電路、報(bào)文、分組交換的特點(diǎn)和比較

1．電路交換技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)共經(jīng)歷了四個發(fā)展階段，電路交換技術(shù)、報(bào)文交換技術(shù)、分組交換技術(shù)和ATM技術(shù)。公眾電話網(wǎng)（PSTN網(wǎng)）和 移動網(wǎng)（包括GSM網(wǎng)和CDMA網(wǎng)）采用的都是電路交換技術(shù)，它的基本特點(diǎn)是采用面向連接的方式，在雙方進(jìn)行通信之前，需要為通信雙方分配一條具有固定帶 寬的通信電路，通信雙方在通信過程中將一直占用所分配的資源，直到通信結(jié)束，并且在電路的建立和釋放過程中都需要利用相關(guān)的信令協(xié)議。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是在通信過程中可以保證為用戶提供足夠的帶寬，并且實(shí)時性強(qiáng)，時延小，交換設(shè)備成本較低，但同時帶來的缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)的帶寬利用率不高，一旦電路被建立不管通信雙方是否處于通話狀態(tài)，分配的電路都一直被占用。

2．報(bào)文交換技術(shù)

報(bào)文交換技術(shù)和分組交換技術(shù)類似，也是采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，但報(bào)文交換是以報(bào)文作 為傳送單元，由于報(bào)文長度差異很大，長報(bào)文可能導(dǎo)致很大的時延，并且對每個節(jié)點(diǎn)來說緩沖區(qū)的分配也比較困難，為了滿足各種長度報(bào)文的需要并且達(dá)到高效的目 的，節(jié)點(diǎn)需要分配不同大小的緩沖區(qū)，否則就有可能造成數(shù)據(jù)傳送的失敗。在實(shí)際應(yīng)用中報(bào)文交換主要用于傳輸報(bào)文較短、實(shí)時性要求較低的通信業(yè)務(wù)，如公用電報(bào) 網(wǎng)。報(bào)文交換比分組交換出現(xiàn)的要早一些，分組交換是在報(bào)文交換的基礎(chǔ)上，將報(bào)文分割成分組進(jìn)行傳輸，在傳輸時延和傳輸效率上進(jìn)行了平衡，從而得到廣泛的應(yīng) 用。

3．分組交換技術(shù)

電路交換技術(shù)主要適用于傳送話音相關(guān)的業(yè)務(wù)，這種網(wǎng)絡(luò)交換方式對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)而 言，有著很大的局限性。首先數(shù)據(jù)通信具有很強(qiáng)的突發(fā)性，峰值比特率和平均比特率相差較大，如果采用電路交換技術(shù)，若按峰值比特率分配電路帶寬則會造成資源 的極大浪費(fèi)，如果按照平均比特率分配帶寬，則會造成數(shù)據(jù)的大量丟失。其次是和語音業(yè)務(wù)比較起來，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對時延沒有嚴(yán)格的要求，但需要進(jìn)行無差錯的傳輸， 而語音信號可以有一定程度的失真但實(shí)時性一定要高。分組交換技術(shù)就是針對數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)的特點(diǎn)而提出的一種交換方式，它的基本特點(diǎn)是面向無連接而采用存儲轉(zhuǎn) 發(fā)的方式，將需要傳送的數(shù)據(jù)按照一定的長度分割成許多小段數(shù)據(jù)，并在數(shù)據(jù)之前增加相應(yīng)的用于對數(shù)據(jù)進(jìn)行選路和校驗(yàn)等功能的頭部字段，作為數(shù)據(jù)傳送的基本單 元即分組。采用分組交換技術(shù)，在通信之前不需要建立連接，每個節(jié)點(diǎn)首先將前一節(jié)點(diǎn)送來的分組收下并保存在緩沖區(qū)中，然后根據(jù)分組頭部中的地址信息選擇適當(dāng) 的鏈路將其發(fā)送至下一個節(jié)點(diǎn)，這樣在通信過程中可以根據(jù)用戶的要求和網(wǎng)絡(luò)的能力來動態(tài)分配帶寬。分組交換比電路交換的電路利用率高，但時延較大。

分組交換提供的業(yè)務(wù)

交換虛電路——指在兩個用戶之間建立的臨時邏輯連接。

永久虛電路——指在兩個用戶之間建立的永久性的邏輯連接。用戶一開機(jī)，一條永久虛電路就自動建立起來了。

分組交換網(wǎng)絡(luò)

數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)是一個面向無連接的網(wǎng)絡(luò)

