第一章 计算机网络基础
以传输信息为主要目的，利用通信线路将各计算机系统的计算机连接起来的计算机群称为计算机通信网络。
凡是将地理位置不同，并具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，以适用的软件（即网络通信协议，信息交换方式，网络操作系统等）实现所有网络部件（包括软件和硬件）的资源共享，这样的系统称为计算机网络。如图1-5所示。
计算机网络的特点就是多台计算机之间互相通信，实现资源共享和分布处理。
计算机网络在逻辑功能上可分成两个子网：资源子网（承担数据处理任务）和通信子网（负责数据通信），组成两级网络结构。
计算机网络的几种主要形式
网络是多种多样的，不存在被普遍接受的对所有计算机网络都适用的分类法，但是有两个标准很重要：传输技术和规模。
1.2.1 传输技术
从广义上讲，有两种类型的传输技术：1.广播网络；2.点到点网络。
1．广播网络
广播式网络（broadcast network）仅有一条通信信道，由网络上的所有机器共享。参见图1-5。短消息，即分组或包（packet），可以被任何机器发送并被其他所有的机器接收。分组的地址字段指明此分组应被哪台机器接收。
某些广播系统还支持向机器的一个子集发送的功能，即多点发送（multicasting）。
2．点到点网络
点到点网络（point-to-point network）由一对对机器之间的多条连接构成。点到点网络在布局上常采用的是网状结构。如图1-7所示。
为了能从源到达目的地，这种网络上的分组可能必须通过一台或多台中间机器。通常是多条路径，并且可能长度不一样，因此在点到点网络中路由算法十分重要。
一般来讲，小的、地理上处于本地的网络采用广播方式，而大的网络可采用点到点方式。
1.2.2 网络规模
按照网络的连接距离和规模，网络又可分为局域网、城域网和广域网。
两个或更多网络的连接被称为互连网。
在不同的连接距离下所使用的技术是不一样的。
1．局域网
局域网（Local Area Network），简称LAN，是一个小的地理区域（例如：办公室、大楼和方圆几公里远的地域）内的专用网络。局域网的目的是将一些计算机、外围设备和计算机系统连接成一个数据共享集体，用软件控制着网上用户之间的相互联系和信息传输。
局域网通常由单个机构控制。如图1-8所示。
其中的服务器是提供共享资源和控制共享资源的计算机。在服务器上安装的操作系统一般为网络操作系统，如：Windows Server 2003-2019、UNIX/Linux、Novell NetWare等。
而客户机（有时也称作工作站）是使用共享资源的计算机。在客户机上安装的操作系统一般为具有连网功能的单机操作系统，如：DOS、Windows XP/7/10等。
局域网用户即使不连网，他们也是可以独立工作的，因为他们的客户机是一台功能完备的计算机（如微机）。
这两个系统间的主要差别是：
中心主机系统设计用来支持不灵活终端，即哑终端（无CPU和存储器）。
局域网是设计用于连接智能终端（如：微机）。
这个差别产生了局域网系统优于中心主机系统的两个关键性好处：
（1）建造和扩展局域网费用较少，每个附加的智能客户机能增加系统处理能力。
采用中心主机系统方式，每增加一个哑终端反而加重了中心主机的负担。当主机系统能力达到极限时，就必须用更强大的主机来代替它。这样做一般开销都很大。
（2）局域网更可靠。若服务器发生故障，别的客户机能快速地接替进行控制。
中心主机系统中，当中心主机发生故障时，哑终端是无法接替其工作的，只有等中心主机修好才行。
2．城域网
城域网（Metropolitan Area Network），简称MAN，基本上是一种大型的LAN，通常使用与LAN相似的技术。它可能覆盖一组邻近的公司办公室和一个城市。
3．广域网
