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  • 计算机网络中的三种交换方式
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    2021-11-02 09:35:52

    计算机网络中的三种交换方式

    一、电路交换

    • 电话交换机接通电话线的方式称为电路交换;
    • 从通信资源的分配角度来看,交换(switching)就是按照某种方式动态地分配传输路线的资源。
    • 电路交换的三个步骤:
      1. 建立连接(分配通信资源)
      2. 通话(一直占用通信资源)
      3. 释放资源(归还通信资源)

    优点:通信时间少、有序传播、没有冲突、适应范围广、实时性强、控制简单。
    缺点:建立连接时间长、线路独占,使用效率低、灵活性差、难以规格化。

    二、分组交换

    分组交换是目前最常用的交换方式
    分组交换机(路由器):所要完成的任务是缓存分组转发分组,简称为存储转发
    发送方:构造分组,发送分组
    路由器:缓存分组,转发分组
    接收方:接收分组,还原报文

    优点:无需建立连接、线路利用率高、简化了存储管理、加速传输、减少出错概率和重发数据量
    缺点:引起了转发时延、需要传输额外的信息量、对于数据包服务,存在失序,丢失或重复分组的问题;对于虚电路服务,存在呼叫建立,数据传输和虚电路释放三个过程。

    三、报文交换

    报文交换主要用于早期的电报通信网,现在较少使用,通常被较先进的分组交换方式取代。

    优点:无需建立连接、动态分配路线、提高线路可靠性、提高线路利用率、提供多目标服务。
    缺点:引起了转发时延、需要较大存储转发空间、需要传输额外的信息量。

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  • 目录1、电路交换(Circuit Switching)2、分组交换(Packet Switching)3、报文交换(Message Switching)4、三种交换方式的对比 网络核心部分是互联网中最复杂的部分。 网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机...

    笔记整理于 B站湖科大计算机网络微课堂(有字幕无背景音乐版)(陆续更新中…) 视频链接

    在计算机网络中有三种主要的数据交换方式,分别是电路交换、报文交换和分组交换,三种方式各有优缺点。

    1、电路交换(Circuit Switching)

    image-20201006182240000

    传统两两相连的方式,当电话数量很多时,电话线也很多,就很不方便

    所以要使得每一部电话能够很方便地和另一部电话进行通信,就应该使用一个中间设备将这些电话连接起来,这个中间设备就是电话交换机

    image-20201006182634249
    • 电话交换机接通电话线的方式称为电路交换;

    • 从通信资源的分配角度来看,交换(Switching)就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源;

    • 电路交换的三个步骤:

      1、建立连接(分配通信资源)

      2、通话(一直占用通信资源)

      3、释放连接(归还通信资源)

    image-20201006183020317

    当使用电路交换来传送计算机数据时,其线路的传输效率往往很低。

    这是因为计算机数据是突发式地出现在传输线路上的。

    所以计算机通常采用的是分组交换,而不是线路交换

    2、分组交换(Packet Switching)

    image-20201006183312843

    通常我们把表示该消息的整块数据成为一个报文

    在发送报文之前,先把较长的报文划分成一个个更小的等长数据段,在每一个数据段前面。加上一些由必要的控制信息组成的首部后,就构成一个分组,也可简称为“包”,相应地,首部也可称为“包头”。

    首部包含了分组的目的地址

    分组从源主机到目的主机,可走不同的路径。

    发送方

    • 构造分组
    • 发送分组

    路由器

    • 缓存分组
    • 转发分组
    • 简称为“分组转发”

    在路由器中的输入和输出端口之间没有直接连线。

    路由器处理分组的过程是:

    1. 把收到的分组先放入缓存(暂时存储);
    2. 查找转发表,找出到某个目的地址应从哪个端口转发;
    3. 把分组送到适当的端口转发出去。

    接收方

    • 接收分组
    • 还原报文

    3、报文交换(Message Switching)

    报文交换中的交换结点也采用存储转发方式,但报文交换对报文的大小没有限制,这就要求交换结点需要较大的缓存空间。报文交换主要用于早期的电报通信网,现在较少使用,通常被较先进的分组交换方式所取代

