间是Connected,主要用软件支持,如资源的定位,数据传递路径的确定等。每个节点需要有路由功能。

计算机网络技术设计最基本的要求

  • 数据送达、资源使用高效

计算机网络按传输技术分类Transmission Technologies

  • 通信信道被网络上所有机器所共享
  • 两种广播式:总线型、环形
  • 点到点链路将一对单独的机器连接起来。可能中间经过一个或多个中间机器。直接相连的两个机器是点到点链路的最简单的形式。
  • 路由:点到点链路的确定过程称为路由。

网络中常见的数据递交方式(功能需求)

  • 单播:将数据发送给某个特定接收方的方式。
  • 广播:将数据发送给所有接收方的方式。
  • 组播:将数据发送给某些接收方的方式。

计算机网络按规模分类

规模 类型
个人区域网络 PAN (Personal Area Network)
局域网 LAN (Local Area Network)
城域网 MAN (Metropolitan Area Network)
广域网 WAN (Wide Area Network)
全球 互联网 (所有网络的网络)
  • PAN (Personal Area Network)规模一般覆盖一个办公室、一个楼层、一栋楼、几栋楼或一个校园 。
  • MAN(Metropolitan Area Network)的范围覆盖一个城市。典型的例子为有线电视网。
  • WAN(Wide Area Network)的范围覆盖一个国家、地区或大陆。例如通信子网

计算机网络分层结构

计算机网络的分层方式

  • 每个协议实例都与其对等体进行虚拟通信
  • 每一层仅使用下一层进行通信
  • 通过接口访问下层服务
  • 在底层,消息通过介质传输

面向连接的服务和无连接的服务

  • 面向连接的服务
    • 使用之前必须建立连接,使用后释放连接
    • 打电话
  • 无连接的服务
    • 消息被单独处理
    • 例如邮政快递
      面向连接和无连接

服务与协议的关系

  • 一个层为上一层提供服务(垂直)
  • 一个层使用协议与其对等层进行通信(水平)

网络体系结构

  • 层和协议的集合。

OSI参考模型(口诀:物联网输会示用)

(1)物理层:实现相邻节点之间比特的传输

  • 需定义电路接口参数(形状、尺寸、引脚数等)
  • 需定义传输信号的含义、电气特征(如:5V表示1,1V表示0;每比特电信号持续时间0.1ms)

(2)数据链路层:确保相邻节点之间的链路逻辑上无差错(帧)

  • 差错控制:检错+纠错;或检错+丢弃+重传
  • 流量控制:协调两个结点的速率

(3)网络层:把“分组”从源节点转发到目的节点

  • 路由选择:构造并维护路由表,决定分组到达目的节点的最佳路径
  • 分组转发:将“分组”从合适的端口转发出去
  • 拥塞控制:发现网络拥塞,并采取措施缓解拥塞
  • 网际互连:实现异构网络互连
  • 其他功能:差错控制、流量控制、连接的建立与释放、可靠传输管理

(4)传输层:实现端到端的通信

  • 复用和分用:发送端几个高层实体复用一条低层的连接,在接收端再进行分用
  • 其他功能(以“报文”段为单位):差错控制、流量控制、连接建立与释放、可靠传输管理

(5)会话层:管理进程间会话

  • 主要功能:会话管理(采用检查点机制,当通信失效时从检查点继续恢复通信)

(6)表示层:解决不同主机上信息表示不一致的问题

  • 主要功能:数据格式转换(如编码转换、压缩/解压、加密/解密)

(7)应用层:实现特定的网络应用

OSI参考模型

TCP/IP参考模型

  • 链路层(网络接入层):不同的网络,需要按照一定的接口功能接入到互联网。
  • 互联网层(网络层):完成从发送方到接收方的分组(数据包)递交。主要协议是互联网协议(IP),和用于网络维护的互联网控制信息协议(ICMP)。还有完成路径规划的路由协议,用于地址转换的地址解析协议(ARP)等。
  • 传输层:实现端到端的数据传输服务。最主要的两个协议是提供面向连接的、可靠的数据传输控制协议(TCP)和非连接的、不可靠的用户数据报协议(UDP)。
  • 应用层:为网络用户提供网络应用。包括将域名转换为IP地址的域名系统(DNS),虚拟终端协议(TELNET)、文件传输协议(FTP)、电子邮件协议(POP3,SMTP)、超文本传输协议(HTTP)等。

