Pakketschakeling

De overdracht van kleine stukjes data over verschillende netwerken wordt packet switching genoemd. Deze gegevenspakketten worden als datablokken opgesplitst om ze sneller en efficiënter over de netwerken over te dragen. Dit wordt in datapakketten gesneden in één apparaat en van dat apparaat naar het andere apparaat gestuurd om een bestemming te bereiken waar alle datapakketten worden verzameld en opnieuw worden samengevoegd.[1] Simpel gezegd, het is een methode om gegevensbestanden in kleinere pakketten of porties te breken om ze beter over verschillende netwerken te verzenden.

Functionaliteit

Wanneer gebruikers een gegevensbestand over een netwerk verzenden, zijn dit vaak geen volledige documenten, maar eerder kleine gegevenspakketten. Een persoon die een 5mb-bestand verstuurt, heeft het bestand verdeeld in 512 bytes grote pakketten die vervolgens over het netwerk worden verzonden. Elk pakket bevat een header die 2 netwerk IP adressen bevat:

  1. Origin IP address - Dit is het IP-adres van waaruit het gegevensbestand wordt verzonden. Het wordt ook wel het verzendende einde van de gegevensoverdracht genoemd.
  2. Bestemming IP-adres - Dit is het IP-adres waarnaar het gegevenspakket moet worden verzonden. Met andere woorden, dit heeft betrekking op de ontvangende kant van de gegevensoverdracht.

Daarnaast bevat de header ook een nummer dat het aantal pakketten identificeert dat het eigenlijke volledige gegevensbestand bevat. Wanneer pakketten verloren gaan in het netwerk, stuiteren ze rond. Bouncing verwijst naar de overdracht van een gegevenspakket van de ene router naar de andere totdat het het het uiteindelijke IP-adres van de bestemming kan bereiken. Wanneer er meerdere verloren gegevenspakketten over de netwerken blijven stuiteren, leidt dit tot netwerkcongestie en kan het hele systeem vertragen. In de kopregel is een hoptelling opgenomen om dit probleem aan te pakken. Dit heeft betrekking op het aantal keren dat een gegevenspakket van de ene router naar de andere kan gaan. Per pakje wordt een maximaal hopnummer toegekend. Dit hopnummer neemt af voor elke keer dat een pakket door een router gaat. Wanneer het maximale aantal hop wordt bereikt voordat een pakket op de plaats van bestemming aankomt, wordt het door die router gewist. Dit is een van de oorzaken van pakketverlies.[2]

Wijzen

De twee belangrijkste modi van pakketschakeling zijn:

Aansluitingsloze pakketschakeling

Elk individueel pakket in dit type pakketgeschakeld netwerk bevat volledige routeringsinformatie en wordt binnen het netwerk individueel gerouteerd naar het bestemmingsadres. Er kunnen meerdere overdrachtsmodi zijn die afhankelijk zijn van de verschillende belastingen op de beschikbare knooppunten in het netwerk. In dit systeem houdt elk van de pakketten zich aan de instructies van de schriftelijke informatie in de pakketkop. Dit omvat informatie die nodig is om de hermontage van de gegevenspakketten voor het maken van het volledige gegevensbestand te vergemakkelijken.[3]

  1. Adres van bestemming
  2. Bron adres
  3. Totaal aantal stuks
  4. Volgnummer (seq#) dat nodig is om de montage te vergemakkelijken.

Verbindingsgeoriënteerde pakketschakeling

Deze modus van pakketschakeling wordt ook wel virtueel circuitschakeling genoemd. Individuele gegevenspakketten in deze modus worden via een sequentie over een vooraf gedefinieerde en geïdentificeerde route verzonden. Deze pakketten worden met behulp van een uniek volgnummer samengesteld en vervolgens via het netwerk in volgorde van bestemming naar het specifieke IP-adres getransporteerd. Het is niet nodig om de adresinformatie in het pakket voor deze modus op te nemen.[4]

