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  • 如果两台主机需要通信话,最直接方法是使用通信链路连接任意一对主机,这会导致 N2N^2N2 链路问题,在成本和技术方面都是不可行;如果将每台主机与一台交换设备相连,这样每台主机仅需要一条链路,交换设备...

    数据交换

    网络核心解决的基本问题:通过数据交换来实现数据从源主机通过网络核心送达目的主机。

    为什么需要数据交换?如果两台主机需要通信的话,最直接的方法是使用通信链路连接任意一对主机,这会导致 N2N^2 链路问题,在成本和技术方面都是不可行的;如果将每台主机与一台交换设备相连,这样每台主机仅需要一条链路,交换设备可以实现这些主机之间的数据转发,但局限于网络规模及主机间的距离;为了保证连通性并且适应不同的网络规模,于是将交换设备互连在一起形成交换网络,主机与交换网络中的某台交换设备相连,交换网络负责将数据转发至目的主机。
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    数据交换从技术分类上来看,可以大致分为三大类: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
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    电路交换的三个阶段:
    (1)建立连接(呼叫、电路建立)
    (2)通信
    (3)释放连接(拆除电路)

    电路交换在通信过程中最显著的特点是资源独占,通信连接通过多路复用技术(Multiplexing)来共享中继线,因此电路交换网络才能够同时进行多路通信。

    多路复用技术

    多路复用(Multiplexing),简称复用,将链路、网络资源(如带宽)划分为“资源片”,将资源片分配给各路通信,每路通信独占其分配到的资源片进行通信。
    也就是说资源独占其实是多路复用技术的特点,电路交换网络由于采用了多路复用技术,所以也具有资源独占的特点。
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    缺点:由于资源片被独占,当建立的连接不使用该资源传输数据时,这样的资源片被闲置(idle)。

    典型的多路复用技术:频分多路复用、时分多路复用、波分多路复用、码分多路复用。

    频分多路复用 FDM

    频分多路复用(Frequency-division multiplexing,FDM),是指载波带宽被划分为多种不同频带的子信道,每个子信道可以并行传送一路信号的一种多路复用技术(共享时间)
    用户在分配到一定的频带后,在通信过程中始终都占用这个频带,例如下图中四个不同颜色代表四个用户所占用的频带。
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    时分多路复用 TDM

    时间域被分成周期循环的等长的时分复用帧(TDM 帧),每个用户在每个 TDM 帧中占用固定序号的时隙,每个用户所占用的时隙是周期性出现(其周期就是 TDM 帧的长度)。
    时分多路复用的所有用户是在不同的时间占用相同的频带宽度(共享信道的频率)
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    波分多路复用 WDM

    波分复用就是光的频分复用,波分复用的实质就是频分复用。

    码分多路复用 CDM

    CDM 与 FDM(频分多路复用)和 TDM(时分多路复用)不同,它划分编码空间,它既共享信道的频率,也共享时间,是一种真正的动态复用技术。码分多路复用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 mm 比特码片序列(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):

    • 发送比特 1(+1) 时站点就发送码片序列;
    • 发送比特 0(-1) 时就发送码片序列的反码。

    当两个或多个用户同时发送时,各路数据在信道中被线性相加。为了从信道中分离出各路信号,要求各用户的码片序列是相互正交的,即对任意两个用户的码片序列 Si,SjS_i,S_j,应满足:
    1mSiSj={1,i=j0,ij           1mSiSj={1,i=j0,ij \frac{1}{m}S_i \cdot S_j = \left\{ \begin{array}{ll} 1, & i=j \\ 0, & i \neq j \end{array} \right. \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \frac{1}{m}S_i \cdot \overline{S_j} = \left\{ \begin{array}{ll} -1, & i=j \\ 0, & i \neq j \end{array} \right. 其中 Sj\overline{S_j} 是码片序列 SjS_j 的反码。

    {di}\{d_i\} 为发送的原始数据序列,各用户的叠加向量为:
    P=i=1NdiSi P=\sum_{i=1}^{N}d_i \cdot S_i 接收用户利用发送用户的码片序列与信道中的叠加向量进行内积运算,就可以得到对应用户发送的数据(解码):
    1mSiP={1,SiP1SiP0,Si,SiP \frac{1}{m}S_i \cdot P= \left\{ \begin{array}{ll} 1, & S_i \in P \\ -1 & \overline{S_i} \in P \\ 0, & S_i,\overline{S_i} \notin P \end{array} \right. 举例:
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    报文交换

