分組交換是存儲轉發交換技術中的一種。它是將要傳送的報文分割成許多具有統一格式的報文分組，簡稱分組，并以此為傳輸的基本單元進行存儲轉發。目前，分組交換主要是指基于數據報技術，使用TCP/IP/ 協議的互聯網Internet。
簡介
分組交換（Packet?switching）是以分組為單位進行信息傳輸和交換的方式，即將到達交換機的分組先送到存儲器暫時存儲和處理，等到相應的輸出電路有空閑時再送出。
分組由分組頭和其后的用戶數據部分組成，分組頭包含接收地址和控制信息，其長度為3-10B，用戶數據部分長度是固定的，平均為128B，最長不超過256B。分組交換路由選擇確定了輸出端口和下一個節點后，必須使用交換技術將分組從輸入端口傳送到輸出端口，實現輸送比特通過網絡節點。
分組交換技術是在計算機技術發展到一定程度，人們除了打電話直接溝通，通過計算機和終端實現計算機與計算機之間的通信，在傳輸線路質量不高、網絡技術手段還較單一的情況下，應運而生的一種交換技術。
分組交換也稱包交換，它是將用戶傳送的數據劃分成多個更小的等長部分，每個部分叫做一個數據段。在每個數據段的前面加上一些必要的控制信息組成的首部，就構成了一個分組。首部用以指明該分組發往何地址，然后由交換機根據每個分組的地址標志，將他們轉發至目的地，這一過程稱為分組交換。進行分組交換的通信網稱為分組交換網。分組交換實質上是在“存儲—轉發”基礎上發展起來的。它兼有電路交換和報文交換的優點。
產生與發展
1970年左右，人們開始研究一種新的長途數字數據通信的體系結構形式：分組交換（英文：Packet?Switch，縮寫為PS）。
現在分組交換的基本技術與70年代的網絡技術基本上是相同的，而且分組交換仍然是實現長途數據通信少數有效的技術中的一種。并且兩種最新的廣域網技術：幀中繼和ATM，基本上是分組交換方式的變種。分組交換是作為一種解決交互式處理應用的技術而發展起來的，它設計用來支持突發性的數據流的傳送，這種業務流的持續連接時間長而業務量低。
分組交換網絡采用了統計復用技術，即多個會話連接可以共享一條通信信道，這無疑大大提高了傳輸效率。然而，共享通信鏈路會引入時延。在分組交換網絡中，分組通過一系列中間節點進行選路，通常要跨越多個網絡。它們以存儲——轉發的方式在一系列分組交換機（即路由器）之間轉發，最終到達目的地。在傳輸過程中信息被分割成包含目的地址和序列號的分組。
分組交換模型最著名的使用是互聯網，它是一個分組交換網絡，在多種網絡技術上運行網絡層互聯網協議。以太網，X.25和幀中繼都是分組交換網的數據鏈路層國際標準。新的移動電話技術像GPRS和?i-mode也是使用分組交換。
方式分類
數據報方式
網絡只是盡力地將分組交付給目的主機，但不保證所傳送的分組不丟失，也不保證分組能夠按發送的順序到達接收端。所以網絡提供的服務是不可靠的，也不保證服務質量。如圖9-2所示，主機H1向H5發送的分組，有的經過節點A-B-E，有的經過A-C-E或A-B-C-E，主機H2向H6發送的分組，有的經過節點B-D-E，有的經過B-E。
數據報方式一般適用于較短的單個分組的報文。其優點是傳輸延時小，當某節點發生故障時不會影響后續分組的傳輸。缺點是每個分組附加的控制信息多，增加了傳輸信息的長度和處理時間，增大了額外開銷。
虛電路方式
主機H1向H5發送的所有分組都經過相同的節點A-B-E，主機H2向H6發送的所有分組也都經過相同的節點B-E。
它與數據報方式的區別主要是在信息交換之前，需要在發送端和接收端之間先建立一個邏輯連接，然后才開始傳送分組，所有分組沿相同的路徑進行交換轉發，通信結束后再拆除該邏輯連接。網絡保證所傳送的分組按發送的順序到達接收端。所以網絡提供的服務是可靠的，也保證服務質量。
原理
