電路交換、報(bào)文交換、分組交換方式及優(yōu)缺點(diǎn)

1、電路交換、報(bào)文交換、分組交換方式及優(yōu)缺點(diǎn)目錄1 電路交換11.1 電路交換過(guò)程11.2 電路交換優(yōu)缺點(diǎn)22 報(bào)文交換22.1 電路交換過(guò)程22.2 報(bào)文交換優(yōu)缺點(diǎn)33 分組交換33.1分組交換過(guò)程33.2 分組交換優(yōu)缺點(diǎn)43.3.分組交換網(wǎng)與電路交換網(wǎng)比擬5“交換(switching)的含義就是轉(zhuǎn)接把一條線路轉(zhuǎn)接到另一條線路，使它們連通來(lái)。從通信資源的分配角度來(lái)看，“交換就是按照某種方式動(dòng)態(tài)地分配傳輸線路的資源。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通信系統(tǒng)中常談到的交換方式有電路交換CS: Circuit Switching、報(bào)文交換(MS: Message switching)、分組交換PS: Packet Sw

2、itching等。本文先介紹這三種交換方式。1 電路交換1.1 電路交換過(guò)程電路交換是通信網(wǎng)中最早出現(xiàn)的一種交換方式，也是應(yīng)用最普遍的一種交換方式，主要應(yīng)用于 通信網(wǎng)中如圖1，完成 交換，已有100多年的歷史。電路交換過(guò)程包括(1)建立連接、(2)通信、3釋放連接。電路交換在通信之前要在通信雙方之間建立一條被雙方獨(dú)占的物理通路由通信雙方之間的交換設(shè)備和鏈路逐段連接而成、電路交換一旦建立，就占用一條中繼線路，即使我們不傳送信息，別人也不能使用。電路交換舉例圖(1) 電路交換1.2 電路交換優(yōu)缺點(diǎn)電路交換優(yōu)點(diǎn):(1)由于通信線路為通信雙方用戶專用，數(shù)據(jù)直達(dá)，所以傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)延非常小。(2)通信雙方

3、之間的物理通路一旦建立，雙方可以隨時(shí)通信，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。(3)雙方通信時(shí)按發(fā)送順序傳送數(shù)據(jù)，不存在失序問(wèn)題。(4)電路交換既適用于傳輸模擬信號(hào)，也適用于傳輸數(shù)字信號(hào)。(5)電路交換的交換的交換設(shè)備交換機(jī)等及控制均較簡(jiǎn)單。電路交換缺點(diǎn)：(1)電路交換的平均連接建立時(shí)間對(duì)計(jì)算機(jī)通信來(lái)說(shuō)比擬長(zhǎng)。(2)電路交換連接建立后，物理通路被通信雙方獨(dú)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。3電路交換時(shí)，數(shù)據(jù)直達(dá)，不同類型、不同規(guī)格、不同速率的終端很難相互進(jìn)行通信，也難以在通信過(guò)程中進(jìn)行過(guò)失控制。 2 報(bào)文交換2.1 電路交換過(guò)程報(bào)文交換是一種以報(bào)文為數(shù)據(jù)傳送單位，采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的信息傳遞方式。報(bào)

4、文交換不要求在兩個(gè)通信結(jié)點(diǎn)之間建立專用通路。結(jié)點(diǎn)把要發(fā)送的信息組織成一個(gè)數(shù)據(jù)包-報(bào)文，該報(bào)文中含有目標(biāo)地址、源地址等信息完整的報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)中一站一站地向前傳送。交換結(jié)點(diǎn)對(duì)各個(gè)方向上收到的報(bào)文排隊(duì)，對(duì)找下一個(gè)轉(zhuǎn)結(jié)點(diǎn)，然后再轉(zhuǎn)發(fā)出去，這些都帶來(lái)了排隊(duì)等待延遲。每一個(gè)結(jié)點(diǎn)接收整個(gè)報(bào)文，檢查目標(biāo)結(jié)點(diǎn)地址，然后根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的交通情況在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)結(jié)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)屢次的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，最后到達(dá)目標(biāo)，因而這樣的網(wǎng)絡(luò)叫存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)。其中的交換結(jié)點(diǎn)要有足夠大的存儲(chǔ)空間一般是磁盤，用以緩沖收到的長(zhǎng)報(bào)文。報(bào)文交換的優(yōu)點(diǎn)是不建立專用鏈路，線路利用率較高，這是由通信中的等待時(shí)延換來(lái)的。電子郵件系統(tǒng)E-mail適合采用報(bào)文交換

