线路交换

计算机网络术语

线路交换（Circuit Switching）方式与电话交换方式的工作过程很类似。在线路交换中，两台计算机通过通信子网进行数据交换之前，首先要在通信子网中建立一个实际的物理线路连接。

简述

线路交换（Circuit Switching）也叫电路交换，最初用在公用电话系统中。电路交换就是由交换机负责在两部通信站点（如两部电话机）之间建立一条专用的物理线路分配给双方传输数据使用。图1为线路交换示意图。用户线是电话用户到所连接的市话交换机的连接线路，是用户专用的线路，而交换机之间拥有大量话路的中继线则是许多用户共享的，正在通话的用户只占用了其中一个话路。例如图1中的电话用户A要和B之间进行通信，首先必须建立一条由A到B的物理连接，也就是A和B接通了，然后在这条物理连接上通话，即交换数据。一旦双方挂断电话，即表示数据交换完毕，A和B用户之间建立的物理连接也将释放。

电路交换方式中，一次数据传输过程可以分为以下3个阶段。

1．电路建立阶段

在通信双方开始传输数据之前，必须建立一条端到端的物理线路。首先，由发送数据的一方发出连接请求，沿途经过的中间节点负责建立电路连接，并向下一个节点转发连接请求，直到连接请求到达接收方。接收方如果同意建立连接，则沿原路返回一个应答，请求通信的发送方接收到应答后就建立了一个连接。

建立连接的过程实际上就是电路资源的分配过程，就是在收发双发之间分配了一定的带宽资源，所以这个连接也称为物理连接。

2．数据传输阶段

成功建立了电路连接后，双方就可以开始传输数据。该线路是被双方独占的，数据传输过程中不需要进行路径选择，数据在每个中间节点上没有停留，直接向前传递，因此电路交换的传输延迟最短，一般没有阻塞问题，除非有意外的线路或节点故障使电路中断。而且电路交换是全双工的，数据可以在已经建立好的物理线路上进行双向传输。

需要注意的是，一旦建立好电路连接后，即使双方没有数据传输，该线路也被双方占用，不能再被其他站点使用。这是因为电路交换系统属于资源与分配系统，一旦分配好了资源，不管有没有数据在传输，都不能再被其他站点使用。这也正是电路交换的一个缺点，会造成带宽资源的浪费。

3．电路拆除阶段

数据传输结束后，应该尽快拆除连接以释放占用的带宽资源。通信的任何一方都可以发出拆除连接的请求信号，拆除信号沿途经过各个中间节点，一直到达通信的另一方。释放电路连接后，带宽资源就可以分配给其他需要的站点。

电路交换的优点是：专用信道，数据传输迅速、可靠、不会丢失、有序。缺点是：当建立了连接而双方之间暂时没有数据传输时，造成带宽资源浪费。因此，电路交换适用于数据传输量大、可靠性要求较高的情况。

工作原理

线路交换也称为电路交换，它类似于电话系统，希望通信的计算机之间必须事先建立物理线路（或者物理连接）。整个线路交换的过程包括建立线路、占用线路并进行数据传输、释放线路（线路拆除）三个阶段。

线路交换的基本工作原理是：在数据传输期间，源结点与目的结点之间有一条由中间结点构成的专用物理连接线路，在数据传输结束之前，一直保持这条线路。当两个相邻结点之间的通信容量很大时，这两个相邻结点之间可以同时有多个物理电路。

