計算機網絡是現代信息社會的基石，而交換技術是實現網絡通信的核心。本文將詳細介紹兩種典型的交換方式：電路交換和分組交換，幫助基礎小白快速掌握這兩種技術的基本概念和區別。
什么是電路交換？
電路交換（Circuit Switching）技術來源于電話網，它的工作原理可以通過電話機的連接方式來說明。
1. 簡單連接
最簡單的方式是兩部電話直接用一對電線連接，如圖1-6(a)所示。但當電話數量增加時，直接連接的方法需要的電線數量將會急劇增加。
2. 使用交換機
為了減少電線數量，可以使用交換機將電話機連接起來，如圖1-6?所示。每部電話都連接到交換機上，交換機通過動態分配線路資源來實現任意兩部電話的通信。
3. 電路交換的工作過程
電路交換的過程包括三個步驟：
- 建立連接（分配通信資源）
- 通話（一直占用通信資源）
- 釋放連接（歸還通信資源）
在通話過程中，通信資源始終被占用，如圖1-7所示。這種方式雖然簡單，但對于計算機數據傳輸而言，效率較低，因為計算機數據是突發式的，線路在大部分時間里處于空閑狀態。
優點：
- 傳輸時延小：由于通信線路為通信雙方用戶專用，數據直達，時延非常小。
- 實時性強：通信雙方之間的物理通路一旦建立，雙方可以隨時通信。
- 有序傳輸：數據按發送順序傳送，不存在失序問題。
- 適用范圍廣：適用于傳輸模擬信號和數字信號。
- 控制簡單：交換設備及控制相對簡單。
缺點：
- 建立連接時間長：對于計算機通信來說，平均連接建立時間較長。
- 信道利用率低：物理通路被雙方獨占，即使通信線路空閑，也不能供其他用戶使用。
- 靈活性差：不同類型、不同規格、不同速率的終端難以相互通信，也難以進行差錯控制。
電路交換最早用于電話網絡，兩臺電話之間通過專有電線連接。雖然電路交換在實時性和低時延方面具有明顯優勢，但由于其信道利用率低和靈活性差，在現代互聯網中較少使用，更多應用于需要高實時性和固定連接的場景，如傳統電話通信。
什么是分組交換？
分組交換（Packet Switching）是計算機網絡中主要采用的交換技術，它通過將數據分割成小的分組來傳輸。
1. 分組的概念
在發送報文之前，先將較長的報文劃分成等長的數據段，每個數據段前加上控制信息組成一個分組（Packet），如圖1-8所示。分組的首部包含了目的地址和源地址等重要信息。
2. 分組交換的工作過程
分組交換的過程是通過存儲轉發的方式實現的。分組交換機接收分組后，先存儲下來，檢查首部信息，按首部中的地址查找轉發表，找到合適的接口轉發出去，如圖1-9所示。
優點：
- 無需建立連接：用戶可以隨時發送分組，不需要預先建立通信線路。
- 線路利用率高：通信雙方不是固定占用一條通信線路，而是在不同的時間段部分占用線路，提高了線路利用率。
- 加速傳輸：分組逐個傳輸，后一個分組的存儲操作與前一個分組的轉發操作可以并行，減少了傳輸時間。
- 提高傳輸可靠性：交換節點具有路徑選擇功能，當某條傳輸線路故障時，可選擇其他傳輸線路。
- 減少出錯幾率和重發數據量：分組較短，出錯幾率減少，每次重發的數據量也減少。
缺點：
- 轉發時延：數據進入交換節點后要經歷存儲轉發過程，引起轉發時延，網絡通信量越大，時延越大。
- 實時性較差：由于轉發時延和排隊等待，實時性不如電路交換。
- 數據報服務存在問題：可能出現失序、丟失或重復分組，需要對分組按編號進行排序等工作。
4. 分組交換的挑戰
分組交換也帶來一些新的問題，如時延和分組丟失。分組在傳輸時需要排隊等待，可能會造成時延，甚至因為緩存滿而丟失分組，如圖1-10所示。
電路交換與分組交換的對比
電路交換和分組交換在數據傳輸方式上有明顯區別：
- 電路交換：整個報文的比特流連續地從源點直達終點，如圖1-11所示。
- 分組交換：單個分組傳送到相鄰結點，存儲后再轉發，逐段占用通信資源。
電路交換適合連續傳輸大量數據，而分組交換更適合傳輸突發數據，提高了信道利用率和傳輸效率。
通過本文的介紹，希望基礎小白能對電路交換與分組交換有一個初步的了解。這兩種交換技術是計算機網絡的核心基礎，掌握它們有助于更好地理解網絡通信的原理。
文本，圖片來源：《計算機網絡教程》第6版微課版
)
)
——棧的應用)
——隊列的順序實現)
