提示：君子可内敛不可懦弱，面不公可起而论之

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2.1.7 数据交换方式

为什么要进行数据交换

两个计算机之间要进行数据交换，就需要链路的连接，当计算机的数目增多时，链路的条数可能也会过多，一个方式就是将主机连接在一个中间设备上，局域网内部就是交换机，广域网就是使用路由器，

数据交换的方式

电路交换

主机A 首先会向离最近的交换设备A发送一个呼叫请求，这个请求就包括源主机A和目的主机B的主机地址，也就是IP地址，主机A就要执行一个路由请求算法，这个算法就是选择合适的路由，选择交换设备B之后，交换设备B同样执行算法来进行路由选择，在数据通信阶段A主机以及B主机都是可以发送数据的，也就是一个全双工的方式，当发送完之后也就进入了第三阶段，释放链接，主机A会先发送一个释放请求，经过相同的路径到达主机B,然后B返回一个释放应答，按照DCBA依次断开连接，

数据传输前，先建立一条专用（双方独占）的物理通信路径，
直通方式传输数据，
电路交换技术的三个阶段（连接建立，数据传输，连接释放）
优点：通信时延小，通信线路双方专用，传输时延非常小，有序传输，双方通信时按发送顺序发送数据，不存在失序问题，没有冲突，不同的通信双方占用不同的信道，适用范围广，可以传输模拟信号，也可以传输数字信号，实时性强，双方的物理通路一旦建立，双方就可以随时通信，控制简单，电路交换的交换设备（交换机）及控制均简单
缺点：建立连接时间长，电路交换的平均连接建立时间对计算机通信来说时间较长，线路独占，使用效率较低，只能供通信双方使用，灵活性差，只要通信双方的任何一点出现故障，就必须重新建立连接，难以规格化，数据的不同类型，不同规格，不同速率的终端很难相互进行通信，也就是难以在通信过程中进行差错控制。无数据存储能力，难以平滑通信量

电路交换的优缺点

优点传输时延小是因为独占线路资源，所以数据是直达的，建立连接时间长是因为主机A发送一个连接请求，主机B还需要进应答，无数据存储能力，难以平滑通信量，这是指电路交换的设备是没有存储能力的，当有大量数据涌入到这些交换设备中的时候，这些交换设备没有办法存储，数据就可能丢失，

报文交换

假如我要给你发送一个文件，一段对话，一个文字，都可以是一个报文，就是单次发送的一个数据块，所以长度是很不确定的，而且是可变的，
数据交换的单位时报文，报文携带有目的地址，源地址信息，报文交换的时候使用存储转发的方式。
优点：无需建立连接，不需要专用的线路，随时可以发送报文，不存在建立连接时延，动态分配线路，当发送方把报文交给交换设备时，交换设备先存储整个报文，然后选择一条合适的空闲线路，将报文发送出去，提高线路的可靠性，如果某条传输路径发生故障，可重新选择另一条路径传输数据，因此提高了传输的可靠性，提高线路的利用率，通信双方不是固定一条通信线路，而是在不同的时间一段一段地部分占用这条物理通道，提供多个目标服务，一个报文可以同时发送给多个目标地址‘
缺点：数据进入交换结点后要经过存储，转发，所以存在转发时延（包括接受报文，检验正确性，排队，发送时间等）
报文交换对报文的大小没有限制，所以网络结点要有较大的缓存空间，现在很少使用，多使用分组交换方式替代。

报文交换的优缺

分组交换

分组交换是目前互联网上常使用的一种方式，在发送源有一个大的数据块，若是不进行切割就是报文交换的方式了，在小的数据块上加上一定的控制信息，这个控制信息就是一定的源地址，目的地址，分组的编号，不同的分组可以走不同的交换设备，这取决于当时的网络状态，到了目的主机之后根据编号进行重组，
采用存储转发的方式，限制了每次传送的数据块的大小上限，把大的数据块划分为合理的小数据块，在加上一些必要的控制信息(源地址，目的地址，编号信息 )，构成分组
网络结点根据控制信息把分组送到下一结点，下一结点收到分组后暂时保存并排队等待传输
根据分组控制信息选择它的下一个结点。直到目的结点
优点：
没有建立时延，不需要为通信双方预先建立一条专用的通信线路，不存在连援建立时延，用户可随时发送分组
线路利用率高，通信双方不是固定占有一条通信线路，而是在不同的时间一段一段地部分占有这条物理通路
简化了存储管理(相对于报文交换）因为分组的长度固定，相应的缓冲区的大小也因定，在交换结点中存储器的管理通常被简化为对缓冲区的管理，相对比较容易
加速传输，分组是逐个传输的，可以使后一个分姐的存储操作与前一个分组的转发操作并 行，这种流水线方式减少了报文的传输时间，传输一个分组所需的缓冲区比传输一次报文所需的缓冲区小，这样因缓冲区不足而等待发送的概率及时间也会少
减少了出错率和重发数据量，分组较短，出错概率减小，重发的数据量也就减少，提高了可靠性，也减少了传输时延
缺点：
存在传输时延
需要额外的信息量，每个小数据块都要加上源地址、目的地址和分阻编号等信息
当分组交换采用数据包服务时，会出现失序，丢失或者重复分组，到达目的地后要对分组进行排序工作