TCP/IP主要协议

主要协议

第二章 物理层

波特率和比特率

  • 波特率(Baud per second, Bps):信道上每秒钟信号变化的次数;或信道上每秒钟传递的周期信号个数。
  • 比特率(bit per second, bps):信道上每秒钟发送或接收的比特位数(bit)。
  • bps=Bps*W
    • W表示一个周期信号能够表达的信息位数

奈奎斯特定理

  • 对于一个理想低通信道(没有噪声、带宽有限的信道)极限波特率=2W(单位:波特,即码元/秒)
  • W是信道的频率带宽(单位:Hz)
  • 极限比特率=$2Wlog_2K \space b/s$

香农定理

  • 对于一个有噪声、带宽有限的信道,极限比特率=$Wlog_2(1+S/N)$,单位b/s
  • S/N:信噪比,无单位,信号的功率/噪声的功率,信号功率往往比噪声功率大得多
  • 为方便记录信噪比,信噪比$=10lgS/N$,单位:分贝(db)

导向型传输介质

(1)双绞线

  • 主要构成:两根导线相互绞合而成
    • 有屏蔽层:屏蔽双绞线(STP)
    • 没有屏蔽层:非屏蔽双绞线(UTP)
  • 抗干扰能力:较好。绞合、屏蔽层 可以提升抗电磁干扰的能力
  • 代表应用:近些年的局域网线、早期电话线
    双绞线

(2)同轴电缆

  • 主要构成:内导体(用于传输信号)+外导体屏蔽层(用于抗电磁干扰)
    • 内导体越粗,电阻越低,传输过程中信号衰减越少,传输距离越长
  • 抗干扰能力:好。屏蔽层带来良好的抗干扰性
  • 代表应用:早期局域网、早期有线电视
    同轴电缆

(3)光纤

  • 主要构成:纤芯(高折射率)+包层(低折射率)
    • 利用光的全反射特性,在纤芯内传输光脉冲信号
  • 分类:
    • 单模光纤:只有一条光线在一根光纤中传输,适合长距离传输,信号传输损耗小
    • 多模光纤:多条光线在一根光纤中传输,适合近距离传输,远距离传输光信号容易失真
  • 抗干扰能力:非常好。光信号对电磁干扰不敏感
  • 其他优点:信号传输损耗小,长距离传输时中继器少;很细很省布线空间
    光纤

编码方法

编码方法

调制方法

(1)调幅

  • 使信号幅度变化

(2)调频

  • 使信号频率变化

(3)调相

  • 使信号相位变化

(4)正交幅度调制

  • 既调频,又调相
    调制方法
    正交幅度调制

多路复用

时分复用(Time Division Multiplexing)

  • 将时间分为等长的“TDM帧”,每个TDM帧又分为等长的m个“时隙”,将m个时隙分配给m对用户(节点)使用
缺点
  • 每个节点最多只能分到信道总带宽的1/m
  • 如果某节点暂不发送数据,会导致被分配的时隙闲置,信道利用率低

统计时分复用(STDM,Statistic)

  • 又称异步时分复用,在TDM的基础上,动态按需分配时隙
优点
  • 如果需要时,一个节点可以在一段时间内获得所有信道带宽资源
  • 如果某节点暂不发送数据,可以不分配时隙,信道利用率更高

频分复用(Frequency Division Multiplexing)

频分复用

  • 将信道的总频划分为多个子频带,每个子频带作为一个子信道,没对用户使用一个子信道进行通信
  • 不同子频带之间并不相连,有隔离频带
  • 优点:各节点可同时发送信号;充分利用了信道带宽(Hz)
  • 缺点:FDM技术只能用于模拟信号的传输

波分复用

  • 光的频分复用
  • 不同波长的光频率也不同,C=λf
  • 光信号的频带范围(带宽)非常大,因此很适合采用波分复用技术,将一根光纤在逻辑上拆分为多个子信道

码分复用(CDM)

(1)给各节点分配专属“码片序列”
  • “码片序列”包含m个码片(信号值),可以看作“m维向量”
  • 要求:各节点的向量必须正交(内积为0)
  • 相互通信的各节点知道彼此的“码片序列”
(2)发送方发送数据
  • 发出的向量与码片序列相同表示1,不同表示0
(3)信号在传输过程中“叠加”
  • 当多个发送方同时发送数据时,信号值会叠加(本质是向量加法)
(4)接收方接收数据
  • 接收方收到的是叠加信号,需要将信号分离
  • 方法:叠加信号与码片序列做规格化内积,结果为1表示比特1,为0表示比特0