广域网（Wide Area Network），简称WAN，通常在较长距离上传送数据。如图1-11所示。
广域网具有很多与局域网相同的优点。但广域网经常通过电话线传输数据，因此更容易发生传输差错。在交换线上传输还相对较慢。
1.3 局域网的拓扑结构
局域网的拓扑结构是指网络中结点的互连构形，是网络的接线图。
大多数局域网使用以下三种基本拓扑之一：1.环形；2.总线形；3.星形。
其他许多拓扑，是三种基本拓扑的混合组合或变种。
广域网主要使用网状拓扑。
### 1.3.1 环形拓扑
这种拓扑的网络由一些中继器和连接中继器的点到点链路组成一个闭合环。如图1-12所示。
每个中继器都与两条链路相连。这种链路是单向的。
环形拓扑的优点：
1.电缆长度短
2.无需接线盒
3.可用光纤
因为环形网是点到点、一个结点一个结点的连接，可以在网上各段使用各种传输介质。
环形拓扑的缺点：
1.结点故障引起全网故障
2.诊断故障困难
3.不易重新配置网络
4.拓扑结构影响介质访问协议
最常见的采用环形拓扑的网络有令牌环网、FDDI（光纤分布式数据接口）和CDDI（铜线电缆分布式数据接口）网络。
1.3.2 总线拓扑
总线拓扑结构采用单根传输线作为传输介质，所有站点都通过相应的硬件接口直接连接到传输介质上，或称总线上。任何一个站点发送的信号都可以沿着介质双向传播，而且能被其他所有站接收（广播方式）。如图1-13所示。
总线拓扑的缺点：
1.故障诊断困难
2.故障隔离困难
3.中继器配置
4.站点必须是智能的
采用总线拓扑的最常见的网络有10Base2以太网、10Base5以太网以及ARCnet网。
1.3.3 星形拓扑
星形拓扑是由中央结点和通过点到点链路接到中央结点的各站点组成。如图1-14所示。
采用星形拓扑的交换方式有线路交换和报文交换，尤其以线路交换更为普遍。目前流行的PBX（专用交换机）就是星形拓扑的典型实例。
应注意物理布局与内部工作逻辑结构的区别。有的网络在物理布局上是星形的，但在逻辑上仍是原来的内部控制结构。
如图1-15所示，集线器内部的逻辑结构是总线形的，而外部物理布局上是星形的。
令牌环网在布局时也多采用星状网，即计算机物理上都连到一个中央集线器上，实际内部控制逻辑环位于集线器内，仍然是令牌环网，有时称之为星状环。如图1-16所示。
常见的物理布局采用星状拓扑的网络有10BaseT以太网、100BaseT以太网（内部为总线）；令牌环网、FDDI网络、CDDI网络（内部为环）；ARCnet网（内部为令牌总线）；ATM网（内部为虚电路网状）等。
星形拓扑的优点：
1.配置方便
2.每个连接点只接一个设备
单个连接点的故障只影响一个设备，不会影响全网。
3.集中控制和故障诊断容易
容易检测和隔离故障，可方便地将有故障的结点从系统中删除。
4.简单的介质访问协议
星形拓扑的缺点：
1.电缆长度长，安装复杂
需要大量电缆。电缆沟、维护、安装等会产生一系列问题，因而增加的费用相当可观。
2.扩展困难
需要在初始安装时，放置大量冗余的电缆，以配置更多的连接点。
3.依赖于中央结点
若中央结点产生故障，则全网不能工作。
1.4 计算机网络的标准
1.4.1 有关的国际标准化组织
为确保发送方和接收方能彼此协调，若干组织促进了通信标准的开发，现简单介绍5个这种组织：ANSI，ITU（CCITT），EIA，IEEE和ISO。
1.ANSI：美国国家标准协会（American National Standard Institute）
ANSI设计了ASCII代码组，它是一种广泛使用的数据通信标准代码。
2.ITU：国际电信联盟（International Telecommunication Union）
ITU有3个主要部门：无线通信部门（ITU-R），电信标准化部门（ITU-T），开发部门（ITU-D）。
1953年～1993年，ITU-T被称为CCITT（国际电报电话咨询委员会）。CCITT建议，自1993年起都打上了ITU-T标记。
