2.1 通信基础

2.1.5 交换方式

　　交换的概念最早来自于电话系统。所谓交换，从字面上理解就是一种转发。信息（话音、数据）从交换设备的某个接口进入，然后从另外一个接口出去的过程就是交换。目前，交换技术已被广泛应用于网络中，按照数据传送的方式划分，可以将交换技术分为电路交换、报文交换与分组交换
　　1．电路交换
　　电路交换（circuit switching）是指每次通信会话建立、保持并终止一条专用物理电路。也就是说，在电路交换网络中，为了实现一对终端的通信，沿其路径所需的资源在整个会话期间必须预留。传统的电话业务和窄带网络就是采用这种技术进行数据传送的。
　　电路交换的优点主要有以下几个方面。
　　（1）传输时延小。电路交换的主要延迟是物理信号的传播时延。
　　（2）传输信道是独占的。通话双方一旦建立连接，便可独享物理信道，不会与其他用户的通话发生冲突。
　　（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。　
　　电路交换的主要缺点有以下几个方面。
　　（1）通话双方建立物理信道所花费的时间比较长。在通话开始前，呼叫信号必须经过若干个交换机，得到各交换机的认可，并最终传到被呼叫方，然后被呼叫方给出应答信号，并返回给呼叫方。这个过程常常需要几秒甚至更长的时间。对于许多应用（如商店信用卡确认）来说，过长的连接建立时间是不合适的。
　　（2）电路在通信过程中被用户独占，信道利用率低。
　　（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。
　　2．报文交换
　　报文交换（message switching）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，有以下优点和缺点。
　　优点有：
　　（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，即连接时间短。
　　（2）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。　
　　缺点有：
　　（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），而且网络的通信量越大，造成的时延就越大，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，当输出线路繁忙时，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。
　　3．分组交换
　　分组交换（packet switching）是报文交换的改进，采用的仍是存储转发传输方式，但它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，有以下优点和缺点。
　　优点有：
　　（1）加速了数据在网络中的传输。
　　（2）简化了存储管理。
　　（3）减少了出错几率和重发数据量。
　　（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。
　　缺点有：
　　（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。
　　总的来说，各种方式都有各自的优缺点，能适应于不同的应用环境。如若要传送的数据量很大，其传送时间远大于呼叫时间时，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，事实也是如此，如今大多的计算机主干网络都是采用分组交换的技术。