【计网】网络交换技术之电路交换（复习自用，重要2）

复习自用的，处理得比较草率，复习的同学或者想看基础的同学可以看看，大佬的话可以不用浪费时间在我的水文上了

1.电路交换定义

电路交换是一种通信方法，在通信开始之前，源和目的地之间建立一条专用的物理路径（电路）。 这条路径在整个通信过程中保持不变，直到通信结束。 电路交换技术最早用于电话网络，但也可以用于数据通信网络。

前提了解——数据包

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2.电路交换的原理

2.1 呼叫建立阶段

2.1.1 呼叫建立是电路交换的第一步，包括以下步骤：

1.呼叫请求：用户A向交换机发送呼叫请求，包含目标用户B的地址信息。

2.路径选择：交换机根据用户A和用户B的位置，选择一条合适的路径。 这条路径可能会经过多个中间交换机。

3.信令传输：交换机会通过信令系统向每个中间交换机发送连接请求，直到到达目标用户B所在的交换机。

4.接收响应：目标用户B的交换机将连接请求传递给用户B，用户B响应请求，表示愿意建立连接。

• 解释“目标用户B的交换机将连接请求传递给用户B”：目标用户B和用户B是同一个人。这里的意思是：在电路交换过程中，用户B所在的交换机会把连接请求传递给用户B，用户B确认愿意建立连接之后，交换机会把这个确认信息返回给源用户A。

5.确认连接：目标用户B的响应通过信令系统传回源用户A，表示连接已建立。

在这一过程中，信令系统起到了关键作用。信令系统负责在交换机之间传递控制信息，如呼叫请求、连接确认和资源分配等。

2.1.2 大白话理解：呼叫建立阶段（用发快递举例）

1.呼叫请求（用户A发起连接请求）：就像你要给朋友B寄快递，你首先得去快递公司（交换机）提交寄件请求，并告诉快递公司朋友B的地址。

2.路径选择（快递公司选择递送路径）：快递公司会根据朋友B的地址，选择一条最佳的快递路径（可能会经过多个中转站）。

3.信令传输（快递公司通知中转站）：快递公司会通知每个中转站（交换机），需要把这个快递送到朋友B那里。

4.接收响应（朋友B确认接收）：朋友B的所在地的快递分拣站（交换机）会联系朋友B，确认他是否愿意接收这个快递。

5.确认连接（朋友B确认后通知你）：朋友B确认愿意接收快递后，这个确认信息通过快递公司的系统传回给你，表示连接已建立，你可以开始寄送快递了。

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2.2 数据传输阶段

2.2.1 一旦连接建立，数据可以通过预先分配的物理路径进行传输。 数据传输阶段的详细步骤如下：

1. 数据封装

   数据封装是指将数据转换成适合传输的格式。在计算机网络中，这一步骤通常属于数据链路层和网络层的工作。数据封装的详细过程如下：

   1. 添加头部信息：

      1. 源地址（Source Address）：标识数据包的发送方地址。
      2. 目的地址（Destination Address）：标识数据包的接收方地址。
      3. 协议类型（Protocol Type）：指示使用的通信协议类型，如TCP、UDP等。
      4. 序列号（Sequence Number）：标识数据包的顺序，以便在接收方按正确顺序重组数据包。
      5. 时间戳（Timestamp）：记录数据包的发送时间，用于时延计算和同步。

   2. 分割数据：

      1. 将大块数据分割成更小的数据包，以便在网络中传输。每个数据包包含一部分原始数据，以及相应的头部信息。具体的数据分割过程如下：

         • 确定最大传输单元（MTU）：最大传输单元（MTU）是指网络中单个数据包可以传输的最大字节数。不同的网络有不同的MTU值。例如，以太网的标准MTU是1500字节。

         • 分割数据：将大块数据按照MTU的大小分割成多个小数据包。每个数据包的大小通常等于或小于MTU，以确保不会超过网络的传输能力。

         • 添加头部信息：每个数据包在分割后会被添加头部信息，包括源地址、目的地址、协议类型、序列号等。这些头部信息帮助确保数据包在网络中正确传输和重组。

         • 添加校验和：在数据包的尾部添加校验和，用于错误检测，确保数据包在传输过程中没有损坏。

   3. 添加校验和：

      • 在数据包的尾部添加校验和，用于错误检测。校验和是通过对数据包内容进行特定算法计算得出的一个固定长度的值。

2. 数据传输：在路径建立后，数据可以通过预先分配的物理路径进行传输。具体步骤如下：

   1. 传输开始：

      1. 用户A开始通过已建立的路径发送数据包。数据包通过路径上的每个中间交换机传输，直到到达目标用户B。

   2. 中间节点处理：

      1. 接收数据包：中间交换机接收到数据包。
      2. 存储与转发：中间交换机将数据包存储在缓冲区中，进行错误检查和路径选择，然后将数据包转发到下一个节点。