3.EIA：电子工业协会（Electronic Industries Association）
EIA标准之一是RS-232C接口，这一通信接口允许数据在设备之间交换。
4.IEEE：电气和电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineers）
IEEE设置了电子工业标准，IEEE分成一些标准委员会（或工作组），每个工作组负责标准的一个领域，工作组802设置了网络上的设备如何彼此通信的标准。
5.ISO：国际标准化组织（International Standard Organization）
ISO开发了开放式系统互连（Open System Interconnection，OSI）网络结构模型，模型定义了用于网络结构的七个数据处理层。
1.4.2 IEEE建议
IEEE设置了网络通信标准。IEEE 802标准委员会对此特别负责，委员会划分成以下工作组：
1.802.1工作组：协调低档与高档OSI模型。
2.802.2工作组：涉及逻辑数据链路标准。
3.802.3工作组：有关CSMA/CD标准在以太网的应用。
4.802.4工作组：令牌总线标准在LAN中的应用。
5.802.5工作组：设置有关令牌环网络的标准。
1.4.3 ITU-T建议
1．V系列
ITU-T提出的V系列标准是应用于调制解调器的标准。如：V.90是56kbit/s调制解调器的标准。
2．X系列
ITU-T提出的X系列标准是应用于广域网的，该系列标准分为两组。
X.1～X.39：标准应用于终端形式、接口、服务设施和设备。最著名的标准是X.25，它规定了数据包装和传送的协议。
X.40～X.199：标准管理网络结构、传输、发信号等等。
1.4.4 因特网标准界的一些组织
1.IAB：因特网活动委员会（Internet Activities Board）。
2.IRTF：因特网研究特别任务组（Internet Research Task Force）。
3.IETF：因特网工程特别任务组（Internet Engineering Task Force）。
4.RFC：请求评注（Request For Comments），它是一种技术报告。RFC是在线存放的，任何感兴趣的人都可以得到它。RFC是按编写的时间顺序编号的，如RFC1323。
如果IAB认为该思想可行并且软件能工作，它就宣布该RFC为因特网标准。
1.5 数据通信的基本特性
1.5.1 信息、数据和信号的概念
1．信息
一般认为信息是人对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识。表示信息的形式可以是数值、文字、图形、声音、图像以及动画等。
2．数据
数据是把事件的某些属性规范化后的表现形式，它能被识别，也可以被描述。例如十进制数、二进制数、字符等。
数据传输速率的单位是每秒比特（bit/s，有时也写为bps），它是指每秒能传送多少个构成代码的比特数，用于度量通信系统每秒传送的信息量。
3．信号
信号是数据的具体物理表现，具有确定的物理描述。例如电压、磁场强度等。
信号传输速率的单位为波特（Baud），它是指每秒传送的码元数（或称脉冲数），用于度量信号波形的传输速度。
在数据通信系统中，人们关注得更多的是数据和信号。
1.5.2 模拟和数字
信号可以是模拟的也可以是数字的。与信号的分类相对应，信道也分为传输模拟信号的模拟信道和传送数字信号的数字信道两大类。
数据可以是模拟的也可以是数字的。
模拟是与连续相对应的。模拟数据是取某一区间的连续值，而模拟信号是一个连续变化的物理量。
数字是与离散相对应的。数字数据取某一区间内有限个离散值，数字信号取几个不连续的物理状态来代表数字。
模拟信号和数字信号的区别如图所示。