    报文指源主机(应用)发送的信息整体,如一个文件,报文整个地发送,一次一跳,报文交换是分组交换的前身

    每一个结点接收整个报文,检查目标结点地址,然后根据网络中的交通情况在适当的时候转发到下一个结点。经过多次的存储——转发,最后到达目标,因而这样的网络叫存储——转发网络。其中的交换结点要有足够大的存储空间(一般是磁盘),用以缓冲收到的长报文
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    分组交换

    分组:报文分拆出来的一序列相对较小的数据包,在拆分出的原始数据加上头部信息形成一个分组。因此,分组交换需要报文的拆分(源主机处)和重组(目的主机处),也会产生额外开销。

    分组交换采用的是统计多路复用(Statistical Multiplexing)各用户所占用的共享链路带宽并不是事先分配好的,而是采用动态分配带宽的方式:对于分组队列中的每一个分组,都是使用链路的全部带宽进行传输;但从统计角度来说,如果某用户发送的数据多,那么它所占用的共享链路带宽也要多,即按需共享链路
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    分组交换与报文交换都采用了存储-转发交换方式:

    • 报文交换以完整报文进行“存储-转发”
    • 分组交换以较小的分组进行“存储转发”
    • 分组交换中的交换节点(路由器)大部分时间可以并行地转发分组,而报文交换只能串行转发报文,且分组交换交换节点所需的缓冲空间要小于报文交换,从这点来看,分组交换要优于报文交换。

    分组交换与电路交换

    • 电路交换采用 FDM、TDM 等多路复用技术,而分组交换采用的是统计多路复用。
    • 分组交换允许更多用户同时使用网络,网络资源充分共享,因此分组交换适用于突发数据传输网络。
    • 分组交换无需呼叫建立、拆除,技术相对简单。
    • 分组交换可能产生拥塞:分组延迟和丢失,需要协议处理可靠数据传输和拥塞控制。
    • 电路交换是面向语音实时交互通信提出的,在分组交换网络中实现电路级性能保障还有很多问题需要解决。
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  • 第一章 数据通信基础 ...问答题 5:在以太网技术发展过程中,早期共享式以太网相比以太网交换机有哪些缺陷? 问答题 6:ARP 作用是什么? 问答题 7:某公司被分配了一个 C 类网段 192.168.100.0/24,根据公司需求将每

    第一章 数据通信基础

    问答题 1:一个完整的数据通信系统由五元组构成,其中五元组由哪些组成?
    问答题 2:数据链路层由 MAC 和 LLC 两个子层构成,这两个子层分别实现什么功能?
    问答题 3:当分组在源端从高层传递到低层时,将会做什么操作?
    问答题 4:TCP 通过什么机制来保证传输的可靠性?
    问答题 5:在以太网技术发展过程中,早期共享式以太网相比以太网交换机有哪些缺陷?
    问答题 6:ARP 的作用是什么?
    问答题 7:某公司被分配了一个 C 类网段 192.168.100.0/24,根据公司需求将每个部门的 IP 规划在一个广播域内,共分设计部、研发部、市场部、行政部 4 个部门,每个部门要求有 50以上可用 IP,请根据需求规划网段。

    答案

    问答题1:数据通信五元组指的是数据的发送方、接收方、数据报文、传输介质和协议五个要素。
    问答题2:MAC子层面向物理层负责介质访问,包括定义物理地址、线路规范,提供差错检测、流量控制等功能。LLC子层则面向上层网络层,提供不同的数据封装。
    问答题3:分组在源端从高层到低层会做数据封装的操作,在传输层加上传输层报头,在网络层加上相应的网络层报头,譬如IP头部信息,在数据链路层加上帧头部和帧校验尾部。
    问答题4:TCP通过数据的确认与重传机制来保证传输可靠性。
    问答题5:早期共享式以太网存在三项重大缺陷,包括网络冲突导致的带宽利用率低,广播报文泛滥,网络安全性差。
    问答题6:ARP协议的作用是将IP地址解析成相应的MAC地址。
    问答题7:已知需求是四个部门需单独划分广播域,即需要划分四个子网。向主机位借两位就足以划分四个子网(两位子网位可有00,01,10,11四种不同变化,即四个子网),尚余6位主机位,2的6次方为64,满足每个子网50台主机的需求。因此网段规划如下,部门1分配网段192.168.100.0/26(有效地址为192.168.100.1-192.168.100.62),部门2分配网段192.168.100.64/26(有效地址为192.168.100.65-192.168.100.126),部门3分配网段192.168.100.128/26(有效地址为192.168.100.129-192.168.100.190),部门4分配网段192.168.100.192/26(有效地址为192.168.100.193-192.168.100.254)。

