三种交换方式

一旦建立连接，中间的各结点交换机就是直通形式的，比特流可以直达终点 | 优点：通信时延小；有序传输；没有冲突：适用范围广；实时性强；控制简单；
缺点：建立连接时间长；线路独占，使用效率低；灵活性差；难以规格化 | | 报文
交换 |
- 可以随时发送报文，而不需要事先建立连接。整个报文先传送到相邻结点交换机；全部存储后进行查表转发；转发到下一个结点交换机
整个报文需要在各结点交换机上存储转发，由于不限制报文的大小，因此需要各结点交换机都具有较大的缓存空间 | 优点：无需建立连接；；动态分配线路；提高线路可靠性；提高线路利用率；提供多目标服务
缺点：引起了转发时延；需要较大的存储缓存空间；需要传输额外的信息量 | | 分组
交换 |
- 可以随时发送分组，而不需要事先建立连接。构成原始报文的一个个分组，依次在各结点交换机上存储转发。各结点交换机在发送分组的同时，还缓存接收到的分组
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 | 优点：无需建立连接；线路利用率高；简化了存储管理；；加速传输；减少出错概率和重发数据量
缺点：引起了转发时延；需要传输额外信息量；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 |

电路交换(Circuit Switching)

让所有电话机两两相连是不现实的，需要很多电话线

一种中间设备应运而生，即电话交换机

• 把它简单看成一个具有多个开关的开关器，可以将需要通信的任意两部电话的电话线按需连通
• 用这样的方法，就构成了覆盖全世界的电信网

电话交换机接通电话线的方式称为电路交换

• 从通信资源的分配角度来看，交换（Switching）就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源
• 用户线归电话用户专用，而电话交换机之间拥有的大量话路的中继线则是许多用户共享的

电路交换的三个步骤

1. 建立连接：分配通信资源，建立之后，这条线不会被其他用户占用
2. 通话：一直占用通信资源
3. 释放连接：归还通信资源

思考：如果使用电路交换来传送计算机数据，是否可行？

• 尽管采用电路交换可以实现计算机之间的数据传送。但是，线路的传输效率往往很低，这是因为计算机数据是突发式地出现在传输线路上的
• 试想一下，当用户正在输入和编辑一份待传输的文件时，用户所占用的通信资源暂时未被利用，该通信资源也不能被其他用户利用，宝贵的通信线路资源白白被浪费了

因此，计算机网络通常采用分组交换，而不是电路交换

优点：

1. 通信时延小：通信线路为用户双方专用，数据直达，适合连续传输大量数据
2. 有序传输：数据只在专线上传输，因此不存在失序的问题
3. 没有冲突：不存在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：既适用于传输模拟信号，也适用于传输数字信号
5. 实时性强：得力于通信时延小
6. 控制简单：电路交换结点交换机及其控制都比较简单

缺点：

1. 建立连接时间长：电路交换的平均连接建立时间对计算机通信来说太长
2. 线路独占，使用效率低：一旦建立连接，物理通路就被通信双方独占。即使线路空闲，也不能被其他用户使用，直到被释放
3. 灵活性差：只要物理通路中的任何一点出现了故障，就需要重新拨号，建立新的连接。这对十分紧急的通信是很不利的
4. 难以规格化：电路交换时，数据直达，不用类型、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

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
路由器负责将各种网络互连起来，并对接收到的分组（包）进行转发（分组交换）

假设主机H6的用户要给主机H2的用户发送一条消息

1. 通常我们把表示该消息的整块数据称为一个报文
2. 在发送报文之前，先把较长的报文划分成一个个更小的等长数据段
3. 在每个数据段前面，加上一些由必要控制信息组成的首部后，就构成了一个“分组”
   1. “分组”也可简称为“包”
   2. 相应地，首部也可称之为“包头”
   3. 首部起着非常关键的作用，比如首部包含了分组的目的地址
4. 分组交换机（路由器）接收到一个分组后，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
5. 主机H2收到这些分组后，去掉它们的首部，将各数据段组合还原出原始报文

=> =>

分组传输过程中，有很多种情况，比如

1. 各分组（包）从源站到目的站，可以走不通的路径（也就是不通的路由）
2. 分组乱序：分组达到目的站的顺序不一定与分组在源站的发送顺序相同
3. 还有分组丢失、误码、重复等问题

在上述的分组交换过程中

• 发送方所要完成的任务是构造分组和发送分组
• 路由器（分组交换机）所要完成的是缓存分组与转发分组，简称为“存储转发”
• 接收方：接收分组与还原报文

优点：

1. 无需建立连接：不需要预先建立专线，用户可以随时发送分组
2. 线路利用率高：通信双方不是固定占用一条线路，而是在不同时间分段部分占用物理线路
3. 简化了存储管理：相对于报文交换，分组的长度固定，相应缓存区大小也固定，管理起来相对容易
4. 加速传输：由于分组是逐个传输的，这就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. 减少出错概率和重发数据量：分组比报文小，因此出错概率必然减小，即便分组出错，也只需重传出错的部分

缺点：

1. 引起了转发时延：在交换机上，要存储转发
2. 需要传输额外信息量：将原始报文分割成等长的数据块，每个数据块都有头
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
   1. 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。
   2. 分组到达目的结点时，需要重新还原报文，比较麻烦。若分组交换采用虚电路服务，虽然没有分组失序问题，但有呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程

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通信网，现在较少使用，通常被较先进的分组交换方式所取代

优点：

1. 无需建立连接：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，会选择另一条路径传输
4. 提高线路利用率： 通信双方不是固定占用一条通信线路，而是在不同的时间分段部分占用物理线路
5. 提供多目标服务：一个报文可以同时发送多个目的地址，这在电路交换中是很难实现的

缺点：

1. 引起了转发时延：在结点交换机上经历了存储转发的过程
2. 需要较大的存储缓存空间：这是因为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：这是因为报文需要携带目标地址、源地址等信息