网络（二）交换方式之二：虚电路交换

上一篇讲的电路交换中，一旦建立两个终端之间的信道，该对终端将独占该信道经过的物理链路的带宽。且不释放连接的话，其他链路就不能通过该信道建立新的连接，解决办法就是共享物理链路（即虚电路方式，也就是在两个终端之间建立一个虚拟的链路连接，它不是一条实际的物理链路，可能多条虚电路路径中有大部分物理资源是共享复用的，但虚电路一定是基于一条物理实际链路的基础上而来的虚拟链路），但是共享物理链路就必须要解决两个问题：数据如何交换、数据阻塞如何解决。

什么是虚电路？

为面向连接的会话建立的通信信道自然是逻辑的，常被称作虚电路(virtual circuit)，它关心的是端点。与在网络上寻求一条实际的物理路径相比，这条信道更关心的是保持两个端点的联系。在有多条到达目的地路径的网络中，物理路径在会话期间随着数据模式的改变而改变，但是端点(和中间节点)一直保持对路径进行跟踪。（TCP的数据传送是建立在虚电路的基础上的。）

为解决共享物理链路中数据转发和平滑流量的问题，使用数据分组交换的方法，主要是利用三种方式（标识符和分组、转发表、存储转发）结合一起使用来实现。

分组交换的数据转发过程：在分组转发的数据上添加一段唯一标识符，通过查询转发表（记录了不同终端之间的传输路径），进行转发数据。在数据转发过程中会将分组数据临时存储在分组交换机中。（由于多个端囗输入的分组需要从同一个端口输出的情况，可能交换结构和输出端口来不及处理多个来自不同端囗的分组，需要将来不及处理的分组存储在输入队列或者输出队列；由于端口之间没有连接，无法将从一个端口输入的信号直接从另一个端囗输出，需要完成将信号还原成分组，从分组中分离出标识符，根据标识符和接收分组的端口确定分组输出端口，并将分组从输入端囗转移到输出端口的过程。）

1.动态建立虚电路

按需动态的实时建立虚电路。

缺点：传输时延长——实时建立虚电路会非常耗时，使得链路建立的时间变长。释放虚电路，也会非常复杂和耗时（当传输大量短数据时，可能建立虚电路连接的时间比数据传输的时间都长）。

优点：按需建立虚电路，可以使得物理链路资源最大化的利用，不会像提前建立虚电路一样占用大量的资源。

2.事先提前建立好虚电路

提前建立好所有终端两两之间的虚电路。

缺点：占用存储空间大，交换机处理数据时间长——因为所有两两终端之间建立连接后，需要一直维持连接的建立，就需要一直从初始终端向目的终端发送虚电路号，这样会导致交换机的存储被占用（毕竟交换机会将虚电路交换的数据先存在交换机中再转发）。由于虚电路建立后，所有分组均按同一路由传输数据，因此要维持所有两两终端的连接，交换机数据处理量也会变大。因此，提前建立虚电路会占用大量的物理资源。

优点：终端之间的连接会很快，因为没有了建立虚电路和释放虚电路这两个非常耗时且复杂的过程。

适用终端之间通信的网络有如下特点：

虽然，虚电路交换是通过共享物理链路的方式解决终端通信间物理链路资源独占的问题，但是虚电路其实是不适用于面向终端之间通信的网络。（因为1.如果采用动态建立虚电路的方式，那么可能建立和释放虚电路的时间会耗时较长，可能比实际传输数据的时间都长；2.如果采用事先建立虚电路的方式，那么可能大量的虚电路连接都只是维持连接而不工作，浪费处理时间和存储空间）

解决共享物理链路中，信道独占物理资源，导致不释放连接，其他链路无法建立连接的问题。通过共享物理链路、数据分组交换（分组交换通过标识符和分组、转发表、存储转发实现）的方式，提高物理链路资源的利用效率，实现多对终端同时通信，这就是虚电路。由于多对终端可能同时发送数据，可能对导致中间的电路交换机在转发数据的时候发生数据拥塞，所以用存储转发的方式，将数据临时存储在交换机上，按先到先发的顺序进行数据分别发送。

可多对终端同时通信，将不同终端的通信数据进行分组，加上标识符，会一定程度影响数据转发效率。

在发送大量短数据时，由于每段数据都加上了标识符（即控制信息头部），会明显增加数据转发量，所以更适合大量的长数据的转发。

虚电路实际上就是在传统的电路交换基础上，加入了分组机制。该分组机制实际上也是为了网络的灵活性所设计，其含义是在发送端把要发送的报文分隔成较短的数据块，每一个块都包含具有控制信息的头部，并且将这些数据块一次发送给接收端，最后在接收端接收完全部数据后，进行重组还原。不过采用分组机制的缺点就在于，每一个分组都额外增加了带有控制信息的头部，故从这个层面上，也会影响效率。