第一章第三节 网络核心的数据交换
在学习了网络边缘之后，我们深入研究网络核心，本节对在网状网络中的数据交换进行介绍。
Outline
Notes
## 数据交换
- 若任意两个主机之间需要建立通信，最简单的想法就是在两个主机之间建立链路，若有n个主机，则需要O(n2)条链路，这在技术和经济上都是不可行的，故引入交换设备，实现主机之间的动态链接；
- 为了保证连通性，我们还可以将交换设备相连接构成交换网络
- 数据交换可以具体实现以下功能：
- 交换设备能动态地分发匹配端口线路（动态转接）
- 动态分配传输资源
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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 swiitching）。
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电路交换网络中，沿着端系统通信路径，为端系统之间通信所提供的资源在通信会话期间会被预留。例子有电话网络。
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分组交换网络中，这些资源不被预留。例子有因特网网络。（报文交换包括在内）
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## 电路交换
- 典型代表：电话网络
- 三个阶段：建立链接，通信，释放链接
- 特点：资源独占，不能被第三方使用
- 多个链路之间通过多路复用技术共享 中继线（多条链路共用的部分，如下图红蓝重叠部分）
## 多路复用技术
- 多路复用即一个信道传输多路信号，通过复用器和分用器实现“共享信道”
- 基本原理：
- 将链路/网络资源划分成“资源片”
- 将资源片分配给各路“建立链接”
- 每路呼叫独占分配到的资源片进行通信
- 资源片可能被闲置
- 分类：
- 频分多路复用（Frequency division multiplexing——FDM）
- 时分多路复用（Time division multiplexing——TDM）
- 波分多路复用（Wavelength division multiplexing——WDM）
- 码分多路复用（Code division multiplexing——CDM）
【频分多路复用】
- 按频率分成多个互不干扰的子频带，频带的宽度称为带宽
- 各用户占用不同的带宽资源，用户在分配到一定的频带之后，在通信过程中自始至终占用这个频带
【时分多路复用】
- 原理：时分复用是将时间划分为一段等长的时分复用帧（TDM帧），每个用户在每个TMD帧中占用固定序号的时隙。
- 特点：每用户所占用的时隙是周期性出现的（周期为TMD帧长度）。
- 实质：时分复用的所有用户是在不同的时间占用相同的频带宽度。
【波分多路复用】
- 波分复用就是光的频分复用，按照波长的不同进行分离
- 波分复用模型
- 波分多路复用示意图
【码分多路复用】
- 应用背景：码分多路复用广泛应用于无线通信网络，如卫星通信
- 原理：为每个用户分配一个唯一的码片序列（chipping sequence），其中“0”用“-1”表示、“1”用“+1”表示。各用户使用相同频率载波，利用各自码片序列编码数据。
- 编码信号=(原始数据)×(码片序列)
- 如发送比特1（+1），则发送自己的mbit码片序列
- 如发送比特0（-1），则发送该码片序列的mbit码片序列的反码
- 各用户码片序列相互正交(orthogonal)
- 解码：将码片序列与编码信号做内积
一个小栗子：
## 分组交换
- 应用发送信息的整体为一个报文，报文能够包含协议设计者需要的任何东西，可以包含控制功能，也可以包含数据。
- 分组：报文分拆出来的一系列相对较小的数据包，报文位置变成头文件
，构成完整分组； - 分组交换需要报文的拆分与重组，产生额外的开销。
- 在源和目的之间，每个分组通过通信链路和分组交换机（路由器或链路层交换机）传送。
- 存储转发传输机制：在交换机能够开始向输出链路传输该分组的第一个比特之前，必须接收到整个分组
- 报文以完整的“报文”进行“存储-转发”
- 分组交换以较小的“分组”进行存储转发
- 分组的包里面有目的地址，路由器有一个转发表，记录着转发地址应该转到哪个路由器去