1.5.3 数据传输的形式
使用数字信号传输数据时，数字信号几乎要占有整个频带，也就是终端设备把数字信号转换成脉冲电信号时，这个原始的电信号所固有的频带，称为基本频带，简称基带。在信道中直接传送基带信号时，称为基带传输。
采用模拟信号传输数据时，模拟信号往往只占有有限的频谱，采用频分多路复用技术就可以在一根导线上传输多路模拟信号。对应基带传输将其称为宽带传输或称频带传输。
1.5.4 数据通信方向
1．单工通信
单工通信就是指传送的信息始终是一个方向，而不进行与此相反方向的传送。如图1-18所示。无线电广播和电视信号传播都是单工传送的例子。
2．半双工通信
半双工通信是指信息流可在两个方向上传输，但同一时刻只限于一个方向传输。如图1-19所示。如对讲机就是以这种方式通信的。
半双工通信由要频繁调换信道方向，故效率低，但可节省传输线路。
3．全双工通信
全双工通信是指能同时做双向通信，如图1-20所示。这种方式适用于计算机---计算机间通信。
全双工与半双工比较，全双工通信效率高，控制简单，但是结构较复杂，成本较高。
1.5.5 同步方式
所谓同步，就是接收端要按发送端所发送的每个码元的重复频率以及起止时间来接收数据。
在通信时，接收端要校准自己的时间和重复频率，以便和发送端取得一致，这一过程称为同步过程。
目前，传输信息的同步方式有异步式和同步式两种。
1．异步式
异步式又称为起止同步方式，它把各个字符分开传输，字符之间插入同步信息。
它在要传输的字符前设置一启动用的起始位，预告字符的信息代码即将开始，在信息代码和校验位（一般总共为8比特）结束以后，再设置1～2位比特的终止位，表示该字符已结束。终止位也反映了平时不进行通信时的状态，即处于"传号"状态。
图1-21为字母"A"的代码（1000001）在异步方式时的代码结构。
各字符之间的间隔是任意的、不同步的，但在一个字符时间之内，收发双方各数据位必须同步，所以这种通信方式又称为起止同步方式。
字符长度=数据（信息位和校验位）+起始位+终止位
终止位有1、1.5、2比特三种。
异步方式实现起来简单容易，频率的漂移不会积累，每个字符都为该字符的位同步提供了时间基准，对线路和收发器要求较低。但缺点是线路效率低，因为每个字符需多占用2～3位的开销。
异步方式在低速终端信道上（如COM口通讯）获得了广泛的应用。
2．同步式
同步式则要求不管是否传输信息代码，每个比特位必须在收发两端始终保持同步，中间没有间断时间，即为比特位同步。一般接收端从接收的信号中提取同步信号，因为在接收信号码元1和0的极性变化中就包含了同步信息。
当不传送信息代码时，在线路上传送的是全1或其他特定代码，在传输开始时用同步字符SYN（编码为0010110）使收发双方进入同步。当搜索到两个以上SYN同步字符时，接收端开始接收信息，此后就从传输信息中检测同步信息。在两个连续的报文之间，应插入两个以上的SYN同步字符。
图1-22为同步传送的代码结构。
一般在高速传输数据的系统中采用同步式。
1.6 调制与解调
在计算机远程通信线路中，不能直接传送基带信号。不采取任何措施利用模拟信道来传输数字信号必然会出现很大差错（失真），故在普通电话网上传输数据，就必须将数字信号变换到电话网原来设计时所要求的音频频谱内（即300Hz～3400Hz），即用基带脉冲对载波进行调制。
调制就是用基带脉冲对载波波形某个参数进行控制，形成适合于线路传送的信号。
当已调制信号到达接收端时，再进行解调，即将经过调制器变换过的模拟信号去掉载波恢复成原来的基带数字信号。
实际使用时，常将调制器和解调器合装在一个设备，使线路的一端同时具有调制和解调功能，称此设备叫调制解调器（MODEM）。它与远程终端或计算机之间的接口用V.24或RS-232C标准。
采用调制解调器也可以把音频信号转换成较高频率的信号和把较高频率的信号转换成音频信号。所以调制的另一目的是便于线路复用，以便提高线路利用率。
