电路交换、报文交换与分组交换
在网络核心部分起重要作用的是路由器（Router），它对收到的分组进行存储转发来实现分组交换。要了解分组交换的原理，首先要学习电路交换和报文交换的相关概念。
电路交换
最典型的电路交换网是传统电话网，其电路交换示意图如图所示。
从通信资源分配的角度看，交换就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。
电路交换分为三步：
- 建立连接：开始占用通信资源
- 传输数据：一直占用通信资源
- 释放连接：归还通信资源
在进行数据传输前，两个用户之间必须先建立一条专用的物理通信路径（由通信双方之间的交换设备和链路逐段连接而成）。在数据传输过程中，这一物理通信路径始终被两个用户独占，直到通信结束后才被释放。
在电路交换中，电路建立后，除源节点和目的节点外，电路上的任何节点都采取“直通方式”发送数据和接收数据，即不存在存储转发所耗费的时间。在电路交换的整个通信阶段，比特流连续地从源节点直达目的节点，就好像在一个管道中传送。
优点：
- 通信时延小 因为通信线路为通信双方专用，数据直达，所以传输速率高。
- 有序传输 双方通信时按发送顺序传送数据，不存在失序问题。
- 没有冲突 不同的通信双方拥有不同的信道，不会出现争用物理信道的问题。
- 实时性强 通信双方之间的物理通路一旦建立，双方就可随时通信。
缺点：
- 建立连接时间长 电路交换的平均连接建立时间对计算机通信来说太长。
- 线路利用率低 物理通路被通信双方独占，即使线路空闲，也不能供其他用户使用。
- 灵活性差 物理通路中的任何一点出现故障，就必须重新拨号建立新的连接。
- 难以实现差错控制 中间节点不具备存储和检验数据的能力，无法发现并纠正错误。
计算机之间的数据传送往往是突发式（高频、少量）的，当使用电路交换来传送数据时，已被用户占用的通信线路资源在绝大部分时间里都是空闲的，其利用率往往不到 10% 甚至 1% 。
报文交换
数据交换的单位是报文，用户数据加上源地址、目的地址等信息后，后封装成报文（Message）。
报文交换采用存储转发技术，整个报文先传送到相邻的节点，全部存储后查找转发表，转发到下一个节点，如此重复，直至到达目的节点。每个报文都可单独选择到达目的端的路径。
优点：
- 无建立连接时延 通信前无须建立连接，没有建立连接时延，用户可随时发送报文。
- 灵活分配线路 交换节点存储整个报文后，选择一条合适的空闲线路，转发报文。若某条传输路径发生故障，则可重新选择另一条路径传输数据。
- 线路利用率高 报文在一段链路上传送时才占用这段链路的通信资源。
- 支持差错控制 交换节点可对缓存下来的报文进行差错检验。
缺点：
- 转发时延高 交换节点要将报文整体接收完后，才能查找转发表转发到下一个节点。
- 缓存开销大 报文的大小没有限制，这就要求交换节点拥有较大的缓存空间。
- 错误处理低效 报文较长时，发生错误的概率相对更大，重传整个报文的代价也很大。
分组交换
分组交换也采用存储转发技术，但解决了报文交换中报文过长的问题。若报文太长，则对交换节点的缓存容量就有很大的需求，在错误处理方面也比较低效。
源主机在发送之前，先把较长的报文划分成若干较小的等长数据段，在每个数据段前面添加一些由必要控制信息（如源地址、目的地址和编号信息等）组成首部，构成分组（Packet），如图所示。
源主机将分组发送到分组交换网中，分组交换网中的分组交换机收到一个分组后，先将其缓存，然后从其首部中提取目的地址，据此查找自己的转发表，再后将分组转发给下一个分组交换机。经过多个分组交换机的存储转发后，分组最终到达目的主机。
除继承报文交换的优点外，还有如下优点：
- 方便存储管理，存储转发开销小 因为分组的长度固定，所以相应缓冲区的大小也固定。
- 传输效率高 分组是逐个传输的，可以使后一个分组的存储操作与前一个分组的转发操作并行，这种流水线方式减少了报文的传输时间。
- 减少了出错概率和重传代价 因为分组较短，其出错概率必然减小，所以每次重发的数据量也就大大减少，这样不仅提高了可靠性，还减小了传输时延。
缺点：
- 存在存储转发时延 尽管分组交换比报文交换的传输时延小，但相对于电路交换仍存在存储转发时延，且其节点交换机必须具有更强的处理能力。
- 需要传输额外的信息量 每个小数据段都要加上控制信息以构成分组，这使得传送的信息量增大了 5% ~ 10%，进而使得控制复杂，降低了通信效率。
- 当分组交换网采用数据报服务时，可能出现失序、丢失或重复分组的情况 分组到达目的主机时，要对分组按编号进行排序等工作，而这些工作很麻烦。若采用虚电路服务，则虽然没有失序问题，但有呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程。
下图给出了三种交换方式的比较。当要连续传送大量的数据，且其传送时间远大于连接建立时间时，采用电路交换较为合适。从提高整个网络的信道利用率看，报文交换和分组交换优于电路交换，其中分组交换比报文交换的时延小，也更为灵活，尤其适合突发式数据传送。
