数据交换——
互联的路由器网络通过数据交换来实现数据通过网络核心从源主机到达目的主机
为什么需要数据交换？
两台主机通过一条通信链路连接在一起，就具备了通信的基础，如果主机数目多，需要的链路的数目就会急剧增加，每个主机需要维护的链路数就急剧增加，n台主机需要的链路数目就是n（n-1）/2.n增加后，链路数目会非常庞大，成本非常高，且有技术难题，不可行。
如果将所有的主机连接到一个交换设备身上，那就只需要n条通信链路。但当主机数量特别多，交换设备端口就需要非常大，如果网络规模特别大，距离特别远，就很难连接在一个交换设备上。
提高连通性并满足不同网络规模：
改进：把交换设备互联在一起构成一个交换网络让主机与交换网络中的某一交换设备连接，交换网络就能进行数据转发，最终送到目的主机。
交换
两层含义：1，作为交换设备，它具备动态转接的功能
2，在交换网络这一层面上，交换网络如何动态传输资源，实现数据从源主机穿越交换网络送到目的主机
数据交换有电路交换，报文交换，分组交换
电路交换
1：电话网络是最典型的电路交换网络
2：电路交换过程有三个阶段：建立连接（呼叫电路建立）；通信；释放连接（拆除电路）
3：最显著的特点：资源独占（两个电话在通话的过程中建立起的电路所占有的通信资源，如信道资源是不能被第三方共享的）
4：电路交换网络的链路共享（即电路交换网络中的中继线的共享）——多路复用技术（Multiplexing）
多路复用技术，简称复用
基本原理：复用器把链路/网络资源（如带宽）划分为“资源片”，然后将资源片分给各路的通信（呼叫，calls），每路的呼叫独占分到的资源片进行通信，其中资源片可能出现闲置（idle），资源片分配给呼叫，它不使用的话，在它被释放之前，其他用户是不能使用这个资源的
常用的多路复用技术:
频分多路复用技术（frequency division multiplexing-FDM）
时分多路复用技术（time division multiplexing-TDM）
波分多路复用技术（wavelength division multiplexing-WDM）（WDM的实质就是FDM）
码分多路复用技术（code division multiplexing-CDM）
1，CDM广泛应用于无线链路共享（如蜂窝网，卫星通信等）
2，CDM给每个用户分配一个唯一的m bit的码片序列（或碎码序列，chipping sequence），其中“0”用“-1”表示，“1”用“+1”表示
例如：某站点的码片序列为：（-1 -1 -1 +1 +1 -1 +1 +1）
3：在CDM中，每个用户不去分割频率，也不分割时间，因此每个用户在发送数据时使用相同频率的载波，但需要求每个用户 在发送数据时都要用它被分配到的那个码片序列对原始数据进行编码。
编码：编码信号 = （原始序列）❌（码片序列）注意：原始数据一般也是-1，+1表示的二进制0，1.
如，用户发送二进制1，则在信道中发送的是自己的m bit 码片序列
用户发送二进制0，则在信道中发送的是自己码片序列的反码
4，由于所有用户使用的频率相同，这样会导致用户在发送数据时出现数据在信道中传送时会相互叠加，为保证所有数据共享信 道而彼此互不干扰，因此需要保证每个用户的码片序列相互正交。
5，若
6，当用户接收信号时，实际上接收到的就是这个叠加的向量。如果一个用户想要接收另一个用户所发送的数据，并且不会受到其他用户数据的影响，就需要解码。
7，解码：发送数据的码片序列与信道中的叠加向量进行内积运算就可得到对应码片序列用户所发送的数据
8，码分多路复用编/解码举例
例2，多用户传送举例
报文交换
1，报文：源（应用）发送信息的整体（如一个文件或视频等）
下文有利于报文的深入理解。
https://blog.csdn.net/thisispan/article/details/7539721
当多个用户使用报文交换进行数据交换时，在交换结点处，也会发生类似于分组交换的排队延迟。
多个用户可以同时向交换结点传送文件，当交换结点接有多根物理链路时，可以同时传出文件。
分组交换
1，分组：报文分拆出来的一系列的相对较小数据包
2，分组交换需要报文的拆分和重组
3，产生额外开销但并不严重：在每个数据包前添加额外信息，以及拆分（发生于源主机）和重组（发生于目的主机）过程
4，分组交换采用统计多路复用（Statistical Multiplexing）技术
统计多路复用的最大特点就是：按需共享链路而不是一开始就确定好如何共享
存储-转发
报文交换与分组交换均采用存储-转发交换方式，区别只在于报文交换以完整报文进行存储-转发；分组交换以较小的分组进行存储-转发
分组交换与报文交换的优劣
分组交换的传输延迟（当发送一个分组的第一个比特开始到最后一个比特发送结束，这段时间称为传输时延）
例：
采用报文交换的方式，路由器的缓存至少为报文的大小
采用分组交换，理论上路由器的缓存至少为一个分组的大小。
分组交换技术是并行存储转发技术，报文交换是串行存储转发。分组交换技术要明显快于报文交换技术，且对路由器的的要求更低。
例题：
注意：分组大小为1000b，单位是字节（byte），而传输速率的单位是比特（bit），故1字节=8比特（或1B=8b）。其中字节单位为大写B，比特单位为小写b。1Mbps就是一兆比特每秒。
用户在传送数据时称为活动。
分组交换适用于突发数据传输网络（突然有数据进行网络传输，然后间隔了一段时间根本不用，然后又突然有数据网络传输），特点：随机性，短时间内大量使用网络资源，然后过很长一段时间不使用网络资源
优点：资源充分共享；无需简单、呼叫建立
缺点：可能产生拥塞现象，出现丢失分组延迟和（处理方法：需要协议处理可靠数据传输和拥塞控制）
问题：如何提供电路级性能保障（如音视频应用所需要的带宽保障）？
讨论题：
存储-转发方式的分组交换
分组交换是现代计算机网络重要的理论基础之一，也是目前在计算机网络中广泛采用的数据交换技术，存储-转发则是分组交换的基本工作方式。请大家讨论一下，分组交换是否可以采取其他工作方式？有什么样的优缺点？
answer（from mooc‘ s answer）：
直通式：直通方式的以太网交换机可以理解为在各端口间是纵横交叉的线路矩阵电话交换机。它在输入端口检测到一个数据包时，检查该包的包头，获取包的目的地址，启动内部的动态查找表转换成相应的输出端口，在输入与输出交叉处接通，把数据包直通到相应的端口，实现交换功能。
优点：由于不需要存储，延迟非常小、交换非常快。
缺点：因为数据包内容并没有被以太网交换机保存下来，所以无法检查所传送的数据包是否有误，不能提供错误检测能力。由于没有缓存，不能将具有不同速率的输入/输出端口直接接通，而且容易丢包。
My answer：
快速分组交换是指在接收一个帧的同时就能将此帧转发，被统称为“快速分组交换”（FPS）。主要是因为它简化了通信协议、提供了并行处理能力，使分组交换的处理能力可以提高到每秒几百万个分组以上。