1. 基本概念
1.1 电路交换(Circuit Switching)
- 核心思想 :通信前先建立端到端的专用物理通路,通信期间独占该链路资源
- 工作过程 :
- ① 建立连接(呼叫):预留端到端带宽
- ② 数据传输:数据直接通过已建立的电路传输,无存储转发
- ③ 释放连接(拆线):通信结束后释放资源
- 典型应用:传统电话网络(PSTN)
1.2 报文交换(Message Switching)
- 核心思想 :采用存储-转发机制,整个报文作为一个整体在节点间逐跳传输
- 工作过程 :
- 源节点将完整报文发送到第一个交换节点
- 节点完整接收并存储整个报文 → 查找路由 → 转发到下一节点
- 重复上述过程直至目的节点
- 特点:无需预先建立连接,但报文需在每个节点完整存储
1.3 分组交换(Packet Switching)
- 核心思想 :将长报文分割为固定/可变长度的小分组,独立进行存储转发
- 工作过程 :
- 源主机将报文拆分为多个分组(含序号、目的地址等头部信息)
- 每个分组独立选择路径,逐跳存储转发
- 目的节点按序号重组分组恢复原始报文
- 两种实现方式 :
- 数据报方式:无连接服务,每个分组独立路由,可能乱序/丢失
- 虚电路方式:面向连接,先建立逻辑连接(含虚电路号),分组沿固定路径传输

2. 对比
| 特性 | 电路交换 | 报文交换 | 分组交换 |
|---|---|---|---|
| 连接建立 | 必须预先建立专用通路 | 无需建立连接 | 数据报:无需;虚电路:需建立逻辑连接 |
| 资源占用 | 通信期间独占端到端带宽 | 按需占用链路,不独占 | 按需动态分配带宽 |
| 传输单位 | 比特流(连续) | 完整报文 | 小分组(通常≤1500字节) |
| 存储转发 | 无(直通传输) | 有(完整报文存储) | 有(仅存储单个分组) |
| 时延特点 | 建立连接时延大,传输时延小 | 存储转发时延大(需存完整报文) | 时延较小(仅存分组),但存在排队时延 |
| 可靠性 | 高(专用通路) | 中(可进行差错重传) | 中(数据报可能丢失/乱序;虚电路较可靠) |
| 信道利用率 | 低(空闲时仍占用资源) | 较高(资源共享) | 最高(统计复用,适合突发流量) |
| 适用场景 | 实时语音/视频(恒定速率) | 电报、早期电子邮件 | 现代互联网(数据报,突发式数据通信) |
电路交换:
- 优点:传输时延小、实时性强、无失序问题
- 缺点:资源利用率低、建立连接慢、不适合突发数据
报文交换:
- 优点:无需专用线路、提高线路利用率、支持多路复用
- 缺点 :时延大(需存储完整报文)、节点需大缓存、不适合实时通信
分组交换:
- 优点 :
- 信道利用率高(统计时分复用)
- 时延小于报文交换(仅存分组而非完整报文)
- 可进行差错控制(按分组重传)
- 避免长报文长时间占用链路
- 缺点 :
- 存在存储转发时延和排队时延
- 数据报方式可能乱序/丢失,需重组
- 节点需更强处理能力(路由选择、分组管理)
3. 分组交换的两种方式
| 特性 | 数据报(Datagram) | 虚电路(Virtual Circuit) |
|---|---|---|
| 连接 | 无连接 | 面向连接(需建立/拆除) |
| 路由 | 每个分组独立选路 | 所有分组沿同一路径传输 |
| 分组顺序 | 可能乱序 | 保证顺序到达 |
| 可靠性 | 较低(依赖上层协议) | 较高(网络层提供可靠服务) |
| 故障影响 | 单个分组可绕行 | 链路故障导致整个虚电路失效 |
| 典型应用 | IP网络(Internet) | X.25、ATM、帧中继 |