5、方式。2.2 報(bào)文交換優(yōu)缺點(diǎn)報(bào)文交換優(yōu)點(diǎn)：(1)報(bào)文交換不需要為通信雙方預(yù)先建立一條專用的通信線路，不存在連接建立時(shí)延，用戶可隨時(shí)發(fā)送報(bào)文(2)由于采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的傳輸方式，使之具有以下優(yōu)點(diǎn)：a.在報(bào)文交換中便于設(shè)置代碼檢驗(yàn)和數(shù)據(jù)重發(fā)設(shè)施，加之交換結(jié)點(diǎn)還具有路徑選擇，就可以做到某條傳輸路徑發(fā)生故障時(shí)，重新選擇另一條路徑傳輸數(shù)據(jù)，提高了傳輸?shù)目煽啃?；b.在存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)中容易實(shí)現(xiàn)代碼轉(zhuǎn)換和速率匹配，甚至收發(fā)雙方可以不同時(shí)處于可用狀態(tài),這樣就便于類型、規(guī)格和速度不同的計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行通信；c.提供多目標(biāo)效勞，即一個(gè)報(bào)文可以同時(shí)發(fā)送到多個(gè)目的地址，這在電路交換中是很難實(shí)現(xiàn)的；d.允許建立數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)先級(jí)，使優(yōu)

6、先級(jí)高的報(bào)文優(yōu)先轉(zhuǎn)換。(3)通信雙方不是固定占有一條通信線路，而是在不同的時(shí)間一段一段地局部占有這條物理通路，因而大大提高了通信線路的利用率。報(bào)文交換缺點(diǎn)：(1)由于數(shù)據(jù)進(jìn)入交換結(jié)點(diǎn)后要經(jīng)歷存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)這一過(guò)程，從而引起轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延包括接收?qǐng)?bào)文、檢驗(yàn)正確性、排隊(duì)、發(fā)送時(shí)間等，而且網(wǎng)絡(luò)的通信量愈大，造成的時(shí)延就愈大，因此報(bào)文交換的實(shí)時(shí)性差，不適合傳送實(shí)時(shí)或交互式業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)。(2)報(bào)文交換只適用于數(shù)字信號(hào)。(3)由于報(bào)文長(zhǎng)度沒(méi)有限制，而每個(gè)中間結(jié)點(diǎn)都要完整地接收傳來(lái)的整個(gè)報(bào)文，當(dāng)輸出線路比擬忙時(shí)，還可能要存儲(chǔ)幾個(gè)完整報(bào)文等待轉(zhuǎn)發(fā)，要求網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)結(jié)點(diǎn)有較大的緩沖區(qū)。為了降低本錢，減少結(jié)點(diǎn)的緩沖存儲(chǔ)器的容量

7、，有時(shí)要把等待轉(zhuǎn)發(fā)的報(bào)文存在磁盤上，進(jìn)一步增加了傳送時(shí)延。3 分組交換3.1分組交換過(guò)程分組交換也稱為包交換, 它將用戶通信的數(shù)據(jù)劃分成多個(gè)更小的等長(zhǎng)數(shù)據(jù)段，在每個(gè)數(shù)據(jù)段的前面加上必要的控制信息攜帶源、目的地址和編號(hào)信息作為數(shù)據(jù)段的首部，每個(gè)帶有首部的數(shù)據(jù)段就構(gòu)成了一個(gè)分組。首部指明了該分組發(fā)送的地址，當(dāng)交換機(jī)收到分組之后，將根據(jù)首部中的地址信息將分組轉(zhuǎn)發(fā)到目的地，這個(gè)過(guò)程就是分組交換。分組交換的本質(zhì)就是存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，它將所接受的分組暫時(shí)存儲(chǔ)下來(lái)，在目的方向路由上排隊(duì)，當(dāng)它可以發(fā)送信息時(shí)，再將信息發(fā)送到相應(yīng)的路由上，完成轉(zhuǎn)發(fā)。其存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的過(guò)程就是分組交換的過(guò)程。分組交換的思想來(lái)源于報(bào)文交換，報(bào)文交

8、換也稱為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換，它們交換過(guò)程的本質(zhì)都是存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，所不同的是分組交換的最小信息單位是分組，而報(bào)文交換那么是一個(gè)個(gè)報(bào)文。由于以較小的分組為單位進(jìn)行傳輸和交換，所以分組交換比報(bào)文交換快。報(bào)文交換主要應(yīng)用于公用電報(bào)網(wǎng)中。圖(2) 分組數(shù)據(jù)3.2 分組交換優(yōu)缺點(diǎn)分組交換優(yōu)點(diǎn)：(1)加速了數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸。因?yàn)榉纸M是逐個(gè)傳輸，可以使后一個(gè)分組的存儲(chǔ)操作與前一個(gè)分組的轉(zhuǎn)發(fā)操作并行，這種流水線式傳輸方式減少了報(bào)文的傳輸時(shí)間。此外，傳輸一個(gè)分組所需的緩沖區(qū)比傳輸一份報(bào)文所需的緩沖區(qū)小得多，這樣因緩沖區(qū)缺乏而等待發(fā)送的機(jī)率及等待的時(shí)間也必然少得多。(2)簡(jiǎn)化了存儲(chǔ)管理。因?yàn)榉纸M的長(zhǎng)度固定，相應(yīng)的緩沖區(qū)的大

