電路交換、報文交換、分組交換方式及優(yōu)缺點

1、電路交換、報文交換、分組交換方式及優(yōu)缺點目錄1 電路交換11.1 電路交換過程11.2 電路交換優(yōu)缺點22 報文交換22.1 電路交換過程22.2 報文交換優(yōu)缺點33 分組交換33.1分組交換過程33.2 分組交換優(yōu)缺點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。從通信資源的分配角度來看，“交換就是按照某種方式動態(tài)地分配傳輸線路的資源。在計算機網(wǎng)絡及通信系統(tǒng)中常談到的交換方式有電路交換CS: Circuit Switching、報文交換(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，也是應用最普遍的一種交換方式，主要應用于 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、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)缺點電路交換優(yōu)點:(1)由于通信線路為通信雙方用戶專用，數(shù)據(jù)直達，所以傳輸數(shù)據(jù)的時延非常小。(2)通信雙方

3、之間的物理通路一旦建立，雙方可以隨時通信，實時性強。(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備交換機等及控制均較簡單。電路交換缺點：(1)電路交換的平均連接建立時間對計算機通信來說比擬長。(2)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。3電路交換時，數(shù)據(jù)直達，不同類型、不同規(guī)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過失控制。 2 報文交換2.1 電路交換過程報文交換是一種以報文為數(shù)據(jù)傳送單位，采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的信息傳遞方式。報

4、文交換不要求在兩個通信結(jié)點之間建立專用通路。結(jié)點把要發(fā)送的信息組織成一個數(shù)據(jù)包-報文，該報文中含有目標地址、源地址等信息完整的報文在網(wǎng)絡中一站一站地向前傳送。交換結(jié)點對各個方向上收到的報文排隊，對找下一個轉(zhuǎn)結(jié)點，然后再轉(zhuǎn)發(fā)出去，這些都帶來了排隊等待延遲。每一個結(jié)點接收整個報文，檢查目標結(jié)點地址，然后根據(jù)網(wǎng)絡中的交通情況在適當?shù)臅r候轉(zhuǎn)發(fā)到下一個結(jié)點。經(jīng)過屢次的存儲轉(zhuǎn)發(fā)，最后到達目標，因而這樣的網(wǎng)絡叫存儲轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡。其中的交換結(jié)點要有足夠大的存儲空間一般是磁盤，用以緩沖收到的長報文。報文交換的優(yōu)點是不建立專用鏈路，線路利用率較高，這是由通信中的等待時延換來的。電子郵件系統(tǒng)E-mail適合采用報文交換

5、方式。2.2 報文交換優(yōu)缺點報文交換優(yōu)點：(1)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(fā)送報文(2)由于采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的傳輸方式，使之具有以下優(yōu)點：a.在報文交換中便于設置代碼檢驗和數(shù)據(jù)重發(fā)設施，加之交換結(jié)點還具有路徑選擇，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)格和速度不同的計算機之間進行通信；c.提供多目標效勞，即一個報文可以同時發(fā)送到多個目的地址，這在電路交換中是很難實現(xiàn)的；d.允許建立數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)先級，使優(yōu)

6、先級高的報文優(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。報文交換缺點：(1)由于數(shù)據(jù)進入交換結(jié)點后要經(jīng)歷存儲、轉(zhuǎn)發(fā)這一過程，從而引起轉(zhuǎn)發(fā)時延包括接收報文、檢驗正確性、排隊、發(fā)送時間等，而且網(wǎng)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(yè)務的數(shù)據(jù)。(2)報文交換只適用于數(shù)字信號。(3)由于報文長度沒有限制，而每個中間結(jié)點都要完整地接收傳來的整個報文，當輸出線路比擬忙時，還可能要存儲幾個完整報文等待轉(zhuǎn)發(fā)，要求網(wǎng)絡中每個結(jié)點有較大的緩沖區(qū)。為了降低本錢，減少結(jié)點的緩沖存儲器的容量

7、，有時要把等待轉(zhuǎn)發(fā)的報文存在磁盤上，進一步增加了傳送時延。3 分組交換3.1分組交換過程分組交換也稱為包交換, 它將用戶通信的數(shù)據(jù)劃分成多個更小的等長數(shù)據(jù)段，在每個數(shù)據(jù)段的前面加上必要的控制信息攜帶源、目的地址和編號信息作為數(shù)據(jù)段的首部，每個帶有首部的數(shù)據(jù)段就構(gòu)成了一個分組。首部指明了該分組發(fā)送的地址，當交換機收到分組之后，將根據(jù)首部中的地址信息將分組轉(zhuǎn)發(fā)到目的地，這個過程就是分組交換。分組交換的本質(zhì)就是存儲轉(zhuǎn)發(fā)，它將所接受的分組暫時存儲下來，在目的方向路由上排隊，當它可以發(fā)送信息時，再將信息發(fā)送到相應的路由上，完成轉(zhuǎn)發(fā)。其存儲轉(zhuǎn)發(fā)的過程就是分組交換的過程。分組交換的思想來源于報文交換，報文交

