1.1.2　交换方式

现代通信网中采用的交换方式主要有电路交换、报文交换和分组交换。从交换原理上看，电路交换是电路传送模式，又称为同步传送模式；报文/分组交换采用的是存储/转发模式，又称为异步转移模式。

1.1.2.1　电路交换

电路交换是指呼叫双方在开始通话之前，必须先由交换设备在两者之间建立一条专用电路，并在整个通话期间由他们独占这条电路，直到通话结束为止的一种交换方式。

电路交换是最早出现的一种交换方式，公众电话网（PSTN网）和移动网（包括GSM网和CDMA网）采用的都是电路交换技术。

图1-8所示给出了电路交换的工作原理。例如：某信源有3个数据块要送到信宿，它首先发送一个“呼叫请求”消息到交换机1，要求将信息送到目的地（信宿）。交换机1根据信宿的地址查找路由表确定将该消息发送到交换机2，交换机2根据同样的方式将该消息发送到交换机3，然后交换机3又将该消息发送到交换机6，交换机6最终将“呼叫请求”消息传送到信宿。如果信宿准备接收这些数据块，它就发出一个“呼叫接受”消息到交换机6，这个消息通过交换机3、交换机2和交换机1送回到信源。然后上述各个交换机在信源和信宿之间共同建立一条供信息传输的通路，信源和信宿之间就可以经由这条建立的连接来传送数据块了。此后的每个数据块都经过这个连接来传送，不需要再次选择路由。因此来自信源的每个数据块，穿过交换机1→2→3→6，而来自信宿的每个数据块穿过交换机6→3→2→1。数据传送结束后，由任意一端用一个“呼叫释放”消息来终止这一连接。

图1-8　电路交换方式

电路交换的特点如下：电路是一种实时性交换，其基本过程包括呼叫建立阶段、信息传送（通话）阶段和连接释放阶段。在整个通信过程中双方一直占用该电路，适用于实时（全程≤200ms）要求高的话音通信；

在通信前要通过呼叫为主叫、被叫用户建立一条物理连接。如果呼叫请求数超过交换网的连接能力（过负荷），即没有空闲的链接通路，呼叫将被拒绝，通信就不能进行。待通信结束后，还需要根据信令将这条通路拆除；

电路交换所分配的带宽是固定的，在连接建立后，即使无信息传送也要占用信道带宽，所以电路利用率比较低，据统计，传送话音时电路利用率仅为36%，且在传送信息时，没有任何差错控制措施，因此，电路交换适合于电话交换、文件传送、高速传真等业务，不适合突发（Burst）业务和对差错敏感的数据业务。

1.1.2.2　报文交换

为了克服电路交换中各种不同类型和特性的用户终端之间不能互通、通信电路利用率低以及有呼损等方面的缺点，提出了报文交换的思想。

报文交换又称为消息交换，是以报文作为传送单元，用于交换电报、信函、文本文件等报文消息。这种交换的基础就是存储转发。在这种交换方式中，发方不需先建立电路，不管收方是否空闲，可随时直接向所在的交换局发送消息，交换机将收到的消息报文先存储于缓冲器的队列中。然后根据报文头中的地址信息计算出路由，确定输出线路，一旦输出线路空闲，即将存储的消息转发出去。采用报文交换方式的电信网中的各中间节点的交换设备均采用此种方式进行报文的接收—存储—转发，直至报文到达目的地。

报文交换的基本原理如图1-9所示。如果用户A要向用户B发送信息，A与B之间不需要事先建立连接通路，只需A与交换机接通，有由交换机暂时把用户A要发送的报文接收和存储起来，交换机根据报文中提供的用户B的地址确定报文在交换网络内路由，并将报文送到输出队列上排队，等到该输出线空闲时立即将该报文送到下一个交换机，以此方法，最后送到用户B。报文交换的主要缺点是其时延大，且时延的变化也大，不利于实时通信；另外报文交换要求有较大的存储容量。

图1-9　报文交换网络

1.1.2.3　分组交换

在分组交换中，消息被划分为一定长度的分组，每个分组数据加上地址和适当的控制信息等送往分组交换机。与报文交换一样，在分组交换中，分组也采用存储转发技术。两者不同之处在于，分组长度通常比报文长度要短小得多。在交换网中，同一报文的各个分组可能经过不同的路径到达终点，由于中间节点的存储时延不一样，各分组到达终点的先后与源节点发出的顺序可能不同。因此目的节点收齐分组后尚需先经排序、解包等过程才能将正确的数据送给用户。

图1-10说明了分组交换是如何实现传送的。例如，信源有3个数据块要送到信宿，它会把地址信息附加到数据块内，然后将数据块1、2、3一连串地发送给本地交换机1。交换机1将到达的数据块放入存储器中停留很短时间，进行排队处理，根据数据块中的地址信息进行路由选择，一旦确定了目的路由，就很快将数据块输出。假设在对数据块1、2进行处理时，交换机1得知交换机2的队列短于交换机4，于是它将数据块1、2排入到交换机2的队列中。但如果在对数据块2进行处理时，交换机1发现现在到交换机4的队列最短，则会将数据块3重新排在交换机4的队列中。在以后通往信宿路由的各节点上，都做类似的处理。这样，每个数据块虽都有同样的目的地址，但并不一定经过同一路由。由于路由不同，数据块3有可能先于数据块1、2到达交换机6。为了正确接收信息，就需要目的交换机重新对用户数据块进行排序，以恢复它们原来的顺序。

图1-10　分组交换方式

为了便于理解电路交换和分组交换，我们将通信网与直观的交通网比较。交换设备相当于道路交汇处，分组交换相当车辆从甲地到乙地时，在道路交汇处由驾驶员选择线路，只有道路空闲时车辆才能通行。因此在许多道路交汇处需要停靠，在不同质量路段运行速度不一，有时遇见道路拥堵时还要考虑如何绕道走，时效性较差。电路交换相当于直达列车，车辆从甲地到达乙地的线路事先已经确定，并且直达列车运行期间其确定线路其他任何车辆不能使用，从而保持一路畅通，实时性强。