【计算机网络】计算机网络的三种交换方式——分组交换

计算机网络的三种交换技术

【计算机网络】计算机网络的三种交换方式——分组交换_电路交换

导读

大家好，很高兴又和大家见面啦！！！

前面我们已经介绍了电路交换与报文交换这两种交换方式：

• 电路交换：通过在传输时建立通信专用通道，因此通信时延小，不会产生冲突，并且通信的实时性强，但是在传输前建立连接的时间太长，线路利用率低下，且传输过程中无法实现差错控制；
• 报文交换：通过将源地址、目的地址以及用户数据打包成报文，以存储转发的方式进行传输，因此不需要建立专用通信通道，还可以灵活的分配线路并且在传输的过程中能够实现差错控制，但是每一次的存储都会消耗缓存空间，在无形之中加大了缓存开销，当遇到错误时就需要重新传输，导致错误处理的效率低下；

在电路交换中，存在的问题主要是由专用通信通道带来的一系列问题，因此在报文交换中就通过存储转发技术回避了这些问题，只不过当报文较长时，还会引发新的问题。

那就是说，如果我们能够解决报文过长的问题，是不是就能很大程度上避免这些问题呢？

今天我们将会介绍计算机网络的第三种交换方式——分组交换。下面我们就直接进入正题吧！！！

一、分组交换（Packet Switching）

1.1 定义

将数据拆分为小尺寸的分组（如512~1500字节），每个分组独立寻路传输，到达目的地后重组恢复原始数据。

1.2 个人理解

分组交换就是在报文交换的基础上，将长报文拆分成短报文，然后再将拆分之后的短报文依次传输给通信对象，通信对象在获取到所有的短报文后，会按照顺序进行排列，从而获取完整的数据信息。

为了确保这些短报文能够按照正确的顺序被读取，因此这些短报文会在原先长报文的基础上增加编号信息：

【计算机网络】计算机网络的三种交换方式——分组交换_电路交换_02

从上图可以看到，原先需要被传送的长数据，会被切分成一个一个短数据，并在每个短数据前加一个首部，首部中就有各个短数据的编号。每个数据段与其添加的首部就构成了一个分组。

分组交换的过程就是从源地址开始，将这一个个分组依次发送到分组交换网中，途径的每一个结点都会将其进行存储，并在首部中提取目的地址后，通过查找自己的转发表，再将分组转发给下一个节点，直至所有分组到达目的地址。

在传输过程中，这些短数据都是独立完成的传输工作，使用的同样是存储转发技术，相比于长报文而言，每一个分组信息的存储转发延时会大大降低，并且当遇到错误信息时，只需要重新传输出错的分组即可，大大提高了错误处理的效率。

1.3 优缺点

1.3.1 优点

分组交换在继承了报文交换的诸多优点外，还新增了以下优点：

1. 方便存储管理，存储转发开销小。因为分组的长度固定，所以相应缓冲区的大小也固定。
2. 传输效率高。分组时逐个传输的，可以使后一个分组的存储操作与前一个分组的转发操作并行，这种流水线方式减少了报文的传输时间。
3. 减少了出错概率和重传代价。因为分组短，其出错概率必然减小，所以每次重发的数据量也就大大减少，这样不仅提高了可靠性，还减小了传输时延。

1.3.2 缺点

不过分组交换技术也并不完美，它同样还是存在一些不足：

1. 存才存储转发时延。尽管分组交换比报文交换的传输时延小，但相对于电路交换仍存在存储转发时延，且其节点交换机必须具备更强的处理能力。
2. 需要传输额外的信息量。每个小数据段都要加上控制信息以构成分组，这使得传送的信息量增大了 5%~10% ，进而使得控制复杂，降低了通信效率。
3. 当分组交换网采用数据报服务时，可能出现失序、丢失或重复分组的情况。分组到达目的主机时，要对分组按编号进行排序等工作，而这些工作很麻烦。

对于转发时延与额外的信息量，这个在整个传输过程中并不会影响传输的数据，但是这个失序、丢失与重复分组的问题，则会导致传输的数据出现差错，这个问题还是不可忽视的，那有没有什么好的方式来避免这个问题呢？

这里我们就不得不提一嘴虚拟电路交换技术了。

二、虚拟电路交换（Virtual Circuit Switching）

2.1 定义

在逻辑上建立专用通道（非物理线路），结合电路交换的预分配性和分组交换的动态共享特性。

2.2 个人理解

在操作系统中，我们就有介绍过操作系统的四大特征：并发、共享、虚拟、异步。这里的虚拟电路的意思，就是借助操作系统这一虚拟特征，在通信双方之间建立一条专用的虚拟通信线路。

但是作为虚拟通信线路，它与电路交换中建立的实际通信线路不同的是，这两台通信设备并不会独占该线路，因此它就避免了电路交换中，通信线路资源利用率低下的问题。

并且虚拟电路交换技术是建立在分组交换技术之上的，这样数据在依次传输的过程中，就很好的解决了失序、丢失或重复分组的情况。

不过因为需要建立专用的通信线路，所以在通信的过程中，需要经历呼叫建立、数据传输以及虚电路释放的三个阶段，这时就会存在建立连接时延的问题。

结语

在今天的内容中，我们介绍了分组交换：

1. 分组交换技术将长报文切分成定长的分组，每个分组包含首部和数据。
2. 分组交换机存储并转发分组，根据首部的控制信息选择转发路径。
3. 分组交换继承了报文交换的优点，并解决了报文不定长的问题，提高了存储转发效率和准确性。
4. 分组交换的缺点包括控制信息占比增加和存储转发导致的传输速度降低。

由于分组交换存在失序、丢失或重复分组的这一系列无法忽视的问题，因此后面我们又简单的提及了一下虚拟电路交换技术：

1. 虚电路交换技术在通信双方传输数据之前建立连接，类似于电路交换，但连接是虚拟的。
2. 虚电路交换本质上是分组交换，但吸收了电路交换的思想，建立了虚拟电路来保证分组的顺序和可靠性。

今天的内容到这里就全部结束了，在下一篇内容中我们将继续介绍第三种交换方式——《三种交换方式的性能比较》，大家记得关注哦！

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