線路交換

線路交換（Circuit Switching）也叫電路交換，最初用在公用電話系統中。電路交換就是由交換機負責在兩部通信站點（如兩部電話機）之間建立一條專用的物理線路分配給雙方傳輸數據使用。圖1為線路交換示意圖。用户線是電話用户到所連接的市話交換機的連接線路，是用户專用的線路，而交換機之間擁有大量話路的中繼線則是許多用户共享的，正在通話的用户只佔用了其中一個話路。例如圖1中的電話用户A要和B之間進行通信，首先必須建立一條由A到B的物理連接，也就是A和B接通了，然後在這條物理連接上通話，即交換數據。一旦雙方掛斷電話，即表示數據交換完畢，A和B用户之間建立的物理連接也將釋放。

電路交換方式中，一次數據傳輸過程可以分為以下3個階段。

1．電路建立階段

在通信雙方開始傳輸數據之前，必須建立一條端到端的物理線路。首先，由發送數據的一方發出連接請求，沿途經過的中間節點負責建立電路連接，並向下一個節點轉發連接請求，直到連接請求到達接收方。接收方如果同意建立連接，則沿原路返回一個應答，請求通信的發送方接收到應答後就建立了一個連接。

建立連接的過程實際上就是電路資源的分配過程，就是在收發雙發之間分配了一定的帶寬資源，所以這個連接也稱為物理連接。

2．數據傳輸階段

成功建立了電路連接後，雙方就可以開始傳輸數據。該線路是被雙方獨佔的，數據傳輸過程中不需要進行路徑選擇，數據在每個中間節點上沒有停留，直接向前傳遞，因此電路交換的傳輸延遲最短，一般沒有阻塞問題，除非有意外的線路或節點故障使電路中斷。而且電路交換是全雙工的，數據可以在已經建立好的物理線路上進行雙向傳輸。

需要注意的是，一旦建立好電路連接後，即使雙方沒有數據傳輸，該線路也被雙方佔用，不能再被其他站點使用。這是因為電路交換系統屬於資源與分配系統，一旦分配好了資源，不管有沒有數據在傳輸，都不能再被其他站點使用。這也正是電路交換的一個缺點，會造成帶寬資源的浪費。

3．電路拆除階段

數據傳輸結束後，應該儘快拆除連接以釋放佔用的帶寬資源。通信的任何一方都可以發出拆除連接的請求信號，拆除信號沿途經過各個中間節點，一直到達通信的另一方。釋放電路連接後，帶寬資源就可以分配給其他需要的站點。

電路交換的優點是：專用信道，數據傳輸迅速、可靠、不會丟失、有序。缺點是：當建立了連接而雙方之間暫時沒有數據傳輸時，造成帶寬資源浪費。因此，電路交換適用於數據傳輸量大、可靠性要求較高的情況。 ^[1] 

線路交換也稱為電路交換，它類似於電話系統，希望通信的計算機之間必須事先建立物理線路（或者物理連接）。整個線路交換的過程包括建立線路、佔用線路並進行數據傳輸、釋放線路（線路拆除）三個階段。

線路交換的基本工作原理是：在數據傳輸期間，源結點與目的結點之間有一條由中間結點構成的專用物理連接線路，在數據傳輸結束之前，一直保持這條線路。當兩個相鄰結點之間的通信容量很大時，這兩個相鄰結點之間可以同時有多個物理電路。

利用線路交換進行通信需以下三個階段：

（1）線路建立

在數據傳送之前，必須先建立一條利用中間節點構成的端到端的專用物理連接線路。

（2）數據傳輸

兩端點沿着已建立好的線路傳輸數據。

（3）線路拆除

數據傳送結束後，應拆除該物理連接，以釋放該連接所佔用的專用資源。 ^[1] 

