封包交換

在電腦網絡和通訊中，封包交換（英語：Packet switching）是一種相對於電路交換的通訊範例，封包（又稱訊息、或訊息碎片）在節點間單獨路由，不需要在傳輸前先建立通訊路徑。

封包交換是數據通訊中一種新的且重要的概念，現在是世界上互聯網通訊、數據和語音通訊中最重要的基礎。在此之前，數據通訊是基於電路交換的想法，就像在傳統的電話電路一樣，在通話前先建立專有線路，通訊雙方要在電路的兩端。

封包交換技術是在1960年代末出現的，當時美國進階研究計劃局（簡稱ARPA）為實現遠端電腦之間的資訊交換，資助建設一個試驗性的網絡，該網絡被稱為ARPANET（阿帕網）。阿帕網的主要研究成果之一就是開發一種新的網絡協定，在阿帕網上對話必須使用這種網絡協定。該協定採用一種新的網絡資訊傳輸技術，這就是封包交換技術。

概述

該動畫演示一個網絡模型，其中主機之間的連續封包採用不同的路由。然而無序傳送對多種網絡協定（如TCP）的效能不利，因此互聯網在大部時分間都會嘗試沿着相同路徑傳送與該資料串流相關的封包。

封包交換由Donald Davies和保羅·巴蘭在1960年代早期發明。有人認為倫納德·克萊因羅克也是封包交換的發明者，但是Davies在去世之前爭辯這一點並指出，克蘭羅克的研究實際上是關於排隊論，也就是封包交換的關鍵理論基礎。克蘭羅克出版的著作中未顯著提到過把用戶訊息分割成段，並通過網絡分別傳送他們，這是巴蘭和Davies最重要的創新。

封包是由一塊用戶數據和必要的地址和管理資訊組成，保證網絡能夠將數據傳遞到目標。類似於從郵局傳送的包裹上註明的地址一樣,只有提供給網絡這些資訊，網絡（郵局）才能把封包（包裹）往正確的地址傳送。

封包通過最佳路徑（取決於路由演算法）路由到目標。但並不是所有在相同兩個主機之間傳送的封包（即使是來自同一訊息的那些封包）一定要沿着相同的路徑傳送。

一個數據連接通常傳送數據的封包流，它們將不必全部以相同的方式路由過物理網絡。目的電腦把收到的所有報文按照適當的順序重新排列，就能合併恢復出原來的內容。

封包交換模型最著名的使用是互聯網，它是一個封包交換網絡，在多種網絡技術上執行網絡層互聯網協定。乙太網路，X.25和幀中繼都是封包交換網的數據鏈路層國際標準。新的流動電話技術像GPRS和 i-mode也是使用封包交換。

封包交換也可分為連接導向（Connection oriented）和無連接（Connectionless）傳輸，如互聯網就是封包交換、無連接的（PS/CO）傳輸。其所應用的是虛擬連接（Virtual Path）。

應當指出，從本質上講，這種斷續分配傳輸頻寬的儲存轉發原理並非是完全新的概念。自古代就有的郵政通訊，就其本質來說也是屬於儲存轉發方式。而在20世紀40年代，電報通訊也採用了基於儲存轉發原理的報文交換。封包交換雖然也採用儲存轉發原理，但由於使用了電腦進行處理，這就使封包的轉發非常迅速。這樣，封包交換雖然採用了某些古老的交換原理，但實際上已經變成了一種嶄新的交換技術。

優勢

在封包交換中，一個系統可以將數據組裝到報文中使用一條通訊鏈路與多台機器通訊。不僅鏈路是可以共用的，而且每個報文可以獨立於其他報文進行路由。這是封包交換最主要的優勢。

交換方式

• 數據報方式
• 虛電路方式

參見

• 公共交換電話網
• 電路交換
• 報文交換
• ARPA網
• 互聯網的歷史
• GPRS
• All-IP
• 封包無線電
• 傳輸時延
• 虛擬私人網路

參考文獻

• Paul Baran, 分散式通訊（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
• Paul Baran, On Distributed Communications Networks (IEEE Transactions on Communications Systems，1964年三月)
• Leonard Kleinrock, 大型通訊網中的資訊流（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）, (麻省理工，劍橋，1961年5月31日) 為一篇哲學博士論文提出
• Leonard Kleinrock, Communication Nets: Stochastic Message Flow and Design (McGraw-Hill出版社, 1964年)
• Katie Hafner, Where Wizards Stay Up Late (西蒙和舒斯特出版社, 1996)
• 謝希仁. 计算机网络（第5版）. 電子工業出版社. 2007. 

外部連結

• 保羅·巴蘭和互聯網的起源（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
• 倫納德·克蘭羅克個人傳記（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
• 倫納德·克蘭羅克談起源
• 互聯網協會歷史（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
• Hobbes互聯網時間線7.0版（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
• VoIP-封包交換
• VINTON G.CERF (互聯網之父) AND ROBERT E.AHN（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）