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知识路径： > 计算机网络原理 > 数据通信基础知识 > 数据交换方式 > 报文交换 >
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被考频率：中频率
总体答错率：63%
知识难度系数： 
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考试要求：掌握
相关知识点：9个
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在数据交换中，对一些实时性要求不高的信息，如图书管理系统中备份数据库信息，允许信息等待一些时间再转发出去，在等待的时间里能进行一些必要的数据处理工作，此时，采用存储转发式的存储交换方式比较合适。存储交换原理是输入信息在交换装置控制下先存入缓冲存储器暂存，并对存储的数据进行一些必要的处理，等待输出线路空闲时，再将数据转发输出。转换交换装置起到了交换开关的作用，可控制输入信息存入缓冲区等待输出口的空闲，接通输出并传送信息。存储交换分为报文交换和报文分组交换两种。
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目前数字数据通信广泛使用报文交换。在报文交换网中，网络节点通常为一台专用计算机，配备足够的外存，以便在报文进入时，进行缓冲存储。节点接收一个报文之后，报文暂存放在节点的存储设备之中，等输出线路空闲时，再根据报文中所附的目的地址转发到下一个合适的节点，如此往复，直到报文到达目标数据终端。所以报文交换也称为存储转发（Store and Forward）。
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在报文交换中，每一个报文由传输的数据和报头组成，报头中有源地址和目标地址。节点根据报头中的目标地址为报文进行路径选择，并且对收发的报文进行相应的处理，如差错检查和纠错、调节输入输出速度进行数据速率转换、进行流量控制，甚至可以进行编码方式的转换等，所以报文交换是在两个节点间的一段链路上逐段传输，不需要在两个主机间建立多个节点组成的电路通道。
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与电路交换相比，报文交换方式不要求交换网为通信双方预先建立一条专用的数据通路，因此就不存在建立电路和拆除电路的过程。报文交换中每个节点都对报文进行“存储转发”，报文数据在交换网中是按接力方式发送的。通信双方事先并不知道报文所要经过的传输路径，并且各个节点不被特定报文所独占。
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（1）在通信时不需要建立一条专用的通路，不会像电路占用专有线路而造成线路浪费，线路利用率高，同时也就没有建立和拆除线路所需要的等待和时延。
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（2）每一个节点在存储转发中都有校验、纠错功能，数据传输的可靠性高。
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报文交换的主要缺点是，由于采用了对完整报文的存储／转发，要求各站点和网中节点有较大的存储空间，以备存整个报文，发送只有当链路空闲时才能进行，故时延较大，不适用于交互式通信（如电话通信）；由于每个节点都要把报文完整地接收、存储、检错、纠错、转发，产生了节点延迟，并且报文交换对报文长度没有限制，报文可以很长，这样就有可能使报文长时间占用某两节点之间的链路，不利于实时交互通信。分组交换即所谓的包交换正是针对报文交换的缺点而提出的一种改进方式。
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该方式是把长的报文分成若干较短的、标准的“报文分组”（Packet），以报文分组为单位进行发送、暂存和转发。每个报文分组，除要传送的数据地址信息外，还有数据分组编号。报文在发送端被分组后，各组报文可按不同的传输路径进行传输，经过节点时，同样要存储、转发，最后在接收端将各报文分组按编号顺序再重新组成报文。
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与报文交换方式相比，报文分组交换的优点有以下几点：
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（2）各分组路径自行选择，每个节点在收到一个报文后，即可向下一个节点转发，不必等其他分组到齐，因此大大减少了对各节点存储容量的要求，同时也缩短了网路延时。
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（3）报文分组传输中由于报文短，故传输中差错较少且一旦出错容易纠正。
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当然报文分组也带来一定的复杂性，即发送端要求能将报文分组，而接受端则要求能将报文分组组合成报文，这增加了报文加工处理的时间。
