计算机网络：电路、报文与分组交换

1.电路交换

在进行数据传输前，两个结点之间必须先建立一条专用（双方独占）的物理通信路径（由通信双方之间的交换设备和链路逐段连接而成)，该路径可能经过许多中间结点。这一路径在整个数据传输期间一直被独占，直到通信结束后才被释放。因此，电路交换技术分为三个阶段:连接建立、数据传输和连接释放。

电路交换的关键点是：在数据传输的过程中，用户始终占用端到端的固定传输带宽。

优点

1. 通信时延小。

2. 有序传输。

3. 没有冲突。

4. 适用范围广。电路交换既适用于传输模拟信号，又适用于传输数字信号。

5. 实时性强。

6. 控制简单。电路交换的交换设备（交换机等）及控制均较简单。

缺点

1. 建立连接时间长。

2. 线路独占，使用效率低。

3. 灵活性差。只要在通信双方建立的通路中的任何一点出了故障，就必须重新拨号建立新的连接，这对十分紧急和重要的通信是很不利的。

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。

注意，电路建立后，除源结点和目的结点外，电路上的任何结点都采取“直通方式”接收数据和发送数据，即不会存在存储转发所耗费的时间。

2.报文交换

数据交换的单位是报文，报文携带有目标地址、源地址等信息。报文交换在交换结点采用的是存储转发的传输方式。

优点

1. 无须建立连接。不需要预先建立专用线路，不存在建立连接时延，用户可以随时发送报文。

2. 动态分配线路。当发送方把报文交给交换设备时，交换设备先存储整个报文，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。

4. 提高线路利用率。

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. 由于数据进入交换结点后要经历存储、转发这一过程，因此会引起转发时延（包括接收、报文、检验正确性、排队、发送时间等)。

2. 报文交换对报文的大小没有限制，这就要求网络结点需要有较大的缓存空间。

3.分组交换

也采用存储转发方式，解决了大报文传输的问题。

分组交换限制了每次传送的数据块大小的上限，把大的数据块划分为合理的小数据块，再加上一些必要的控制信息（如源地址、目的地址和编号信息等)，构成分组（Packet) 。网络结点根据控制信息把分组送到下一个结点，下一个结点接收到分组后，暂时保存并排队等待传输，然后根据分组控制信息选择它的下一个结点，直到到达目的结点。

优点

1. 无建立时延。

2. 线路利用率高。

3. 简化了存储管理（相对于报文交换)。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。

4. 加速传输。分组是逐个传输的，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次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概率及时间也必然少得多。

5. 减少了出错概率和重发数据量。因为分组较短，其出错概率必然减小，所以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。

缺点

1. 存在传输时延。

2. 需要传输额外的信息量。每个小数据块都要加上源地址、目的地址和分组编号等信息，从而构成分组，因此使得传送的信息量增大了 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，可能会出现失序、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，因此很麻烦。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。

应用

采用电路：传送的数据量很大且其传送时间远大于呼叫时间时，采用电路交换较为合适。

分组交换：端到端的通路由多段链路组成时，适合于计算机之间的突发式数据通信。

参考资料：

谢希仁．计算机网络（第 8 版）[M]．北京：电子工业出版社，2021.

James F.Kurose，Keith W.Ross.计算机网络:自顶向下方法[M]．北京：机械工业出版社，2019.

2023 年王道计算机复习指导[M]．北京：电子工业出版社，2021.