計算機網絡:電路交換,報文交換和分組交換的區別

1、電路交換

在進行數據傳輸前,兩個結點之間必須要建立一條專用(雙方獨佔)的物理通信路徑(由通信雙方之間的交換設備和鏈路逐段連接而成),該路徑可能經過許多中間結點。該線路在整個數據傳輸期間一直被獨佔,直到通信結束後才被釋放。因此,電路交換技術分為三個階段:連接建立,數據傳輸和連接釋放。

從通信資源的分配角度來看,“交換”就是按照某種方式動態地分配傳輸線路的資源。電路交換的關鍵點是:在數據傳輸的過程中,用戶始終佔用端到端的固定傳輸帶寬。

電路交換技術的優點是:

1)通信時延小。由於通信線路為通信雙發用戶專用,數據直達,所以傳輸數據的時延非常小,當數據傳輸的數據量大時,這一優點非常明顯。

2)有序傳輸。雙方通信時按發送順序傳送數據,不存在失序問題。

3)沒有衝突。不同的通信雙方擁有不同的信道,不會出現爭用物理信道的問題。

4)適用範圍廣。電路交換既適用於傳輸模擬信號,又使用於傳輸數字信號。

5)實時性強。通信雙發之間的物理通路一旦建立,雙方可以隨時通信。

6)控制簡單。電路交換的交換設備(交換機等)及控制均較簡單。

電路交換的缺點是:

1)建立連接時間長,電路交換的平均連接建立時間對計算機通信來說太長。

2)線路獨佔,使用效率低。電路交換連接建立後,物理通路被通信雙方獨佔,即使通信線路空閒,也不能供其他用戶使用,因而信道利用率低。

3)靈活性差。只要通信雙方建立的通路中的任何一點出了故障,就必須重新撥號建立連接,這對十分緊急和重要的通信是很不利的。

4)難以規格化。數據交換時,數據直達,不同類型,不同規格,不同速率的終端很難互相進行通信,也難以在通信過程中進行差錯控制。

2、報文交換

數據交換的單位是報文,報文攜帶有目的地址,源地址等信息。報文交換在交換結點採用的是存儲轉發的傳輸方式。

報文交換的優點是:

1)無需建立連接:報文交換不需要為通信雙方預先建立一條專用的通信線路,不需要建立連接時延,用戶可以隨時發送報文。

2)動態分配線路:當發送方把報文交給交換設備時,交換設備先存儲整個報文,然後選擇一條合適的空閒線路,將報文發送出去。

3)提高線路可靠性:如果某條傳輸路徑發生故障,可重新選擇另一條路徑傳輸數據,所以提高了傳輸的可靠性。

4)提高線路利用率:通信雙方不是固定一條通信線路,而是在不同的時間一段一段地部分佔用這條物理通道,因為大大提高了通信線路的利用率。

5)提高多目標服務:一個報文可以同時發送多個目的地址,這在電路交換中是很難實現的。

報文交換的缺點是:

1)由於數據進入交換結點後要經歷存儲,轉發這過程,從而引起轉發時延(包括接受報文,檢驗正確性、排隊、發送時間等)

2)報文交換對報文的大小沒有限制,這就要求網絡結點需要有較大的緩存空間。

注意:報文交換主要使用早期的電報通信網中,現在較少使用,通常使用較先進的分組交換方式所取代。

3、分組交換

同報文交換一樣,分組交換也採用了存儲轉發方式,但解決了報文交換中大報文傳輸的問題。分組交換限制了每次傳輸的數據塊大小的上限,把大的數據塊劃分為合理的小數據塊,再加上一些必要的控制信息(如源地址、目的地址和編號信息等),構成分組(Packet)。網絡結點根據控制信息把分組送到下一結點,下一結點接受到分組後,暫時保存下來並排隊等待傳輸,然後根據分組控制信息選擇它的下一個結點,直到到達目的結點。

分組交換的優點是:

1)無建立時延。不需要為通信雙方預先建立一條專用的通信線路,不存在連接建立時延,用戶可隨時發送分組。

2)線路利用率高。通信雙方不是固定佔用一條通信線路,而是在不同的時間一段一段地部分佔用這條物理通路,因而大大提高了通信線路的利用率。

3)簡化了存儲管理(相對於報文交換)。因為分組的長度固定,相應的緩衝區的大小也固定,在交換結點中存儲器的管理通常被簡化為對緩衝區的管理,相對比較容易。

4)加速傳輸:分組是逐個傳輸,可以使後一個分組的存儲操作與前一個分組的轉發操作並行,這種流水線方式減少了報文的傳輸時間。此外,傳輸一個分組所需的緩衝區比傳輸一次報文所需的緩衝區小得多,這樣因緩衝區不足而等待發送的幾率及時間也必然少得多。

5)減少了出錯幾率和重發數據量。因為分組較短,其出錯幾率必然減少,所以每次重發的數據量也就大大減小,這樣不僅提高了可靠性,也減少了傳輸時延。

分組交換的缺點是:

1)存在傳輸時延。儘管分組交換比報文交換的傳輸時延小,但相對於電路交換仍存在存儲轉發時延,而且其結點交換機必須具有更強的處理能力。

2)需要傳輸額外的信息量。每個小數據塊都要加上源、目的地址和分組編號等信息,從而構成分組,使傳送的信息量大約增大5%~10%,一定程序上降低了通信效率,增加了處理的時間,使控制複雜,時延增加。

3)當分組交換採用數據報服務時,可能出現失序,丟失或重複分組,分組到達目的結點時,要對分組按編號進行排序等工作,增加了麻煩。若採用虛電路服務,雖無失序問題,但有呼叫建立,數據傳輸和虛電路釋放三個過程。

若要傳送的數據量大,且傳送時間遠大於呼叫時間,則採用電路交換比較合適。

當端到端的通路由很多段的鏈路組成時,採用分組交換傳送數據較為合適。

從提高整個網絡的信道利用率上看,報文交換和分組交換優於電路交換,其中分組交換比報文交換的時延小,尤其適合於計算機之間的突發式的數據通信。


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