電路交換、報文交換、分組交換

1. 電路交換

• 原理：

  • 在通信之前要在通信雙方之間建立一條被雙方獨占的物理通路（由通信雙方之間的交換設備和鏈路逐段連接而成）；

• 優點：

  • 由於通信線路為通信雙方用戶專用，數據直達，所以傳輸數據的時延非常小。
  • 通信雙方之間的物理通路一旦建立，雙方可以隨時通信，實時性強。
  • 雙方通信時按發送順序傳送數據，不存在失序問題。
  • 電路交換既適用於傳輸模擬信號，也適用於傳輸數字信號。
  • 電路交換的交換設備（交換機等）及控制均較簡單。

• 缺點：

  • 電路交換的平均連接建立時間對計算機通信來說嫌長。
  • 電路交換連接建立后，物理通路被通信雙方獨占，即使通信線路空閑，也不能供其他用戶使用，因而信道利用低。
  • 電路交換時，數據直達，不同類型、不同規格、不同速率的終端很難相互進行通信，也難以在通信過程中進行差錯控制。

• 應用：

  • 適合語音（如打電話）這類對實時性要求高的業務。但不適合數據通信業務，對於兩台計算機進行數據通信來說，大多數時間線路是空閑的，由於物理通路被通信是獨占的，不能供其他用戶使用，因而信道利用低。

2. 報文交換

• 原理：

  • 報文交換是以報文為數據交換的單位，報文攜帶有目標地址、源地址等信息，在交換結點采用存儲轉發的傳輸方式。

• 優點：

  • 報文交換不需要為通信雙方預先建立一條專用的通信線路，不存在連接建立時延，用戶可隨時發送報文。
  • 由於采用存儲轉發的傳輸方式，使之具有下列優點：
    • 在報文交換中便於設置代碼檢驗和數據重發設施，加之交換結點還具有路徑選擇，就可以做到某條傳輸路徑發生故障時，重新選擇另一條路徑傳輸數據，提高了傳輸的可靠性；
    • 在存儲轉發中容易實現代碼轉換和速率匹配，甚至收發雙方可以不同時處於可用狀態。這樣就便於類型、規格和速度不同的計算機之間進行通信；
    • 提供多目標服務，即一個報文可以同時發送到多個目的地址，這在電路交換中是很難實現的；
    • 允許建立數據傳輸的優先級，使優先級高的報文優先轉換。
  • 通信雙方不是固定占有一條通信線路，而是在不同的時間一段一段地部分占有這條物理通路，因而大大提高了通信線路的利用率。

• 缺點：

  • 由於數據進入交換結點后要經歷存儲、轉發這一過程，從而引起轉發時延（包括接收報文、檢驗正確性、排隊、發送時間等），而且網絡的通信量愈大，造成的時延就愈大，因此報文交換的實時性差，不適合傳送實時或交互式業務的數據。
    報文交換只適用於數字信號。
  • 由於報文長度沒有限制，而每個中間結點都要完整地接收傳來的整個報文，當輸出線路不空閑時，還可能要存儲幾個完整報文等待轉發，要求網絡中每個結點有較大的緩沖區。為了降低成本，減少結點的緩沖存儲器的容量，有時要把等待轉發的報文存在磁盤上，進一步增加了傳送時延。

3. 分組交換

• 介紹：又稱為報文分組交換，基於報文交換，將報文划分為更小的數據單位：報文分組（也稱為段、包、分組）。

• 原理：分組交換仍采用存儲轉發傳輸方式，但將一個長報文先分割為若干個較短的分組，然后把這些分組（攜帶源、目的地址和編號信息）逐個地發送出去。因此分組交換除了具有報文的優點外，與報文交換相比有以下優缺點。

• 優點

  • 加速了數據在網絡中的傳輸。因為分組是逐個傳輸，可以使后一個分組的存儲操作與前一個分組的轉發操作並行，這種流水線式傳輸方式減少了報文的傳輸時間。此外，傳輸一個分組所需的緩沖區比傳輸一份報文所需的緩沖區小得多，這樣因緩沖區不足而等待發送的機率及等待的時間也必然少得多。
  • 簡化了存儲管理。因為分組的長度固定，相應的緩沖區的大小也固定，在交換結點中存儲器的管理通常被簡化為對緩沖區的管理，相對比較容易。
  • 減少了出錯機率和重發數據量。因為分組較短，其出錯機率必然減少，每次重發的數據量也就大大減少，這樣不僅提高了可靠性，也減少了傳輸時延；
  • 由於分組短小，更適用於采用優先級策略，便於及時傳送一些緊急數據，因此對於計算機之間的突發式的數據通信，分組交換顯然更為合適些。

• 缺點

  • 盡管分組交換比報文交換的傳輸時延少，但仍存在存儲轉發時延，而且其結點交換機必須具有更強的處理能力。
  • 分組交換與報文交換一樣，每個分組都要加上源、目的地址和分組編號等信息，使傳送的信息量大約增大5%～10%，一定程度上降低了通信效率，增加了處理的時間，使控制復雜，時延增加。
  • 當分組交換采用數據報服務時，可能出現失序、丟失或重復分組，分組到達目的結點時，要對分組按編號進行排序等工作，增加了麻煩。若采用虛電路服務，雖無失序問題，但有呼叫建立、數據傳輸和虛電路釋放三個過程。

總之，若要傳送的數據量很大，且其傳送時間遠大於呼叫時間，則采用電路交換較為合適；當端到端的通路有很多段的鏈路組成時，采用分組交換傳送數據較為合適。從提高整個網絡的信道利用率上看，報文交換和分組交換優於電路交換，其中分組交換比報文交換的時延小，尤其適合於計算機之間的突發式的數據通信。

參考文獻：

https://blog.csdn.net/weixin_42449534/article/details/96615313