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电路交换网络如何共享中继线？——多路复用（Multiplexing）
数据交换
·直接相连
有N台主机时，有N(N-1)/2条线路，在经济和技术上均困难
·交换设备
各主机连接到交换设备，交换设备完成数据交换。多台交换设备相互连接，构成了交换网络
数据交换类型
电路交换
报文交换
分组交换
电路交换
最典型电路交换网络：电话网络
电路交换的三个阶段：
建立连接（呼叫/电路建立）
通信
释放连接（拆除电路）
独占资源
正在用的不能被第三方占用，释放之后才可以
Q：电路交换网络中，每条电路独占其经过的物理链路。错
电路交换网络如何共享中继线？——多路复用（Multiplexing）
·多路复用，简称复用，是通信技术中的基本概念，链路/网络资源（如带宽）划分为“资源片”
·将资源片分配给各路叫“呼叫”（calls）
·每路呼叫独占分配到的资源片进行通信
·资源片可能“闲置”（idle）（无共享）
典型多路复用方法
频分多路复用（FDM）
时分多路复用（TDM）
波分多路复用（WDM）
码分多路复用（CDM）
频分多路复用（FDM）
·频分多路复用的各用户占用不同的带宽资源（这里的带宽是频率带宽，单位Hz，而不是数据的发送速率）
·用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带
例：四种颜色代表四个用户
时分多路复用（TDM）
·将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧），每个用户在每个TDM帧中占用固定序号的时隙
·每用户所占用的时隙是周期性出现的（其周期就是TDM帧的长度）
·时分复用的所有用户在不同的时间占用相同的频带宽度
波分多路复用（WDM）
·波分复用就是光的频分复用（WDM实质是FDM）
码分多路复用（CDM）
·广泛应用于无线链路共享（如蜂窝网、卫星通信等）
·每个用户分配一个唯一的m bit码片序列（chipping sequence），其中0用-1表示，1用+1表示，例如：
S站的码片序列：(-1 -1 -1 +1 +1 -1 +1 +1)
·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m bit 码片序列
如：发送比特0（-1），则发送该码片序列的m bit码片序列的反码
·各用户码片序列相互正交（orthogonal）
单个用户：
多个用户：
报文交换
·报文：源（应用）发送信息整体
比如：一个文件
分组交换
·分组：报文分拆出来的一系列相对较小的数据包
·分组交换需要报文的拆分与重组
·产生额外的开销
分组的头中包含地址等信息
存储-转发
·报文交换和分组交换均采用存储-转发交换方式
·区别：
报文交换以完整报文进行
分组交换以较小的分组进行
哪种交换方式更好？
分组交换：传输延迟
发送主机：
·接收应用报文（消息）
·拆分为较小长度为L bits的分组（packets）
·在传输速率为R的链路上传输分组
分组传输延迟（时延）（delay）=L(bits)/R(bits/sec)
分组交换vs报文交换
报文交换：
报文长度为M bits
链路带宽为R bps
每次传输报文需要M/R秒
分组交换：
报文被拆分成多个分组
分组长度为L bits
每个分组传输时延为L/R秒
例：(只考虑传输延迟）
M=7.5Mbits L=1500bits(M=5000L) R=1.5Mbps
报文交换：
7.5/1.5=5s
5+5+5=15s
路由器至少要7.5M的缓存
分组交换：
L/R=1500/(1.5×10^6)=1ms 经过1ms，第一个分组到达第一个路由器
第一个分组向第二个路由器传输的同时，第二个分组向第一个路由器传输，1ms后第一个分组到达第二个路由器，第二个分组到达第一个路由器
……
总计5002ms=5.002s
路由器至少需要1500bit缓存
分组交换的报文交付时间
报文：M bits
链路带宽（数据传输速率）：R bps
分组长度（大小）：L bits
跳步数：h
路由器数：n=h-1
T=M/R+(h-1)L/R=M/R+nL/R
分组交换vs电路交换
分组交换绝对优于电路交换？否
分组交换更适用于突发数据传输网络
资源充分共享
简单、无需呼叫建立
可能产生拥堵（congestion）：分组延迟和丢失
需要协议处理可靠数据传输和拥堵控制
Q：如何提供电路级性能保障？
例如，音/视频应用所需的带宽保障
各方式优缺点
电路交换：
优点
① 传输时延特别小
② 双方物理链路一旦建立，随时通信，实时性强
③ 数据传输正确性强
缺点
a. 电路交换平均建立时间对计算机通信来说长
b. 物理通路被通信双方独占，信道利用率低
c. 难以进行差错控制
报文交换
优点
① 不存在连接建立时延，随时发送报文
② 采用存储转发的传输方式，使路径多选择性，提高传输可靠性；便于不同类型，不同规格计算机之间进行通信；提供多目标服务；允许建立数据传输优先级
③ 提高了通信线路的利用率
缺点
a. 转发时延大，实时性差
b. 只适用于数字信号
c. 需要网络结点有大的缓冲区储存整个报文，增加时延
分组交换
优点
① 加速了传输速度，时延相比报文传输减小
② 简化了存储管理
③ 减小了出错几率和重发数据量
④ 更适用于优先级策略
缺点
a. 节点交换机需要有很强的处理能力
b. 传送信息量增多，降低了通信效率，增加了处理时间