考研408《计算机网络》复习笔记，第二章《网络数据交换形式3大类》

一、三大类数据交换发展

数据传输的发展历史：

有三种方式人们借鉴于作用在网络数据传输上：【电路交换】【报文交换】【分组交换】

1、电路交换

电路交换实现了人们电话通信，使用的是实际物理上的线路连接，各个地方有专门的大型线路连接机器，A想打给B就要先拨号到接线中心，接线员问他打给谁，然后再分配路线连接上B。

主要就三大特点：

1、通信双方必须建立物理意义上的连接
2、短途线路便宜、长途线路贵
3、每条线路独立，因此A跟B通信时会占用线路通信资源（占线），C没办法同时跟B通信，直到A跟B聊完释放通信资源。

电路交换的优点:

以为通信双方是直接建立线路连接。数据直送，传输速率高（电路交换更适用于: 低频次、大量地传输数据）

电路交换的缺点:

必须建立/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（计算机之间数据往往是“突发式”传输，即往往会高频次、少量地传输数据。）
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)

2、报文交换

电报机诞生，数据也诞生一种新的形式————【报文】

报文有两个部分组成：【控制信息】和【用户数据】

【控制信息】表明这个数据是 “谁发给谁？”

【用户数据】就是发送方实际想发给别人的内容

报文转发用到的思想就是————【存储转发】

【存储转发】：把传送的数据单元先存储进中间节点，再根据目的地址转发至下一节点。每个节点拥有内存来存储各个信息

特点：

1、无需建立实际连接！！是一种“存储转发”方式（间接传信息），所以不用连接
2、通信资源不占用，各个线路可以同时传输多个 “报文数据”
3、可以 “控制差错”，每个信息到了一个结点之后，就用 “校验技术” 检查信息的差错
4、报文交换节点还可以控制更灵活的线路分配，那条线路不拥堵、负载少，就走那条

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（比如有的数据2KB，有的20GB，那交换节点内存到底要多大够用？）
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（比如20GB的报文对应更多bit的大小报文，要么检查个半天、要么打回重新传，很麻烦）

3、分组交换

【分组交换】是在【报文交换】的基础上改进，是目前计算机网络一直用的技术

他将一个完整的“不定长”的【报文】的【用户数据】部分，拆分成各个“定长”的【分组】

每个【分组】信息又包含了【首部（也叫“头信息”）】和【数据】，【首部】是各个分组自己的“控制信息”，【数据】就是原报文的用户数据的拆分

特点就是：以“分组”为单位，在各个交换节点之间用“存储方式”进行数据交换、传输，也就是在【报文交换】的基础上优化了“报文不定长”、不方便“存储转发”的问题

分组交换的传输流程大致如下图：

首先将一个完成信息可能拆分成【分组0】【分组1】【分组2】

然后各个【分组交换机】会灵活分配传输路线，比如如果【分组0】【分组1】都走了上面的路线，那么上面路线拥堵了，【分组2】就可以走下面畅通无阻的路线

；

因为下面畅通无阻，所以【分组2】可能优先到达接收方主机，然后是【分组0】【分组1】

；

最后，接收方主机会将乱序到达的【分组2】【分组0】【分组1】根据【分组号】排序好，然后去掉【首部】，最后拼接回一个完整的信息

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)

分组交换的缺点:

相比于报文交换，控制信息占比增加（因为每一个分组信息还有“首部（头信息）”）
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（比如上面例子，分组2提前到达主机，然后才是分组0、分组1，而且这些分组还有可能在中途就丢失、变错了）

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