交换的概念
在多节点通信网络中，为有效利用通信设备和线路，一般希望动态地设定通信双方间的线路，动态地接通或断开通信线路
交换的方式
1.电路交换
2.存储交换---报文交换、分组交换、信元交换
3.混合交换
1.电路交换
定义
直接利用可切换的物理通信线路，连接通信双方
三个阶段
建立电路→传输数据→拆除电路
主要特点
在发送数据前，必须建立起点到点的临时的、专用的物理通路（有可能是经过多路复用技术划分出来的一条信道）
优缺点
建立物理通路时间较长，数据传送延迟较短，由于建立的是专用通路，因此服务质量是有保证的，也就是之后不管有多少用户加入，对它的传输时没有影响的。但是计算机网络不用这种方式，原因是：信道利用率太低；因为要给每一次通信分配专用的物理连接，那么整个网络同时能服务的用户的数量是有上限的
例：电话网络
比如打电话，需要经过中间的交换局进行连接，一旦建立了物理连接，中间节点（交换局）就相当于把一个端口到另一个端口的开关闭合了，也就是中间节点的转发时延可以忽略不计
因此这种交换方式的总时延 = 发送时延+传播时延
电话网络.png
2.存储交换
不预先分配资源，很可能在用户需要的时候没有足够的资源可用，所以源节点发送一个数据到目的节点，因为资源无法保证，所以无法预测需要多长时间完成。对于固定速率的传输来讲，是没有办法保证分配给它固定的带宽的
1) 报文交换
原理
信息以报文（逻辑上完整的信息段）为单位进行存储转发
特点
线路利用率高，要求中间节点（网络通信设备）缓冲大，延迟时间长
缺点
在传送一个比较大的报文的时候，它会占用这条信道，很长时间别人是没办法进行传输的
报文交换.png
2) 分组交换
原理
信息以分组位单位进行存储转发，源节点把报文分为分组，在中间节点存储转发，目的节点把分组合成报文
分组
比报文还小的信息段，通常有最大长度的限制（比如以太网）
特点
网络节点设备中不预先分配资源，线路利用率高，节点存储器利用率高，易于重传，可靠性高，易于开始新的传输，让紧急信息优先通过，额外信息增加
※和报文交换相比，分组交换中分组和分组之间是需要有间隙的，不能连续发送
加了更多的额外信息，但是效率还是比报文交换高，因为我们相当于采用了流水线的方式可以更快地开始第二段的传送，最终花的总时间比报文交换还要短。对于中间节点来说，它转发一个小的分组比转发一个大的报文所需要的处理时延要短，效率要高
分为数据报和虚电路（在发送数据之前，需要像电话网络那样建立一个虚电路）
• 数据报
面向无连接的（例：IP网络）
每个分组必须携带完整的目的地址，独立进行路由选择（如果一个节点发送了很多的分组，比如发送了一个文件，给它分成了10个分组，按道理这10个分组传输的路径应该是一样的，但是发送方在发送这10个分组的时候是独立的，给每一个分组都携带完整的目的地址。中间节点的路由器来讲，它并不知道这10个分组来源于同一个文件，所以会独立处理这些分组，互相之间没有关系）适合少量分组的传送，如果对服务质量要求不是特别高，也可以进行大量分组的传输。省去呼叫建立的过程，速度快。可以较好处理拥塞问题 。可靠性高，当中间某节点（链路）发生故障时，对虚电路的影响更大，没法继续发送数据，必须要重新建一条虚电路。如果数据报方式，路由会选择新的路径。如果中间某节点发生拥塞，虚电路控制会更好，因为流量是完全可以预测的
分组交换.png
• 虚电路
面向连接的（例：ATM网络）
需要建立虚电路→数据传输→释放虚电路
特点
所有分组只做一次路由选择，相对于数据报，网络在处理拥塞时困难，不可靠传输的数据的顺序是有保证的，因为它们走的是一条路，不会出现因为没有资源而丢弃分组的情况
在发送数据之前要发送一个虚呼叫分组，目的是选择一条从源节点到目的节点的路由路径。在发送虚呼叫分组的时候把数据传输所要求的服务质量与中间它所选择的路由当中经过的所有的中间节点进行了协商（和中间路由协商你是否能支持我所要求的服务质量）。一旦虚电路连接了，中间的所有节点都给数据的传输预留了资源。因为所有的分组都只能走建立好的虚电路，所以后续的所有的分组的发送都不需要带目的地址，只要有虚电路号就可以
虚电路.png
电路交换，报文交换和分组交换的特点与比较
• 电路交换：整个报文的比特流连续地从源点直达终点，好像在一个管道中传送
• 报文交换：整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点
• 分组交换：单个分组(这只是整个报文的一部分)传送到相邻结点，存储下来后查找转发表，转发到下一个结点
电路交换，报文交换和分组交换的特点与比较.png
若要连续传送大量的数据，且其传送时间远大于连接建立时间，则电路交换的传输速率较快
报文交换和分组交换不需要预先分配传输宽带，在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率。由于一个分组的长度旺旺远小于整个报文的长度，因此分组交换比报文交换的时延小，同时也具有更好的灵活性
3）信元
大小固定的信息段（比如ATM网络），中间节点的转发效率是比较高的（可以用硬件来实现转发），但是不灵活，需要增加过多的信源头，信道的利用率会受到影响
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