    第二章 数据链路层技术及应用

    问答题 1:VLAN TAG 是在 ISO/OSI 参考模型的哪一层实现的?
    问答题 2:请简单描述 GVRP 所实现的功能。
    问答题 3:为了实现 VLAN 间路由的功能,需要在三层交换机 VLAN 接口上配置哪些参数?
    问答题 4:生成树协议的产生主要是为了解决何种技术问题?
    问答题 5:请描述在运行 STP 的设备上端口状态变化的过程。
    问答题 6:启用了 STP 的交换机,它的一个端口从 Learning 状态转到 Forwarding 状态要经历一个 Forward Delay,默认这个 Forward Delay 的间隔时间是多少?
    问答题 7:简述 VRRP 协议的工作原理及工作场景。
    问答题 8:VRRP 协议的主备关系是如何选举出来的?

    答案

    问答题1:VLAN TAG是在TCP/IP模型的第二层数据链路层实现的。
    问答题2:GVRP可以实现VLAN的动态注册,使得交换机之间可以互相交换VLAN配置信息,提供了交换机上VLAN的动态管理。
    问答题3:为了实现VLAN间路由的功能,需要在三层VLAN接口上配置VLANIF接口IP。
    问答题4:生成树协议解决了二层网络中环路的问题。
    问答题5:初始化端口状态为Disabled,该状态不进行任何操作,端口正常启用后过渡到Listening状态,经过计算,端口若为预备端口,则过渡到Blocking状态,若为根端口或指定端口则过渡到Learning状态,等待一个时间周期后从Learning 过渡到Forwarding可以正常转发数据。
    问答题6:一个Forwarding Delay的时间间隔是15s。
    问答题7:VRRP提供了在多网关场景下网关的保护,通过将一组网关设备组合成一个虚拟网关,并将网络内主机的默认网关指向虚拟网管IP的方式,实现终端设备自动在多个物理网关间选路,并提供网络故障情况下主备网关的快速保护倒换。
    问答题8:VRRP的主备关系选举原则首先比较VRRP优先级,若优先级相同IP地址大的成为主设备。

    第3章 网络层路由交换技术

    问答题 1:路由表由哪几个要素组成?
    问答题 2:什么是等价路由?等价路由的负载分担方式有哪些?
    问答题 3:静态路由相比动态路由协议有哪些缺陷和忧点?
    问答题 4:RIPv1 和 RIPv2 的不同点有哪些?
    问答题 5:距离矢量协议常用的防环机制有哪些?
    问答题 6:OSPF 协议报文类型有哪些?每种报文的作用是什么?
    问答题 7:请描述链路状态算法计算最忧路由的过程。
    问答题 8:在 IS-IS 协议中,NET 实体地址由哪些组成部分?
    问答题 9:在 IS-IS 协议中,ATT 位的作用是什么?若设置位为 1,表示什么含义?
    问答题 10:请描述基本 ACL 与扩展 ACL 各自的应用场景。

