计算机网络的三种交换方式

1、电路交换

在进行数据传输前，两个结点之间必须要建立一条专用（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。该线路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。

从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。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。

电路交换技术的优点是：

1）通信时延小。由于通信线路为通信双发用户专用，数据直达，所以传输数据的时延非常小，当数据传输的数据量大时，这一优点非常明显。

2）有序传输。双方通信时按发送顺序传送数据，不存在失序问题。

3）没有冲突。不同的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。电路交换既适用于传输模拟信号，又使用于传输数字信号。

5）实时性强。通信双发之间的物理通路一旦建立，双方可以随时通信。

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。

电路交换的缺点是：

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。电路交换连接建立后，物理通路被通信双方独占，即使通信线路空闲，也不能供其他用户使用，因而信道利用率低。

3）灵活性差。只要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。数据交换时，数据直达，不同类型，不同规格，不同速率的终端很难互相进行通信，也难以在通信过程中进行差错控制。

2、报文交换

数据交换的单位是报文，报文携带有目的地址，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。

报文交换的优点是：

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，不需要建立连接时延，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：如果某条传输路径发生故障，可重新选择另一条路径传输数据，所以提高了传输的可靠性。

4）提高线路利用率：通信双方不是固定一条通信线路，而是在不同的时间一段一段地部分占用这条物理通道，因为大大提高了通信线路的利用率。

5）提高多目标服务：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。

报文交换的缺点是：

1）由于数据进入交换结点后要经历存储，转发这过程，从而引起转发时延（包括接受报文，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。

注意：报文交换主要使用早期的电报通信网中，现在较少使用，通常使用较先进的分组交换方式所取代。

3、分组交换

同报文交换一样，分组交换也采用了存储转发方式，但解决了报文交换中大报文传输的问题。分组交换限制了每次传输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结点，下一结点接受到分组后，暂时保存下来并排队等待传输，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。

分组交换的优点是：

1）无建立时延。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，用户可随时发送分组。

2）线路利用率高。通信双方不是固定占用一条通信线路，而是在不同的时间一段一段地部分占用这条物理通路，因而大大提高了通信线路的利用率。

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，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几率及时间也必然少得多。

5）减少了出错几率和重发数据量。因为分组较短，其出错几率必然减少，所以每次重发的数据量也就大大减小，这样不仅提高了可靠性，也减少了传输时延。

分组交换的缺点是：

1）存在传输时延。尽管分组交换比报文交换的传输时延小，但相对于电路交换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）需要传输额外的信息量。每个小数据块都要加上源、目的地址和分组编号等信息，从而构成分组，使传送的信息量大约增大5%~10%，一定程序上降低了通信效率，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。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。

若要传送的数据量大，且传送时间远大于呼叫时间，则采用电路交换比较合适。

当端到端的通路由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。