小结

信道划分和介质访问控制小结

公共交换电话网络Public Switched Telephone Network

本地回路

  • 使用模拟信号尽可能快速的传递数据。主要设备是调制解调器

中继线

  • 用于连接不同层次的交换局,使用数字信号传输,采用多路复用技术

交换局

  • 是把一条入境线路上来的呼叫交换到一条出境线路上。
  • 电路交换
    • 呼叫——建立连接——传输——挂断
    • 缺点
      • 建立连接的时间长;
      • 一旦建立连接就独占线路,线路利用率低;
      • 无纠错机制;
    • 优点
      • 建立连接后,传输延迟小。
  • 分组交换
    • 将报文划分为若干个大小相等的分组(Packet)进行存储转发。
    • 优点
      • 存储量要求较小,可以用内存来缓冲分组——速度快;
      • 转发延时小——适用于交互式通信;
      • 某个分组出错仅重发该分组——效率高;
      • 各分组可通过不同路径传输,可靠性高。
    • 特点
      • 数据传输前不需要建立一条端到端的通路。
      • 有强大的纠错机制、流量控制和路由选择功能。

第三章 数据链路层

帧Frame

  • 数据链路层对等体之间交换的协议数据单元

差错控制

奇偶校验码

  • 信息位(有效数据):指帧的“数据部分”
  • 加上校验位,使整个校验码1的个数是奇数/偶数
  • 偶数用的多,因为便于硬件实现,使用异或(模2加)运算
  • 只能检验奇数位错误,无纠错能力

小结

奇偶校验小结

循环冗余校验码(Cyclic Redundancy Check,CRC)

  • 数据发送方、接收方约定一个“除数”
  • K个信息位+R个校验位作为“被除数”。添加校验位后需保证除法的余数是否为0
  • 若不为0则出错
    CRC例
  • 若信息位+校验位<=2^R-1,那么可以纠1位错,否则不能
  • 计算过程:
    • 被除数:信息码+G(x)最高次个0(除数位数-1位)
    • 除数:G(x)变二进制
    • 结果:信息码+余数(除数位数-1位)
      CRC例2
      CRC例3

小结

CRC码小结

组帧(封装成帧)

(1)主要问题

  • 帧定界:如何让接收方能够确定帧的界限
  • 透明传输:接收方要能够去除“帧定界”的附加信息,把帧“恢复原貌”

(2)组帧方法

字符计数法
  • 原理:在每个帧开头,用一个定长计数字段表示帧长
  • 帧长=计数字段长度+数据字段长度
  • 最大缺点:任何一个计数字段出错,都会导致后续所有帧无法定界
字节填充法
  • 头部加上00000001(01H),表示ASCII中的SOH(Start Of Header)
  • 尾部加上00000100(04H),表示ASCII中的EOT(End Of Transimission)
  • 转义字符ESC(Escape Character):解决在数据中出现SOH和EOT时导致帧定界错误的情况
    转义字符
零比特填充法
  • 在头部和尾部,添加01111110(课上没说,不考虑)
  • 发送方要对数据部分进行处理,每当遇到连续5个1,就填充一个0
  • 接收方要对数据部分进行处理,每当遇到连续5个1,就删除后边紧跟的0
违规编码法(不考虑)
  • 曼彻斯特编码(IEEE标准)上跳0下跳1,中间必变
  • 如果周期中间没变,则“违规”,来分辨帧的边界

小结

组帧小结

滑动窗口机制

滑动窗口机制1
滑动窗口机制2
重点关注

停止-等待协议(S-W)

(1)滑动窗口机制

  • 发送窗口$W_T=1$
  • 接收窗口$W_R=1$

(2)帧编号

  • 只需1bit给帧编号
  • 要求$W_T+W_R≤2^n$(n是bit位数)

(3)几个概念

  • 帧的首尾主要是一些控制信息,如:帧定界信息、校验码、帧类型、帧序号。
  • 帧类型:实际应用中,通信一般都是双向的,双方都可能发送数据帧或确认帧。
  • 帧序号:标明帧的帧号。
  • 数据帧的数据部分通常很短,甚至可以为空。
    几个概念