   3. 错误检查：

      1. 中间交换机对数据包进行错误检查，使用校验和等机制确保数据包没有损坏。如果数据包有错误，中间交换机可以丢弃数据包或请求重新发送。

   4. 继续传输：

      • 数据包经过多个中间节点后，最终到达目标用户B所在的交换机。

整个数据传输过程是连续和不间断的，传输速率是固定的，路径中的所有资源（如带宽）都是专用的。

2.2.2 大白话理解：数据传输（用发快递举例）

1. 数据封装（打包快递）：

   • 就像你要寄一个包裹，你需要把包裹装进盒子里（封装成数据包），在盒子上写上寄件人地址（源地址）和收件人地址（目的地址）。

2. 传输介质（运输过程）：

   • 快递员通过公路、铁路或航空（传输介质）把包裹从一个地方运送到另一个地方。

3. 信号放大（中转站的处理）：

   • 在长距离运输过程中，中转站（放大器或中继器）会对包裹进行检查和处理，确保包裹完好无损，继续运送。

4. 解封装（拆包）：

   • 朋友B收到包裹后，拆开盒子（解封装），取出里面的物品（原始数据）。

5. 注意：

   • 通信过程中线路是固定的

     在电路交换过程中，当两部电话（或其他通信设备）开始通话时，交换机会在这两部电话之间建立一条专用的物理路径（电路）。这条路径在整个通话过程中保持不变，直到通话结束。这意味着在通话过程中，这条线路是专用于这两个通信节点的，其他节点不能使用这条线路。

   •  通信结束后线路可以被重新使用

     当通话结束后，通信线路上的资源会被释放。这意味着这条线路不再专属于之前的两个通信节点，可以被其他节点用来建立新的通信路径。换句话说，线路是可以重复使用的，但在同一时间只能被一对通信节点占用。

   • 虚拟的可重建线路

     在现代通信网络中，尤其是数据网络中，通信线路可以是虚拟的。这种虚拟线路通过交换机或路由器的配置来实现，可以动态分配和释放。这意味着在通信结束后，虚拟线路可以被重新配置，用于其他通信节点。

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2.3 呼叫终止阶段

当通信结束之后，之前为这次通信预留的资源（比如带宽、线路）需要释放，以便其他通信可以使用这些资源。呼叫终止阶段的详细步骤如下：

1. 终止请求：源设备向交换机发送呼叫终止请求。
2. 路径释放：交换机通过信令系统向所有中间交换机发送终止信号，释放路径上的资源。解释“当通信结束时，需要释放路径上的资源。这句话的意思是，当通信结束之后，之前为这次通信预留的资源（比如带宽、线路）需要释放，以便其他通信可以使用这些资源。
3. 确认释放：中间交换机确认资源已释放，并将确认信号传回源设备。

扩：为什么要释放？

通信结束后，如果不释放资源，这些资源会一直被占用，导致其他用户无法使用这些资源。这就像你打完电话后需要挂断电话，否则线路会一直占用，其他人无法拨打电话。

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3.电路交换的作用

电路交换的主要作用是提供一种高质量、低延迟的通信方式，适用于实时通信（如语音通话和视频会议）。 它保证了在通信过程中，数据传输的连续性和稳定性。

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4.电路交换的优缺点

4.1 优点

1. 连续性和稳定性：由于路径在通信过程中保持不变，数据传输具有连续性和稳定性，适用于实时通信（如语音通话）。
2. 低延迟：由于路径是预先建立的，数据传输时没有路由选择的延迟。
3. 高质量通信：专用的物理路径保证了通信的高质量，没有数据丢失和重传的问题。

4.2 缺点

1. 资源利用率低：即使在没有数据传输时，路径上的资源也被占用，导致资源利用率低。
2. 建立时间长：呼叫建立过程需要一定时间，不适用于短时、突发的数据传输。
3. 灵活性差：一旦路径建立，无法动态调整，适应网络变化的能力差。
4. 成本高：需要大量的物理资源（如线路和交换设备），建设和维护成本高。

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5.电路交换的特点

1. 专用路径：通信过程中，源和目的地之间有一条专用的物理路径。
2. 连续传输：数据传输是连续和不间断的，适用于实时通信。
3. 固定带宽：路径上的带宽是固定的，不会受到其他通信的影响。
4. 高质量服务：由于没有数据丢失和重传的问题，通信质量高。

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6.电路交换的应用

电路交换主要应用于以下场景：

1. 传统电话网络：电路交换最早用于电话网络，提供高质量的语音通话服务。
2. 专用数据通信网络：某些专用数据通信网络，如早期的专线网络，也使用电路交换技术。
3. 实时通信：适用于需要高质量、低延迟的实时通信场景，如视频会议和实时音频通信。
4. 军事和应急通信：在军事和应急通信中，电路交换可以提供稳定和可靠的通信服务。