1.6.1 调制方式
进行调制时，常把正弦信号作为基准信号或称载波信号。
任何载波信号都有三个特征：振幅，频率和相位。
基于载波信号的三个主要参数，可以把调制方式分为三种：调幅、调频和调相。
1．振幅调制
振幅调制简称调幅制，也就是用数字的基带信号控制正弦载波信号的振幅。
它是把频率和相位定为常量，而振幅为变量，每一种振幅值代表一种信息元。
这个方法叫做幅移键控ASK。如图1-23所示。
ASK方式易受突变干扰的影响，是一种不十分理想的调制方式。在传输声音的音频线路中，传输的典型速率只能达到1200bit/s。
2．频率调制
频率调制简称调频制，是用数字的基带信号控制正弦载波信号的频率。
它把振幅和相位定为常量，而频率为变量，每一种频率值代表一种信息元。
这个方法叫做频移键控FSK。如图1-24所示。
FSK方式的抗干扰能力优于ASK，在音频线路中，传输速率也只有1200bit/s。FSK还常用于高频（3～30MHz）无线传输。
2．频率调制
频率调制简称调频制，是用数字的基带信号控制正弦载波信号的频率。
它把振幅和相位定为常量，而频率为变量，每一种频率值代表一种信息元。
这个方法叫做频移键控FSK。如图1-24所示。
FSK方式的抗干扰能力优于ASK，在音频线路中，传输速率也只有1200bit/s。FSK还常用于高频（3～30MHz）无线传输。
3．相位调制
相位调制简称调相制，是用数字的基带信号控制正弦载波信号的相位。
它把振幅和频率定为常量，而相位为变量，每一种相位值代表一种信息元。
这个方法叫做相移键控PSK。如图1-25所示。
1.6.2 调制解调器的分类
1．按应用环境分类
（1）音频MODEM
用电话信道传输数字信号时应采用音频调制解调器。
（2）基带MODEM
当距离较近，比如只需使用市话线传输数据，则此时可用基带MODEM，它的传输速率较高，可达到64kbit/s～2Mbit/s，主要用于网络用户接入高速线路中。
（3）无线MODEM
在短波及卫星通信中，都应使用与信道特点相适应的调制解调器。
2．按传输速率分类
（1）低速MODEM。传输速率在600bit/s以下。
（2）中速MODEM。传输速率在1200bit/s～9600bit/s之间。
（3）高速MODEM。传输速率在9600bit/s以上。
3．按调制方式分类
（1）频移键控（FSK）MODEM。用于远程终端之类的低速接口传输。
（2）相移键控（PSK）MODEM。用于中速传输。
（3）相位幅度调制（PAM）MODEM。它常用于高速传输。
4．按特性分类
（1）人工拨号MODEM
（2）自动拨号/应答式MODEM
（3）智能MODEM
1.7 多路复用
在网络中，传输介质的传输容量往往都超过单一信号传输的通信量。为了充分利用传输介质，人们研究和应用了多路复用技术。
多路复用是指在数据传输系统中，允许两个或多个数据源共享同一个传输介质，就像每一个数据源都有自己的信道一样。
多路传输数据时，各路数据的原始基带脉冲其频谱往往是相互重叠的，不能在同一条线路上直接同时传输，若要使用一对传输线同时传输多路信息，必须采取措施。
目前有两种技术：一种叫频分多路复用（FDM），另一种叫时分多路复用（TDM）。
1.7.1 频分多路复用
在物理信道能提供比单个原始信号宽得多的带宽的情况下，我们就可将该物理信道的总带宽分割成若干个和传输的单个信道带宽相同（或略为宽一点）的子信道，每一个子信道传输一路信号，这就是频分多路复用。
多路的原始信号在频分复用前，首先要通过频谱搬移技术，将各路信号的频谱搬移到物理信道频谱的不同段上，这可以通过频率调制时采用不同的载波来实现。如图1-26所示。
在两个通道间留有间隙（防护频带，以防相互干扰）。
