PSDN是什么？分组交换数据网的工作原理、数据报与虚电路

PSDN是Packet Switched Data Network的缩写，即分组交换数据网。它的基本思路不是在通信双方之间长期占用一条专用电路，而是把需要传输的数据组织成较小的数据单元，在多个用户共同使用的网络中完成转发。

网页访问、文件传输、企业IP网络以及大量现代数据业务，都建立在分组传输思想之上。不同业务可以共享同一条链路，网络设备按照地址、标签或其他转发信息，把分组一步一步送到目标位置。

不过，“分组交换”并不等于“无连接”。分组网络既可以采用每个分组独立转发的数据报方式，也可以先建立逻辑关系，再按照虚电路转发数据。理解这两种方式，是认识PSDN的关键。

分组交换解决的是怎样共享网络资源

传统电路交换在通信开始前建立一条通信通路，并在业务持续期间为本次连接保留相应资源。这种方式很适合连续语音等业务，但面对计算机数据时，网络资源可能存在较长的空闲时间。

数据通信具有明显的突发性。用户可能几秒钟没有发送任何内容，随后又在很短时间内传输大量文件。如果每一个用户都长期占用固定链路，网络利用率并不高。

分组交换采用另一种思路：数据真正到来时才占用链路，并与其他业务共享网络资源。一个用户的分组发送完成后，链路可以继续处理其他用户的数据。

这种统计共享方式使同一套网络能够同时承载大量业务，也是后来IP网络大规模发展的重要基础。

一段数据怎样变成分组并到达目的端

应用程序产生的数据进入通信协议栈后，会按照相应协议组织成适合网络传输的数据单元。不同协议层使用的名称并不完全相同，例如网络层常说数据包或数据报，数据链路层则常使用帧。

一个用于网络传输的分组通常不仅包含用户数据，还需要携带一定的控制信息，例如源地址、目的地址、协议类型、长度以及其他协议规定的字段。这些信息帮助网络设备判断数据应该怎样继续传输。

当分组进入交换或路由节点以后，设备先接收数据，再根据当前转发表、路由信息或虚电路状态确定下一步的输出方向。这种工作方式通常称为存储转发。

例如一段数据可能经过：

终端A → 路由器1 → 路由器2 → 路由器3 → 服务器B

每个中间节点只需要确定下一跳，而不一定掌握整个通信过程中所有物理链路的详细情况。

目的端收到相关数据后，再按照协议完成检查、排序、重组或交付上层应用。是否需要可靠重传、顺序控制以及流量控制，则取决于所采用的具体协议，而不是所有分组网络都由交换节点采用完全相同的处理机制。

数据报与虚电路有什么区别

分组交换通常可以从数据报和虚电路两种典型方式理解。两者都会把数据组织成分组，但网络建立通信关系的方式不同。

数据报方式

数据报网络在发送普通数据之前不需要先为源端和目的端建立一条固定的虚连接。每个数据报携带目的地址，路由器按照当前路由信息独立进行转发。

现代IP网络就是典型的数据报网络。两个连续发送的数据包理论上可能因为路由变化、负载调整或网络故障经过不同路径，到达目的端的时间也可能不同。

网络层本身不要求所有数据包必须严格按照发送顺序到达。需要可靠传输和顺序恢复时，可以由TCP等上层协议进一步处理。

虚电路方式

虚电路网络则会在正式传输数据之前建立一个逻辑通信关系。网络节点保存与这条连接相关的状态，后续分组按照相应虚电路标识继续转发。

X.25就是传统分组交换网络中具有代表性的虚电路技术。后来的Frame Relay以及ATM等网络，也采用了面向连接的逻辑通路思想，只是在帧结构、控制方式和网络实现上存在明显差异。