(4)正常情况

停等正常情况

  • 发送方发送i号数据帧
  • 接收方接收到i号数据帧
  • 接收方向发送方发送确认帧ACK_i,滑动窗口右移
  • 发送方收到确认帧,滑动窗口右移

(5)异常情况

数据帧丢失

停等超时重传

  • 解决方法:超时重传
  • 发送方在在发送后会开启一个计时器,当超时还没收到确认帧时,重新传输
确认帧丢失

停等确认帧丢失

  • 解决方法
    • 丢弃重复帧
    • 返回重复帧的ACK
  • 接收方向发送方发送的确认帧,并且滑动窗口右移
  • 接收方没有收到确认帧,向接收方重传
  • 接收方丢弃重复帧,并返回重复帧的ACK
为什么给帧编号?
  • 若没有编号,则无法辨别重复帧
数据帧有“差错”
  • 接收方直接将数据帧丢弃,且不返回ACK
  • 发送方超时重传

小结

停等小结

  • 停等协议窗口大小为1,所以没有失序问题

后退N帧协议(GBN)

(1)滑动窗口

  • 发送窗口大于1,接收窗口等于1

(2)正常情况

  • 发送方发送W_T个帧
  • 接收方每收到一个数据帧,滑动窗口就向后移一位,接收到最后一个数据帧后向发送方发送一个最后帧确认帧(累计确认)
  • 发送方接收到确认帧,窗口向后移动

(3)数据帧丢失

后退N数据帧丢失1
后退N数据帧丢失2

  • 若数据帧i丢失,或数据帧i出错被丢弃,则接收方向发送方发送最后一个正确的帧的确认帧,数据帧i以后的帧全部丢弃
  • 发送方收到确认帧,滑动窗口向右移动到$i+1(mod W_T)$号帧处,然后超时重传,将i+1号帧后的所有帧全部重传,被重传的帧要重置计时器

(4)确认帧丢失

  • 接收方向发送方发送确认帧,确认帧丢失
  • 发送方超时重传
  • 接收方收到“非法帧”,直接丢弃,返回最后一个正确帧的确认帧
  • 发送方收到确认帧,滑动窗口移动

(5)若不满足$W_T+W_R≤2^n$

不满足不等式

小结

后退N小结

选择重传协议(SR)

(1)窗口大小

  • $W_T+W_R≤2^n$
  • 接收窗口的大小要小于等于发送窗口大小

    若接收窗口大于发送窗口,则接收窗口多出来的窗口会长期保持空状态(我猜,接收方更需要确保低延迟,所以不允许有空窗口等待发送方窗口移动的情况),通常取相等。

(2)正常情况

  • 发送方向接收方发送帧,每个帧一个计时器
  • 接收方每收到一个帧,都返回一个正确帧,都返回正确帧后,接收方滑动窗口向后移动
  • 发送方接收到所有的正确帧,滑动窗口向后移动

(3)数据帧丢失

  • 发送方发送一些数据帧,但有一个数据帧丢失
  • 接收方收到部分数据帧,返回收到帧的确认帧,滑动窗口向后移动到没收到的帧序号的位置
  • 发送方收到部分确认帧,滑动窗口移动到没有收到确认帧的位置,若窗口末尾有空位,则可以继续发送数据帧
  • 发送方超时重传

(4)数据帧差错而被丢弃

SR帧差错被丢弃

  • 接收方在收到错误帧后,会向发送方发送一个NCK否认帧
  • 发送方收到否认帧后,立即重传,并重置计时器
  • 请求重传机制

(5)确认帧丢失

  • 确认帧丢失会导致发送方计时器超时,发送方重传
  • 与此同时,接收方滑动窗口正常移动
  • 接收方收到重传的帧后,帧落在窗口外,重新发送ACK

(6)不满足$W_T+W_R≤2^n$导致的问题

SR不满足不等式

小结

SR小结

三种协议的信道利用率分析

1.停等协议(SW)

SW信道利用率

  • 只考虑发送信道
  • 理想状态指没有帧丢失、错误等情况

2.后退N、选择重传协议的信道利用率分析

GBN或SR信道利用率
最大等于1

小结

信道利用率小结

第四章 媒体访问控制子层MAC(Media Access Control Sublayer)

ALOHA协议和时隙ALOHA协议

ALOHA

  • 几个节点共享一个信道
  • 纯ALOHA在数据准备完毕后立刻传输
  • 时隙ALOHA将时间分为一个个时隙,时隙大小等于传输一个帧需要的时间,每次发送都需要从时隙的开头发送。
  • 时隙ALOHA避免了用户发送数据的随意性,降低了冲突概率,提高了信道利用率

CSMA协议(Carrier Sense Multiple Access,载波监听多路访问协议)