9、小也固定，在交換結(jié)點(diǎn)中存儲(chǔ)器的管理通常被簡(jiǎn)化為對(duì)緩沖區(qū)的管理，相比照擬容易。(3)減少了出錯(cuò)機(jī)率和重發(fā)數(shù)據(jù)量。因?yàn)榉纸M較短，其出錯(cuò)機(jī)率必然減少，每次重發(fā)的數(shù)據(jù)量也就大大減少，這樣不僅提高了可靠性，也減少了傳輸時(shí)延。(4)由于分組短小，更適用于采用優(yōu)先級(jí)策略，便于及時(shí)傳送一些緊急數(shù)據(jù)，因此對(duì)于計(jì)算機(jī)之間的突發(fā)式的數(shù)據(jù)通信，分組交換顯然更為適宜些。分組交換缺點(diǎn)：(1)盡管分組交換比報(bào)文交換的傳輸時(shí)延少，但仍存在存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延，而且其結(jié)點(diǎn)交換機(jī)必須具有更強(qiáng)的處理能力。(2)分組交換與報(bào)文交換一樣，每個(gè)分組都要加上源、目的地址和分組編號(hào)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，

10、增加了處理的時(shí)間，使控制復(fù)雜，時(shí)延增加。(3)當(dāng)分組交換采用數(shù)據(jù)報(bào)效勞時(shí)，可能出現(xiàn)失序、喪失或重復(fù)分組，分組到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)時(shí)，要對(duì)分組按編號(hào)進(jìn)行排序等工作，增加了麻煩。假設(shè)采用虛電路效勞，雖無(wú)失序問(wèn)題，但有呼叫建立、數(shù)據(jù)傳輸和虛電路釋放三個(gè)過(guò)程?？傊僭O(shè)要傳送的數(shù)據(jù)量很大，且其傳送時(shí)間遠(yuǎn)大于呼叫時(shí)間，那么采用電路交換較為適宜；當(dāng)端到端的通路有很多段的鏈路組成時(shí)，采用分組交換傳送數(shù)據(jù)較為適宜。從提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信道利用率上看，報(bào)文交換和分組交換優(yōu)于電路交換，其中分組交換比報(bào)文交換的時(shí)延小，尤其適合于計(jì)算機(jī)之間的突發(fā)式的數(shù)據(jù)通信。分組交換提供的業(yè)務(wù): (1) 交換虛電路指在兩個(gè)用戶之間建立的臨時(shí)邏輯

11、連接。(2) 永久虛電路指在兩個(gè)用戶之間建立的永久性的邏輯連接。用一開機(jī)，一條永久虛電路就自動(dòng)建立起來(lái)了。3.3.分組交換網(wǎng)與電路交換網(wǎng)比擬優(yōu)點(diǎn): (1)線路利用率更高：因?yàn)榻Y(jié)點(diǎn)到結(jié)點(diǎn)的單個(gè)鏈路可以由很多分組動(dòng)態(tài)共享。分組被排隊(duì)，并被盡可能快速地在鏈路上傳輸。(2)一個(gè)分組交換網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)行數(shù)據(jù)率的轉(zhuǎn)換：兩個(gè)不同數(shù)據(jù)率的站之間能夠交換分組，因?yàn)槊恳粋€(gè)站以它的自己的數(shù)據(jù)率連接到這個(gè)結(jié)點(diǎn)上。(3)排隊(duì)制：當(dāng)電路交換網(wǎng)絡(luò)上負(fù)載很大時(shí)，一些呼叫就被阻塞了。在分組交換網(wǎng)絡(luò)上，分組仍然被接受，只是其交付時(shí)延會(huì)增加。(4)支持優(yōu)先級(jí)：在使用優(yōu)先級(jí)時(shí)，如果一個(gè)結(jié)點(diǎn)有大量的分組在排隊(duì)等待傳送，它可以先傳送高優(yōu)先級(jí)的分組。這些分組因此將比低優(yōu)先級(jí)的分組經(jīng)歷更少的時(shí)延。缺點(diǎn): (1)時(shí)延：一個(gè)分組通過(guò)一個(gè)分組交換網(wǎng)結(jié)點(diǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生時(shí)延，而在電路交換網(wǎng)中那么不存在這種時(shí)延。 (2)時(shí)延抖動(dòng)：因?yàn)橐粋€(gè)給定的源站和目的站之間的各分組可能具有不同的長(zhǎng)度，可以走不同的路徑，也可以在沿途的交換機(jī)中經(jīng)歷不同的時(shí)延，所以分組的總時(shí)延就可能變化很大。這種現(xiàn)象被稱為抖動(dòng)。抖動(dòng)對(duì)一些應(yīng)用來(lái)講是不希望有的例如： 話音和實(shí)時(shí)圖像等實(shí)時(shí)應(yīng)用中。 (3)額外開銷大：要將分組通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送，包括目的地址在內(nèi)的額外開銷信息和分組排序信息必須加在每一個(gè)分組里。這些信息降低了可用來(lái)運(yùn)輸用戶