分组交换的优缺点

数据报交换方式的选择

分组交换中，在第一个分组开始转发的时候，第二个分组进行的是存储过程，所以说第一个分组和第二个分组的存储转发是并行的，所以说时延更小，更适合突发式的数据通信，

数据报方式

数据报方式的特点
对于长报文，或者会话式通信可以使用电路交换的方式，

网络层提供无连接服务。发送方可随时发送分组
每个分组有着完整的目的地址
每个分组独立的进行路由选择和转发
不保证分组的有序到达
不保证可靠通信，可靠性由用户来保证
出故障的结点丢失分组，其他分组路径选择不发生变化可以正常传输
由用户主机进行流量控制，不保证数据报的可靠性
分组在交换结点存储转发时，需要排队等候处理，这会带来一定的时延，当通过交换结点的通信量较大或网络发生拥塞时，这种时延会大大增加，交换结点还可根据情况丢弃部分分组
网络具有冗余路径，当某一交换结点或一段链路出现故障时，可相应地更新转发表，导找另一条路径转发分组，对故障的适应能力强，适用于突发性通信，不适于长报文、会话式通信

虚电路方式

虚电路方式就好像电路连接一样先建立一个连接，主机A会发送一个呼叫请求，结点A收到呼叫请求之后，根据路由选择算法选择下一个结点，一直到主机B,若是主机B可以应答，此时就会发送一个对这个请求的应答，在这个建立连接的阶段，这个呼叫请求或者说是应答都是以分组的形式，要包含源主机地址以及目的主机地址的，在数据传输的过程中传输的是分组，是不需要携带目的主机和源主机地址的，因为路径是确定的，分组只能沿着这个路径走，但是多了一个虚电路号用来标识是哪一个电路过来的分组，

虚电路方式的特点

必须建立连接
仅在建立连接阶段使用，每个分组使用长较短的虚电路号
属于同一条虚电路的分组按照同一个路由转发
保证分组的有序到达
可靠性由网络保证
所有经过故障结点的虚电路都不能正常工作
可由分组交换网负责，也可以由用户主机负责

数据报VS虚电路

电路交换方式的优点是传输时延小、通信实时性强，适用于交互式会话类通信;但其缺点是对突发性通信不适应，系统效率低，不具备存储数据的能力，不能平滑网络通信量，不具备差错控制的能力，无法纠正传输过程中发生的数据差错。
报文交换和分组交换都采用存储转发，传送的数据都要经过中间结点的若干存储、转发才能到达目的地，因此传输时延较大。报文交换传送数据长度不固定且较长，分组交换中，要将传送的长报文分割为多个固定有限长度的分组，因此传输时延较报文交换要小。
分组交换在实际应用中又可分为数据报和虚电路两种方式。数据报是面向无连接的，它提供的是一种不可靠的服务，它不保证分组不被丢失，也不保证分组的顺序不变及在多长的时限到达目的主机。但由于每个分组能独立地选择传送路径，当某个结点发生故障时，后续的分组就可另选路径:另外通过高层协议如 TCP 的差错控制和流量控制技术可以保证其传输的可靠性有序性虎电路是面向连接的，它提供的是一种可靠的服务，能保证数据的可靠性和有序性。但是由于所有分组都按同一路由进行转发，一旦虚电路中的某个结点出现故障，它就必须重新建立一条虚电路。因此，对于出错率高的传输系统，易出现结点故障，这项任务就显得相当艰巨。所以，采用数据报方式更合适。
“出错率很高”意思是指出错率要比在早期的广域网中采用的电话网的出错率高很多。电话网的出错率虽然和数字光纤网的出错率相比很高，但实际上还是算较低的，所以早期的广域网大多采用虚电路交换的方案

2.2.1 物理层传输介质

传输介质以及分类

传输媒体只是单纯无脑的传递信号，单纯的作为一个物理通路，而物理层是可以根据电压来区分出这个信号是多少，

双绞线

右手准则若是对应两个相反方向的电流，产生的电磁波是可以相互抵消的，一组铜线它们的电流是相反的，电磁场相互抵消就会减少对相邻导线的影响
最常用的古老传输介质，由两根采用一-定规则并排绞合的相互绝缘的铜导线组成，绞合可以减少对相邻导线的电磁干扰，屏蔽双绞线(STP): 在双较线的外面加上一个由金属丝织成的屏层，非屏蔽双绞线(UTP):无屏蔽层
优点
价格便宜
适用范围广
局域网、传统电话网，模拟传输和数字传榆
传输距离:几千米到致十千米
距离过大
模拟传输使用放大路放大衰减的信号
数字传输使用中继器将失真的信号整形

