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== 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。

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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。

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=== 电路交换技术的优点 ===

# 通信时延小。由于通信线路为通信双方用户专用,数据直达,因此传输数据的时延非常小。当传输的数据量较大时,这一优点非常明显。
# 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。
# 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。
# 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。
# 实时性强。通信双方之间的物理通路一旦建立,双方就可以随时通信。
# 控制简单。电路交换的交换设备(交换机等)及控制均较简单。

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=== 电路交换技术的缺点 ===

# 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。
# 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。
# 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。
# 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。

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<blockquote>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。
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== 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。

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=== 报文交换技术的优点 ===

# 无须建立连接。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,不存在建立连接时延，用户可以随时发送报文。
# 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,然后选将一条合适的空闲线路，将报文发送出去。
# 提高线路可靠性。如果某条传输路径发生故障,那么可重新选择另一条路径传输数据,因此提高了传输的可靠性。
# 提高线路利用率。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道,因而大大提高了通信线路的利用率。
# 提供多目标服务。一个报文可以同时发送给多个目的地址,这在电路交换中是很难实现的。

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=== 报文交换技术的缺点 ===

# 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)。
# 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。

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<blockquote>注意:报文交换主要使用在早期的电报通信网中,现在较少使用,通常被较先进的分组交换方式所取代。
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== 分组交换 ==

同报文交换一样,分组交换也采用存储转发方式,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。

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=== 分组交换的优点 ===

# 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。
# 线路利用率高。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。
# 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。
# 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。
# 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。

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=== 分组交换的缺点 ===

# 存在存储转发时延。尽管分组交换比报文交换的传输时延少,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。
# 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。
# 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。

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=== 数据报 ===

# 主机A先将分组逐个发往与它直接相连的交换结点A,交换结点A缓存收到的分组。
# 然后查找自己的转发表。由于不同时刻的网络状态不同,因此转发表的内容可能不完全相同，所以有的分组转发给交换结点C，有的分组转发给交换结点D。
# 网络中的其他结点收到分组后，类似地转发分组，直到分组最终到达主机 B。

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当分组正在某一链路上传送时，分组并不占用网络的其他部分资源。因为采用存储转发技术，资源是共享的,所以主机A在发送分组时,主机B也可同时向其他主机发送分组。

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通过上面的例子,我们可以总结出数据报服务具有如下特点: 
# 发送分组前不需要建立连接。发送方可随时发送分组,网络中的结点可随时接收分组。 
# 网络尽最大努力交付,传输不保证可靠性,所以可能丢失;网络为每个分组独立地选择路由,转发的路径可能不同,因而分组不一定按序到达目的结点。 
# 发送的分组中要包括发送端和接收端的完整地址,以便可以独立传输。 
# 分组在交换结点存储转发时,需要排队等候处理,这会带来一定的时延。通过交换结点的通信量较大或网络发生拥塞时,这种时延会大大增加,交换结点还可根据情况丢弃部分分组。 
# 网络具有冗余路径,当某个交换结点或一条链路出现故障时,可相应地更新转发表,寻找另一条路径转发分组，对故障的适应能力强。 
# 存储转发的延时一般较小,提高了网络的吞吐量。 
# 收发双方不独占某条链路,资源利用率较高。

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=== 虚电路 ===

虚电路方式试图将数据报方式与电路交换方式结合起来,充分发挥两种方法的优点,以达到最佳的数据交换效果。在分组发送之前,要求在发送方和接收方建立一条逻辑上相连的虚电路,并且连接一旦建立,就固定了虚电路所对应的物理路径。与电路交换类似,整个通信过程分为三个阶段：虚电路建立、数据传输与虚电路释放。

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在虚电路方式中,端系统每次建立虚电路时,选择一个未用过的虚电路号分配给该虚电路,以区别于本系统中的其他虚电路。在传送数据时,每个数据分组不仅要有分组号、校验和等控制信息,还要有它要通过的虚电路号,以区别于其他虚电路上的分组。在虚电路网络中的每个结点上都维持一张虚电路表,表中的每项记录了一个打开的虚电路的信息,包括在接收链路和发送链路上的虚电路号、前一结点和下一结点的标识。数据的传输是双向进行的,上述信息是在虚电路的建立过程中确定的。

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# 为进行数据传输，主机A与主机B之间先建立一条逻辑通路，主机A发出一个特殊的“呼叫请求”分组,该分组通过中间结点送往主机B,若主机B同意连接,则发送“呼叫应答”分组予以确认。
# 虚电路建立后,主机A就可向主机B发送数据分组。当然,主机B也可在该虚电路上向主机 A 发送数据。
# 传送结束后主机A通过发送“释放请求”分组来拆除虚电路,逐段断开整个连接。

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通过上面的例子,可以总结出虚电路服务具有如下特点: 
# 虚电路通信链路的建立和拆除需要时间开销,对交互式应用和小量的短分组情况显得很浪费,但对长时间、频繁的数据交换效率较高。 
# 虚电路的路由选择体现在连接建立阶段,连接建立后,就确定了传输路径。 
# 虚电路提供了可靠的通信功能,能保证每个分组正确且有序到达。此外,还可以对两个数据端点的流量进行控制,当接收方来不及接收数据时,可以通知发送方暂缓发送。 
# 虚电路有一个致命的弱点,即当网络中的某个结点或某条链路出现故障而彻底失效时,所有经过该结点或该链路的虚电路将遭到破坏。 
# 分组首部不包含目的地址,包含的是虚电路标识符,相对于数据报方式,其开销小。虚电路之所以是“虚”的,是因为这条电路不是专用的,每个结点到其他结点之间的链路可能同时有若干虚电路通过,也可能同时与多个结点之间建立虚电路。每条虚电路支持特定的两个端系统之间的数据传输,两个端系统之间也可以有多条虚电路为不同的进程服务,这些虚电路的实际路由可能相同也可能不同。

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