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 |