5.1.3 数据交换技术的发展
1.电路交换
最早出现的交换技术是电路交换。电路交换的基本过程包括连接建立、信息传送和连接释放三个过程。在双方开始通信之前，发起呼叫的一方(通常称为主叫)通过一定的方式(如拨号)将接受呼叫的一方(通常称为被叫)的地址告诉网络中的交换设备，交换设备根据被叫地址在主叫和被叫之间建立一条电路，这个过程称为连接建立。接着，主叫和被叫在所建立的电路上进行通信，这个过程称为数据传输。信息传送结束后，主叫或被叫通知交换设备释放电路，这个过程称为连接释放。
电路交换采用固定分配通信电路的机制，且信息传送过程中双方独占被分配的通信电路。只有在信息传送结束后，所占用的电路资源才会释放并被重新利用。因此，电路交换中电路利用率较低;由于存在连接建立的过程，所以电路接续时间较长;如果没有空闲的电路，那么呼叫会损失掉(称为呼损)。此外，电路交换要求通信双方在信息传输速率、编码格式等方面必须完全兼容，否则难于互通。
因此，电路交换适合于电话通信、文件传送等业务。在数据通信发展的初级阶段，电路交换也是数据传输和交换的一种重要手段。有关电路交换技术将在5.2节详细介绍。
2.报文交换
为了克服电路交换中不同制式的用户终端之间无法互通、通信电路利用率低等缺点，人们提出了报文交换技术。报文交换的基本原理是“存储-转发”，即如果A用户要向B用户发送信息，A用户只需与交换机接通，而无须事先接通A用户与B用户之间的电路。交换机暂时把A用户要发送的报文接收和存储起来，再根据报文中提供的B用户地址确定交换网内路由，并将报文送到输出队列上排队，等到输出线空闲时将该报文送到下一个交换机。下一个交换机按同样的方式工作，最终将A用户的报文送达终点用户B处。
报文交换适用于公众电报和电子信箱业务。由于报文交换要求交换机具有高速处理能力和较大的存储容量，且信息通过报文交换产生的时延和时延抖动大，因此不适用于即时交互式数据通信。
3.分组交换
分组交换产生于20世纪60年代，是继电路交换和报文交换之后出现的一种针对数据通信特点而开发的信息交换技术。分组交换也采用“存储-转发”的方式工作，但并不以报文为单位交换，而是把报文截成若干个较小的数据块，即分组(Packet)，来进行交换和传输。由于分组长度较短，具有统一的格式，便于在交换机中存储和处理，因此分组进入交换机后在主存储器中进行排队处理的时间很短，且一旦确定了路由，分组很快就被输出到下一个交换机或用户终端。
X.25是分组交换的第一个国际标准，在1976年由I-TUT的一个工作小组研究产生。X.25标准能够较好地解决了电路交换和报文交换的矛盾，实现了不同类型数据终端之间的互通。后来在X.25的基础上发展起来的交换技术，如帧中继、ATM交换和IP交换等，由于都采用了分组的思想，所以也属于分组交换，且是广义的分组交换。而遵循X.25标准的分组交换则被称为狭义的分组交换。在后文中，如果没有特别的交代，那么分组交换均指广义的分组交换。
由于分组穿过交换机或网络的时间很短(例如，分组穿过一个交换机的时延为毫秒级甚至微秒级)，能满足绝大多数数据通信对信息传输的实时性要求。因此，20世纪70年代中期以后的数据通信几乎都采用分组交换技术。有关分组交换技术将在第5.3节中介绍。
4.快速分组交换——帧中继
20世纪80年代后期，信息多媒体化导致新型数据业务传输具有与传统话音或文本数据所不同的传输特性。数据传输速率要求进一步提升，数据传输的突发性更高，不同的数据业务也具有不同的误差要求和时延要求。但此时的分组交换信息传输效率较低，并不适合对时延和吞吐量要求严格的数据业务。为了改进分组交换的缺点，人们提出了帧中继技术。
帧中继的基本数据单元是帧。帧结构中的信息字段不仅可以存放X.25分组，而且可以存放高级数据链路控制(HDLC)或同步数据链路控制(SDLC)协议数据单元，以及局域网中逻辑电路控制(LLC)层和媒体访问控制(MAC)层的数据。因此，帧可被看作是一种特殊的分组。考虑到当时光纤传输线路的使用使得数据传输质量大大提高，同时用户终端的智能化使得其处理能力大大增强，帧中继取消了网络节点之间、网络节点和用户终端之间每段传输链路上的数据差错控制，将其推到网络的边缘，减少了分组在网络中的延迟，提高了网络的响应速率。因此，帧中继的传输速率最高可达155 Mbit/s。
可见，帧中继技术是传统的分组交换的一种改进方案，适合运行不同协议的局域网之间的数据互连。
5.ATM交换
由于帧中继仍然无法以统一、简单、快捷的方法支持各种特性的多媒体数据通信，ITUT推出了异步转移模式(ATM)。
ATM实际是快速电路交换和快速分组交换发展的产物。一方面，ATM采用面向连接并预约传输资源的方式工作。另一方面，ATM采用固定长度的分组(即信元)进行传输、复用和交换，但包含一个特定用户信息的信元不需要周期性地出现，所以是一种按需分配带宽的交换方式。同时，ATM网络内部也取消逐段链路的差错控制和流量控制，而将这些工作推到了网络的边缘，减轻了交换节点的处理负担。但为了防止由于信元头部出现错误而导致的信元误投及网络资源浪费，ATM在信元的头部加上纠错和检错的机制来降低上述可能性。
ATM交换既具有电路交换处理简单的特点，支持实时业务、数据透明传输并采用端到端的通信协议，又具有分组交换支持变比特率业务的特点，能对链路上传输的业务进行统计复用。加上其较强的流量控制功能，能保证业务的服务质量，ATM一度被认为是下一代网络中数据交换的首选技术。
6.IP交换
IP交换是将分层网络的第三层软件路由查询和第二层分组交换进行有机结合的交换技术，可以在保持IP组网灵活性的同时提高分组转发速度。最早的IP交换技术基于ATM交换，后来ATM交换被以太网交换取代。有关IP交换技术将在5.4节介绍。
最初IP交换技术在第二层和第三层都只支持一种协议。为了扩展IP交换的应用，提出了多协议标签交换MPLS。MPLS具有“多协议”特性，向上兼容IPv4、IPv6、IPX等多种主流网络层协议，向下支持ATM、FR、PPP等多种链路层技术，从而使得多种网络的互连互通成为可能。有关MPLS将在5.5节介绍。