一、概述

在數據通信網（Data Communication Network）中傳送數據也需要有交換功能的支持，以便實現用戶間信息的連接。交換方式的不同是數據通信網和傳統的電話網之間最重要的技術差異之一。數據通信網的基本交換方式主要有以下幾種：

一是：電路交換（Circuit Switching）；

二是：報文交換（Message Switching）；

三是：分組交換（包交換）(Packet Switching）。

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二、基本的交換方式簡介

1、電路交換方式

電路交換與電話通信網中的電路交換方式相同，即首先完成通信雙方的固定電路連接，然后傳送數據。在電路交換方式中，交換網根據應用要求將通信終端連接起來，在整個通信連接期間始終有一條電路被建立并且該電路是獨占的。電路交換方式的優缺點匯總在下表2-1中。

表2-1：電路交換方式的優缺點

2、報文交換方式

報文交換和電路交換方式不同，它采用存儲轉發技術首先將發送端全部數據以報文的形式存儲在交換機中，等有合適的線路時再根據報文標題中的地址把報文轉發到接收端去。報文交換是把一則報文數據文件作為一個整體完整地送入電路，在交換節點處以報文為單位進行存儲、排隊，再轉發的方式。這種技術又稱作存儲-轉發（Store and Forward）技術。鏈路中的數據包通常由報文數據和報頭組成，報頭中包含了地址信息和控制信息等。報文交換方式的優缺點匯總在下表2-2中。

表2-2：報文交換方式的優缺點

報文交換不需要提供預先連接好的通路，因而用戶發出即完成，這是一種面向無連接的通信方式。其信道可以作為公用，同時也為其他用戶服務，從而大大提高信道的利用率。這種方式的指明的弱點是由于存儲轉發的原因，節點處會存在較大的時延，同時節點機要有較大的存儲容量用來存儲較長的報文。

3、分組交換方式：改進的報文交換方式

由于報文的長短不一，時延大小不等，對交換節點存儲器容量大小設計也帶來困難。因此實際的數據通信網采用基于存儲-轉發技術的分組交換方式，即把任何報文都分割成一定長度的、按特定格式組織起來的“分組”（Packet）或稱為包，送入信道中傳輸交換。它可以看作報文交換的改進。各分組不一定選擇同一路由。在這些分組的前后加上一些協議信息以后，被作為獨立的實體在網絡中傳輸。附加的協議信息用于網絡中的路由選擇、差錯糾正和流量控制等。分組交換對數據的存儲轉發不是針對整個數據文件，而是對數據分組，各個分組可以通過不同路由斷續傳送，由接收端再將分組按原來的分組順序裝配成完整數據。分組交換方式的優缺點匯總在下表2-3中。

表2-3：報文交換方式的優缺點

4、快速分組交換方式：改進的分組交換方式

快速分組交換（FPS）方式是對分組交換方式的一種改進。它是在分組交換方式的基礎上通過簡化通信協議、最大限度地提供并行處理能力，以提高分組吞吐量和減小分組傳輸時延為目的而提出的交換方式。其思路是采用短分組長度，取消鏈路層差錯校驗及重發等，以適應高速的數據通信及實時數據業務通信的需求。

5、虛電路交換方式：改進的快速分組交換方式

對快速分組交換技術的改進，是和電路交換技術的融合，稱為虛電路交換方式。在虛電路交換方式中，其基礎仍是分組傳送或快速分組傳輸，線路上采用統計時分復用（STDM）方式。統計時分復用是指傳輸信道的時隙被動態地分配給各用戶的分組，而對暫時無信息傳送的則不分配。通信用戶雙方的數據均采用固定路徑傳送，這樣就保證了各分組是順序到達。對于用戶來說，感覺像是有一條固定電路的連接，而實際上電路是統計復用的，因而被稱作虛電路連接。

三、基本交換方式在數據網絡的應用

1、電路交換方式的應用--傳統的電話交換網絡

電路交換網絡事實上就是利用傳統的電話交換網絡上進行用戶數據信息的傳遞。電路交換網絡傳遞用戶數據信息一般采用兩種方式，一是利用交換機在用戶線側的數字接口即V接口直接在話路中傳遞；二是利用交換機在用戶線側的模擬接口即Z接口連接調制解調器（MODEM）直接在話路中傳遞。電路交換數據網絡無論利用那種方式，其傳遞速率都是相對很低的，一般只用在窄帶業務（N-ISDN）。

2、報文交換方式的應用

由于在報文交換方式的基礎上產生了分組交換方式。也就是說由于報文交換方式的弱點，使得其應用受到了限制。報文交換一般常用于公用電報通信、電子郵件等短消息發送。

3、分組交換方式的應用--X.25分組交換網

分組交換方式最基本、最典型的應用就是X.25分組交換網。之所以稱為X.25分組交換網，是因為ITU-T 制定了利用分組交換方式的建議書X.25建議。它為利用分組交換的數據傳輸系統在DTE和DCE之間交換數據和控制信息規定了一個技術標準。

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4、快速分組交換方式的應用--幀中繼（FR）

幀中繼（FR，Frame Relay）是一種快速分組交換方式的基本應用。FR是以X.25分組交換技術為基礎，盡力簡化X.25中的復雜規程，采用流水線方式進行數據處理。由于幀中繼只作差錯檢查，不作分組重發，糾錯處理以及流量控制等由智能終端去做，因而大大簡化了處理過程，提高了速度和效率，減少了網絡延時。幀中繼的用戶速率一般為64 kbit/s~2 Mbit/s，通過進一步改進可望達到8~10 Mbit/s。故幀中繼對一般的多媒體應用是可以滿足要求的，但在應用于高速活動圖像的傳輸是還有一定困難。

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5、虛電路交換方式的應用--異步轉移模式（ATM）

ATM交換技術也是以快速分組交換方式為基礎，同時融合了電路交換方式的優點發展而成的，稱之為異步轉移模式（ATM，Asynchronous Transfer Mode）。它克服了電路交換方式不適應速率變化的缺點，并簡化分組通信中的協議，由硬件完成對簡化通信協議的處理，各交換節點不再對信息進行差錯控制，提高了通信處理能力。它既繼承了電路交換方式的速率獨立性，又保留了高速分組交換方式的速率任意性，是目前唯一能夠全面支持QoS 的傳輸交換技術，成為下一代通信網的基礎技術之一。由于ATM具備了許多現代通信網所必須的特點，因而被ITU建議作為寬帶綜合業務數據網的傳送方式。ATM已不僅僅是作為一種交換模式，而且是作為一種干線傳輸方式來采用的。

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四、小結

凡是以分組交換、傳輸技術為基礎的通信網，我們都可以把她們成為稱為分組通信網，如X.25網、IP網、ATM網等。這個領域是通信技術近些年來最為活躍的領域。表4列出了幾種交換技術的主要特性（速率、時延、帶寬、電路利用率、可靠性、業務支持等），其中報文交換已基本淘汰，但為了作橫向比較，仍列于該表。

表4：幾種交換方式的主要性能比較

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