电路交换与分组交换 | AI生成和翻译
问题：传统电话网络是如何工作的？为什么互联网不能直接建立在传统电话网络的基础设施上并使用其交换方法？
答案：
传统电话网络的工作原理
传统电话网络，称为公共交换电话网络（PSTN）或普通老式电话服务（POTS），采用电路交换方式运作。
- 当发起呼叫时，网络通过一系列集中式交换中心（也称为中央局或交换机）在呼叫方和接收方之间建立一条专用物理路径（电路）。
- 这条路径在通话期间专门为该通话保留，即使在静默期间也是如此，从而确保实时语音传输的恒定带宽和低延迟。
- 其基础设施主要由铜线、光纤、中继线和路由模拟（或后来的数字）语音信号的交换节点组成。
- 通话结束后，电路即被释放。
这种设计使得网络对语音传输而言是可靠的，但也使其变得脆弱：破坏关键交换中心可能会隔离大片区域或使系统瘫痪，因为没有自动绕过故障的路径。
为什么互联网不能直接建立在电路交换电话网络之上
互联网是为数据通信（而非实时语音）而设计的，需要不同的优先级：效率、弹性、可扩展性以及对突发流量（例如文件传输、电子邮件）的支持。如果将其建立在电路交换之上，将因以下几个原因而不切实际：
- 对数据流量的低效率：
- 数据传输通常是“突发性的”——间歇性地发送大量数据，期间有很长的空闲期。
- 电路交换在空闲期间保持专用路径开放，从而浪费带宽，这对于非连续数据来说是昂贵且低效的。
- 缺乏弹性：
- 电路交换网络依赖于集中式交换机；关键节点的故障会中断连接，且没有自动恢复机制。
- 早期互联网设计者（受ARPANET通过冷战需求的影响）优先考虑生存能力：网络必须能够绕过损坏（例如，核攻击）。分组交换天生就能实现这一点。
- 糟糕的可扩展性和资源共享：
- 专用电路限制了同时连接的数量，并且不允许多个用户有效地共享带宽。
- 数据网络需要连接各种具有不同速度和协议的计算机，而电路交换无法灵活处理这些。
相反，互联网使用分组交换（ARPANET于1969年首创）：
- 数据被分解成小的数据包，每个数据包都包含头部信息（源、目的、序列）。
- 数据包在共享链路上独立传输，由路由器动态路由。
- 它们可以走不同的路径，在目的地重新组装，如果链路故障则重新路由。
- 这实现了高效的带宽利用、容错和可扩展性。
历史背景：ARPANET选择分组交换而非电路交换是为了计算机之间的资源共享、成本效益和鲁棒性（来自Paul Baran、Donald Davies等人的想法）。尽管拨号调制解调器后来使用电话线进行访问（通过电路传输数据），但核心互联网协议（TCP/IP）是基于数据包的，而不是基于电路的。
总而言之，电路交换擅长恒定比特率的语音传输，但对于数据而言是僵化和浪费的。分组交换的灵活性使现代互联网成为可能。
参考文献：
- https://en.wikipedia.org/wiki/Public_switched_telephone_network
- https://en.wikipedia.org/wiki/Packet_switching
- https://en.wikipedia.org/wiki/ARPANET
- https://www.nextiva.com/blog/what-is-pstn.html
- https://ethw.org/Packet_Switching
- https://en.wikipedia.org/wiki/Dial-up_Internet_access