计算机网络设计原则：分组交换、分层与封装
计算机网络设计原则：分组交换、分层与封装
本文主要介绍了计算机网络中的设计原则，包括分组交换、分层与封装等概念。这些内容对于学习计算机网络或从事相关工作的读者具有较高的参考价值。
分组交换
分组交换概念
分组交换的理念是将我们的数据分割成离散的、自包含的数据块。每个称为数据包的块，携带着足够的信息，使得网络能够将数据包一直传送到其目的地。
对于每个到达的数据包，我们独立地选择其输出链路。如果链路空闲，我们将发送；否则将暂存数据包稍后发送。
以上为源路由，清晰知道每一步，但因为安全问题不采用。现在采用的是：在每个交换机中存储少量状态信息，告诉它将数据包发送到哪个下一跳。例如，交换机可以拥有一个包含目标地址和下一跳的表。当它接收到一个数据包时，会在表中查找地址，并将数据包发送到相应的下一跳。在这种模式下数据包只需携带目标地址。利用这个地址，沿途的每个交换机都能做出正确的决策。
分组交换特性
- 简单的数据包转发
交换机可以为每个数据包做出单独的本地决策，它不需要为已见过的数据包或两个数据包是否发往同一目的地保留额外状态，即使许多数据包属于某个更大的传输或协议的一部分，交换机也不关心。交换机不需要知道某些数据包是 Skype 通话还是网页请求，它只发送数据包。
当我们通信时，通常不会只发送一个数据包，我们称这一系列数据包为一个流。更具体地说，流是同一端到端通信中数据报的集合。交换机也同样并不在意每个流的状态。
交换机同样不关心设备节点的状态，这使它独立于计算机。
- 高效共享链路
例如，一个家庭中的无线路由器，两个人分别用他们的笔记本上网，如果一个人在阅读网页。那么另一个人可以用链路的全速下载文件。一旦下载完成，第一个人就可以使用全速链路。链路不需要因为使用者中的一个没有使用而部分闲置，如果都在使用，那么链路可以在使用者之间共享。
这种将单一资源以概率或统计方式在多个用户之间共享的想法被称为统计复用，每个用户根据其他人的使用情况获得资源。
分层
分层是指将系统组织成多个独立的功能组件或层次的过程。换句话说，每一层只与紧邻的上层和下层有接口，每一层都为上层提供定义明确的服务，这些服务基于下层提供的服务以及自身内部的私有处理。
使功能独立化、模块化、可复用性高，并且每层对等。
封装
封装是将分层和分组交换结合起来的产物。
我们希望将数据分割成称为数据包的独立单元，然而，每个数据包都包含了来自多个层的数据。
例如当你发送一个 TCP 段时，它位于一个IP数据包内，而这个 IP 数据包又位于一个以太网帧中，封装就是实现这一过程的方式。
封装是一种原则，通过它你可以组织数据包中的信息，以便既能保持各层结构，又能共享数据包的内容。
举个例子：
分析其中一个数据包：Ethernet 为WiFi，Ethernet II,为IP，Transmission Control Protocol为TCP，Hypertext Transfer Protocol为HTTP的Get请求。
路由器和交换机
路由器和交换机是计算机网络中常见的两种网络设备，它们在网络通信中起着不同的作用。
路由器(Router)是一种网络层设备，用于连接多个计算机网络，并在这些网络之间传输数据。它能够根据目标地址决定数据包的传输路径，并将数据包从源网络传输到目标网络。路由器通常用于连接广域网(WAN)或局域网(LAN)，并在不同网络之间进行数据路由和转发。
交换机(Switch)是一种用于局域网(LAN)内部的网络设备，用于连接多个计算机和其他络设备，如打印机和服务器。交换机的主要作用是在局域网内部转发数据包。当交换机接收到一个数据包时，它会查看数据包的目标MAC地址，并将数据包转发到与目标地址相关联的端口。与路由器相比，交换机工作在较低的数据链路层，并且不涉及网络地址转换。