  • 在发送数据之前,先监听信道是否空闲,只有信道空闲时,才会尝试发送

(1)1-坚持CSMA协议

1-坚持CSMA协议

  • 坚持:指坚持监听信道
  • 优点:信道利用率高,信道一旦空闲,就可以被下一个节点使用
  • 缺点:当多个节点都已准备好数据时,一旦信道空闲,就会开始发送,冲突概率大

(2)非坚持CSMA协议

非坚持CSMA协议

  • 非坚持:当信道不空闲时,不坚持监听,而是随机推迟一段时间再监听
  • 优点:当多个节点都已准备好数据时,如果信道不空闲,则各节点会随机推迟一段时间并再次尝试监听,从而使各节点错开传输数据,降低了冲突概率
  • 缺点:信道刚恢复空闲时,可能不会被立即利用,导致信道利用率降低

(3)p-坚持CSMA协议

p-坚持CSMA协议

  • p指的是信道空闲时,节点选择发送数据的概率
  • 降低了冲突概率,提升信道利用率

小结

随机访问介质访问控制

CSMA/CD协议(Collision Detection)

CSMACD协议

  • 用于早期的有线以太网(总线型)
  • 先听后发,边听边发,冲突停发,随机重发

(1)如何随机重发

  • 截断二进制指数退避算法
    • 随机等待一段时间=r倍争用期,其中r是随机数,k是重发次数
    • 当k≤10,在$[0,2^k-1]$随机取一个整数r
    • 当k>10,在$[0,2^10-1]$随机取一个整数r
  • 第10次冲突是随机重发的分水岭
  • 第16次冲突,直接躺平,放弃传帧,报告网络层

(2)最短帧长限制

最短帧长

  • 最短帧长=2*最大单向传播时延*信道带宽。若收到的帧小于最短帧长,视为无效帧
  • 最短帧长=争用期长度*数据传输速率
  • 同样也有最长帧长限制,防止某些节点一直占用信道
  • 以太网规定,最短帧长=64B,最长帧长1518B(包含CRC4字节)

小结

随机访问介质访问控制小结

CSMA/CA协议(Collision Avoidance)

CSMACA协议

  • 适用于无线网络(无线局域网WiFi)
  • 发送方:先听后发,忙则退避
  • 接收方:停止等待协议

1.AP(Access Point)

  • 接入点,也就是你平时连接的无线WiFi热点
  • 校园网=路由器+n台交换机+n*m个AP
  • 漫游:切换WiFi热点的动作
  • 不使用CSMA/CD原因
    • 硬件上很难实现“边听边发,冲突检测”,因为接收信号的强度往往远小于发送信号的强度,且在无线介质上信号强度的动态变化范围很大
    • 存在“隐蔽站”问题,在无线通信中,并非所有站点都能够听见对方。发送节点处没有冲突并不意味着在接收节点处没有冲突。

2.信道预约机制

信道预约机制

小结

CSMACA协议小结

令牌传递协议

令牌帧

  • 包含令牌号,与主机编号对比来确定哪个主机发送数据
  • 若是自己的令牌号但无需传数据,则立即释放此令牌帧并重新生成一个新令牌帧

数据帧

  • 若是该主机发送数据,主机会把令牌帧转化为数据帧,包括令牌号、源地址、目的地址、数据部分、bool已接收
  • 主机收到数据帧后,判断目的地址是否是自己,若不是则传给下一个节点,若是,将数据部分复制一份并把bool已接收设为true
    令牌帧和数据帧

小结

令牌传递协议小结

以太网和IEEE802.3

以太网标准(物理层)

以太网标准

  • 半双工:同一时刻只能单向传输,可以改变方向
  • 全双工:可以双向传输

介质访问控制子层(MAC子层)

MACV2

  • 记忆口诀:662N4,收发协数验
  • 帧长范围:64B-1518B(包含CRC4字节),因此数据部分长度为46B-1500B
  • V2版本的MAC子层就是数据链路层,而IEEE802.3版本的MAC子层上方还有逻辑链路控制子层(LLC)
  • 违规编码:曼彻斯特编码为跳0反跳1看中间,中必变,因此中间不变就违规

帧的传播

帧的传播

  • 冲突域:如果两个节点同时发送数据会导致冲突,则节点组成冲突域
  • 广播域:如果一个节点发送广播帧,可被另一个节点接收,则二者处于广播域

小结

以太网小结

VLAN基本概念与基本原理

大型局域网可能遇到的问题

  • 局域网内任何一个结点发出的广播帧,都会被广播至所有节点。可能出现广播风暴
  • 不安全,局域网内可能会有一些敏感节点被黑客攻击

VLAN(虚拟局域网)

VLAN

  • 可将一个大型局域网分割成若干个较小的VLAN,每个VLAN是一个广播域
  • 需要用支持VLAN功能的以太网交换机实现
  • 每个VLAN对应一个VID
  • 当A发出一个广播帧,则VLAN-10的所有主机都会收到广播帧,而其他VLAN不会

VLAN划分方式

基于接口

基于接口

  • 缺点:当一个主机的接口改变,无法改变映射
  • 交换机2如何判断1发来的广播帧从属于哪个VLAN?