    4、三种交换方式的对比

    假设A,B,C,D是分组传输路径所要经过的4个结点交换机,纵坐标为时间

    image-20201006184451671

    分析:

    电路交换:

    • 通信之前首先要建立连接;连接建立好之后,就可以使用已建立好的连接进行数据传送;数据传送后,需释放连接,以归还之前建立连接所占用的通信线路资源。

    • 一旦建立连接,中间的各结点交换机就是直通形式的,比特流可以直达终点;

    报文交换:

    • 可以随时发送报文,而不需要事先建立连接;整个报文先传送到相邻结点交换机,全部存储下来后进行查表转发,转发到下一个结点交换机。
    • 整个报文需要在各结点交换机上进行存储转发,由于不限制报文大小,因此需要各结点交换机都具有较大的缓存空间。

    分组交换:

    • 可以随时发送分组,而不需要事先建立连接。构成原始报文的一个个分组,依次在各结点交换机上存储转发。各结点交换机在发送分组的同时,还缓存接收到的分组。
    • 构成原始报文的一个个分组,在各结点交换机上进行存储转发,相比报文交换,减少了转发时延,还可以避免过长的报文长时间占用链路,同时也有利于进行差错控制。

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  • 三种交换方式:电路交换、分组交换、报文交换 电路交换 当nnn部电话需要两两相连时,需要Cn2=n(n−1)2C_n^2=\dfrac {n(n-1)}{2}Cn2​=2n(n−1)​根电线。传统两两相连的方式,当电话数量很多时,电话线也很多,就很...

    三种交换方式:电路交换、分组交换、报文交换

    电路交换

    n n n部电话需要两两相连时,需要 C n 2 = n ( n − 1 ) 2 C_n^2=\dfrac {n(n-1)}{2} Cn2=2n(n1)根电线。传统两两相连的方式,当电话数量很多时,电话线也很多,就很不方便。所以要使得每一部电话能够很方便地和另一部电话进行通信,就应该使用一个中间设备将这些电话连接起来,这个中间设备就是电话交换机
    C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20210314162325420.png

    可以把电话交换机简单地看成是一个有多个开关的开关器,可以将需要通信的任意两部电话的电话线路按需接通,从而大大减少了连接的电话线数量。
    C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20210314162534618.png

    • 电话交换机接通电话线的方式称为电路交换
    • 从通信资源的分配角度来看,交换就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源

    电路交换的三个步骤:

    • 建立连接(分配通信资源)
    • 通话(一直占用通信资源)
    • 释放连接(归还通信资源)

    C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20210314163330068.png

    为什么当使用电路交换来传送计算机数据时,其线路的传输效率往往很低呢?

    这是因为计算机数据是突发式地出现在传输线路上的,所以计算机通常采用的是分组交换,而不是电路交换。


    分组交换

    分组交换的特点:高效、灵活、迅速、可靠

    分组交换采用存储转发技术。路由器是实现分组交换的关键构件,其任务是转发收到的分组

    报文:通常我们把表示该消息的整块数据称为一个报文

    在发送报文之前,先把较长的报文划分成一个个更小的等长数据段,在每一个数据段前面,加上一些由必要的控制信息组成的首部后,就构成一个分组,也可简称为“包”,相应地,首部也可称为“包头”。分组从源主机到目的主机,可走不同的路径。分组交换收到一个分组后,先将分组暂时存储下来,再检查其首部,按照首部中的目的地址进行查表转发,找到合适的转发接口,通过该接口将分组转发给下一个分组交换机。

    添加首部的作用:

    分组的首部包含了诸如源地址目的地址等重要的控制信息。正是由于添加了首部,每一个分组才能在互联网中独立地选择传输路径,并被正确地交付到分组传输的终点。

    C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20210314163939418.png

    在本例子中,主机H6将所构造出的各分组依次发送出去,各分组经过途中各分组交换机的存储转发,最终到达主机H2。主机H2收到这些分组后,去掉它们的首部,将各数据段组合还原出原始的报文。

