计算机网络（四）数据交换方式过程，图文详解、优缺点分析（电路交换、报文交换、分组交换）
目录
- 前言
- 为什么需要进行数据交换？
- 1 电路交换
- 1.1什么是电路交换？过程？
- 1.2 原理与特点
- 1.3 优缺点分析
- 2 报文交换
- 2.1 报文交换的定义、过程
- 2.2 报文交换的原理、优缺点分析
- 3 分组交换
- 3.1 什么是分组交换？
- 3.2 分组交换原理
- 3.3 分组交换的优缺点分析
- 3.4 三种交换方式的选择
- 4 数据报与虚电路
- 4.1 数据报方式流程、特点
- 4.2虚电路方式流程、特点
- 4.3 数据报与虚电路的 比较
前言
为什么需要进行数据交换？
因为传输线路是大家公用的（节省通信线路，降低费用），所以在传输的时候，需要由交换设备对于数据进行处理，对数据进行集中和传输。
1 电路交换
1.1什么是电路交换？过程？
定义：
电路交换通信网中最早出现的一种交换方式，也是应用最普遍的一种交换方式，主要应用于电话通信网中
电路交换的时候，整条链路都是你的（独占资源），一直到断开连接。
过程：
（联想打有线电话的过程~）
1.2 原理与特点
原理：
在数据传输期间，源结点与目的结点之间有一条由中间结点构成的专用物理连接线路，在数据传输结束之前，这条线路一直保持
特点：
独占资源，用户始终占用端到端的固定传输带宽。适用于远程批处理信息传输或系统间实时性要求高的大量数据传输的情况
1.3 优缺点分析
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 传输时延小 | 建立连接时间长 |
| 数据顺序传送，无失序问题 | 线路独占 |
| 实时性强 | 灵活性差 |
| 全双工通信，没有冲突 | 无数据存储能力，难以平滑通信量 |
| 适用于模拟信号和数字信号 | 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 |
| 控制简单 | 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
2.1 报文交换的定义、过程
报文交换相比于电路交换，线路是大家的，谁想发数据就发~
报文交换（英文：message switching）：
又称存储转发交换，
是数据交换的三种方式之一，报文整个地发送，一次一跳。
报文交换是分组交换的前身，是由莱昂纳多·克莱洛克于1961年提出的。
报文交换的主要特点是：
存储接收到的报文，判断其目标地址以选择路由，最后，在下一跳路由空闲时，将数据转发给下一跳路由。
报文交换系统现今都由分组交换或电路交换网络所承载
2.2 报文交换的原理、优缺点分析
原理：由存储转发功能；不需要建立专门的链路，线路大家都是公用的，数据传输的是报文，每到一个节点都会暂存报文，等待空闲时传送出去
优缺点分析：
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 想发就发，无需建立连接 | 实时性差，不适合传送实时或交互式业务的数据 |
| 动态选择最佳路径 | 只适用于数字信号 |
| 提高线路可靠性、利用率 | 每个结点有较大的缓冲区，还有传送时延 |
| 提供多目标服务:一个报文可同时发往多个目的地址 | \ |
| 存储转发中容易实现代码转换和速率匹配。便于类型、规格和速度不同的计算机之间进行通信 | \ |
3 分组交换
3.1 什么是分组交换？
分组交换是将文件拆分成一个个较小的数据包，然后依次发送这些包
分组交换实质上是在“存储——转发”基础上发展起来的。它兼有电路交换和报文交换的优点。
分组交换在线路上采用动态复用技术传送按一定长度分割为许多小段的数据——分组，每个分组独立进行传送。到达接受端口，再重新组装为一个完整的数据报文。
分组交换比电路交换的传输效率高，比报文交换的时延小
3.2 分组交换原理
分组交换与报文交换的工作方式基本相同，都采用存储转发方式，形式上的主要差别在于，分组交换网中要限制所传输的数据单位的长度，一般选128B
发送节点首先对从终端设备送来的数据报文进行接收存储，而后将报文划分成一定长度的分组，并以分组为单位进行传输和交换
接收结点将收到的分组组装成信息或报文
3.3 分组交换的优缺点分析
| 优点 | 解释 |
|---|---|
| 无建立时延 | 无需为通信双方预先建立一条专用通信线路，用户可随时发送分组 |
