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通信交换

通信史上存在过三种交换形式

  • 电路交换
  • 报文交换
  • 分组交换

电路交换

电话网是其中一个例子，曾经是世界上最大的通信网络。
在电路交换中，连接是物理连接（在物理上将两个电路连接在一起）一旦建立连接，直到连接断开之前，电路会一直占用。

优点：

中间节点不需要对信息进行处理，传输速率很快。

缺点：

  1. 信道共享性很差
  2. 不能进行差错控制
  3. 线路分配的灵活性差
  4. 需要事先建立连接

图示：

电路交换.png

报文交换

报文交换使用“存储转发”思想实现信息交换。每当报文到达中间节点时，中间节点会将报文放到内存中，然后选择一个合适的端口进行转发，周而复始直到到达目标终端。

优点：

  1. 无需建立连接
  2. 线路可以灵活分配
  3. 信道共享性较好
  4. 可以在传输节点进行差错控制（检错）

缺点：

  1. 存储转发需要时间，信息传输速率比电路交换慢
  2. 长报文转发的开销时间大、占用缓存多，会导致共享性下降
  3. 长报文容易出错，重传代价高。

图示：
报文交换_compressed.png

分组交换

分组交换就是在报文交换的基础上，将数据切割成数据片，每个数据片加上首部形成分组。

优点：

  1. 无需建立连接
  2. 线路可以灵活分配
  3. 不会被长报文霸占信道，共享性很好
  4. 可以在传输节点进行差错控制（检错）
  5. 可以进行并行传输。（报文段 A 被中间节点处理并转发时，报文段 B 可以同时开始发送）
  6. 重传代价小

缺点：

  1. 添加报文段首部导致传输效率（有效数据和传输的总数据之间的比值）下降
  2. 虽然可以并行转发，但是存储转发的消耗仍存在
  3. 报文段可能出现乱序、丢失等问题，增加了传输控制的难度

图示：

分组交换_compressed.png

交换结构

  1. 通过存储器
    收到数据分组时，将数据分组写入存储器，然后再将存储器中的数据读出、发往输出端口。这种架构的效率受限于存储器的读写速度，并且是串行的，效率较低。
  2. 通过总线
    收到数据分组后，将其置于数据总线上，输出端口各取所需。这种架构也是串行的。
  3. 通过纵横开关
    有若干输入行、输出列，行列之间有交叉点。通过控制交叉点的开合来控制输入、输出口的连接。
    现代路由器使用的是这种结构的改良版：每个输入、输出端口配备独立的缓冲区；缓冲区通过交换矩阵（和纵横开关类似）连接；路由器处理器交换矩阵。