    C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20210314165102813.png

    • 发送方:构造分组、发送分组
    • 路由器:缓存分组、转发分组(简称为“存储转发”)
    • 接收方:接收分组、还原报文

    C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20210314165448608.png


    报文交换

    报文交换中的交换结点也采用存储转发方式,但报文交换对报文的大小没有限制,这就要求交换结点需要较大的缓存空间。报文交换主要用于早期的电报通信网,现在较少使用,通常被较先进的分组交换方式所取代


    三种交换方式的对比

    电路交换
    • 通信之前首先要建立连接;连接建立好之后,就可以使用已建立好的连接进行数据传送;数据传送后,需释放连接,以归还之前建立连接所占用的通信线路资源。
    • 一旦建立连接,中间的各结点交换机就是直通形式的,比特流可以直达终点;

    C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20210314170410723.png

    分组交换
    • 可以随时发送分组,而不需要事先建立连接。构成原始报文的一个个分组,依次在各结点交换机上存储转发。各结点交换机在发送分组的同时,还缓存接收到的分组。
    • 构成原始报文的一个个分组,在各结点交换机上进行存储转发,相比报文交换,减少了转发时延,还可以避免过长的报文长时间占用链路,同时也有利于进行差错控制。

    C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20210314170722494.png

    报文交换

    C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20210314170815670.png


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  • 电路交换,报文交换,分组交换

    电路交换

    • 两个电话要进行连接就要使用一根连线
    • 五部电话两两进行连接就需要使用十根连线
    • n部电话就需要n*n-1/2个连线
      显然这是不现实的
      所以出现了电话交换机
      在一个电话群众使用一个中介,每个电话都连接到中介中,每两个电话可以通过电话交换机来进行通信
      其原理是
    • 电话交换机会先进行建立连接
      • 即分配两个电话之间的连线
    • 通话
      • 这是需要占用连接线路的资源的(即当两个电话进行通话时,该连接线路端口不能给别的通话使用)
    • 断开连接
      • 将分配的连线返还为交换机(交换机的端口可以被其他的通话所占用)

    在这里插入图片描述
    缺点:当两个计算机用电路交换时。(因为计算机之间传输数据都是突发性的,在数据输入的时候也会占用通话线路)这样就会照成使用率太低。

    分组交换

    使用网络交换机
    原理

    • 发送方将要发送的报文进行分割成一段段数据在
      • 在数据段前面加上报头(报头一定包含数据要接收的对象)
      • 然后分别发送出去
    • 路由器接收到发送来的数据段
      • 将其缓存下来
      • 根据其报头来进行规划转发路径
    • 接收方在接收到所有传递来的数据段,然后将其进行重新组装成一个报文

    在这里插入图片描述

    报文交换

    和分组交换的思路一样
    但是其将报文的切分成数据段是很长的,这就需要将网络交换器中有较大的缓存空间

    三者的不同

    在这里插入图片描述

    • 电路交换
      • 优点
        1. 没有转发时延
        2. 数据有序性
        3. 没有冲突
        4. 实时性强
        5. 使用范围广
        6. 控制简单
      • 缺点
        1. 建立连接时间长
        2. 线路独占,使用效率低
        3. 灵活性差
        4. 难以规格化
    • 报文交换
      • 优点
        1. 无需建立连接
        2. 动态分配路线
        3. 提高线路可靠性
        4. 提高线路利用率
        5. 提供多目标服务
      • 缺点
        1. 引起了转发时延
        2. 需要较大的存储缓存空间
        3. 需要转发额外的信息量
    • 分组交换
      • 优点
        1. 无需建立连接
        2. 线路利用率高
        3. 简化了转发存储
        4. 加速传输
        5. 减少了出错概率和重发数量
      • 缺点
        1. 引起了转发时延
        2. 需要额外传输信息
        3. 对于数据服务可能存在失序,丢失重复分组的问题,对于虚电路服务,存在呼叫建立,数据传输和虚电路释放三个过程
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