一、两种思路

一个像打电话，一个像寄信：

第一行决定了一切：建通路的时候就把沿途的时隙或频段占住了， 所以传输过程中不需要任何地址信息——路已经修好了，顺着走就行。 这也是电路交换的头部可以极小的原因。 第四行是分组交换被设计出来的初衷：ARPANET 的目标就是「部分节点被毁，剩下的还能通」， 而独占通路的电路交换做不到这一点——路一断，通话就断。 分组交换的每个包独立选路，天然能绕。

二、三笔账

用同一组假设算三次（1 Mbps 链路、4 段、每段传播 5 毫秒、建连一个往返）：

第一笔：一个人传 1 MB。

这一笔分组交换反而快了 168 毫秒：因为它省掉了建连，而存储转发只多花 24 毫秒。 所以「电路交换时延一定更低」这个印象是不准的——建连的成本往往比存储转发更贵。 第二笔：十个人各传 100 KB，共用一条链路。

差距拉大到 298 毫秒：电路交换要建十次连、而且一次只服务一个人， 分组交换让十个人的包交错跑，谁有空谁上。 这就是「共享」带来的效率。 第三笔才是关键：时延抖动的来源不同。

第二行那个「可能翻几倍」是分组交换的代价：链路利用率越高，队列越长，时延越不可预测。 这就是为什么语音电话当年坚持用电路交换——通话不怕慢几百毫秒，怕的是忽快忽慢。 三笔账合起来的结论：分组交换赢在效率与共享，电路交换赢在可预测。 今天的网络用折中办法兼顾两头： 给不同流量打标记、排队时优先放行实时语音——这就是 QoS（5.8.3 会讲）。

三、分组交换的代价落在谁身上

代价不会消失，只会转移：

第一行是实时应用最头疼的：分组交换不保证时延，而语音、游戏恰恰对时延最敏感。 所以这类应用要自己做抖动缓冲——先攒一小段再播，用延迟换平滑。 这就是为什么 VoIP 会有「几十毫秒的固有延迟」。 第二行解释了 TCP 为什么那么复杂：因为底下那层不保证，所有保证都得在上面重建。 序号、确认、重传、拥塞控制，全是为了「在不保证的网络上做出保证」。 第三行常被忽略的是「缓冲」的代价：重排要占内存、要等，等多久不确定， 所以乱序严重时延迟会突然变大——表现就是「大部分时候很快，偶尔卡一下」。

四、动手 Demo：电路交换与分组交换，时延差在哪

用同一组假设参数算三笔账：单流、十人共享、时延抖动。 参数是假设的，算式是真的——这样才看得清差异从哪来。

BW = 1e6          # 1 Mbps
SEG = 4           # 经过 4 段链路
PROP = 0.005      # 每段传播 5 毫秒
RTT = 0.010       # 建连一个往返 10 毫秒

def circuit(nbytes, nflows):
    tx = nbytes * 8 / BW
    return (tx + PROP * SEG + RTT) * nflows * 1000

def packet(nbytes, nflows):
    tx = nbytes * 8 / BW
    return (tx + PROP * SEG + PROP * (SEG - 1)) * nflows * 1000

one = 1024 * 1024
print('单流 1 MB  电路 %.0f ms  分组 %.0f ms'
      % (circuit(one, 1), packet(one, 1)))
ten = 100 * 1024
print('十人 100 KB 电路 %.0f ms  分组 %.0f ms'
      % (circuit(ten, 10), packet(ten, 10)))
print('建连占比：%.1f%%' % (RTT / (one * 8 / BW) * 100))

实跑输出：

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电路交换与分组交换，时延差在哪
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**电路交换先建一条独占通路，再传；分组交换不建通路，一包一包扔。**
**下面用同一组假设参数算三笔账**：**1 Mbps 链路、4 段、每段传播 5 毫秒、建连一个往返。**

**第一笔：一个人传 1 MB。**

  方式         建连             多了什么                         总时延ms
  ------------------------------------------------------------------------
  电路交换     **一个往返**     **建连 10 毫秒**                 8404
  分组交换     没有             **每段存储转发 3×8=24 毫秒**     8236

**这一笔分组交换快了 168 毫秒**，**因为它省掉了建连，而存储转发只多花 24 毫秒。**
**所以「电路交换时延更低」这个印象是不准的**——**建连的成本往往比存储转发更贵。**

**第二笔：十个人各传 100 KB，共用一条 1 Mbps 链路。**

  方式         建连次数      链路怎么用               总时延ms
  -------------------------------------------------------------
  电路交换     **10 次**     **一次只服务一个人**     8342
  分组交换     0 次          **十个人的包交错跑**     8044

**这一笔差距拉大到 298 毫秒**，省的是十次建连加上十次串行。

**第三笔才是关键：时延抖动的来源不同。**

  方式         时延由什么决定             负载翻倍后
  -------------------------------------------------------
  电路交换     **带宽独占，恒定**         **不变**
  分组交换     **排队长度，随负载涨**     **可能翻几倍**

**第二行那个「可能翻几倍」是分组交换的代价**：**链路利用率越高，队列越长，时延越不可预测。**
**这就是为什么语音电话当年坚持用电路交换**——**通话不怕慢几百毫秒，怕的是忽快忽慢。**

**三笔账合起来的结论**：**分组交换赢在效率与共享，电路交换赢在可预测。**
**今天的网络用一个折中办法兼顾两头**：
**给不同流量打标记、排队时优先放行实时语音**——**这就是 QoS（5.8.3 会讲）。**

单流那一笔：电路 8404、分组 8236，分组反而快 168 毫秒，因为它省掉了建连的 10 毫秒， 而存储转发只多花 24 毫秒。 十人那一笔：电路 8342、分组 8044，分组快 298 毫秒，省的是十次建连加十次串行。 这两笔都说明「电路交换时延更低」是错的：建连的成本常常比存储转发更贵。 但电路的时延是恒定的，分组的不恒定——这才是真正的差别，也是最后一行要算「抖动」的原因。 注意这三笔账的参数是假设的（1 Mbps、4 段、5 毫秒）： 现实里的链路由几十段组成、带宽也高得多，所以绝对值不能当真，能当真的是「差值的方向」。

30 秒实验

1. 把 SEG 改成 10，看分组交换那一列的存储转发开销涨多少——跳数越多，分组越吃亏。
2. 把 BW 改成 1 Gbps，看建连那 10 毫秒占多大比例——带宽越大，建连的相对成本越高。
3. 想一下：为什么视频网站不怕时延抖动，直播连麦却很怕？

常见误区

1. 以为电路交换时延一定更低。 建连要一个往返，短传输时这笔开销比存储转发更贵， 分组反而更快。
2. 以为分组交换只是「省线路」。 它真正的代价是时延不可预测，负载一高队列就长， 实时业务受不了。
3. 以为「共享」没有成本。 成本转移给了应用与上层协议：抖动缓冲、重传、乱序重排， 全得自己补。

下一节换第三个角度：按接收端数量分——单播、广播、组播。

• ☐ （本节完，下一节 1.7.3 根据接收端数量分类）

相关笔记

• 面向有连接型与面向无连接型
• 根据接收端数量分类
• 📚 图解TCP／IP · 索引