1.1.2　交換方式

現代通信網中采用的交換方式主要有電路交換、報文交換和分組交換。從交換原理上看，電路交換是電路傳送模式，又稱為同步傳送模式；報文/分組交換采用的是存儲/轉發模式，又稱為異步轉移模式。

1.1.2.1　電路交換

電路交換是指呼叫雙方在開始通話之前，必須先由交換設備在兩者之間建立一條專用電路，并在整個通話期間由他們獨占這條電路，直到通話結束為止的一種交換方式。

電路交換是最早出現的一種交換方式，公眾電話網（PSTN網）和移動網（包括GSM網和CDMA網）采用的都是電路交換技術。

圖1-8所示給出了電路交換的工作原理。例如：某信源有3個數據塊要送到信宿，它首先發送一個“呼叫請求”消息到交換機1，要求將信息送到目的地（信宿）。交換機1根據信宿的地址查找路由表確定將該消息發送到交換機2，交換機2根據同樣的方式將該消息發送到交換機3，然后交換機3又將該消息發送到交換機6，交換機6最終將“呼叫請求”消息傳送到信宿。如果信宿準備接收這些數據塊，它就發出一個“呼叫接受”消息到交換機6，這個消息通過交換機3、交換機2和交換機1送回到信源。然后上述各個交換機在信源和信宿之間共同建立一條供信息傳輸的通路，信源和信宿之間就可以經由這條建立的連接來傳送數據塊了。此后的每個數據塊都經過這個連接來傳送，不需要再次選擇路由。因此來自信源的每個數據塊，穿過交換機1→2→3→6，而來自信宿的每個數據塊穿過交換機6→3→2→1。數據傳送結束后，由任意一端用一個“呼叫釋放”消息來終止這一連接。

電路交換的特點如下：電路是一種實時性交換，其基本過程包括呼叫建立階段、信息傳送（通話）階段和連接釋放階段。在整個通信過程中雙方一直占用該電路，適用于實時（全程≤200ms）要求高的話音通信；

在通信前要通過呼叫為主叫、被叫用戶建立一條物理連接。如果呼叫請求數超過交換網的連接能力（過負荷），即沒有空閑的鏈接通路，呼叫將被拒絕，通信就不能進行。待通信結束后，還需要根據信令將這條通路拆除；

電路交換所分配的帶寬是固定的，在連接建立后，即使無信息傳送也要占用信道帶寬，所以電路利用率比較低，據統計，傳送話音時電路利用率僅為36%，且在傳送信息時，沒有任何差錯控制措施，因此，電路交換適合于電話交換、文件傳送、高速傳真等業務，不適合突發（Burst）業務和對差錯敏感的數據業務。

1.1.2.2　報文交換

為了克服電路交換中各種不同類型和特性的用戶終端之間不能互通、通信電路利用率低以及有呼損等方面的缺點，提出了報文交換的思想。

報文交換又稱為消息交換，是以報文作為傳送單元，用于交換電報、信函、文本文件等報文消息。這種交換的基礎就是存儲轉發。在這種交換方式中，發方不需先建立電路，不管收方是否空閑，可隨時直接向所在的交換局發送消息，交換機將收到的消息報文先存儲于緩沖器的隊列中。然后根據報文頭中的地址信息計算出路由，確定輸出線路，一旦輸出線路空閑，即將存儲的消息轉發出去。采用報文交換方式的電信網中的各中間節點的交換設備均采用此種方式進行報文的接收—存儲—轉發，直至報文到達目的地。

報文交換的基本原理如圖1-9所示。如果用戶A要向用戶B發送信息，A與B之間不需要事先建立連接通路，只需A與交換機接通，有由交換機暫時把用戶A要發送的報文接收和存儲起來，交換機根據報文中提供的用戶B的地址確定報文在交換網絡內路由，并將報文送到輸出隊列上排隊，等到該輸出線空閑時立即將該報文送到下一個交換機，以此方法，最后送到用戶B。報文交換的主要缺點是其時延大，且時延的變化也大，不利于實時通信；另外報文交換要求有較大的存儲容量。

1.1.2.3　分組交換

在分組交換中，消息被劃分為一定長度的分組，每個分組數據加上地址和適當的控制信息等送往分組交換機。與報文交換一樣，在分組交換中，分組也采用存儲轉發技術。兩者不同之處在于，分組長度通常比報文長度要短小得多。在交換網中，同一報文的各個分組可能經過不同的路徑到達終點，由于中間節點的存儲時延不一樣，各分組到達終點的先后與源節點發出的順序可能不同。因此目的節點收齊分組后尚需先經排序、解包等過程才能將正確的數據送給用戶。

圖1-10說明了分組交換是如何實現傳送的。例如，信源有3個數據塊要送到信宿，它會把地址信息附加到數據塊內，然后將數據塊1、2、3一連串地發送給本地交換機1。交換機1將到達的數據塊放入存儲器中停留很短時間，進行排隊處理，根據數據塊中的地址信息進行路由選擇，一旦確定了目的路由，就很快將數據塊輸出。假設在對數據塊1、2進行處理時，交換機1得知交換機2的隊列短于交換機4，于是它將數據塊1、2排入到交換機2的隊列中。但如果在對數據塊2進行處理時，交換機1發現現在到交換機4的隊列最短，則會將數據塊3重新排在交換機4的隊列中。在以后通往信宿路由的各節點上，都做類似的處理。這樣，每個數據塊雖都有同樣的目的地址，但并不一定經過同一路由。由于路由不同，數據塊3有可能先于數據塊1、2到達交換機6。為了正確接收信息，就需要目的交換機重新對用戶數據塊進行排序，以恢復它們原來的順序。

為了便于理解電路交換和分組交換，我們將通信網與直觀的交通網比較。交換設備相當于道路交匯處，分組交換相當車輛從甲地到乙地時，在道路交匯處由駕駛員選擇線路，只有道路空閑時車輛才能通行。因此在許多道路交匯處需要停靠，在不同質量路段運行速度不一，有時遇見道路擁堵時還要考慮如何繞道走，時效性較差。電路交換相當于直達列車，車輛從甲地到達乙地的線路事先已經確定，并且直達列車運行期間其確定線路其他任何車輛不能使用，從而保持一路暢通，實時性強。