分組交換的基本原理是采用“存儲——轉發”技術，從源站發送報文時，將報文劃分成有固定格式的分組（Packet），把目的地址添加在分組中，然后網絡中的交換機將源站的分組接收后暫時存儲在存儲器中，而可以在同一條線路上以分組為單位進行多路復用，所以大大提高了線路的利用率。
分組交換是把電路交換和報文交換的優點結合起來產生的一種交換技術。電路交換過程類似于打電話，當用戶需發送數據時，主叫方需通過呼叫，由交換網完成被叫才與它建立一條物理連接數據通路，需拆除連接時，由通信雙方中任一方完成。它的特點是適合發送一次性大批量的信息。由于建立連接時間長，傳遞短報文時，效率較低。并且對通信雙方在信息傳輸速率、編碼格式、通信協議等方面完全兼容，這就限制了不同速率、不同編碼格式、不同通信協議的雙方用戶進行通信。報文交換的基本原理是采用“存儲－轉發”技術，從源站發送報文時，把目的地址添加在報文中，然后網絡中的交換機將源站的報文接收后暫時存儲在存儲器中，再根據提供的目的地址，不斷通過網絡中的其它交換機選擇空閑的路徑轉發，最后送到目的地址。這樣就解決了不同類型用戶之間的通信，并且不需要像電路交換那樣在傳輸過程中長時間建立一條物理通路，而可以在同一條線路上以報文為單位進行多路復用，所以大大提高了線路的利用率。但此種方式時延較長，時延變化大，不適用于實時及會話式通信，但適用于電子郵件、計算機文件、公用電報等業務。
分組交換仍采用“存儲－轉發”技術，但不像報文交換那樣以報文為單位進行交換，而是將報文劃分成有固定格式的分組(Packet)進行交換、傳輸，一般為1kbit～數千位，每個分組按一定格式附加源與目的地址，分組編號、分組起始、結束標志、差錯校驗等信息，以分組形式在網絡中傳輸。當源DTE將分組以比特串形式傳送至本地分組交換機PSE后，本地PSE收到每個分組要求的轉發信息，不管是否接通目的地址設備，都先存儲起來，然后檢查目的地址，在PSE保存的路由表中找到該目的地址規定的發送通路，PSE即按允許的最大發送速率轉發該分組。同樣，每個中轉PSE均按此方式存儲、轉發每個分組，直到將分組送到目的地pSE，再由該PSE送達目的地址DTE(見圖8－7)。按上述方式傳送的是分組交換中的數據報方式。一般適用于較短的單個分組的報文。其優點是傳輸可靠性高、傳輸延時小，由于PSE上的存儲器容量減小，所以提高了經濟性，缺點是每個分組附加的控制信息多，增加了傳輸信息的長度和處理時間，增大了額外開銷。
分組交換的另一種方式叫虛電路方式，它與數據報方式的區別主要是在信息交換之前，由源DTE向本地PSE發送一特定呼叫請求的分組，其中含有目的DTE的地址及邏輯信道識別符，并由PSE中轉轉發。若呼叫被目的DTE接受，則相應的響應“呼叫接受”予以應答，網絡即發出一個“呼叫連通”給源DTE，此時呼叫建立，在兩臺DTE之間建立一條稱作虛電路的邏輯通路，信息就能在這條虛電路上傳輸，直到數據交換結束，虛電路被拆除，相應的邏輯信道識別符被釋放。所以虛電路方式在每次通信時都有虛電路建立、數據傳輸和拆除三個階段，類似于電路交換方式，但在網絡中的傳輸是分組交換方式。這種方式對信息傳輸頻率高、每次傳輸量小的用戶不太適用，但由于每個分組頭只需標出虛電路標識符和序號，所以分組頭開銷小，適用長報文傳送。
特點
（1）信息傳送的最小單位是分組
分組由組頭和用戶信息組成，分組頭含有選路和控制信息。
（2）面向連接（邏輯連接）和無連接兩種工作方式
虛電路采用面向連接的工作方式，數據報是無連接工作方式
（3）統計時分復用（動態分配帶寬）
統計時分復用的基本原理是把時間劃分為不等長的時間片，長短不同的時間片就是傳送不同長度分組所需的時間，對每路通信沒有固定分配時間片，而是按需使用。這就意味著使用這條復用線傳送分組時間的長短，由此可見統計時分復用是動態分配帶寬的。
（4）信息傳送為有差錯控制
分組交換是專門為數據通信網設計的交換方式，數據業務的特點是可靠性要求高，對實時性要求沒有電話通信高，因而在分組交換中為保證數據信息的可靠性，設有CRC校驗、重發等差錯控制機制，以滿足數據業務特性的需求。
