Przełączanie pakietów

Przesyłanie małych bitów danych pomiędzy różnymi sieciami jest określane mianem komutacji pakietów. Te pakiety danych są dzielone jako bloki danych w celu szybszego i wydajniejszego przesyłania ich przez sieci. Jest on dzielony na pakiety danych w jednym urządzeniu i z tego urządzenia jest wysyłany do drugiego w celu dotarcia do miejsca przeznaczenia, gdzie wszystkie pakiety danych są gromadzone i ponownie składane.[1] Mówiąc prościej, jest to metoda dzielenia plików danych na mniejsze pakiety lub części w celu lepszego przesyłania ich przez różne sieci.

Funkcjonalność

Kiedy użytkownicy wysyłają plik danych przez sieć, często nie są to czasy, kiedy wysyłane są całe dokumenty, ale raczej małe pakiety danych. Osoba wysyłająca plik 5mb będzie miała plik podzielony na 512-bajtowe pakiety, które są następnie wysyłane przez sieć. Każdy pakiet zawiera nagłówek zawierający 2 sieciowe adresy IP:

  1. Origin IP address - Jest to adres IP, z którego wysyłany jest plik danych. Jest on również określany jako koniec przekazywania danych.
  2. Destination IP address - jest to adres IP, na który należy wysłać pakiet danych. Innymi słowy, odnosi się to do końca odbioru transferu danych.

Oprócz tego nagłówek zawiera również numer identyfikujący liczbę pakietów, które zawiera cały rzeczywisty plik danych. Gdy pakiety są tracone w sieci, odbijają się od siebie. Bouncing odnosi się do transferu pakietu danych z jednego routera do drugiego, aż do momentu, gdy będzie on w stanie dotrzeć do docelowego adresu IP. W przypadku pozostawienia wielu utraconych pakietów danych, które odbijają się od sieci, zimno prowadzi do przeciążenia sieci i może spowolnić pracę całego systemu. Aby rozwiązać ten problem, do nagłówka włączono licznik chmielu. Odnosi się to do tego, ile razy pakiet danych może przejść z jednego routera na drugi. Maksymalna liczba chmielu jest przydzielana na paczkę. Liczba ta zmniejsza się za każdym razem, gdy paczka przechodzi przez router. Gdy maksymalna liczba chmieli zostanie osiągnięta, zanim pakiet dotrze do miejsca docelowego, jest on usuwany przez ten router. Jest to jedna z przyczyn utraty pakietów.[2]

Tryby pracy

Dwa główne tryby przełączania pakietów to

Bezpołączeniowe przełączanie pakietów

Każdy pojedynczy pakiet w tego typu sieci pakietowej posiada pełną informację o routingu i jest indywidualnie kierowany w sieci do adresu docelowego. Może istnieć wiele trybów transmisji, które są zależne od różnych obciążeń dostępnych węzłów sieci. W tym systemie, każdy pakiet jest zgodny z instrukcjami podanymi w nagłówku pakietu. Obejmuje to informacje, które są niezbędne do ułatwienia ponownego złożenia pakietów danych w celu utworzenia całego pliku danych.[3]

  1. Adres miejsca przeznaczenia
  2. Adres źródłowy
  3. Łączna liczba sztuk
  4. Numer kolejny (seq#) potrzebny do ułatwienia ponownego montażu.

Przełączanie pakietów zorientowane na połączenie

Ten tryb pakietowego przełączania pakietów nazywany jest również wirtualnym przełączaniem obwodów. Poszczególne pakiety danych w tym trybie są wysyłane w sekwencji na wcześniej zdefiniowanej i zidentyfikowanej trasie. Pakiety te są montowane za pomocą unikalnego numeru porządkowego, a następnie transportowane przez sieć do określonego docelowego adresu IP w kolejności. Nie ma potrzeby umieszczania informacji adresowych w pakiecie dla tego trybu.[4]

Skutki

W przeszłości protokół przełączania obwodów jest powszechnie stosowany w sieciach telefonicznych z połączeniem ISDN.[5] Alternatywą jest przełączanie pakietów. Poniżej znajduje się kilka plusów i minusów posiadania przełącznika pakietowego nad przełącznikiem obwodu:

Pros

  • Jest to bardziej efektywne wykorzystanie całej przepustowości sieci ze względu na jej elastyczność w routingu mniejszych pakietów przez wspólne łącza.
  • Są one często tańsze w budowie, ponieważ potrzeba mniej sprzętu.
  • Jest bardziej niezawodny. Gdy pakiet nie dotrze do miejsca przeznaczenia zgodnie z oczekiwaniami, a komputer odbierający wykryje brak jednej paczki, żąda jej ponownego wysłania.
  • Oferuje automatyczną zmianę trasy w przypadku awarii któregokolwiek z węzłów.
  • Nie posiada linii łączących i może łatwo obejść się po złamanych bitach sieci.
  • W miarę wzrostu liczby klientów, w porównaniu z przełączaniem obwodów, sieć musi się powoli rozbudowywać.

wady

  • Występują duże opóźnienia w odbiorze wiadomości ze względu na czas potrzebny na pakowanie i trasowanie pakietów. W przypadku większości aplikacji opóźnienia te nie są na tyle długie, aby mogły być znaczące, ale w przypadku wysokowydajnych aplikacji, takich jak wideo w czasie rzeczywistym, do osiągnięcia wymaganego poziomu wydajności często wymagana jest dodatkowa technologia Quality of Service (QoS).
  • Współdzielone łącza fizyczne stwarzają ryzyko potencjalnego naruszenia bezpieczeństwa sieci. Odpowiednie środki ostrożności muszą być zgodne z protokołami i innymi powiązanymi elementami w sieciach komutacji pakietów.
  • Nie nadaje się do małych pakietów danych - jeśli sam pakiet danych wynosi tylko 600 bajtów, to należy użyć dwóch pakietów po 512 bajtów z informacją adresową.
  • Nieprzewidywalne opóźnienia.

Historia

Packet switching, podobnie jak rozwój hipertekstu, to koncepcja, którą można przypisać Paulowi Baranowi na początku lat 60. ubiegłego wieku, a następnie, kilka lat później, niezależnie Donaldowi Daviesowi i Leonardowi Kleinrockowi. Badania Daviesa i Kleinrocka w pokrewnej dziedzinie cyfrowego przełączania wiadomości pomogły Baranowi zbudować ARPANET lub pierwszą sieć przełączania pakietów, z której później wiele osób będzie mogło korzystać jako z Internetu.

"Ta koncepcja przełączania pakietów była radykalną zmianą paradygmatu z dominującego modelu sieci komunikacyjnych wykorzystujących dedykowane, analogowe obwody zbudowane głównie dla komunikacji audio i ustanowiła nowy model nieciągłych, cyfrowych systemów, które rozbijają wiadomości na pojedyncze pakiety, które są transmitowane niezależnie, a następnie z powrotem zmontowane w oryginalny komunikat na końcu".[6]

Przełączanie pakietów jest przełomem, który stale ewoluuje od momentu jego koncepcji. Niezliczone godziny badań prowadzonych przez genialne umysły wciąż pracują nad unowocześnieniem tej technologii, aby była ona dostępna dla wszystkich, czego dowodem jest wcześniejszy sukces, jaki osiągnęła. Będzie to wymagało wielu lat i miliardów pieniędzy, ale to wszystko będzie warte zachodu.


  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 ↩︎