同轴电缆

同轴电缆的抗干扰性较双绞线要更强一些，广泛用于传输较高速率的数据，传输距离更远，

光纤

利用光导纤维传递光脉冲
利用光的全反射原理在光纤中不断的传输
多模光纤，从不同角度入射的多束光线在一条光纤中传输
单模光纤，光纤的直径减小到仅一个光波长度时，光纤就像一根波导那样，可使光线一直向前传播，而 不会产生多次反射
1传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济
2抗雷电和电磁于扰性能好
3.无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据
4.体积小，重量轻

单模光纤是将光的直径减小到只有一个光的波长，不用过多的反射，造成的损耗少，因此适合于远距离传输

非导向性的传输介质

无线电波
无线电波具有较强的穿选能力，可以传输很长的距离，所以它被广泛应用于通信领城
无线电波使信号向所有方向散播，因此有效距离范围内的接收设备无须对准某个方向，就可与无线电波发射者进行通信连接，简化了通信连接
微波，红外线和激光
相同点:需要发送方和接收方之间存在一条视线通路，有很强的方向性，都沿直线传播，有时统称这三者为视线介质，
不同点：红外通信和激光通信要把传输的信号分别转换为各自的信号格式，即红外光信号和激光信号，再直接在空间中传播，微波遇信的频率高，频段范围宽，载波频率通常为2-40GH,因而通信信道的容量大
微波通信的信号是沿直线传播的，因此在地面的传输有限，超过一定距离后就要用中继站来接力
卫星通信
卫星通信利用地球同步卫星作为中继来转发微波信号，可以克服地面微波通信距离
这三种波，每一个都在固定的频段范围，地面微波接力通信就是地球的各个位置都会有一个中继站，中继站可以对信号进行扭转转发，从而实现几个中继站而达到全球通信的效果，同步卫星就是放在天空上的中继站，基本上三个同步卫星就可以实现全球通信

脑图时刻

中继器

功能: 将数字信号整形并放大再传发出去，消除信号的失真和衰减
原理: 信号再生
优点: 局城网环境下扩大网络规模最简单、最廉价的互联设备
缺点：不能够连接具有两个不闻速率的局城网，中继器出现故障，相邻的两个网段都会产生影响（如果网络设备具有存储转发功能，那么这个设备可以连接两个不同的协议(不同速率的网段）
限制 5-4-3规则的意思是5 指的是最多不超过五个网段，每一个中继器两端连接的是两个网段，四指的是在这五个网段内只有四个物理层设备，只有三个段可以挂计算机，剩下的两个段只能用作扩展通信范围的链路段
与放大器对比
放大器放大的是模拟信号，原理是将衰减信号放大而不是再生

集线器

功能
实质是一个多端口的中继器，也可以对信号进行整形再生，收到信号后，就将信号从其他端口发出，如果有多端口输入，输出时就会发生冲突，数据都无效
优点:扩大网络的传输范围
缺点
不具有定向传送像力
只能工作在半双工状态下
Hub每个端口连接的网络部分是同一个网络的不同网段
不能分割冲突域
多台主机同时交互时会使其工作效率降低
集线器使用的类似于广播的形式，当多个主机发送信息给同一个主机的时候，需要经过集线器，此时就容易发生碰撞，遇到碰撞先停下休息一会，然后在等一个随机的时间发送数据，直到不发生碰撞为止，集线器在一个时钟周期内只能传输一组信息，只能实现一组的通信

第二章总结

首先介绍了概念，主要解决了如何在连接计算机的传输媒体上传输数据bit流，因此物理层的主要任务就是确定与传输媒体有关接口的特性，也就定义了接口上的一些标准，这些特性分为四种 机械特性，电气特性，功能特性，规程特性，主要是电气特性以及功能特性比较容易混淆，信道是一个有方向性的概念，你可以往我这里传你就有一个信道 我可以往你那里传同样也有一个信道，然后产生三种通信方式，单工，半双工，双工，串行和并行的主要区别就是对于一些列的bit是一个个发送还是一次发送多个bit，数字和模拟主要是说这个信号的波形是连续的还是离散的，基带信号就是一个数字信号直接传到信道上去，宽带信号就是把基带信号进行调制，调制成模拟信号在放到模拟信道上进行传输，传输的过程就是宽带传输，编码和调制的主要区别就是看最后是数字信号还是模拟信号

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