【计算机网络】笔记2——三种交换方式：电路交换，分组交换，报文交换

电路交换(Circuit Switching)

• 电话交换机接通电话的方式称为电路交换
• 从通信资源的分配角度看，交换(Switching)就是按照某种动态地分配传输线路的资源
  
• 中继线是许多用户共享的
  
• 电路交换的三个步骤：

1. 建立连接（分配通信资源）
2. 通话（一直占用通信资源）
3. 释放连接（归还通信资源）
   

分组交换(Packet Switching)

在因特网中，最重要的分组交换机就是路由器，它负责将各种网络互连起来，并对接收到的分组进行转发，也就是进行分组交换

路由器：R1 R2 R3 R4 R5，

例如：主机H6要给主机H2发送一条消息，通常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为一个个更小的等长数据段。在每一个数据段前，加上一些由必要的控制信息组成的首部后，就构成了一个分组，也可以简称为包，相应的，首部也可以被称为“包头”。

分组交换机在收到一个分组后，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。

在本例中，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，去掉其它们的首部，将各数据段组合还原出原始报文。

• 总结：
  发送方：构造分组，发送分组
  路由器：缓存分组，转发分组
  接收方：接收分组，还原报文

报文交换

• 与分组交换类似，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有较大的缓存空间。
• 报文交换主要用于早期的电报交换网，现在较少使用，通常被先进的分组交换所取代

三种交换方式的对比

• 电路交换需要事先建立连接，而报文交换和分组交换可以随时发送分组，不需要事先建立连接

• 分组交换相比报文交换，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
  

• 电路交换

• 优点：
  1.通信时延小：通信线路为通信双方用户专用，数据直达，因此时延非常小。在连续传世大量数据时，这一优点十分明显
  2.有序传输：通信双方只有一条专用的通信线路，数据只在这一条线路上传输，因此不存在失序问题
  3.没有冲突：不同的通信双方拥有不同的信道，不会出现争用物理信道的问题
  4.适用范围广：电路交换既适用于传输模拟信号，也试用于传输数字信号
  5.实时性强
  6.控制简单：电路交换的结点交换机及其控制都比较简单

• 缺点：
  1.建立连接时间长
  2.线路独占，使用效率低：电路交换一旦建立连接，物理通路就被通信双方独占，即使通信线路空闲，也不能供其他用户使用
  3.灵活性差：只要连接所建立的物理通路中的任何一点出现了故障，就必须重新拨号，重新建立连接
  4.难以规格化：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

• 报文交换

• 优点
  1.无需建立连接：不存在建立连接的时延，用户可以随时发送报文
  2.动态分配线路：当发送方把报文传送给结点交换机时，结点交换机先存储整个报文，然后选择一条合适的空闲线路，将报文发送出去
  3.提高线路可靠性：如果某条传输路径发生故障，会重新选择另一条路径发送数据，因此提高了传输的可靠性
  4.提高线路利用率：双方不是固定占用一条通讯录，而是在不同的时间段部分占用物理线路。因而大大提高了通信线路的利用率
  5.提供多目标服务：一个报文可以同时发送给多个目的地址

• 缺点
  1.引起了转发时延
  2.需要较大存储缓存空间：报文交换对报文的大小没有限制
  3.需要传输额外的信息量：报文需要携带目标地址、源地址等信息

• 分组交换

• 优点
  1.无需建立连接：不存在建立连接的时延，用户可以随时发送报文
  2.线路利用率高：在不同的时间分段部分占用物理线路
  3.简化了存储管理：分组的长度固定，相应的缓冲区大小也固定，管理起来更容易
  4.加速传输：分组是逐个传输的，这使得 后一个分组的存储操作与前一个分组的转发操作 可以同时进行
  5.减少出错概论和重发数据量：只需重传出错的分组，提高了可靠性，减少了传输时延

• 缺点：
  1.引起了转发时延
  2.需要传输额外的信息量：将原始报文分割成等长的数据块，每个数据块都要加上源地址、目的地址等控制信息，从而构成分组，从而使传送的信息量增大
  3.对于数据报服务，存在失序、丢失或重复分组的问题；对于虚电路服务，存在呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程