这种方式适用于多点终端以及低速线路。频分多路复用要求在已分配的频段间应有"防护频带"，而防护频带要占用一定的线路能力，因此使传输效率有所降低。
1.7.2 波分多路复用
在光纤信道上使用的是频分多路复用的一个变种，即波分多路复用（WDM）。如图1-27所示。
1.7.3 时分多路复用
时分多路复用是将一条物理线路按时间分成一个个的时间片，每个时间片常称为一帧，每帧长125μs，帧再分为若干时隙，轮换地为多个信号所使用。
每一个时隙由一个信号（也即一个用户）占用，也即在占有的时隙内，该信号使用通信线路的全部带宽，而不像FDM那样，同一时间同时发送多路信号。
通过时分多路复用，多数低速数字信号可以复用一条高速的信道。
如图1-28所示。
时分多路复用分为同步时分多路复用和异步时分多路复用。
同步时分多路复用是指分配给每个终端数据源的时隙是固定的，不管该终端是否有数据发送，属于该终端的时隙都不能被其他终端占用，从而造成信道容量的浪费。
异步时分多路复用又称统计时分多路复用，允许动态地分配时隙，如果某个终端不发送信息，则其他的终端可以占用该时隙。因此，异步时分多路复用可以为更多的用户服务，即用户数可以多于时隙数。当所有时隙全部被占用而仍有新用户终端需要分配时隙时，就得采取排队或竞争的方法。
时分多路复用技术通常用于基带局域网，是计算机通信网分时系统的基础。
1.8差错控制
1.8.1 传输差错的性质
在通信线路上传输信息时，往往由于噪声或瞬时中断等干扰，使接收端收到的信息出现概率性错码。常用误码率来表示错码的程度。误码率可表示为：
错误接收的码元数
Pe = ------------------------------
接收的码元数
在计算机通信网中，通常要求误码率应在10-5～10-9之间。
信道噪声分为热噪声与冲击噪声两类。
热噪声由传输介质导体的电子热运动产生。热噪声是一种随机噪声，所引起的传输差错为随机差错，差错彼此无关。
冲击噪声是由外界电磁干扰引起，与热噪声相比，冲击噪声幅度较大，是引起传输差错的主要原因。冲击噪声所引起的传输差错为突发错，错误之间有相关性。
香农证明了："在有噪声的信道上，可以定义一个被称为最大信息传输速度的信道容量，如果用低于这个信道容量的速度发送数据，则存在某种编码方法，可使数据的误码率变得足够小"。
1.8.2 差错检测码
提高数据传输质量的方法有两种。
第一种方法是，改善通信线路的电性能，使错码出现的概率降低到满足系统要求的程度。但这种方法受经济上和技术上的限制，达不到理想效果。
第二种方法是，虽然传输中不可避免地出现某些错码，但可以将其检测出来，并用某种方法纠正检出的错码，以达到提高实际传输质量的目的。
第二方法最为常用，就是采用抗干扰编码和纠错编码。
目前广泛采用的有奇偶校验码，方块码和循环冗余码等。
另外还有一种海明码。
1．奇偶校验
奇偶校验又叫字符校验、垂直冗余校验（VRC）。它是以字符为单位的校验方法，是最简单的一种校验方法。它在每个字符编码的后面（或最前面），另外增加一个二进制位，该位叫做校验位。其主要目的是使整个编码中1（或0）的个数成为奇数或偶数。如果使编码中1的个数成为奇数则叫做奇校验，反之，则叫做偶校验。
例如：
字符R的ASCII编码为1010010，
后面增加一位进行奇校验10100100（使1的个数为奇数），
传送时若其中一位出错，码变为10110100，奇校验能检查出错误，
传送时若有两位出错，码变为10111100，奇校验就不能检查出错误了。
事实上，在传输过程中，偶然一位出错的机会最多，故这种简单的校验方法还是很有用处的。但这种方法只能检测错误而不能纠正错误，因为它不能检测出错在哪一位。
2．方块校验
方块校验又叫报文校验、水平垂直冗余校验（LRC）。这种方法是在奇偶校验的基础上，在一批字符传送之后，另外增加一个检验字符，该检验字符的编码方法是使每一位纵向代码中1的个数成为奇数（或偶数）。
