计算机网络--第一次作业

1、比较电路交换、报文交换和分组报文交换优缺点
电路交换
电路交换是以电路连接为目的的交换方式，通信之前要在通信双方之间建立一条被双方独占的物理通道（由通信双方之间的交换设备和链路逐段连接而成）。
优点：
①由于通信线路为通信双方用户专用，数据直达，所以传输数据的时延非常小
②通信双方之间的物理通路一旦建立，双方可以随时通信，实时性强。
③双方通信时按发送顺序传送数据，不存在失序问题。
④电路交换既适用于传输模拟信号，也适用于传输数字信号。
⑤电路交换的交换设备（交换机等）及控制均较简单。

缺点：
①电路交换的平均连接建立时间较长，如果计算机间进行小数据量的随机突发式通信，那么会有较多的时间浪费在电路的连接和建立上。
②电路交换连接建立后，物理通路被通信双方独占，在通信双方的传输空闲期，线路也不能供其他用户使用，所以信道利用较低。
③电路交换传输时，数据直达，不同规格、不同类型、不同速率的终端很难相互进行通信，也难以在通信过程中进行差错控制。

报文交换
报文交换是以报文为数据交换的单位，报文携带有目标地址、源地址等信息，报文整个地发送，一次一跳，在交换结点采用存储转发的传输方式，即将到达交换机的分组先送到存储器暂时存储和处理，等到相应的输出电路有空闲时再送出。

优点：
①报文交换不需要为通信双方预先建立一条专用的通信线路，不存在连接建立时延，用户可随时发送报文。
②由于采用存储转发的传输方式，使之具有下列优点：
a)在报文交换中便于设置代码检验和数据重发设施，加之交换结点还具有路径选择，就可以做到某条传输路径发生故障时，重新选择另一条路径传输数据，提高了传输的可靠性；
b)在存储转发中容易实现代码转换和速率匹配，甚至收发双方可以不同时处于可用状态。这样就便于类型、规格和速度不同的计算机之间进行通信；
c)提供多目标服务，即一个报文可以同时发送到多个目的地址，这在电路交换中是很难实现的；
d)允许建立数据传输的优先级，使优先级高的报文优先转换。
③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，因而大大提高了通信线路的利用率。

缺点：
①报文交换只适用于数字信号。
②由于数据进入交换结点后要经历存储、转发这一过程，可能需要排队，从而引起转发时延（包括接收报文、检验正确性、排队、发送时间等），而且网络的通信量愈大，造成的时延就愈大，因此报文交换的实时性差，不适合传送实时或交互式业务的数据。
③由于报文长度没有限制，而每个中间结点都要完整地接收传来的整个报文，当输出线路不空闲时，还可能要存储几个完整报文等待转发，要求网络中每个结点有较大的缓冲区。为了降低成本，减少结点的缓冲存储器的容量，有时要把等待转发的报文存在磁盘上，进一步增加了传送时延。

分组交换
基于报文交换，将报文划分为更小的数据单位：报文分组（段、包、分组）。分组交换仍采用存储转发传输方式，但将一个长报文先分割为若干个较短的分组，然后把这些分组（携带源、目的地址和编号信息）逐个地发送出去。

优点：
①分组交换不需要为通信双反预先建立一条专用的通信线路，不存在连接建立时延，用户可随时发送分组。
②由于采用存储转发的传输方式所带来的的和报文转发相似的优点
③通信双方不是固定的占有一条通信线路，而是在不同的时间一段一段地部分占有这条物理通路，因而大大提高了通信线路的利用率。
④加速了数据在网络中的传输。因而分组是逐个传输，可以使后一个分组的存储操作与前一个分组的转发操作并行，这种流水线式传输方式减少了传输时间。
⑤分组长度固定，相应的缓冲区的大小也固定，所以简化了交换节点中存储器的管理。
⑥分组较短，出错几率减少，每次重发的数据量也减少，不仅提高了可靠性，也减少了时延。

缺点：
①分组交换只适用于数字信号。
②分组交换不能通过建立连接来保证通信所需的资源，因而无法保证通信时端到端所需的带宽
③由于数据进入交换节点后要经历存储转发这一过程，可能需要排队，从而引起的转发时延（包括接受分组、检验正确性、排队、发送时间等），而且网络的通信量越大，造成的时延就越大，实时性较差。
④因为分组交换将报文分割，所以可能出现失序，丢失或重复分组的问题，分组到达目的节点时，对分组按编号进行排序等工作，增加处理的复杂度。（即使采用虚电路服务，虽无失序问题，但有呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程。）
总的来说，如果传送的数据量很大，且其传送时间远大于连接建立时间，则采用电路交换较为合适；如果端到端的通路有很多段的链路组成，或者是通信端之间大多是随机突发数据的传送时，采用分组交换传送数据更为合适。从提高整个网络的信道利用率上看，报文交换和分组交换优于电路交换，其中分组交换比报文交换的时延小、灵活性强，特别适合于计算机之间的突发式的数据通信。

