【计算机网络】计算机网络的三种交换方式——电路交换

计算机网络的交换技术

【计算机网络】计算机网络的三种交换方式——电路交换_报文交换

导读

大家好，很高兴又和大家见面啦！！！

在上一篇内容中我们介绍了计算机网络的分类，计算机网络从不同的角度可以被分为不同的类别：

1. 按分布范围分类，可分为5类：1.广域网、2.城域网、3.局域网、4.个人区域网、5.多处理器系统。其中大多数城域网和局域网使用的多事以太网技术，因此城域网又可以并入局域网中进行讨论。
2. 按传输技术分类：1. 广播式网络、2.点对点网络。其中局域网基本上采用的是广播式网络，广域网则采用的是点对点网络。
3. 按拓扑结构分类，可分为4类：1.总线形网络、2.星形网络、3.环形网络、4.网状网络。其中总线形网络、星形网络、环形网络多用于局域网中，而广域网中常用网状网络。
4. 按使用者分类，可分为2类：1.公用网、2.专用网。
5. 按交换技术分类，可分为3类：1.电路交换网络、2.报文交换网络、3.分组交换网络。
6. 按传输介质分类，可分为2类：1.有线网络、2.无线网络。

在前面的学习中我们也知道了，计算机网络是用来进行资源共享与信息传递的系统。现在我们也对计算机网络进行了一个简单的了解，知道了计算机网络的各种分类，那么现在问题来了，计算机网络是如何做到资源共享与信息传递的呢？

在今天的内容中我们就将学习计算机网络的三种信息传递的方式——电路交换、报文交换与分组交换。

一、电路交换（Circuit Switching）

1.1 定义

通过预先分配固定带宽的物理通路建立专用通信链路，数据传输期间独占该链路资源。

1.2 个人理解

要理解电路交换，我们就需要借助电话网来进行理解，如下所示：

【计算机网络】计算机网络的三种交换方式——电路交换_报文交换_02

上图中有8部电话终端，以及6台交换机，两部电话之间要进行通信时，会通过交换机建立一条通信渠道。例如电话1要与电话8进行通话，它们之间就会创建：

【计算机网络】计算机网络的三种交换方式——电路交换_电路交换_04

此时，其他的电话想要尝试着去与电话1或者电话8进行通信时，就会出现电话占线而导致无法正常通信的问题；当其他电话要正常与电话1或者电话8进行通信，只能够选择等待电话1与电话8完成通信。

在计算机网络中，电路交换就是采用的电话网络的这一通信方式，当两台计算机要进行通信时，就需要通过交换机在两台计算机之间搭建一条通信渠道，在整个通信过程中，这条渠道都会被占用，直到通信结束，渠道才会被释放。

1.3 优缺点

电路交换的整个过程可以分为三步：

1. 建立连接（开始占用通信资源）
2. 传输数据（一直占用通信资源）
3. 释放连接（归还通信资源）

在整个电路交换的过程中，电路在完成建立后，除了源节点和目标节点外，电路上的任何结点都是采用的“直通方式”发送数据和接收数据，即不存在存储转发所消耗的时间。在电路交换的整个通信阶段，比特流连续地从源节点直达目的节点，就好像在一个管道中传送。

1.3.1 优点

正因为电路交换的这种通信方式，电路交换技术存在以下优点：

1. 通信时延小。因为通信线路为通信双方专用，数据直达，所以传输速率高。
2. 有序传输。双方通信时按发送顺序传送数据，不存在失序问题。
3. 没有冲突。不同的通信双方拥有不同的信道，不会出现争用物理信道的问题。
4. 实时性强。通信双方之间的物理通路一旦建立，双方就可随时通信。

1.3.2 缺点

同时，这种通信方式也会存在相应的缺点：

1. 建立连接时间长。电路交换的平均连接建立时间对计算机通信来说太长。
2. 线路利用率低。物理通路被通信双方独占，即使线路空闲，也不能供其他用户使用。
3. 灵活性差。物理通路中的任何一点出现故障，就必须重新拨号建立新的连接。
4. 难以实现差错控制。中间节点不具备存储和检验数据的能力，无法发现并纠正错误。

计算机之间的数据传送往往是突发式（高频、少量）的，当使用电路交换来传送数据时，已被用户占用的通信线路资源在绝大部分时间里都是空闲的，其利用率往往不到10%甚至1%。

最简单的一个实例：当我想跟我朋友进行通信时，在建立连接后，我进行了30分钟的通信，其中28分钟左右是在等待通信线路的的连接以及释放。在网络还未兴起的那个时代，可能会觉得没有任何问题，毕竟从书信进行沟通所消耗的时间远超该方式的通信时间；但是，放在现在的5G时代，这种通信时间是很难让人接受的。

结语

在今天的内容中，我们介绍了计算机网络三种交换方式的第一种——电路交换：

1. 电路交换技术通过物理线路的连接动态分配传输线路资源，类似于电话网络中使用电话交换机的原理。
2. 电路交换的过程包括建立连接、通信和释放连接三个步骤。
3. 在通信过程中，通信双方会始终独占整个通信线路资源。
4. 电路交换的优点包括数据传输速率快，但缺点包括建立和释放连接的时间开销大，适用于低频次大量传输数据。

今天的内容到这里就全部结束了，在下一篇内容中我们将继续介绍第二种交换方式——《报文交换》，大家记得关注哦！

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