采用这种方法之后，不仅可以检验出一位、二位或三位的错误，而且可以自动纠正一位出错，使误码率能降低2～3个数量级，纠错效果十分显著，广泛用于通信和某些计算机外部设备中。
3．循环冗余校验CRC
该办法不产生奇偶校验码，而是把整个数据块当作一串连续的二进制数据。从代数结构来说，这可以看作是一报文码多项式。例如，110001有6位，表示成多项式是x5+x4+x0。它的6个多项式系数分别是1，1，0，0，0和1。
如果采用多项式编码的方法，发送方和接收方必须事先商定一个生成多项式G（x），生成多项式的高位和低位必须是1，ITU-T推荐的生成多项式（CRC-CCITT）为G（X）=X16+X12+X5+1。要计算报文码多项式的校验码，生成多项式必须比该多项式短。
循环冗余校验的基本思想是：
在发送时，将报文码多项式用生成多项式来除，将相除结果的余数作为校验码跟在报文码之后一同发送出去。在接收端，把接收到的含校验码的报文码再用同一个生成多项式来除，如在传送过程中无差错，则应该除尽，即余数应为0，若除不尽，则说明传输过程中有差错，应要求对方重新发送一次。
传输的帧T（x）为：11010100
用此T（x）去除G（x），余数应为0。
采用CRC校验后，其误码率比方块码可再降低1～3个数量级，故在数据通信系统中应用较多。
以太网中的CRC校验就是由专用的以太网系列器件来完成的。
1.9 信息交换方式
在近代通信系统中，通信都需要在多点之间进行，以此构成通信网络。
一般不考虑以两点直通方式占有线路，而是按照需要来设置两点之间的通信路径，为了有效利用整个网络的通信设施，引入了"交换"这个概念。
交换方式是指计算机之间、计算机与终端之间和各终端之间交换信息所用信息格式和交换装置的方式。
根据交换装置和信息处理方法的不同，常用的交换方式有三种：电路交换、报文交换和分组交换。
1.9.1 电路交换
电路交换是通过网络结点在两个客户机之间建立一条专用的物理通信信道。常见的电路交换是电话系统，当交换机收到一个呼叫后，就在网络中寻找一条临时通路供两端的用户通话，这条临时通路可能要经过若干个交换局的转接，并且一旦建立就成为这一对用户之间的临时专用通路，别的用户不能打断，直到电话结束才拆除连接。
电路交换的通信过程可分为电路建立、数据传输和拆除电路连接三个阶段。
1．电路建立阶段
在开始传输数据之前，通过呼叫完成逐个结点的连接过程，建立一条两站之间的直通电路。如图1-29所示。
2．数据传输阶段
电路建立阶段结束后，在两站之间的直通电路上传输数据。如图1-30所示。
3．拆除电路连接阶段
数据传输完毕后，要终止电路连接，释放结点和信道资源。这可由通信双方中的任一方来完成这个动作。拆除信号必须传至电路所经过的各结点，以便释放专用资源而重新分配它。如图1-31所示。
电路交换方式用在计算机之间通信时，由于在大部分连接时间内可能没有数据传输，但线路仍然必须保持连通状态，因而信道容量未加利用，线路利用率低。
从性能上看，在呼叫发出后，电路建立阶段存在延时，但一旦电路建立，网络对用户是完全透明的，数据可以固定的速率进行传输，除了传输延迟外，不再有其他延迟，也不会发生冲突，数据传送可靠、迅速，不丢失且保持着传输的顺序，因此电路交换方式能适应实时性传输，但是如果通信量不均匀，则容易引起阻塞。
1.9.2 报文交换
报文交换方式，不需在两站之间建立专用通道。源站在发送报文时，把目的地址添加到报文中，然后报文在网络中从一个结点传至另一个结点。在每个结点中，接收信息后暂时存储起来，待信道空闲时再转发到下一结点，这种工作方式叫存储－转发方式。
这种方式对于有实时性要求的信息传输是不允许的，而对于数据通信则是适合的。存储－转发具有存储信息的能力，所以能平滑通信量和充分利用信道。
报文在一个结点的延迟时间等于接收全部报文的时间和排队等待时间。
发送一个报文后，在发送下一个报文时，根据网络当时的负荷情况，不一定走与前一个报文同样的路径。如图1-32所示。
