1. 概述
在计算机网络与通信系统中，数据从源到目的通常有多个路径可选。
交换（Switching）指的是选择数据传输路径的过程。电路交换（Circuit Switching）和分组交换（Packet Switching）是当前最主流的两种交换技术。
本文将深入探讨这两种交换方式的核心机制、优缺点以及关键区别。我们先从交换的基本概念讲起，再分别分析电路交换与分组交换。
2. 电路交换（Circuit Switching）
在电路交换中，通信双方在数据传输前需要先建立一条专用的物理路径。
这条路径会贯穿所有中间节点（如交换机），并为此次通信预留足够的资源。一旦电路建立完成，通信双方即可通过这条专用路径传输数据。
当数据传输完成后，电路会被断开，释放所占用的资源。
电路交换最早用于语音通信，如今也广泛用于数据通信。公共电话网络（PSTN）就是电路交换网络的典型代表。
下图展示了电路交换的工作原理：
图中红黄两条线路表示两个独立的通信路径。
2.1. 优点
✅ 传输延迟低：路径固定，无需每个节点做路由决策
✅ 数据顺序保证：由于路径固定，接收端不会出现乱序问题
2.2. 缺点
❌ 资源利用率低：即使没有数据传输，资源依然被占用
❌ 建立连接有延迟：通信前需等待电路建立完成
❌ 成本高：需要预留更多带宽，设备和维护成本更高
3. 分组交换（Packet Switching）
在分组交换中，用户在发送数据前会将数据分割成小的数据包。
每个数据包都包含一个包头，包含如下信息：
- 包类型
- 源地址
- 目的地址
- 包序号（用于重组）
互联网（Internet）就是典型的分组交换网络。
在分组交换网络中，节点之间负责交换数据包。终端设备不参与路由选择，只指定目标地址。每个数据包都可以根据当前网络状况，选择不同的路径传输。
例如下图中，User-A 向 User-D 发送红色数据包，User-B 向 User-C 发送黄色数据包。同一用户发送的数据包可能走不同的路径，但最终都能到达目标地址。
3.1. 优点
✅ 成本低，易于实现
✅ 带宽利用率高：数据包按需传输，无需预留资源
✅ 容错能力强：丢包可重传，不影响整体通信
3.2. 缺点
❌ 延迟不可控：不适合实时性要求高的场景（如语音通话）
❌ 协议复杂：需要处理路由、重传、排序等问题
❌ 初始部署成本高
4. 电路交换 vs 分组交换：主要区别
| 特性 | 电路交换 | 分组交换 |
|---|---|---|
| 连接方式 | 面向连接 | 无连接 |
| 传输路径 | 专用路径 | 无固定路径 |
| 数据传输方式 | 连续传输 | 分包传输 |
| 路径稳定性 | 整个连接期间路径固定 | 每个包路径可不同 |
| 数据处理 | 无存储机制 | 存储-转发机制 |
| 网络过载影响 | 过载可能导致连接失败 | 过载导致延迟增加 |
| 带宽使用 | 固定分配 | 动态分配 |
| 数据格式 | 可任意格式 | 包含特定格式的包头 |
5. 总结
电路交换与分组交换是通信网络中两种核心的交换机制：
- 电路交换适用于对延迟敏感、数据连续的场景，如语音通话。但资源利用率低、成本高是其致命缺点。
- 分组交换则更灵活高效，适合互联网数据传输，但对实时性支持较差。
如今的网络中，分组交换已成为主流，尤其是在 IP 网络中广泛应用。但某些特定场景（如传统电话系统）仍保留电路交换以保障服务质量。
✅ 建议：理解这两种交换方式的原理和差异，有助于你更好地理解网络通信机制，尤其是在设计网络架构或进行网络故障排查时。
⚠️ 踩坑提醒：在选择通信方案时，一定要根据业务类型（如是否需要低延迟）来决定使用哪种交换方式，否则可能导致性能严重下降。