線路交換的主要特點為：

（1）通信前建立連接，通信後拆除連接，通信期間，不管是否有信息傳送，連接始終保持Ⅱ對通信信息不作處理，也無差錯控制措施；

（2）基於同步時分複用方式，連接為物理連接；

（3）實時交換，只要允許建立連接，就可保證通信質量；

（4）固定分配帶寬，資源利用率低，靈活性差；

（5）一般用於電話交換，但也可用於數據交換，用於數據交換時一般速率低於9.6kb/s；

（6）當節點使用電路交換技術時，可構成公用電話網（PSTN）、數字數據網（DDN）、移動通信網等。

^[2] 

線路交換方式又稱電路交換方式（circuit exchanging），電路交換是通過網絡結點在兩個工作站之間建立一條專用的物理通信信道，線路交換方式的工作原理如圖2所示。常見的電路交換是電話系統，當交換機收到一個呼叫後．就在網絡中尋找一條臨時通路供兩端的用户通話，這條臨時通路可能要經過若干個交換局的轉接，並且一旦建立就成為這一對用户之間的臨時專用通路，別的用户不能打斷，直到電話結束才拆除連接。電路交換的通信過程如下：

（1）通話前先撥號建立連接。

可能只要經過一個交換機（如A到C），②可能要經過多個交換機（如D到B）。

（2）通話過程中，通信雙方一直佔用所建立的連接。

（3）通話結束後，掛機釋放連接。

線路交換方式的特點：

（1）線路利用率低：電路交換方式用在計算機之間通信時，由於在大部分連接時間內可能沒有數據傳輸，但線路仍然必須保持連通狀態，因而信道容量未加利用，線路利用率低。

（2）數據傳送需要可靠、迅速，不丟失且保持着傳輸的順序，因此電路交換方式能適應實時性傳輸。從性能上看，在呼叫發出後，電路建立階段存在延時，但一旦電路建立，網絡對用户是完全透明的，數據可以固定的速率進行傳輸，除了傳輸延遲外，不再有其他延遲，也不會發生衝突，數據傳送可靠、迅速，不丟失且保持着傳輸的順序，因此電路交換方式能適應實時性傳輸。但是如果通信量不均勻，則容易引起阻塞。

（3）通信子網中的節點交換設備不能存儲數據，無糾錯功能。

線路交換是面向連接的服務；兩台計算機通過通信子網進行數據交換之前，首先要在通信子網中建立一個實際的物理線路連接；線路交換在數據傳輸過程中要經過建立連接、數據傳輸與釋放連接的三個階段；線路交換方式的優點是通信實時性強，適用於交互式會話類通信；線路交換方式的缺點是對突發性通信不適應，系統效率低，系統沒有存儲數據的能力，不能平滑交通量。 ^[3] 

在計算機通信系統中，兩點之間以直通方式佔有線路進行通信比較少見，通常是通過中間節點或中轉節點的網絡把數據從源地發送到目的地，這樣使通信線路為各個用户所公有，以提高傳輸設備的利用率，降低系統費用。我們把由中間節點參與的通信稱為交換。在交換式網絡中，中間節點可分為兩類：線路交換和存儲交換。前者相當於開關，在通信中起線路連續性作用；後者相當於轉發中心，具有存儲轉發功能。

計算機通信採用的交換技術主要是電路交換和分組交換。

1．電路交換

電路交換是通過交換節點在一對站點中間建立專用通信通道而進行直接通信的方式。在通信過程中，該通道不得被其他站點使用，如電話交換。電路交換的優點是實時性和交互性好，比較適用於成批的數據或文件的傳送；其缺點是由於建立線路的時間比較長，因此傳送短信息時線路的利用率低。

2．分組交換

分組交換是將被傳遞的數據、源地址、目的地址和其他控制信息組成的數據塊拆分成若干個小的段落（稱為分組），只要前方線路空閒，就以分組為單位發送，中間節點接收到一個分組後就可以轉發，而不必等所有的分組到齊後再轉發，從而提高了交換速度。由於分組較小，因而可直接存放在內存中，而不設置緩存。接收端收到所有的分組後，再按原來的順序“組裝，恢復成原來的報文。分組交換方式適用於交互式通信和大量數據的傳遞。 ^[4]