    主机与交换机之间传输的是标准以太网帧,但交换机与交换机之间传输的是802.1Q帧。这个帧会在标准以太网帧中插入4个字节的数据,包含VID
    802.1Q帧

基于MAC地址

基于MAC地址

基于IP地址

基于IP地址

  • 注:这种方式可以让VLAN的范围跨越路由器,让多个局域网的主机组成一个VLAN(需要网络层功能支持)

小结

VLAN小结

无线局域网

(1)有固定基础设施无线局域网

  • 如802.11无线局域网
  • 结点地位不同

(2)无固定基础设施移动自组织网络

  • 如AirDrop,华为分享
  • 所有结点地位相同

802.11无线局域网

(1)一个普通家用路由器的硬件架构

家用路由器

(2)802.11无线局域网的基本概念

无线局域网基本概念

  • 扩展服务集ESS:将多个AP连接到同一个分配系统,组成一个更到服务集
    • 全屋WiFi
  • 漫游:一个移动站从一个基本服务集切换到另一个基本服务集,仍然可以保持通信
    • 丝滑切换WiFi热点

802.11帧的分类

802.11帧的分类

数据帧格式

数据帧格式

小结

无线局域网小结

以太网交换机

1.以太网交换机的自学习功能

  • 主机之间互相知道对方的MAC地址(后续学习)
  • 当主机向另一个主机发送数据时,会先将MAC帧发送给交换机,交换机以(MAC地址,端口号)将发送方的MAC地址放在交换表中,交换机不知道MAC地址(交换表中无对应项),会将MAC帧广播给每一个端口
  • 交换表每个表项有一个有效期,有效期过后自动作废

2.交换机的交换方式

(1)直通式交换方式
  • 仅接收并处理目的地址,直接将收到的帧转发给对应的端口
  • 优点:
    • 转发时延低
  • 缺点:
    • 不适用需要速率匹配、协议转换或差错检测的线路
(2)存储转发交换方式
  • 接收并处理整个帧(差错控制等)
  • 优点:
    • 适用于需要速率匹配、协议转换或差错检测的线路
  • 缺点:
    • 转发时延高

小结

交换机小结

第五章 网络层

数据交换技术

1.电路交换

(1)过程:
  • 建立连接(尝试占用通信资源)
  • 通信(一直占用通信资源)
  • 释放连接(归还通信资源)

电路交换的过程

(2)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,传输效率高。(更适合低频次、大量传输数据)
(3)缺点:
  • 建立/释放连接,需要额外的时间开销。(计算机往往是突发式传输,往往高频次、少量传输数据)
  • 线路被通信双方独占,利用率低。
  • 线路分配的灵活性差。(若有节点坏了,只能重新建立)
  • 交换节点不支持“差错控制”(无法发现传输过程中发生的数据错误)

2.电报网络

(1)过程:
  • 计算机将控制信息(发送方和接收方)和用户数据(想发送的信息)组合成一个“报文”
  • 计算机将报文发送到交换机,交换机将收到的报文储存在内存中
  • 交换机根据转发表,将报文发送给下一交换机
(2)优点:
  • 通信前不需要建立连接
  • 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)
(3)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
  • 长报文容易报错,重传代价高

3.分组交换(现代计算机采用)

(1)过程:
  • 计算机将用户数据拆分分组
  • 将分组依次通过分组交换机发送(路由器,通过IP地址知道应该向哪里发送)
  • 接收者计算机将所有分组排序,去掉首部,合并成用户数据
    分组交换的过程
(2)优点:
  • 所有报文交换的优点
  • 相对于报文交换,分组交换:
    • 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
    • 分组不容易出错,重传代价低
(3)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

4.“虚电路交换”技术(基于分组交换)

(1)过程:
  • 建立连接(虚拟电路)
  • 通信(分组按序、按已建立好的既定线路发送,通信双方不独占线路)
  • 释放连接

计算机网络复习
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作者
yrg
发布于
2025年1月4日
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