优化分组交换与电路交换时延比较及分组长度优化

在计算机网络课程的课后习题中，我们探讨了两种主要的通信方式：电路交换和分组交换的时延比较。首先，对于电路交换，它的过程包括链路建立、发送报文和报文到达目的地的时间。当报文长度为x bit，经过k段链路，每段链路延迟为d秒，数据率为C bit/s时，电路交换的总时延为s秒建立时间加上x/C秒发送时间加上kd秒传播时间。 相比之下，分组交换在网络中的时延更复杂，因为数据被分割成等长的分组。每个分组的长度为p bit，经过k段链路，传播时延可以忽略，但每个分组在转发过程中需要额外的时间。如果每个分组交换机的转发时间忽略不计，则分组交换的总时延为x/C（发送时间）加上(k-1)p/C（转发时间）再加上kd（传播时间）。为了使得分组交换的时延小于电路交换，我们需要满足条件(k-1)p/C < s。 在第二个问题中，分组交换网络中，报文长度为x bit，每个分组由数据部分p bit和固定控制信息h bit组成。目标是通过优化分组数据部分p的长度，使得总的发送时延最小。计算表明，最优的p值可以通过设置发送时延和转发时延的函数关于p的导数为零来找到，结果是p = √(hx)/(k-1)。 接着，题目涉及到了信号在不同媒介上的传播速度和数据率的应用，具体到四个不同的网络层次：网卡（10cm）、局域网（100m）、城域网（100km）和广域网（5000km）。当数据率分别为Mb/s和10Gb/s时，通过计算得出传播时延，然后与带宽结合，计算出在这些媒介上传播的比特数。例如，在10cm的网卡上，当数据率为1 Mb/s时，传播的比特数约为0.000435 bit。 这些习题强调了网络通信中的关键概念，如交换方式对时延的影响、数据优化和实际通信环境下的带宽和延迟计算。理解和解决这些问题有助于深入理解计算机网络的工作原理和性能优化策略。