物理媒介和分组交换原理

传输媒介分为两大类:

引导型传输媒体

通过固体介质,边界约束实现定向传输,抗干扰能力强,传输距离远,主要双绞线,同轴电缆,光纤.

双绞线

绞合的目的:
抵消电磁干扰
长距离布线需要放大器等设备来补偿信号的衰减,或者用中继器来对失真的信号进行整形.成本低廉

同轴电缆

由多层结构组成的导引型传输媒体
核心结构由4层组成:
1.内导体单股实心铜线或绞合铜线,负责传输电信号
2.绝缘层聚乙烯或发泡聚乙烯,包囊内导体.隔离内外导体,防止短路.
3.外导体屏蔽层金属网状编织层(或单股铜线).抑制外部电磁干扰(EMI),同时减少信号泄露.
4.保护层(外护套)聚氯乙烯(PVC)或聚乙烯(PE).物理保护,抵御机械损伤或环境侵蚀.
特点:共享式传输

光纤

利用光导纤维传递光脉冲来进行通信.

结构组成:
纤芯:光脉冲的传输通道.折射率较高,使光纤在其中发生全反射.
包层:包囊纤芯,折射率低于纤芯.通过全反射原理将光线"困"在纤芯中传输光线从高折射率(纤芯)进入低折射率(包层)时,若入射角大于临界角,光线将完全反射纤芯,实现长距离传输.
核心特点:
1.超高速传输2.超长传输距离3.抗干扰王者4.安全堡垒

非引导型传输媒体

利用电磁波在自由空间中传播信息,适合地理障碍多,布线困难,成本高昂场景.主要利用无线电波,微波等

无线电波

较强穿透能力,可以传输很长距离,应用广泛
LF,MF波段:
地面传输
HF,VHF波段:
依靠电离层的反射再回到地球表面

微波:

UHF
SHF
EHF
通信方式:
地面微波接力:
缺点:多径效应,视距限制
优点:超大容量通道,抗干扰能力强,建设成本低廉,快速部署能力.
卫星通信:
本质:微波接力的空间延伸
优点:全球覆盖能力,距离无关成本,天然中继特性
缺点:传播时延,太阳干扰,初期发射成本高

分组交换

电路交换

电路交换机接通电话线的方式就是电路交换

电路交换进行通信的三个步骤:
建立连接:开始占用通信资源
通话:即传输数据,一直占用通信资源
释放连接:归还通信资源
优点:
资源预留机制
恒定的传输速率
低延迟,高可靠性
连接状态维护
缺点:
资源利用率低
不适合突发性通信
建立连接需要使劲按

采用频分复用或时分复用技术

报文交换

存储转发技术
路由器作为数据的中转站,必须完整接受一个分组的所有比特后,才能开始向下一条链路传输
存储阶段:路由器缓存整个分组,确保数据完整
转发阶段:路由器将完整分组通过出链路发送到下一个节点.

分组交换

故障容错能力
高效资源利用
按需分配带宽

网络拥塞的极端表现:分组丢失

电路交换在静默期会浪费大量网络资源

电路交换的复杂性:信令开销
信令交换:在通信开始前,网络必须通过信令协议协调所有中间节点,为连接分配资源(如FDM的频段或TDM的时隙).
维护成本:每条连接都需要维护状态信息(如路径,资源分配),这对大规模网络来说会显著增加管理开销.
相比之下,分组交换采用"即发即走"模式,无需预先协调,显著降低了网络控制复杂度.