Effecten

Historisch gezien wordt het circuitwisselingsprotocol vaak gebruikt met ISDN-aansluiting voor telefoonnetwerken.[5] Pakketschakeling is het alternatief. Hieronder staan enkele van de voor- en nadelen van het hebben van een pakketschakelaar over een circuitschakelaar:

Voordelen

  • Het is het efficiëntere gebruik van de totale netwerkbandbreedte dankzij de flexibiliteit in het routeren van de kleinere pakketten over gedeelde verbindingen.
  • Deze zijn vaak goedkoper te bouwen omdat er minder apparatuur nodig is.
  • Het is betrouwbaarder. Wanneer een pakket niet aankomt zoals verwacht op de plaats van bestemming en de ontvangende computer detecteert dat een pakket ontbreekt, vraagt hij om het opnieuw te verzenden.
  • Het biedt een automatische omleiding voor het geval dat een knooppunt zijn reis mislukt.
  • Het heeft geen vastgebonden lijnen en kan gemakkelijk om gebroken delen van het netwerk heenkomen.
  • Naarmate de klanten toenemen, hoeft het netwerk slechts langzaam uit te breiden in vergelijking met circuitswitching.

Nadelen

  • Er zijn grote vertragingen in het ontvangen van berichten door de tijd die nodig is om de pakketten te verpakken en te routeren. Voor de meeste toepassingen zijn deze vertragingen niet lang genoeg om significant te zijn, maar voor high-performance toepassingen zoals real-time video is vaak extra Quality of Service (QoS) technologie nodig om de vereiste prestatieniveaus te bereiken.
  • Gedeelde fysieke verbindingen riskeren een potentiële inbreuk op de netwerkbeveiliging. Passende veiligheidsmaatregelen moeten in overeenstemming zijn met protocollen en andere gerelateerde elementen in pakketgeschakelde netwerken.
  • Niet geschikt voor kleine gegevenspakketten - als het gegevenspakket zelf slechts 600 bytes is, dan moeten twee pakketten van 512 bytes worden gebruikt met de adresinformatie.
  • Onvoorspelbare latentie.

Geschiedenis

Pakketschakeling, zoals de ontwikkeling van de hypertekst, is een concept dat kan worden toegeschreven aan Paul Baran in de vroege jaren zestig en vervolgens, enkele jaren later, zelfstandig aan Donald Davies en Leonard Kleinrock. Davies en Kleinrock's onderzoek op het gerelateerde gebied van digitale berichtomschakeling hielp Baran bij het bouwen van de ARPANET of het eerste pakketgeschakelde netwerk dat later door velen als het internet zou worden genoten.

"Dit concept van pakketschakeling was een radicale paradigmaverschuiving van het heersende model van communicatienetwerken met behulp van speciale, analoge circuits die voornamelijk voor audiocommunicatie zijn gebouwd, en heeft een nieuw model van discontinue, digitale systemen tot stand gebracht die berichten in afzonderlijke pakketten verdelen die onafhankelijk van elkaar worden verzonden en vervolgens aan het eind van het bericht weer in het oorspronkelijke bericht worden samengevoegd".[6]

Pakketschakeling is de doorbraak die sinds het ontstaan ervan voortdurend is geëvolueerd. Talloze uren van onderzoek gedaan door briljante geesten zijn nog steeds bezig met het upgraden van deze technologie om deze beschikbaar te maken voor iedereen, wat bewezen wordt door het eerdere succes dat het heeft opgeleverd. Het zal vele jaren en miljarden geld kosten, maar het zal allemaal de moeite waard zijn.


  1. https://searchnetworking.techtarget.com/definition/packet-switched ↩︎

  2. http://www.teach-ict.com/technology_explained/packet_switching/packet_switching.html ↩︎

  3. https://www.techopedia.com/definition/5603/packet-switching ↩︎

  4. http://www.informit.com/articles/article.aspx ↩︎

  5. https://www.lifewire.com/packet-switching-on-computer-networks-817938 ↩︎

  6. https://www.livinginternet.com/i/iw_packet_inv.htm ↩︎