三种交换方式：电路交换、分组交换、报文交换

三种交换方式：电路交换、分组交换、报文交换

电路交换

当$n$部电话需要两两相连时，需要$C_n^2=\frac{n(n-1)}{2}$根电线。传统两两相连的方式，当电话数量很多时，电话线也很多，就很不方便。所以要使得每一部电话能够很方便地和另一部电话进行通信，就应该使用一个中间设备将这些电话连接起来，这个中间设备就是电话交换机。

可以把电话交换机简单地看成是一个有多个开关的开关器，可以将需要通信的任意两部电话的电话线路按需接通，从而大大减少了连接的电话线数量。

• 电话交换机接通电话线的方式称为电路交换
• 从通信资源的分配角度来看，交换就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源

电路交换的三个步骤：

• 建立连接（分配通信资源）
• 通话（一直占用通信资源）
• 释放连接（归还通信资源）

为什么当使用电路交换来传送计算机数据时，其线路的传输效率往往很低呢？

这是因为计算机数据是突发式地出现在传输线路上的，所以计算机通常采用的是分组交换，而不是电路交换。

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分组交换

分组交换的特点：高效、灵活、迅速、可靠

分组交换采用存储转发技术。路由器是实现分组交换的关键构件，其任务是转发收到的分组。

报文：通常我们把表示该消息的整块数据称为一个报文。

在发送报文之前，先把较长的报文划分成一个个更小的等长数据段，在每一个数据段前面，加上一些由必要的控制信息组成的首部后，就构成一个分组，也可简称为“包”，相应地，首部也可称为“包头”。分组从源主机到目的主机，可走不同的路径。分组交换收到一个分组后，先将分组暂时存储下来，再检查其首部，按照首部中的目的地址进行查表转发，找到合适的转发接口，通过该接口将分组转发给下一个分组交换机。

添加首部的作用：

分组的首部包含了诸如源地址和目的地址等重要的控制信息。正是由于添加了首部，每一个分组才能在互联网中独立地选择传输路径，并被正确地交付到分组传输的终点。

在本例子中，主机H6将所构造出的各分组依次发送出去，各分组经过途中各分组交换机的存储转发，最终到达主机H2。主机H2收到这些分组后，去掉它们的首部，将各数据段组合还原出原始的报文。

• 发送方：构造分组、发送分组
• 路由器：缓存分组、转发分组（简称为“存储转发”）
• 接收方：接收分组、还原报文

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报文交换

报文交换中的交换结点也采用存储转发方式，但报文交换对报文的大小没有限制，这就要求交换结点需要较大的缓存空间。报文交换主要用于早期的电报通信网，现在较少使用，通常被较先进的分组交换方式所取代。

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三种交换方式的对比

电路交换

• 通信之前首先要建立连接；连接建立好之后，就可以使用已建立好的连接进行数据传送；数据传送后，需释放连接，以归还之前建立连接所占用的通信线路资源。
• 一旦建立连接，中间的各结点交换机就是直通形式的，比特流可以直达终点；

分组交换

• 可以随时发送分组，而不需要事先建立连接。构成原始报文的一个个分组，依次在各结点交换机上存储转发。各结点交换机在发送分组的同时，还缓存接收到的分组。
• 构成原始报文的一个个分组，在各结点交换机上进行存储转发，相比报文交换，减少了转发时延，还可以避免过长的报文长时间占用链路，同时也有利于进行差错控制。

报文交换

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