电路交换与分组交换

1．2．3　电路交换与分组交换

1．电路交换方式

传统的电话网采用的是电路交换方式。电路交换（Circuit Switching，CS）是指固定分配带宽（传送通路），连接建立后，即使无信息传送也占用电路的一种交换方式。电路交换方式是指两个用户在相互通信时使用一条实际的物理链路，在通信过程中自始至终使用该条链路进行信息传输，并且不允许其他计算机或终端共享该链路的通信方式。

电路交换属于电路资源预分配系统，即在一次接续中，电路资源预先分配给一对用户固定使用，不管电路上是否有数据传输，电路一直被占用着，直到通信双方要求拆除电路连接为止。

电路交换的特点如下：

（1）在通信开始时要首先建立连接，在通信结束时要释放连接。

（2）一个连接在通信期间始终占用该电路，即使该连接在某个时刻没有信息传送，该电路也不能被其他连接使用，电路利用率低。

（3）交换机对传输的信息不作处理，对交换机的处理要求简单，而且对传输中出现的错误不能纠正。

（4）一旦连接建立以后，信息在系统中的传输时延基本上是一个恒定值。

综上所述，电路交换固定分配带宽，连接建立以后，即使无信息传输也要占用电路，电路利用率低；要预先建立连接，有一定的连接建立时延，通路建立后可实时传送信息，传输时延一般可以不计；无差错控制措施，对数据传输的可靠性较低；一旦通信建立，在数据传输过程中，一般不需要交换机进行处理，交换节点的处理负担轻。电路交换适合传输信息量较大且传输速率恒定的业务，如电话通信业务，但不适合突发性要求高和对差错敏感的数据业务。

2．分组交换方式

自20世纪70年代以来，由于计算机通信的迅速发展，产生了分组交换技术。分组交换技术主要是用来满足数据业务的传输，因为它具有电路利用率高、可靠性强、适用于突发性业务的优势。

分组交换（Packet Switching，PS）最初是为完成数据通信业务发展起来的一种交换方式。由于分组交换技术的迅速发展，现在利用分组交换技术不仅可以用来完成数据通信业务，也可以用来完成话音和视频通信。分组交换利用存储—转发的方式进行交换。在分组交换方式中，首先将需传送的信息划分为一定长度的分组，并以分组为单位进行传输和交换。在每个分组中都有一个3～10个字节的分组头，在分组头中包含有分组地址和控制信息，以控制分组信息的传输和交换。

分组交换采用的是统计复用方式，电路的利用率较高。但统计复用的缺点是可能产生附加的随机时延和丢失数据的情况。这是由于用户传送数据的时间是随机的，若多个用户同时发送分组数据，则必然有一部分分组需要在缓冲区中等待一段时间才能占用电路传送，若等待的分组超过了缓冲区的容量，就可能发生部分分组的丢失。

分组交换的特点如下：

（1）为用户提供了在不同速率、不同代码、不同同步方式、不同通信控制协议的终端之间能够相互灵活通信的通信环境；

（2）采用逐段链路的差错控制和流量控制，出现差错可以重发，提高了传送质量和可靠性；

（3）利用线路动态分配，使得在一条物理线路可以同时提供多条信息通路。

分组交换有虚电路（面向连接）和数据报（无连接）两种方式。

1）虚电路

虚电路是指两个用户在进行通信之前要通过网络建立逻辑上的连接。在建立连接时，主叫用户发送“呼叫请求”分组，在该分组中，包括被叫用户的地址及为该呼叫在出通路上分配的虚电路标识，网络中的每一个节点都根据被叫地址选择出通路，为该呼叫在出通路上分配虚电路标识，并在节点中建立入通路上的虚电路标识与出通路上的虚电路标识之间的对应关系，向下一节点发送“呼叫请求”分组。被叫用户如同意建立虚电路，可发送“呼叫连接”分组到主叫用户。当主叫用户收到该分组时，表示主叫用户和被叫用户之间的虚电路已建立，可进入数据传输阶段。

在数据传输阶段，主被叫之间可通过数据分组相互通信，在数据分组中不再包括主被叫地址，而是用虚电路标识表示该分组所属的虚电路，网络中各节点根据虚电路标识将该分组送到在呼叫建立时选择的下一通路，直到将数据传送到对方。同一报文的不同分组是沿着同一路径到达终点的。

数据传送完毕后，每一方都可释放呼叫，网络释放为该呼叫占用的资源。

虚电路是逻辑连接，与电路交换中的物理连接不同。虚电路并不独占电路，在一条物理线路下可以同时建立多个虚电路，以达到资源共享。

虚电路方式在一次通信过程中具有呼叫建立、数据传输和释放呼叫3个阶段，有一定的处理开销，但一旦虚电路建立，数据分组按照已建立的路径通过网络，分组能按照发送顺序到达终点，在每个中间节点不需要进行复杂的选路，对数据量较大的通信效率高。但对故障较为敏感，当传输链路或交换节点发生故障时可能引起虚电路的中断。

异步传输模式（Asynchronous TransferMode，ATM）和帧中继采用虚电路方式。

2）数据报

数据报方式是独立地传送每一个数据分组，每一个数据分组都包含终点地址的信息，每一个节点都要为每一个分组独立地选择路由，因此一份报文包含的不同分组可能沿着不同的路径到达终点。

数据报方式在用户通信时不需要呼叫建立和释放呼叫阶段，对短报文传输效率比较高，对网络故障的适应能力较强，但由于属于同一报文的多个分组独立选择路由，接收端收到的分组可能变换顺序。

IP网络中采用的是数据报方式。