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（1）报文分组除数据信息外，还必须包括目的地址、分组编号、校验码等控制信息，并按规定的格式排列。每个分组大小限制在1 000位。
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（2）报文分组采用存储交换方式，一般由存储交换机进行高速传输、分组容量小，通过交换时间短，因此可传输实时性信息。
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（3）每个报文分组不要求都走相同的路线，各分组可自行选择最佳路径，自己进行差错校验。报文分组到达目的节点时，先去掉附加的冗余控制信号，再按编号组装成原来的报文，传送给目的用户。上述功能在节点机和通信软件配合下完成。
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存储转发方式实际上是报文在各节点可以暂存于缓冲区内，缓冲区大，暂存的信息就多，当节点输入线传来的报文量超过输出线传输容量时，报文就要在缓冲器中暂存、等待，一旦输出线空时，暂存的报文就再传送。可见，报文通过节点时会产生延时，报文在一个节点的延迟时间为接受一个报文分组的时间与排队等待发送到下一个节点时间之和。采用限定报文长度的方法可以控制报文通过节点的延时，但网络上被访问节点的总延时必须考虑。
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应用排队理论分析，一般认为网络中被访问节点上总延时等于报文分组平均长度与线路速度之比。因此采用可变长度的报文，即使有个别的长报文也会严重的影响平均延时。因为报文是顺序处理，一个长报文产生额外的延时势必会影响其后各报文的处理，所以，必须规定报文分组的最大长度。超过规定最大长度的报文需拆成报文组后再发送。
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报文分组交换虽然可以控制延时，但由于报文分组各自选择，相应的也存在一些缺点：
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（1）增加了信息传输量。报文分组方式要在每个分组内增加传输的目的地址和附加传输控制信息，因此总的信息量增加约5%～10%。
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（2）由于报文分组交换允许各报文分组自己选择传输路径，使报文分组到达目的点时的顺序没有规则，可能出现丢失、重复报文分组的情况。因此目的端需要将报文分组编号进行排序等工作。这需要通过端对端协议解决，因此数据报文分组交换方式适用于传输距离短、结点不多、报文分组较少的情况。
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对于短报文来说，一个报文分组就足够容纳所传送的数据信息。一般单个报文分组称数据报（Datagram）。数据报的服务以传送单个报文分组为主要目标。原CCITT研究组把数据报定义为，能包含在单个报文分组数据域中的报文，且传送它到目标地址与其他已发送或将要发送的报文分组无关，这样报文分组号可以省略。也就是说，每个分组的传送是被单独处理的，它本身携带有足够的信息。
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发送数据报与发送信件和邮包一样。在数据报服务控制下，网络接受来自源的单一报文分组，并独立地传到目的点。数据报服务是无连接的服务。
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为了弥补报文分组交换方式的不足，减轻目的节点对报文分组进行重组的负担，引进虚电路（Virtual Circuit）服务。为了进行数据传输，在发送者和接收者之间首先要建立一条逻辑电路，以后的数据就按照相同的路径进行传送，直到通信完毕后该通路被拆除。在一条物理通路上可以建立多条逻辑通路，一对用户之间通信，占用其中一条逻辑通路。虚电路可以包括各段不相同的实际电路，经过若干中间节点的交换机或通信处理机制连接起来的逻辑通路构成。它是一条物理链路，在逻辑上复用为多条逻辑信道。虚电路一经建立就要赋予虚电路号，反映信息的传输通道。这样报文分组中就不必再注明全部地址，相应的缩短了信息量，每个报文分组的虚电路可以各不相同。有两种建立虚电路的方法：
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（1）交换虚电路。交换虚电路的建立像打电话一样，按主叫用户的要求临时在两个（主、被叫）客户之间建立虚电路。使用这种方式通信的客户，一次完整的通信过程分为3个阶段：呼叫建立、数据传送和拆线阶段。它适用于数据传送量小、随机性强的场合。
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（2）永久虚电路。这种方式如同租用专线一样，在两个客户之间建立固定的通路。它的建立由网络管理中心预先根据客户需求而设定，因此在客户使用中，只有数据传送阶段，而无呼叫建立和拆线阶段。
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