2、收发两端距离为5000KM，信号在媒体上传输速率为3*10^8m/s ，发送速率为1000Mbps，不考虑处理延迟和排队延迟情况下，发送1024000MB数据接收端完整接收的理论最快所需时间是多少？

先统一单位：
发送速率 = 1000Mbps = 110^9 bit/s
收发两端距离 = 5000km = 510^6 m
数据量 = 1024000MB = 1024000 * 1024 * 1024 * 8 = 8589934592000 bit

媒体上传输时间 = 510^6 ÷ 3×10^8 = 0.0167s
发送端发送时间 = 8589934592000 ÷ 110^9 = 8,589.9346s
理论最快完整接收时间 = 媒体上传输时间 + 发送端发送时间 = 8,589.9513s

3、试举例说明OFDM、QAM的作用和意义
QAM是一种常用的调制技术，用于在数字通信系统中将数字信号调制为模拟信号，以便在传输介质上传输。它将两个调制信号正交调制到同一个载波上，因此可以通过改变两个调制信号的振幅和相位来编码更多的比特。其作用和意义如下：
①提高数据传输速率： QAM可以通过在相位和振幅上编码数据位来实现更高的数据传输速率，使得在有限的带宽内能传输更多的数据量。
②提高频谱效率：与一些其他调制技术相比，QAM能够更有效地利用频谱资源，实现更高的频谱效率，从而在有限的频谱范围内传输更多的信息。
③抗噪声性能好： QAM对于传输中的噪声有一定的鲁棒性，可以通过适当的调制技术和解调技术来减少传输中的误码率，提高传输的可靠性。
④灵活性强： QAM可以根据具体的应用需求灵活地调整调制阶数，从而在不同的环境下满足不同的传输要求。
⑤广泛应用： QAM被广泛应用于数字通信领域，包括无线通信、有线通信、光纤通信以及各种数据通信系统中，如数字电视、调制解调器、无线局域网等。
因此，QAM作为一种高效的调制技术，在现代通信系统中扮演着关键角色，使得数字信号能够高效地在各种传输介质中传输，并在不同应用场景下实现高速、可靠的数据传输。

OFDM是一种常用的调制技术，主要应用于数字通信中。它将高速数据流分成多个较低速的子流，并将这些子流分配到不重叠的正交子载波上。OFDM的作用和意义如下：
①抗多径衰落： OFDM能够有效应对多径传播引起的信号衰减和干扰。通过将信号分成多个子载波，在接收端可以针对各个子载波的不同衰减情况进行补偿，从而提高信号的传输质量和稳定性。
②提高频谱利用率： OFDM将频谱分成多个窄带子载波，在频域上实现了频谱的有效利用，使得可以在有限的带宽内传输更多的数据量。这样的特性使得OFDM适用于高速数据传输，如数字电视、无线局域网（WLAN）以及其他需要高带宽的通信系统。
③降低传输延迟：通过同时传输多个子载波，OFDM能够减少传输延迟，特别是在大容量数据传输和多媒体传输中，能够保证数据的及时性和实时性，从而提高用户体验。
④抗频率选择性衰落： OFDM能够有效应对频率选择性衰落，使得信号能够更好地通过频率选择性衰落通道，减少信号的失真和衰减，提高通信系统在复杂信道环境下的性能稳定性。
⑤适应不同传输环境： OFDM适用于不同的传输介质，包括无线和有线传输环境，因此在各种通信系统中得到了广泛的应用，如4G和5G移动通信系统、数字广播、数字电视等。
因此，OFDM作为一种关键的调制技术，具有抗干扰能力强、频谱利用率高、传输稳定性好等优点，因此在现代通信领域发挥着重要作用，推动了数字通信技术的发展，并在各种通信应用中取得了显著的成就。
4、利用Wireshark抓取任一次本机与远程服务器通讯过程，能否获取本机及通信对端MAC地址，帧类型及帧长（截图），路由等信息，并求通讯过程中平均RTT和最大时延抖动。

与跨局域网的远程主机通信：
向远程服务器（182.50.15.148）发起一次http请求的过程

可以计算出这次通信中远程服务器三次回复的RTT分别为：
35.1ms、37.6ms、35.1ms

则有：
平均RTT：(35.1+37.6+35.1) / 3 = 35.9 ms
最大时延抖动为：37.6 – 35.1 = 2.5 ms

以第一次向服务器发送TCP同步请求为例：

可以看到：帧类型为IPv4，帧长为66字节

值得注意的是，目的IP地址是远程服务器的地址，但是目的MAC地址是本局域网网关的MAC地址，所以在跨局域网的远程通信中无法获取远程端的MAC地址，数据分组在网络中的传输的过程中，网络设备在转发时会将数据帧的源MAC地址替换为自己的MAC地址，将目的MAC地址替换为路由下一跳网络设备的MAC地址。