（5）信息傳送不具有透明性
分組交換對所傳送的數據信息要進行處理，如拆分、重組信息等。
（6）基于呼叫延遲制的流量控制
在分組交換中，當數據流量較大時，分組排隊等待處理，而不像電路交換那樣立即呼損掉，因此其流量控制基于呼叫延遲。
應用
分組交換在計算機通信網中的應用：由于分組交換具有線路利用率高、可靠性好的優點，使它在計算機通信網中得到廣泛應用，歸納起來其應用方式主要有以下兩種。
1、分組交換作為計算機通信網的交換方式。分組交換是目前在計算機通信網中應用的最多的一種交換方式。利用分組交換網可連接到各種計算機，分組交換網作為廣域網的一種形式，為計算機之間提供數據傳輸和交換。
2、利用分組交換進行局域網互連。
優缺點
優點
分組交換網與電路交換網相比有許多優點：
（1）線路利用率更高：因為結點到結點的單個鏈路可以由很多分組動態共享。分組被排隊，并被盡可能快速地在鏈路上傳輸。
（2）一個分組交換網絡可以實行數據率的轉換：兩個不同數據率的站之間能夠交換分組，因為每一個站以它的自己的數據率連接到這個結點上。
（3）排隊制：當電路交換網絡上負載很大時，一些呼叫就被阻塞了。在分組交換網絡上，分組仍然被接受，只是其交付時延會增加。
（4）支持優先級：在使用優先級時，如果一個結點有大量的分組在排隊等待傳送，它可以先傳送高優先級的分組。這些分組因此將比低優先級的分組經歷更少的時延。
缺點
分組交換網與電路交換網相比也有一些缺點：
（1）時延：一個分組通過一個分組交換網結點時會產生時延，而在電路交換網中則不存在這種時延。
（2）時延抖動：因為一個給定的源站和目的站之間的各分組可能具有不同的長度，可以走不同的路徑，也可以在沿途的交換機中經歷不同的時延，所以分組的總時延就可能變化很大。這種現象被稱為抖動。抖動對一些應用來講是不希望有的（例如：電話話音和實時圖像等實時應用中）。
（3）額外開銷大：要將分組通過網絡傳送，包括目的地址在內的額外開銷信息和分組排序信息必須加在每一個分組里。這些信息降低了可用來運輸用戶數據的通信容量。在電路交換中，一旦電路建立，這些開銷就不再需要。另外，分組交換網絡是一個分布的分組交換結點的集合，在理想情況下，所有的分組交換結點應該總是了解整個網絡的狀態。但是，不幸的是，因為結點是分布的，在網絡一部分狀態的改變與網絡其他部分得知這個改變之間總是有一個時延。此外，傳遞狀態信息需要一定的費用，因此一個分組交換網絡從來不會“完全理想地”運行。
分組交換數據網
公用分組交換數據網是實現不同類型計算機之間進行遠距離數據傳送的重要公共通信平臺，是國際上普遍采用的一種廣域連接方式。國際電信聯盟的電信標準部門ITU-TSS制定的X.25協議是世界上許多電信組織和廠商支持和遵守的國際標準。X.25網絡是國際上廣泛采用的公用數據網絡。X.25是Tyltmet于1970年引入的，它是第一代分組交換系統。
X.25網絡是為傳送數據而發展起來的，因此它與電話業務供應商不是直接的競爭關系。X.25分組交換技術是為了滿足具有交互式特性的業務而出現的。交互式處理是在20世紀60年代末出現的，它是一種連接時間長，但數據量低的突發性數據流。X.25提供了一種可以使得多路會話共享同一通信信道的技術。
X25協議
使用公共數據網的一個重要部分就是與它們的接口。ITUX.25標準就是一種廣泛使用的接口。X.25協議是指用分組方式工作并通過專用電路和公用數據網連接的終端使用的數據終端設備（DTE）和數據電路終端設備（DCE）之間的接口的協議。它定義了物理層、數據鏈路層、分組層（即網絡網）三層協議，分別對應于ISO/OSI七層模型的下三層。
（1）物理層：基本功能是建立、保持和拆除DTE和DCE之間物理鏈路，定義了物理鏈路的機械、電氣、功能和規程的特性，提供同步、全雙工的點到點比特流的傳輸手段，DTE和本地DCE之間的接口按X.21建議規定。