虛電路網(wǎng)絡(luò)是一個面向連接的網(wǎng)絡(luò)為每條連接中的連接維護(hù)狀態(tài)信息．

電路、報(bào)文、分組交換的特點(diǎn)和比較

（1）電路交換：由于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），因而有以下優(yōu)缺點(diǎn)。

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)的時延非常小。

②通信雙方之間的物理通路一旦建立，雙方可以隨時通信，實(shí)時性強(qiáng)。

③雙方通信時按發(fā)送順序傳送數(shù)據(jù)，不存在失序問題。

④電路交換既適用于傳輸模擬信號，也適用于傳輸數(shù)字信號。

⑤電路交換的交換的交換設(shè)備（交換機(jī)等）及控制均較簡單。

缺點(diǎn)：

①電路交換的平均連接建立時間對計(jì)算機(jī)通信來說嫌長。

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，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，也難以在通信過程中進(jìn)行差錯控制。

（2）報(bào)文交換：報(bào)文交換是以報(bào)文為數(shù)據(jù)交換的單位，報(bào)文攜帶有目標(biāo)地址、源地址等信息，在交換結(jié)點(diǎn)采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的傳輸方式，因而有以下優(yōu)缺點(diǎn)：

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，不存在連接建立時延，用戶可隨時發(fā)送報(bào)文。

②由于采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的傳輸方式，使之具有下列優(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，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)服務(wù)，即一個報(bào)文可以同時發(fā)送到多個目的地址，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，使優(yōu)先級高的報(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(diǎn)：

①由于數(shù)據(jù)進(jìn)入交換結(jié)點(diǎn)后要經(jīng)歷存儲、轉(zhuǎn)發(fā)這一過程，從而引起轉(zhuǎn)發(fā)時延（包括接收報(bào)文、檢驗(yàn)正確性、排隊(duì)、發(fā)送時間等），而且網(wǎng)絡(luò)的通信量愈大，造成的時延就愈大，因此報(bào)文交換的實(shí)時性差，不適合傳送實(shí)時或交互式業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)。

②報(bào)文交換只適用于數(shù)字信號。

③由于報(bào)文長度沒有限制，而每個中間結(jié)點(diǎn)都要完整地接收傳來的整個報(bào)文，當(dāng)輸出線路不空閑時，還可能要存儲幾個完整報(bào)文等待轉(zhuǎn)發(fā)，要求網(wǎng)絡(luò)中每個結(jié)點(diǎn)有較大的緩沖區(qū)。為了降低成本，減少結(jié)點(diǎn)的緩沖存儲器的容量，有時要把等待轉(zhuǎn)發(fā)的報(bào)文存在磁盤上，進(jìn)一步增加了傳送時延。

（3）分組交換：分組交換仍采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)傳輸方式，但將一個長報(bào)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(fā)送出去，因此分組交換除了具有報(bào)文的優(yōu)點(diǎn)外，與報(bào)文交換相比有以下優(yōu)缺點(diǎn)：

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是逐個傳輸，可以使后一個分組的存儲操作與前一個分組的轉(zhuǎn)發(fā)操作并行，這種流水線式傳輸方式減少了報(bào)文的傳輸時間。 此外，傳輸一個分組所需的緩沖區(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)不足而等待發(fā)送的機(jī)率及等待的時間也必然少得多。

②簡化了存儲管理。因?yàn)榉纸M的長度固定，相應(yīng)的緩沖區(qū)的大小也固定，在交換結(jié)點(diǎn)中存儲器的管理通常被簡化為對緩沖區(qū)的管理，相對比較容易。

③減少了出錯機(jī)率和重發(fā)數(shù)據(jù)量。因?yàn)榉纸M較短，其出錯機(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，也減少了傳輸時延。

④由于分組短小，更適用于采用優(yōu)先級策略，便于及時傳送一些緊急數(shù)據(jù)，因此對于計(jì)算機(jī)之間的突發(fā)式的數(shù)據(jù)通信，分組交換顯然更為合適些。

缺點(diǎn)：

①盡管分組交換比報(bào)文交換的傳輸時延少，但仍存在存儲轉(zhuǎn)發(fā)時延，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(fù)雜，時延增加。

③當(dāng)分組交換采用數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)時，可能出現(xiàn)失序、丟失或重復(fù)分組，分組到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)時，要對分組按編號進(jìn)行排序等工作，增加了麻煩。若采用虛電路服務(wù)，雖無失序問題，但有呼叫建立、數(shù)據(jù)傳輸和虛電路釋放三個過程。

總之，若要傳送的數(shù)據(jù)量很大，且其傳送時間遠(yuǎn)大于呼叫時間，則采用電路交換較為合適；當(dāng)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(shù)據(jù)較為合 適。從提高整個網(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。
編輯：hfy