8、換也稱為存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換，它們交換過程的本質(zhì)都是存儲轉(zhuǎn)發(fā)，所不同的是分組交換的最小信息單位是分組，而報文交換那么是一個個報文。由于以較小的分組為單位進行傳輸和交換，所以分組交換比報文交換快。報文交換主要應用于公用電報網(wǎng)中。圖(2) 分組數(shù)據(jù)3.2 分組交換優(yōu)缺點分組交換優(yōu)點：(1)加速了數(shù)據(jù)在網(wǎng)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(zhuǎn)發(fā)操作并行，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(qū)比傳輸一份報文所需的緩沖區(qū)小得多，這樣因緩沖區(qū)缺乏而等待發(fā)送的機率及等待的時間也必然少得多。(2)簡化了存儲管理。因為分組的長度固定，相應的緩沖區(qū)的大

9、小也固定，在交換結(jié)點中存儲器的管理通常被簡化為對緩沖區(qū)的管理，相比照擬容易。(3)減少了出錯機率和重發(fā)數(shù)據(jù)量。因為分組較短，其出錯機率必然減少，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)，因此對于計算機之間的突發(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：(1)盡管分組交換比報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)點交換機必須具有更強的處理能力。(2)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，

10、增加了處理的時間，使控制復雜，時延增加。(3)當分組交換采用數(shù)據(jù)報效勞時，可能出現(xiàn)失序、喪失或重復分組，分組到達目的結(jié)點時，要對分組按編號進行排序等工作，增加了麻煩。假設采用虛電路效勞，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?？傊僭O要傳送的數(shù)據(jù)量很大，且其傳送時間遠大于呼叫時間，那么采用電路交換較為適宜；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(shù)據(jù)較為適宜。從提高整個網(wǎng)絡的信道利用率上看，報文交換和分組交換優(yōu)于電路交換，其中分組交換比報文交換的時延小，尤其適合于計算機之間的突發(fā)式的數(shù)據(jù)通信。分組交換提供的業(yè)務: (1) 交換虛電路指在兩個用戶之間建立的臨時邏輯

11、連接。(2) 永久虛電路指在兩個用戶之間建立的永久性的邏輯連接。用一開機，一條永久虛電路就自動建立起來了。3.3.分組交換網(wǎng)與電路交換網(wǎng)比擬優(yōu)點: (1)線路利用率更高：因為結(jié)點到結(jié)點的單個鏈路可以由很多分組動態(tài)共享。分組被排隊，并被盡可能快速地在鏈路上傳輸。(2)一個分組交換網(wǎng)絡可以實行數(shù)據(jù)率的轉(zhuǎn)換：兩個不同數(shù)據(jù)率的站之間能夠交換分組，因為每一個站以它的自己的數(shù)據(jù)率連接到這個結(jié)點上。(3)排隊制：當電路交換網(wǎng)絡上負載很大時，一些呼叫就被阻塞了。在分組交換網(wǎng)絡上，分組仍然被接受，只是其交付時延會增加。(4)支持優(yōu)先級：在使用優(yōu)先級時，如果一個結(jié)點有大量的分組在排隊等待傳送，它可以先傳送高優(yōu)先級的分組。這些分組因此將比低優(yōu)先級的分組經(jīng)歷更少的時延。缺點: (1)時延：一個分組通過一個分組交換網(wǎng)結(jié)點時會產(chǎn)生時延，而在電路交換網(wǎng)中那么不存在這種時延。 (2)時延抖動：因為一個給定的源站和目的站之間的各分組可能具有不同的長度，可以走不同的路徑，也可以在沿途的交換機中經(jīng)歷不同的時延，所以分組的總時延就可能變化很大。這種現(xiàn)象被稱為抖動。抖動對一些應用來講是不希望有的例如： 話音和實時圖像等實時應用中。 (3)額外開銷大：要將分組通過網(wǎng)絡傳送，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分組里。這些信息降低了可用來運輸用戶