电路交换、报文交换、分组交换(数据报与虚电路)

1. 电路交换

  • 主要分为三个阶段:连接建立(分配通信资源)数据传输(一直占用通信资源)连接释放(归还通信资源)

1.1 优点

  1. 传输时延(通信时延)小,专用通道,数据直达。

  2. 有序传输,数据顺序传送,无失序问题。

  3. 没有冲突,全双工通信,通信双方有不同的信道,不会争用物理信道。

  4. 适用范围广,适用于传输模拟信号,也适用于传输数字信号。

  5. 实时性强,双方一旦建立物理通路,便可以实时通信,适用于交互式会话类通信。

  6. 控制简单,电路的交换设备及控制较简单。

1.2 缺点

  1. 建立连接时间长,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会通信双方独占,即使通信线路空闲,也不能供其他用户使用。

  3. 灵活性差,出现故障,就必须重新拨号建立新的连接。

  4. 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。

  5. 无数据存储能力,难以平滑通信量。

  6. 无法发现与纠正传输差错,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

2.1 优点

  1. 无需建立连接。不需要为通信双方预先建立一条专用的通讯线路,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,报文发给交换设备时,交换设备先存储报文,然后选择一条合适的空闲线路,将报文发送出去。

  3. 线路可靠性高,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。

  4. 线路利用率高,通信双方在不同的时间一段一段地部分占有物理通道。

  5. 提供多目标服务,一个报文可以同时发送往多个目的地址。

  6. 存储转发中容易实现代码转换和速率匹配,甚至收发双方可以不同时处于可用状态。这样就便于类型,规格和速度不同的计算机之间进行通信。

2.2 缺点

  1. 引起了转发时延,这是因为报文在结点交换机上要经历存储转发的过程。

  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,原地址等信息。

  4. 只适用于数字信号

3. 分组交换

  • 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)。

3.1 优点

  1. 无建立时延 (相对于报文减小传输时延)。

  2. 线路利用率高。通讯双方不是固定占用一条线路,而是在不同的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)。

  4. 加速传输,分组是逐个传输,可以适用流水线的方式。

  5. 减少出错概率和重发数据量,因为分组比报文小,因此知错概率必然减小,即便分组出错,也只需重传出错的分组,这比重传整个报文的数据量小很多,这样不仅提高了可靠性,也减少了传输时延。

  6. 分组短小,适用于计算机之间突发式数据通信。

3.2 缺点

  1. 存在传输时延

  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。

  3. 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,分组到达目的节点时,需要重新还原成原始报文,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。


优点

缺点

电路交换

  • 传输时延(通信时延)小

  • 有序传输

  • 有冲突

  • 数字信号和模拟信号都适用

  • 实时性强

  • 控制简单

  • 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

  • 无数据存储能力

  • 无法发现与纠正传输差错

  • 难以在通信过程中进行差错控制

报文交换

  • 无需建立连接

  • 动态分配线路

  • 线路可靠性高

  • 线路利用率高

  • 提供多目标服务

  • 跨平台通信,高效灵活

  • 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

  • 只适用于数字信号

分组交换

  • 无建立时延

  • 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

  • 分组短小,适合突发式数据通信

  • 存在传输时延

  • 需要传输额外的信息量

  • 为了使数据在网络中传输时延最小,首选的交换方式是电路交换

  • 若要传送的数据量很大,且其传送时间远大于连接建立时间,则采用电路交换较为合适。

  • 为保证数据无差错地传送,应选用的交换方式是电路交换

  • 目前计算机网络通信普遍采用的交换方式是分组交换

  • 就交换技术而言,以太网采用的是分组交换技术。

  • 分组交换报文交换的主要改进是传输单位更小且有固定的最大长度,这种改进产生的直接结果是减少传输时延

  • 当端到端的通路有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。

4. 数据报与虚电路

  • 分组交换可以进一步分为数据报虚电路

数据报服务和虚电路服务的比较(来自《王道考研》)

数据报服务

虚电路服务

连接的建立

不需要

必须有

目的地址

每个分组都有完整的目的地址

仅在建立连接阶段使用,之后每个分组使用长度目的地址每个分组都有完整的目的地址较短的虚电路号

路由选择

每个分组独立地进行路由选择和转发

属于同一条虚电路的分组按照同一路由转发

分组顺序

不保证分组的有序到达

保证分组的有序到达

可靠性

不保证可靠通信,可靠性由用户主机来保证

可靠性由网络保证

对网络故障的适应性

出故障的结点丢失分组,其他分组路径选择发生变化时可以正常传输

所有经过故障结点的虚电路均不能正常工作

差错处理和流量控制

由用户主机进行流量控制,不保证数据报的可靠性

可由分组交换网负责,也可由用户主机负责