| 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这条物理通道，多个分组可共享信道 |
| 简化了存储管理 | 因为分组的长度固定，相应的缓冲区的大小也固定，在交换结点中存储器的管理通常被简化为对缓冲区的管理，相对比较容易 |
| 加速传输 | 后一个分组的存储可以和前一个分组的转发并行操作;传输一个分组比一份报文所需缓冲区小减少等待发送时间 |
| 减少出错几率和重发数据量，提高可靠性，减少传输时延 | \ |
| 分组短小，适用于计算机之间突发式数据通信 | \ |
| 缺点 | 解释 |
|---|---|
| 仍存在存储转发时延 | 尽管分组交换比报文交换的传输时延少，但仍存在存储转发时延，而且其结点交换机必须具有更强的处理能力 |
| 每个分组都要加控制信息 | 一定程度上降低了通信效率，增加了处理的时间 |
| 采用数据报服务时，可能出现失序、丢失或重复分组，分组到达目的结点时，要对分组按编号进行排序等工作，增加了麻烦 | \ |
| 采用虚电路服务，虽无失序问题，但有呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程 | \ |
3.4 三种交换方式的选择
1.传送数据量大，且传送时间远大于呼叫时，选择电路交换。电路交换传输时延最小。
2.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。
3从信道利用率上看，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，尤其适合于计算机之间的突发式的数据通信。
4 数据报与虚电路
4.1 数据报方式流程、特点
第一步：源主机对于报文进行分组，发给节点A (图里只能发给A呀)
第一步：结点A受到分组之后，发送给相连的其它结点，同时对于每一个分组进行差错检测和路由选择
第三步：结点C受到分组之后，对于分组进行差错检查，确认正确就对A发送确认信息，A收到确认信息，表明发送成功，随即丢弃本地的副本
【数据报工作方式的特点】:
1.同一报文的不同分组可以由不同的传输路径通过通信子网；
2.同一报文的不同分组到达目的结点时可能出现乱序、重复与丢失现象；
3.每一个分组在传输过程中都必须带有目的地址与源地址
4.数据报方式报文传输延迟较大，适用于突发性通信，不适用于长报文、会话式通信
5.数据报为网络层提供无连接服务
4.2虚电路方式流程、特点
虚电路：结合了电路交换和数据报方式
在两个节点或应用进程之间建立起一个逻辑上的连接或虚电路后，就可以在两个节点之间依次发送每一个分组，接收端收到分组的顺序必然与发送端的发送顺序一致，因此接收端无须负责在接收分组后重新进行排序。
虚电路是建立一条逻辑连接，发送方与接收方不需要预先建立连接
路径上的所有结点，都要维持一张虚电路表
【虚电路方式的特点】：
1虚电路方式为网络层提供连接服务。源节点与目的结点之间建立一条逻辑连接
2一次通信的所有分组都通过虑电路顺序传送分组不需携带源地址、目的地址等信息包含虚电路号，相对数据报方式开销小，同一报文的不同分组到达目的结点时不会乱序、重复或丢失。
3.分组通过虚电路上的每个节点时，节点只进行差错检测，不需进行路由选择。
4.每个节点可能与多个节点之间建立多条虚电路，每条虚电路支持特定的两个端系统之间的数据传输，可以对两个数据端点的流量进行控制，两个端系统之间也可以有多条虚电路为不同的进程服务。
5.致命弱点:所有经过故障结点的虚电路均不能正常工作 |
4.3 数据报与虚电路的 比较
| 对比 | 虚电路 | 数据报 |
|---|---|---|
| 连接的建立 | 必须有 | 不要 |
| 目的地址 | 仅在建立连接阶段使用，之后每个分组使用长度较短的虚电路号 | 每个分组都有完整的目的地址 |
| 路由选择 | 属于同一条虚电路的分组按照同一路由转发 | 每个分组独立地进行 路由选择和转发 |
| 分组顺序 | 保证分组的有序到达 | 不保证分组的有序到达 |
| 可靠性 | 可靠性由网络保证 | 不保证可靠通信,可靠性由用户主机来保证 |
| 对网络故障的适应性 | 所有经过故障结点的虚电路均不能正常工作 | 出故障的结点丢失分组,其他分组路径选择发生变 化,可正常传输 |
| 差错处理和流量控制 | 可由分组交换网负责，也可由用户主机负责 | 由用户主机进行流量控制,不保证数据报的可靠性 |
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