这种方式与电路交换方式相比有如下特点：
1.线路效率较高。因为许多报文可分时共享一条结点到结点的通道。
2.接收者和发送者无需同时工作。在接收者忙时，网络结点可先将报文暂时存起来。
3.当流量增大时，在电路交换中可能导致一些呼叫不能被接收，而在报文交换中，报文仍可接收，只是延时会增加。
4.报文交换可把一个报文送到多个目的地，而电路交换很难做到这一点。
5.可建立报文优先级，可以在网络上实现差错控制和纠错处理。
6.报文交换能进行速度和代码转换。两个数据传输率不同的站可以互相连接，也易于实行代码格式的变换（如将ASCII码能变换为EBCDIC码）。这在电路交换中是不可能的。
报文交换的主要缺点是网络延时较长，波动范围较大，不宜用于实时通信或交互通信。
1.9.3 分组交换
分组交换与报文交换相似，从外表看，两者的主要区别在于传输数据单元的大小。
报文的长度是随机的。
分组交换传输数据的单元为分组（Packet），每个分组都包含有数据和目的地址，其长度受到限制。将交换的数据单元限制为一个相当小的长度，这一简单措施对于系统的性能，特别是延时性能有显著的影响。
在分组交换网中，有两种常用的处理整个报文的方法：数据报方式和虚电路方式。
1．数据报方式
在数据报方式中，每个分组被称为一个数据报，若干个数据报构成一次要传送的报文或数据块。数据报方式采用同报文交换一样的方法对每个分组单独进行处理（把分组看成一个小报文）。
由于不同时间的网络流量、故障等情况不同，各个数据报所走的路径就可能不相同，因此，各数据报不能保证按发送的顺序到达目的结点，有些数据报甚至还可能在途中丢失。
目的站应具有重新排序分组和将其重装成报文的功能。如图1-33所示。
2．虚电路方式
虚电路是为了传送某一报文而设立和存在的，它可以是由各段（可能是不相同的）实电路经过若干中间结点的交换机或通信处理机而连接起来的逻辑通路。每次的逻辑通路都不同。
在分组发送前，通过呼叫的过程（虚呼叫）使交换网建立一条通往目的站的逻辑通路，然后，一个报文的所有分组都沿着这条通路进行存储转发，不允许结点对任一个分组进行单独的处理和另选路径。
如图1-34所示。
每个站可与其他某个站建立多条虚电路，也可以同时与多个站建立虚电路。如图1-35所示。
虚电路技术与电路交换方式的一条专用物理通道不同，它仍是使用存储转发方式传输数据，分组信息要暂存于每个结点，进行排队等待转发。由于采用的是存储转发的分组交换，所以只是断续地占用一段又一段的链路，分组在每个结点仍然需要存储，并在线路上进行输出排队，但不需要为每个分组做出路径判定。
虚电路的标识符只是对逻辑信道的一种编号 ，并不指某一条物理线路本身。一条物理线路可能被标识为许多逻辑信道编号，这正体现了信道资源的共享性。
虚电路技术与数据报方式的不同之处在于，数据报方式没有呼叫建立过程，每个分组（或称数据报）均带有完整的目的站的地址信息，独立地选择传输路径，到达目的站的顺序与发送时的顺序可能不一致。而虚电路方式必须通过虚呼叫建立一条虚电路，每个分组不需要携带完整的地址信息，只需带上虚电路的号码标志，不需要选择路径，均沿虚电路传送，这些分组到达目的站的顺序与发送时的顺序完全一致。
分组交换比报文交换有明显的优点。
1.减少了时间延迟。
2.每个结点上所需缓冲容量减少了（因为分组长度小于报文长度），有利于提高结点存储资源的利用率。
3.传输有错时，只要重传一个分组而不要重发报文，大大减少每次传输发生错误的概率以及重传信息的数量。
4.易于重新开始新的传输。
分组交换的缺点是每个分组都要附加一些控制信息，增加了所传信息的体积（通常增加5%到10%），相应地，加工处理时间也有所增加。
目前，电路交换用于数字交换网络和计算机化小型交换机（CBX）网络，而分组交换广泛用于计算机网络中，一般都不采用报文交换。