    答案

    问答题1:路由表由目的前缀/掩码、协议字段、优先级字段、开销字段、下一跳字段和出接口字段6个要素组成。
    问答题2:当去往同一目的网段的两条或两条以上的路由,协议优先级一致,开销也一致,则认为这些路由是等价的,等价路由可以实现负载分担,负载分担方式有逐包与逐流两种方式。
    问答题3:静态路由相比动态路由协议配置方式简单,但若在网络规模较大、需要路由条目较多的情况下,静态路由需要管理员手工配置,工作量较大因此不适用。而且,在网络拓扑变动的时候,静态路由不够灵活,无法自己进行路由的更新,需要管理员手工修改。
    问答题4:RIPv1是有类路由协议,RIPv2是无类路由协议。RIPv1采用广播更新协议报文,RIPv2采用广播或组播,RIPv1采用周期更新,RIPV2采用周期+触发更新,RIPv1不支持认证,RIPv2支持明文和MD5密文认证。
    问答题5:距离矢量协议常用的防环机制有水平分割、毒性反转、抑制时间、触发更新等。
    问答题6:OSPF协议报文类型有五种,分别是HELLO报文,用来建立和维护OSPF的邻居关系。DD报文,用来向邻居更新自己LSDB中所有LSA摘要信息。LSR报文,用来向邻居请求某些LSA头部的详细信息。LSU报文,用来应答LSR报文,其中包含了邻居所请求的LSA的详细信息。LSACK报文,用来应答LSU报文,表示确认收到了LSU。
    问答题7:链路状态算法计算最优路由的过程第一步是建立相邻路由器间的邻居与邻接关系,第二步是泛洪链路状态信息并且收集邻居向自己泛洪的链路状态信息,第三步以自己本路由器为根节点运行SPF算法算出最短路径树,把去往目的网段最优路由存放到路由表中。
    问答题8:IS-IS协议中的NET地址由AREA ID、SYSTEM ID与NSEL三个字段组成。
    问答题9:IS-IS中ATT比特位被置位为1,表示该L-1-2路由器可以通往外部,会生成一条默认路由向自己本区域内L1路由器泛洪。
    问答题10:基本ACL只能基于源地址过滤,扩展ACL可以基于源、目的、协议等参数实现过滤

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  • 路由交换技术

    2020-11-06 10:55:29
    路由交换技术第一章1. 常见设备1.1 交换机1.2 路由器2. 路由器与交换机联系与区别 1. 常见设备 1.1 交换机 功能: 交换机一个接口连接一台终端用户设备,同一个路由器连接所有设备构成一个LAN,LAN内设备可以...

    1. 常见设备

    1.1 交换机

    功能:
    交换机及其功能
    交换机的一个接口连接一台终端用户设备,同一个路由器连接的所有设备构成一个LAN,LAN内的设备可以实现网络互通,并且构成一个广播域,发出的信息所有设备都会收到。交换机整机是一个广播域

    1.2 路由器

    功能:

    路由器及其功能
    路由器的每个接口连接一个LAN,要求两个接口连接的不是同一网段(路由器两个接口配同一个网段ip地址会报错),因此具有隔绝广播的功能。路由器一个接口就是一个广播域

    2. 路由器与交换机联系与区别

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  • 103数据交换技术

    2020-02-23 21:05:23
    常见的数据交换技术包括电路交换、报文交换、分组交换。 电路交换 在电路交换网络中,首先需要通过中间交换结点为两台主机之间建立一条专用的通信线路,称为电路,然后再利用该电路进行通信,通信结束后再拆除...

     

    数据交换的概念

     

    数据交换是实现在大规模网络核心上进行数据传输的技术基础。

    常见的数据交换技术包括电路交换、报文交换、分组交换。

     

    电路交换

    在电路交换网络中,首先需要通过中间交换结点为两台主机之间建立一条专用的通信线路,称为电路,然后再利用该电路进行通信,通信结束后再拆除电路。

    电路交换的优点是实时性高,时延和时延抖动都较小;缺点是对于突发性数据传输,信道利用率低,且传输速率单一。

     

     

    报文交换

    以报文为单位在交换网络的各结点之间以存储-转发的方式传送

    优点是不需要建立连接;并且只有当报文被转发时才占用相应的信道。缺点是交换结点需要缓冲存储,报文需要排队,增加了延时。总之解决了突发性却满足不了高效性。

    报文交换仅应用于40年代的电报交换技术,没有应用于现代计算机网络。

     

     

    分组交换

    分组交换将一个完整报文分成若干个分组,分组传输过程通常也采用存储-转发交换方式。分组长度的确定需要考虑到延迟时间和误码率

    优点:

    1.交换设备存储容量要求低

    2.交换速度快

    3.可靠传输效率高

    4.更加公平

     

     

    相关计算

     

     设分组长度为L位,其中h位为分组头长度,数据长度为x位。则有x+h=L

     

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