所谓“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路资源，提高线路资源的利用率。电话机发明后，要让所有的电话机都能互相连接是难以实现的。图3-18a表示两部电话机只需一对电线。但如果要把5部电话机两两相连，则需要10对连接线，如图3-18b所示。如果N部电话机要两两相连，那么需要N（N-1）/2对电线。显然，这种连接方法需用的连接导线与电话机数量的二次方成正比。于是认识到只有采用交换机的连接方法，即把每一部电话机都连接到交换机上，通过交换机的交换连接，把各电话用户彼此连接通话，才能提高传输线路的利用率，如图3-18c所示。采用交换机进行交换连接的方式称为电路交换。

图3-18 电话机的不同连接方法

a）两部电话直接相连 b）5部电话两两直接相连 c）用交换机连接许多部电话

1.电路交换

从通信资源分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路资源。在使用电路交换（Circuit switching）时，通话之前必须先呼叫（拨号/被叫方的地址），拨号信令通过各个交换机到达被叫用户所在的交换机时，向用户话机发出电话振铃信号。在被叫用户摘机并且摘机信令回传到主叫方的交换机后，呼叫即成功。此时，从主叫端到被叫端就建立了一条物理通路，双方可以开始通话，通话结束，主叫方挂机，释放连接，如图3-19所示。

图3-19 电路交换原理图

这种必须经过“建立连接→通信→释放连接”的三个步骤的联网方式称为面向连接（Connec-tion-Oriented）。显然，电路交换必定是面向连接；但在分组交换时，既可使用存储转发的无连接方式（Connectionless），也可使用面向连接方式（如广域网的X.25和ATM网络）。

电路交换中各交换机之间拥有大量话路的中继线，它们是全体用户共享的。在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的固定传输带宽。

2.分组交换

用电路交换方法传送计算机数据时，线路的传输效率是不高的。因为计算机数据是突发式地向传输线路上发送的，所以线路上真正用来传送数据的时间往往不到10%，甚至仅为1%，绝大部分时间内，通信线路实际上是空闲的。

分组交换（Packet switching）采用存储转发技术。图3-20是分组交换的概念。先将需发送的全部数据信息（称为报文Message）划分成一个个更小的等长数据段，例如，每个数据段为2¹⁰=1024bit。在每个数据段前面加上一些必要的控制信息组成的首部（Header），构成一个分组（Pack-et）。分组又称为“打包”，分组的首部也称为“包头”，分组是计算机网络传输的数据单元。分组中的首部（包头）包含了诸如目的地址和源地址等重要控制信息，有了它才能使每个分组在分组交换网络中独立地选择路由。因此首部是分组交换的一种标记（Label-based），使得分组交换时，在传递数据之前可以不首先建立一条连接线路。这种不先建立连接而随时可发送数据的联网方式，称为无连接（Connectionless）传输。

图3-20 数据信息的分组

分组交换网由若干结点交换机（Nodeswitch）和与这些交换机连接的链路组成，如图3-21所示。大圆圈（或大方块）为结点交换机，是网络的核心部件。从概念上讲，一个结点交换机就是一个计算机。每个结点交换机都有两组端口。小半圆表示用于与计算机相连的一组端口，链路的速率较低。小方块表示的用于连接高速链路和网络中其他结点计算机的一组端口。结点计算机A……E是进行分组交换用的，用来转发分组数据信息和经常交换各结点计算机之间的路由信息，为转发分组找出一条最好的路线。结点计算机将收到的分组数据包先放入缓存，再根据包头（首部）的地址查找转发表，找出一条最佳转发路线。从缓存中将分组数据取出来，再传送给适当的端口转发出去。(www.daowen.com)

图3-21 分组交换网络

a）分组交换网和主机 b）具有两组端口的结点交换机

结点交换机暂存的是一个个短的分组数据包，而不是整个长的报文。短的分组数据包是暂存在结点交换机的存储器（内存）中，而不是存储在它的磁盘中，这样可保证较高的交换速率。

由于采用了专门的技术措施，保证了数据传送的高可靠性。如果分组交换网中的某些结点或链路突然地被破坏，网络可使用路由选择协议自动找到其他的路径来转发分组数据包。此外，分组交换的网络拓扑结构，在发生网络拥塞或少数结点、链路出现故障时，可以灵活地改变路由而不致引起通信中断或全网瘫痪。

采用存储转发的分组交换方法，实际上是采用了数据通信过程中的中断（或动态）分配传输线带宽的策略。对突发式发送的计算机数据是非常合适的，大大提高了通信线路的利用率。

综上所述，分组交换的优点如下：

（1）高效。动态分配传输线带宽，对通信链路实行逐段占用。

（2）灵活。每个结点具有智能功能，可为每个分组数据包选择转发路由。

（3）迅速。以分组数据包作为传送单位，可以不先建立连接就可向其他主计算机发送分组。分组交换使用高速链路网络。

（4）可靠。完善的网络协议，分布式的路由分组交换网，使网络具有极好的残存性。

分组交换的缺点如下：

（1）延时较大。分组数据包在各结点存储转发时需排队，造成一定的延时。

（2）各分组数据包必须携带一个作为控制用的“首部”（包头）。数据包的首部描述了它的源地址和目的地址，以便确定将这个数据包发送到哪一条链路和哪个目的地址。但增加了数据传输的开销（overhead）。

（3）整个分组交换网需要专门的管理和控制机制。