计算机网络:电路、报文与分组交换

时间:2022-11-01 12:03:28

1.电路交换

在进行数据传输前,两个结点之间必须先建立一条专用(双方独占)的物理通信路径(由通信双方之间的交换设备和链路逐段连接而成),该路径可能经过许多中间结点。这一路径在整个数据传输期间一直被独占,直到通信结束后才被释放。因此,电路交换技术分为三个阶段:连接建立、数据传输和连接释放。

电路交换的关键点是:在数据传输的过程中,用户始终占用端到端的固定传输带宽。

优点
  1. 通信时延小。
  2. 有序传输。
  3. 没有冲突。
  4. 适用范围广。电路交换既适用于传输模拟信号,又适用于传输数字信号。
  5. 实时性强。
  6. 控制简单。电路交换的交换设备(交换机等)及控制均较简单。
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。只要在通信双方建立的通路中的任何一点出了故障,就必须重新拨号建立新 的连接,这对十分紧急和重要的通信是很不利的。
  4. 难以规格化。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,也难以在通信过程中进行差错控制。

注意,电路建立后,除源结点和目的结点外,电路上的任何结点都采取“直通方式”接收数据和发送数据,即不会存在存储转发所耗费的时间。

2.报文交换

数据交换的单位是报文,报文携带有目标地址、源地址等信息。报文交换在交换结点采用的是存储转发的传输方式。

优点
  1. 无须建立连接。不需要预先建立专用线路,不存在建立连接时延,用户可以随时发送报文。
  2. 动态分配线路。当发送方把报文交给交换设备时,交换设备先存储整个报文,然后选择一条合适的空闲线路,将报文发送出去。
  3. 提高线路可靠性。
  4. 提高线路利用率。
  5. 提供多目标服务。一个报文可以同时发送给多个目的地址。
缺点
  1. 由于数据进入交换结点后要经历存储、转发这一过程,因此会引起转发时延(包括接收、报文、检验正确性、排队、发送时间等)。
  2. 报文交换对报文的大小没有限制,这就要求网络结点需要有较大的缓存空间。

3.分组交换

也采用存储转发方式,解决了大报文传输的问题。

分组交换限制了每次传送的数据块大小的上限,把大的数据块划分为合理的小数据块,再加上一些必要的控制信息(如源地址、目的地址和编号信息等),构成分组(Packet) 。网络结点根据控制信息把分组送到下一个结点,下一个结点接收到分组后,暂时保存并排队等待传输,然后根据分组控制信息选择它的下一个结点,直到到达目的结点。

优点
  1. 无建立时延。
  2. 线路利用率高。
  3. 简化了存储管理(相对于报文交换)。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。
  4. 加速传输。分组是逐个传输的,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。此外,传输一个分组所需的缓冲区比传输一次报文所需的缓冲区小得多,这样因缓冲区不足而等待发送的概率及时间也必然少得多。
  5. 减少了出错概率和重发数据量。因为分组较短,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,也减少了传输时延。
缺点
  1. 存在传输时延。
  2. 需要传输额外的信息量。每个小数据块都要加上源地址、目的地址和分组编号等信息,从而构成分组,因此使得传送的信息量增大了5%~10%,一定程度上降低了通信效率,增加了处理的时间,使控制复杂,时延增加。
  3. 当分组交换采用数据报服务时,可能会出现失序、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,因此很麻烦。若采用虚电路服务,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。

应用

采用电路:传送的数据量很大且其传送时间远大于呼叫时间时,采用电路交换较为合适。

分组交换:端到端的通路由多段链路组成时,适合于计算机之间的突发式数据通信。

计算机网络:电路、报文与分组交换

参考资料:

谢希仁.计算机网络(第8版)[M].北京:电子工业出版社,2021.

James F.Kurose,Keith W.Ross.计算机网络:自顶向下方法[M].北京:机械工业出版社,2019.

2023年王道计算机复习指导[M].北京:电子工业出版社,2021.