数据交换

网络的目标是实现网络上终端之间的数据通信，需要实现两个机制。一是建立连接在网络上的任何两个终端之间的数据传输通路的机制，二是控制数据沿着源终端至目的终端传输通路完成传输过程的机制。

信道即信号传输通道，发送端将数据转换成信号，信号经过信道传播到达接收端，接收端将信号还原成数据。

电路交换

由电路交换机按需在两个终端之间动态建立信道的过程称为电路交换过程，两个终端之间的信道建立方式称为电路交换方式。

为什么是按需动态建立信道呢？

如果采用两两互连的方式，信道固定，终端之间随时可以传输数据，并且终端可以同时与其他所有终端通信。但是如果终端之间存在双向信道，n个终端需要n*(n-1)个信道。
考虑在实际通信过程中，每一个终端同时与所有其他终端通信的可能性几乎没有，n个终端同时需要互相之间两两通信的可能性页几乎没有，所以采取通过设备互连终端，由设备按需建立终端之间的信道，这里的设备就是电路交换机！

电路交换的特点

优点：

无需建立控制数据传输过程的机制；
终端之间信道具有固定的数据传输速率，适合语音传输

缺点：

独占两个终端之间的信道，导致信道经过的物理链路利用率低
不能保证多对终端之间同时进行通信
信道经过的物理链路要求相同的传输速率，物理链路的连接方式收到严格限制

虚电路交换

上面电路交换存在一个严重的缺点，独占两个终端之间的信道，这就导致信道经过的物理链路利用率低。如何解决这个问题呢？

那就需要物理链路共享，允许多对终端共享某段物理链路带宽。

如果共享链路，交换机如何转发数据呢？

1. 标识符和分组

数据标识符：对每一对终端之间传输的数据分配唯一的标识符。

2. 转发表

转发表：建立不同终端对之间的传输路径，并将数据标识符与传输路径绑定在一起。

如上图，A<->D的数据标识符为1，B<->E的数据标识符为2，C<->F的数据标识符为3。

通过标识符分组以及转发表两种机制，对每一组数据进行解析得到数据标识符，
从转发表获取此标识符对应的端口，就可以实现数据传输了，也就可以实现链路共享啦！

平滑流量问题如何解决？

共享物理链路，在一段时间内，要求多对终端之间传输的数据量必须小于交换机之间物理链路相同时间内能够传输的数据量！
由于终端之间数据具有间歇性、突发性，在某一瞬间，可能发生多对终端之间的数据量短暂大于交换机之间物理链路能够传输的数据量的情况。

3.存储转发

- 交换机将通过输入端口接收到的信号还原成分组并存储在输入端口的输入队列中
- 从分组中分离出标识符，根据输入分组的端口和标识符在转发表中找到匹配的转发项
- 将分组从输入端口输入队列转移到输出端口输出队列
- 输出队列中的分组按照先到先输出的原则通过输出端口输出

小结

含义

虚电路是指一对终端之间的传输路径，且该传输路径通过转发表建立，并与唯一标识该对终端之间传输的数据的标识符绑定在一起。
通过建立虚电路实现数据交换的方式称为虚电路交换。

建立数据传输通路机制

- 数据标识符    
- 转发表

控制数据传输过程机制

- 存储转发

数据报交换

让我们来分析一下虚电路。
建立虚电路的方式无非两种，按需动态建立，或者事先建立好：

动态建立：建立虚电路，释放虚电路，传输时延长！可能发生终端之间实际传输数据的时间远小于终端之间建立、释放虚电路的时间的情况！
事先建立好：两两之间建立，转发项数目大，存储空间大！处理时间长！可能大量虚电路是长时间不作用的，浪费处理时间和存储空间，显然不合理！

尤其是面向终端之间通信，连接的终端数量很大，终端之间与谁通信不确定，通信时间不确定，传输数据量也不确定，所以虚电路交换需要改进！

如何改进？无非从数据传输路径建立机制，或者控制数据传输过程机制上改进。

数据传输路径建立机制

虚电路标识符改为每个终端地址
每一对终端之间传输路径改为指向终端的传输路径

控制数据传输过程机制

用源和目的地址取代分组中的虚电路标识符
用分组目的地址查找转发表确定通往目的终端的传输路径

小结

含义

为终端分配地址，修改分组格式。
转发表中的转发项给出通往每一个终端的传输路径。
以分组目的地址查找转发表，确定分组转发端口。
具有以上特征的交换方式称为数据报分组交换，简称数据交换。

数据报交换方式适合面向终端通信的网络！    
有时到目的地址可以有多种路径。
分组独立选择传输路径，分组发送与接收顺序可能不一致。但是均衡了网络负载，容错性好！

建立数据传输通路机制

- 终端地址
- 转发表

控制数据传输过程机制

- 分组控制信息：源地址和目的地址
- 存储转发机制