虚电路中的“电路”并不是传统电话电路交换中那种整段独占的物理通路。多个逻辑连接仍然可以共享实际传输链路，所以它依然属于统计复用和分组化传输思想。

多跳转发为什么会产生时延和丢包

网络中的Hop（跳）不是传输时间。数据从一个三层转发节点到下一个网络节点，可以视为经历了一次网络跳转；从源端到目的端经过多个路由节点，就形成多跳路径。

端到端时延则由多个部分共同组成。

处理时延来自路由器或交换节点检查分组、查询转发表和执行相关处理所需要的时间。

排队时延来自分组等待输出链路。当大量业务同时需要使用同一个端口时，新到达的数据可能先进入缓存排队。

发送时延与数据包长度以及链路速率有关。相同大小的数据，在低速链路上需要更长时间才能完整发送出去。

传播时延则与物理距离和传输介质中的信号传播速度有关。

所以，即使光纤中的信号传播速度很快，互联网或广域网通信的端到端时间也不能简单描述成“数据总会在几毫秒内到达”。跨区域通信还会受到路由距离、链路负载和中间节点数量影响。

网络拥塞时，排队时间会增加。如果节点缓存已经无法继续保存新到达的分组，就可能发生丢包。不同分组经历的排队时间不一致，还会形成时延抖动。

普通文件传输可以通过重传等机制处理部分丢包，但VoIP、视频会议等实时业务对时延、抖动和连续丢包更加敏感。这也是现代IP网络需要结合带宽规划、QoS和拥塞控制处理实时业务的重要原因。

PSDN与X.25、Frame Relay、IP和MPLS有什么关系

PSDN描述的是分组交换数据网络这一类通信思想，并不对应唯一的网络协议。不同历史时期出现过多种实现方式。

X.25

X.25是早期公用分组交换数据网的重要技术之一。它工作在通信线路可靠性相对有限的时代，因此网络节点承担了较多差错控制、流量控制和虚电路管理功能。

X.25通常通过虚电路组织通信。用户建立逻辑连接以后，后续数据按照相应虚电路关系在网络中转发。

Frame Relay

随着数字传输链路质量提高，Frame Relay对X.25中的部分逐跳差错和流量控制进行了简化，把更多可靠性处理交给通信端点，从而减少网络节点处理开销并提高传输效率。

Frame Relay同样使用逻辑连接思想，但网络结构和协议处理比早期X.25更加精简。

IP网络

IP采用数据报方式，是今天最典型的分组网络基础。IP数据报携带目的地址，各路由器根据路由表逐跳转发。

Internet可以看作现代分组交换网络最典型的大规模实例，但PSDN并不等同于Internet。PSDN描述的是网络交换和数据传输方式，而Internet是建立在IP协议体系上的全球网络。

MPLS

MPLS在现代运营商和企业骨干网络中广泛用于分组转发。数据进入MPLS网络后，可以根据标签完成转发，并通过标签交换路径组织流量。

它常与IP网络配合使用，用于VPN、流量工程和运营商承载等场景。MPLS并不是TCP/IP的简单替代，而是现代分组承载体系中的一种重要转发机制。

至于TDM、PDH、SDH和OTN，它们更多属于复用或传输网络技术；TCP、UDP、SCTP属于传输层协议；Ethernet主要工作在数据链路层。这些技术可以共同出现在通信系统里，但不适合像原文那样全部作为同一层次的“PSDN交换类型”排列。

分组交换与电路交换的边界在哪里

分组交换和电路交换最大的区别，在于网络资源怎样分配以及通信状态怎样维持。

传统电话网长期采用电路交换，因为一通电话建立以后需要连续、稳定地传送语音。现代VoIP则把语音编码成实时媒体数据，通过IP分组网络传输，因此电话业务本身也可以运行在分组交换网络之上。

这并不表示分组交换已经简单取代所有电路交换思想。不同网络的设计目标、资源分配方式和业务要求并不相同。对于两类交换机制的详细差异，可以继续参考电路交换与分组交换相关内容。

从今天的网络结构来看，PSDN最值得理解的已经不是某一种早期专用数据网，而是把业务数据组织成分组，让多个用户共享通信链路，并通过网络节点逐跳完成转发这一基本思想。Internet、企业IP网络以及承载语音、视频和云业务的大量现代通信网络，都建立在这一基础之上。