利用线路交换进行通信需以下三个阶段：

（1）线路建立

在数据传送之前，必须先建立一条利用中间节点构成的端到端的专用物理连接线路。

（2）数据传输

两端点沿着已建立好的线路传输数据。

（3）线路拆除

数据传送结束后，应拆除该物理连接，以释放该连接所占用的专用资源。

特点

线路交换的主要特点为：

（1）通信前建立连接，通信后拆除连接，通信期间，不管是否有信息传送，连接始终保持Ⅱ对通信信息不作处理，也无差错控制措施；

（2）基于同步时分复用方式，连接为物理连接；

（3）实时交换，只要允许建立连接，就可保证通信质量；

（4）固定分配带宽，资源利用率低，灵活性差；

（5）一般用于电话交换，但也可用于数据交换，用于数据交换时一般速率低于9.6kb/s；

（6）当节点使用电路交换技术时，可构成公用电话网（PSTN）、数字数据网（DDN）、移动通信网等。

线路交换方式

线路交换方式又称电路交换方式（circuit exchanging），电路交换是通过网络结点在两个工作站之间建立一条专用的物理通信信道，线路交换方式的工作原理如图2所示。常见的电路交换是电话系统，当交换机收到一个呼叫后．就在网络中寻找一条临时通路供两端的用户通话，这条临时通路可能要经过若干个交换局的转接，并且一旦建立就成为这一对用户之间的临时专用通路，别的用户不能打断，直到电话结束才拆除连接。电路交换的通信过程如下：

（1）通话前先拨号建立连接。

可能只要经过一个交换机（如A到C），②可能要经过多个交换机（如D到B）。

（2）通话过程中，通信双方一直占用所建立的连接。

（3）通话结束后，挂机释放连接。

线路交换方式的特点：

（1）线路利用率低：电路交换方式用在计算机之间通信时，由于在大部分连接时间内可能没有数据传输，但线路仍然必须保持连通状态，因而信道容量未加利用，线路利用率低。

（2）数据传送需要可靠、迅速，不丢失且保持着传输的顺序，因此电路交换方式能适应实时性传输。从性能上看，在呼叫发出后，电路建立阶段存在延时，但一旦电路建立，网络对用户是完全透明的，数据可以固定的速率进行传输，除了传输延迟外，不再有其他延迟，也不会发生冲突，数据传送可靠、迅速，不丢失且保持着传输的顺序，因此电路交换方式能适应实时性传输。但是如果通信量不均匀，则容易引起阻塞。

（3）通信子网中的节点交换设备不能存储数据，无纠错功能。

线路交换是面向连接的服务；两台计算机通过通信子网进行数据交换之前，首先要在通信子网中建立一个实际的物理线路连接；线路交换在数据传输过程中要经过建立连接、数据传输与释放连接的三个阶段；线路交换方式的优点是通信实时性强，适用于交互式会话类通信；线路交换方式的缺点是对突发性通信不适应，系统效率低，系统没有存储数据的能力，不能平滑交通量。

线路交换技术

在计算机通信系统中，两点之间以直通方式占有线路进行通信比较少见，通常是通过中间节点或中转节点的网络把数据从源地发送到目的地，这样使通信线路为各个用户所公有，以提高传输设备的利用率，降低系统费用。我们把由中间节点参与的通信称为交换。在交换式网络中，中间节点可分为两类：线路交换和存储交换。前者相当于开关，在通信中起线路连续性作用；后者相当于转发中心，具有存储转发功能。

计算机通信采用的交换技术主要是电路交换和分组交换。

1．电路交换

电路交换是通过交换节点在一对站点中间建立专用通信通道而进行直接通信的方式。在通信过程中，该通道不得被其他站点使用，如电话交换。电路交换的优点是实时性和交互性好，比较适用于成批的数据或文件的传送；其缺点是由于建立线路的时间比较长，因此传送短信息时线路的利用率低。

2．分组交换

分组交换是将被传递的数据、源地址、目的地址和其他控制信息组成的数据块拆分成若干个小的段落（称为分组），只要前方线路空闲，就以分组为单位发送，中间节点接收到一个分组后就可以转发，而不必等所有的分组到齐后再转发，从而提高了交换速度。由于分组较小，因而可直接存放在内存中，而不设置缓存。接收端收到所有的分组后，再按原来的顺序“组装，恢复成原来的报文。分组交换方式适用于交互式通信和大量数据的传递。

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