《计算机网络技术及应用》中的网络交换技术

在一个由多个网络组成的互联网中，发送数据方与接收数据方之间通常都会相隔多个网络，从而也必然经过了多个设备的转发，数据才能从源到达目的地。然而，不同网络的设备间的数据传输，并不像在同一网络内设备间的数据交换那样，采用数据链路层所提供的方法实现，而是，都需要首先完成网络之间的数据交换，再把数据传送给设备。

例如，当网络A中的一个设备1，要把数据传输给网络B中的某个设备2，则设备1不能直接把数据传输给设备2，而是把数据传输给连接网络A和网络B的设备3（如路由器），再由设备3把数据转发给设备2。如果设备1和设备2相隔了多个网络，被传输的数据将必须经过多次转发才能到达目的地。

OSI网络层提供了三个数据交换技术方案：电路交换、报文交换和分组交换。

1.电路交换技术

电路交换技术是网络之间进行数据交换的重要技术之一。电路交换技术采用一条单一路径将发送数据的一方与接收数据的一方连接起来，这种连接一直持续到数据传输的对话结束。传统的电话通信系统是电路交换技术的经典应用。例如，电话交换设备使用地址号（以国家、地区、中心局和中继线的电话号码的格式）建立一条连接打电话的一方与接电话的一方的路径。这种连接一旦建立，只要双方没有挂断电话，该连接专用路径就一直保持，直到任何一方挂断，该连接被终止。

计算机网络中的电路交换，与电话系统非常相似，要求在发送数据之前，必须确定好一个端到端的完整路径。具体的过程：要求发送数据的计算机在发送数据之前，必须请求建立一个到达接收数据的计算机的连接（物理连接）。一旦该连接成功，接收数据的计算机将向发送数据的计算机返回一个特定数据包，表明一切准备就绪，可以开始接收数据。随后，发送方才能开始发送数据。与报文交换和分组交换比较，电路交换技术的优势与劣势如下所述。

优势：采用专用传输信道能保证数据速率；通信双方的电路一旦建立，将不存在任何信道访问延迟。

劣势：单一专用信道将造成媒介无效占用；将加大专用信道在时间和带宽使用的费用；存在较长的通信连接延迟。

2.报文交换技术

报文交换技术是现代计算机网络中普遍使用的数据交换技术之一。报文交换与电路交换不同，报文交换不需要在发送数据方与接收数据方之间建立一条专用路径，而是将被发送的数据划分成一个个报文，每个报文都将分别被包装起来，附加上在网络中和网络间传输的控制信息，如报文的源地址、目的地址以及报文的长度等信息。然后，被发送的数据块报文通过网络，从一台设备传到另一台设备，直至接收数据的设备。

在一个报文交换的计算机网络中，一个数据块从发送方到接收方，可能要经过多个设备转发。每个中间设备在接收到报文后，都要简单存储它，然后再把它发往下一台设备。所以这种类型的网络被称为“存储-转发网络”。

在报文交换的实际操作中，进行报文交换的设备通常就是一台通用计算机或路由器。因此要求该计算机有足够的存储空间来暂时存放接收到的报文，这些报文有时可能会相当长，有时也会很短。无论报文的长与短，报文交换的这种机制必然会造成延迟。因为在传输路径上，每个中间设备找到下一个设备都要花费时间，存储和重新传输报文同样也要花费一定的时间。

在实际的应用中，报文交换（存储-转发技术），通常用于支持电子邮件、安排日程表、工作流程和群件这样的服务。与电路交换和分组交换比较，报文交换的优势与劣势如下所述。

优势：与电路交换相比，报文交换可以让更多的设备共享网络带宽；报文暂存减少了网络拥挤；通过设置优先权，可延缓低优先级报文的发送，优先发送高优先级的报文；支持组播技术，可通过广播寻址把一个报文发往多个目标设备；由于报文发出时接收设备不需要等待，从而改善了整个网络的通信环境。

劣势：不适用于实时的网络应用（如多媒体通信）；存储开销大，使报文交换必须为缓存大量报文而准备足够存储设备。

3.分组交换技术(www.xing528.com)

分组交换技术是现代计算机网络通信采用最多的一种数据交换技术。分组交换技术是一种结合了报文交换和电路交换的优点，并将两者缺点最小化的数据交换技术。分组交换技术包含两种基本的分组交换方法：数据报分组交换和虚电路分组交换。

不论哪一种分组交换，报文都被划分成叫做分组（也称做“包”或“数据报”）的多个小报文。每一个分组都被附上源、目的和中间转发站点地址。每个分组的最大长度有严格定义，以保证每个分组能全部暂存于计算机或路由器的RAM中，而不是暂存在硬盘上。从而大大加快了数据在转发过程中的存取速度，并降低了对存储硬件的要求。

（1）数据报分组交换

数据报分组交换与报文交换有某些相似之处，即每一个数据报（分组）都是一个带有完整寻址信息的独立单元。数据报可取得各种可能的路径通过网络，直至接收数据的设备。但是，由于报文被划成许多块（分组），各个分组在发送到网络后，鉴于网络中间转发设备的工作原理（后面将介绍），所有的分组可能不能都沿着一个路径到达目的地，发送出的分组常常取不同的路径，先后到达接收数据的设备，因而会使分组的顺序混乱。为此，在对报文分组时，还必须为每个分组加上分组顺序号。

采用上述方法，数据报通过最合适的路径发送出去，途经的每台设备都为每个分组选择在该时刻内的最佳路径。由于分组沿着不同路径传输，有些分组会在传输途中被延迟，所以接收数据的设备在收到各分组时，其顺序已经不可能是发送时的顺序。因此，接收数据的设备首先要对接收到的分组，按发送时的顺序号重新排序，并组合成原来的报文。

数据报分组交换常与多点局域网物理拓扑结构一起使用。当分组被交换到合适的网络上时，处在同一网段的所有设备，都将接收每一个分组，每个设备使用LLC一级寻址来决定是否接受它。到此，就完成了数据报数据交换的全过程。

数据报方法依靠网络层为每个分组提供在网络之间传输的路径，并且还能纠正在传输过程出现的差错。路由器的高可靠性和高性能正是利用了数据报分组交换的这一基本特性。

（2）虚电路分组交换

虚电路是发送数据方与接收数据方之间的逻辑连接。一个逻辑连接是在数据传输的对话开始前，发方与收方通过交换信息建立起来的路径（不是电路）等连接措施，这些信息允许发方和收方在一些对话参数上取得一致。这些参数包括报文的最大尺寸，所选的路径，以及其他用于建立和维持对话的各种参量。

虚电路通常暗指面向连接的服务。虚电路可以是临时的，但将会持续到一次对话的结束；虚电路也可以是永久的，一直持续到双方计算机关机。

数据报分组交换与虚电路分组交接之间的主要差别是在连接上。每一条虚电路在用户看来都是一条点到点的链路，但实际上它是一条通过互连网络的逻辑路径，并且在互连网络中有从点到点的交换和差错控制。可见，虚电路不同于电路交换，虚电路并没有要求有一个直通的物理线路，它仅仅是一个固定的具有差错控制的逻辑传输路径而已。

相对于其他交换方式，分组交换的优势与劣势如下所述。

优势：由于交换在内存中完成，延迟小；由于设备不需要很大的存储空间，经济可靠；分组能绕开故障链路；可优化利用链路带宽。

劣势：分组易丢失需重发；协议比较复杂，从而增加了设备费用。