电路交换，报文交换与分组交换

（1）电路交换

由于电路交换在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路（由通信双方之间的交换设备和链路逐段连接而成），因而有以下优缺点。  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对计算机通信来说嫌长。  
②电路交换连接建立后，物理通路被通信双方独占，即使通信线路空闲，也不能供其他用户使用，因而信道利用低。  

③电路交换时，数据直达，不同类型、不同规格、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。  

这种通信方式非常适合语音（如打电话）这种对实时性要求高的业务。但不适合数据通信业务，对于两台计算机进行数据通信来说，大多数时间线路是空闲的，由于物理通路被通信是独占的，不能供其他用户使用，因而信道利用低。

（2）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，在交换结点采用存储转发的传输方式，因而有以下优缺点：  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由于数据进入交换结点后要经历存储、转发这一过程，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。  ②报文交换只适用于数字信号。  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。

（3）分组交换

又称为报文分组交换，基于报文交换，将报文划分为更小的数据单位：报文分组（也称为段、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。因此分组交换除了具有报文的优点外，与报文交换相比有以下优缺点。

 优点： 

  ①加速了数据在网络中的传输。因为分组是逐个传输，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报文的传输时间。此外，传输一个分组所需的缓冲区比传输一份报文所需的缓冲区小得多，这样因缓冲区不足而等待发送的机率及等待的时间也必然少得多。  

 ②简化了存储管理。因为分组的长度固定，相应的缓冲区的大小也固定，在交换结点中存储器的管理通常被简化为对缓冲区的管理，相对比较容易。 

 ③减少了出错机率和重发数据量。因为分组较短，其出错机率必然减少，每次重发的数据量也就大大减少，这样不仅提高了可靠性，也减少了传输时延。  

④由于分组短小，更适用于采用优先级策略，便于及时传送一些紧急数据，因此对于计算机之间的突发式的数据通信，分组交换显然更为合适些。

  缺点：   

①尽管分组交换比报文交换的传输时延少，但仍存在存储转发时延，而且其结点交换机必须具有更强的处理能力。  

②分组交换与报文交换一样，每个分组都要加上源、目的地址和分组编号等信息，使传送的信息量大约增大5%～10%，一定程度上降低了通信效率，增加了处理的时间，使控制复杂，时延增加。   

③当分组交换采用数据报服务时，可能出现失序、丢失或重复分组，分组到达目的结点时，要对分组按编号进行排序等工作，增加了麻烦。若采用虚电路服务，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。   

总之，若要传送的数据量很大，且其传送时间远大于呼叫时间，则采用电路交换较为合适；当端到端的通路有很多段的链路组成时，采用分组交换传送数据较为合适。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，尤其适合于计算机之间的突发式的数据通信。 

报文分组中为了控制和管理网络的报文分组流，目前有两种主要方法：数据报和虚电路。

分组交换是在报文交换和线路交换基础上发展起来的技术，它兼有电路交换和报文交换的优点。分组交换采用两种不同的方法来管理被传输的分组流：数据报和虚电路。

数据报（Datagram)：无连接的数据传输,工作过程类似于报文交换。采用数据报方式传输时，被传输的分组称为数据报。当一对站点之间需要传输多个数据报时，由于每个数据报均被独立地传输和路由，因此在网络中可能会走不同的路径，具有不同的时间延迟，按序发送的多个数据报可能以不同的顺序达到终点，但多数都是同顺序的，所以UDP并不对其数据报进行排序，以提高传输速度。

虚电路（Virtual Circuit)：虚电路是面向连接的数据传输，工作过程类似于线路交换，不同之处在于此时的电路是虚拟的。它的传输路径是确定的（但不一直占有，按照确定的传输路径，从一个节点到下一个节点不断的储存转发，直到目的地为止），不存在路由选择和数据包排序的问题。但是需要建立呼叫请求建立线路，由于虚电路的建立和释放需要占用一定的时间，因此虚电路方式不适合站点之间具有频繁连接和交换短小数据的应用

在两个节点或应用进程之间建立起一个逻辑上的连接或虚电路后，就可以在两个节点之间依次发送每一个分组，接受端收到分组的顺序必然与发送端的发送顺序一致，因此接受端无须负责在收集分组后重新进行排序。虚电路协议向高层协议隐藏了将数据分割成段，包或帧的过程。

备注：

面向连接通信：Connection-Oriented Communication就像打电话，一个人首先必须拨号（发出连接请求），等待对方响应，接听电话（建立了连接）后，才能够相互传递信息。通话完成后，还需要挂断电话（断开连接），才算完成了整个通话过程。面向连接就是建立逻辑通信信道，常被称作虚电路（virtual circuit），使用排序、确认、流控等方法保证传输质量。

无连接通信：Connectionless Communication就像写信，你只需填写好收信人的地址信息，然后将信投入邮局，就算完成了任务。此时，邮局会根据收信人的地址信息，将信件送达指定目的地。它不事先建立逻辑信道，而是根据实际情况选择最佳路径，在无连接的通信会话中，每个数据分组是一个在网络上传输的独立单元，称作数据报。 该方法中没有接收方发来的分组接收或未接收的应答，也没有流控制，所以分组可能不按次序到达，接收方如有质量需要，可能对数据报重新排序。

可参考的资料：吴玲达等.计算机通信原理与技术[M].长沙：国防科技大学出版社，2002.352-358.

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