（2）數據鏈路層：通過DTE和本地分組交換機PSE(PacketSwitchedEquipment)間的物理鏈路向分組層提供等待重發、差錯控制方式的分組傳送服務，所以可靠性高，這一層規定的LAPB(LinkAccessProcedureBalanced)規程是HDLC規程的平衡類子集，主要規定了數據鏈路的建立和拆除規程、建立后的信息傳輸規程以及差錯控制、流量控制等。另外這一層還規定了多鏈路規程MLP（MultiLinkProcedure），通過在多條平行的數據鏈路上同時傳送信息幀，以提高信息的吞吐量和可靠性。
（3）分組層(網絡層)：主要描述DTE/DCE接口 上交換控制信息和用戶數據的分組層規程，規定了虛電路業務規程、基本分組結構、數據分組格式以及可選用的用戶業務 功能等。這一層采用的是時分復用原理，實現一個源DTE利用一條物理電路呼叫多個目的DTE進行分組數據交換。此外還提供永久虛電路 聚氯乙稀業務，這是供用戶固定使用的虛電路，源DTE不用必須建立呼叫即能使用虛電路。X.25中各分層協議的相互關系見圖9-6。
網絡構成
分組交換的網絡結構一般由分組交換機、網絡管理中心、遠程集中器、分組裝拆設備、分組終端/非分組終端和傳輸線路等基本設備組成。
1、分組交換機實現數據終端與交換機之間的接口協議(X·25)，交換機之間的信令協議(如X·75或內部協議)，并以分組方式的存儲轉發、提供分組網服務的支持，與網路管理中心協同完成路由選擇、監測、計費、控制等。根據分組交換機在網絡中的地位，分為轉接交換機和本地交換機兩種；
2、網路管理中心(NMC)與分組交換機共同協作保證網路正常運行。
其主要功能有網路管理、用戶管理、測量管理、計費管理、運行及維護管理、路由管理、搜集網路統計信息以及必要的控制功能等等，是全網管理的核心；
3、分組裝拆設備(PAD)的主要功能是把普通字符終端的非分組格式轉換成分組格式，并把各終端的數據流組成分組，在集合信道上以分組交織復用，對方再將收到的分組格式作相反方向的轉換。
4、遠程集中器的功能類似于分組交換機，通常含有PAD的功能，它只與一個分組交換機相連，無路由功能，使用在用戶比較集中的地區，一般裝在電信部門。
5、提供網絡的基本業務：交換虛電路和永久虛電路及其他補充業務，如閉和用戶群，網路用戶識別等。在端到端計算機之間通信時，進行路由選擇，以及流量控制。能提供多種通信規程，數據轉發，維護運行，故障診斷，計費與一些網絡的統計等。
用戶進網方式
電話撥號入網：用戶采用X.28規程或X.32規程，用一個調制解調器通過公用電話網(PSTN)連到分組交換網上。
專線入網：專線用戶可租用市話模擬線或數字數據專線，采用X.28或X.25規程。方便地進入CHINAPAC。CHINAPAC向用戶。提供兩種基本業務功能：交換虛電路——指在兩個用戶之間建立的臨時邏輯連接。永久虛電路——指在兩個用戶之間建立的永久性的邏輯連接。用戶一開機，一條永久虛電路就自動建立起來了。
在分組交換方式中，由于能夠以分組方式進行數據的暫存交換，經交換機處理后，很容易地實現不同速率、不同規程的終端間通信。
緣于分組交換
2013年4月20日，四川省省雅安市蘆山縣發生7.0級地震，導致數百個基站停止服務，有些地下寬帶光纖也受了傷，加上四川方向的話務量劇增，許多手機、座機無法接通或不時掉線，但微信、新浪微博的使用卻更為穩定。其主要原因是微信的工作原理是分組交換的業務模式。分組交換經過壓縮處理，占用的通道可寬可窄，信息可以一站站推送，有傳輸空間時再送出。而傳統的語音通信、短信都是電路交換，需要建立一條點對點的獨享通道。在同等網絡條件下，微信占用的網絡資源要小得多，并且走的是數據通道。
這意味著，遇到地震等緊急事件時，電話服務往往會出現擁擠甚至堵塞，短信的到達率比電話要高，而微信甚至微博則會更通暢。
參考資料 >
電信基礎名詞解釋：分組交換網.新浪網.2013-04-22