Ocena brak

Techniki komutacji - Komutacja pakietów

Autor /Dezydery Dodano /14.03.2012

Jest to najbardziej elastyczna z technik komutacji spośród obecnie stosowanych. Jest bardzo przydatna w sieciach, w których użytkownik musi wymieniać dane z wieloma innymi użytkownikami naraz i którzy przesyłają zmienne ilości danych. Technika komutacji pakietów polega na tym, że informacje są przesyłane przez sieć w postaci pakietów: informacja użytkownika jest dzielona na części o stałym rozmiarze (z wyjątkiem ostatniej). Następnie do każdej z nich dodawany jest nagłówek (o stałej długości). 

Pakiet składa się więc z dwóch części: organizacyjnej (nagłówek) i informacyjnej (dane). Pakiety są przesyłane między węzłami sieci. Pakiet musi zostać w całości odebrany przed wysłaniem go dalej. Po odebraniu pakiet jest umieszczany w pamięci węzła (pamięć buforowa).

Pamięć ta podzielona jest na równe części odpowiadające maksymalnej długości pakietu., co pozwala znacznie ułatwić zarządzanie buforami. Ponadto w węzłach dokonuje się sprawdzenia czy pakiet nie zawiera błędów oraz podejmuje się decyzję o dalszej trasie. Pakiety mogą być przesyłane jedną z dwóch metod: bezpołączeniową lub połączeniową.

W metodzie bezpołączeniowej system sieciowy odpowiada jedynie za przesłanie pakietów. Wykrywanie błędów i sterowanie przepływem realizowane jest przez nadawcę i odbiorcę.  W przypadku, gdy zostanie wykryty fakt, że pakiet nie dotarł do odbiorcy to musi on wysłać żądanie retrans-
misji w celu otrzymania pakietu. Brak pakietu wykrywany jest podczas składania z nadesłanych pakietów pierwotnej informacji.

Każdy pakiet stanowi niezależną jednostkę danych, zwaną datagramem, która porusza się samodzielnie w sieci. Przed wysłaniem pierwszego pakietu nie ma fazy negocjacji (co ma miejsce w metodzie połączeniowej). Każdy pakiet zawiera adres nadawcy i odbiorcy . Na podstawie tego drugiego węzły sieci wybierają odpowiednią trasę. Nie wszystkie pakiety przechodzą od nadawcy do odbiorcy jednakową trasą.

Różnice w przebywanych trasach mogą spowodować, że pakiety dotrą do odbiorcy w niewłaściwej kolejności. Odbiorca musi sam przywrócić ich właściwą kolejność. Odbiorca nie wysyła potwierdzeń odebranych informacji, nie istnieją też mechanizmy kontroli przepływu.

Metoda bezpołączeniowa zapewnia zwykle większą wydajność w sieciach, w których występuje niewiele błędów powodujących zagubienie lub uszkodzenie pakietów. Stacje nie muszą poświęcać wtedy dodatkowego czasu na retransmisję.

W metodzie połączeniowej system sieciowy przejmuje odpowiedzialność za bezbłędne dostarczenie pakietów we właściwej kolejności i wykrywanie zagubionych lub uszkodzonych pakietów. Przed przesyłaniem danych między nadawcą i odbiorcą ustanawiany jest kanał komunikacyjny (kanał logiczny , połączenie wirtualne).

Kanał ten stanowi ustalony tor, po którym pakiety mogą być przesyłane w sposób uporządkowany . Kanał określony jest przez stacje końcowe, tzn. ważne jest utrzymywanie kontaktu między stacjami, nie zaś rzeczywisty fizyczny tor w sieci.

W sieciach, w których możliwe jest ustanowienie kilku różnych tras połączeń między stacjami trasa fizyczna  może  się  zmieniać  w  trakcie  sesji  komunikacyjnej  zależnie  od rozkładu  natężenia  ruchu.  Przebieg  trasy  nadzorowany    jest  przez  stacje końcowe  i węzły . Kanały  logiczne występują w  sieciach z  łączami multipleksowanymi. 

Każde  połączenie wirtualne ma  swój numer. Dzięki  temu pakiety nie
muszą zawierać w nagłówku adresów stacji a jedynie numer kanału. Pakiet jest przesyłany między węzłami, z których każdy pamięta dokąd ma przesłać pakiet  przypisany  do  aktualnie  otwartego  połączenia wirtualnego. Węzły utrzymują  tablice  z  jednym  zapisem  dla  każdego  otwartego  połączenia wirtualnego.

Gdy pakiet przybywa do węzła zawiera również informacje o tym,  z  którego węzła  przybył. Właściwą  kolejność  przesyłania  pakietów zapewnia numeracja pakietów w sposób sekwencyjny . Połączeniowa sesja komunikacyjna może wyglądać następująco:

a)  aplikacja źródłowa przekazuje żądanie nawiązania połączeniowej sesji komunikacyjnej;

b)  sesja jest nawiązywana;

c)  przesyłane są dane za pośrednictwem połączeń logicznych;

d)  następuje rozłączenie kanału;

Istnieją dwa rodzaje połączeń wirtualnych: tymczasowe i stałe.
Tymczasowe połączenie wirtualne (SVC - Switched Virtual Circuit) jest zestawiane na żądanie użytkownika na zwykle krótki czas. Ustanawianie takiego połączenia odbywa się najczęściej za pomocą specjalnego pakietu służbowego, który przechodząc przez sieć od nadawcy do odbiorcy wyznacza  trasę dla połączenia wirtualnego.

W węzłach sieci zapisywane są odpowiednie informacje a połączenie otrzymuje numer. Systemy nadawców wybierają numery połączeń niezależnie. Możliwa byłaby więc sytuacja, że w węzłach różnym połączeniom nadane byłyby takie same numery .

W celu uniknięcia takiej sytuacji postępuje się następująco: system użytkownika wybiera własny numer połączenia (np. największy z możliwych) i wstawia go do pakietu ustanawiającego połączenie.

Węzeł sieci po otrzymaniu takiego pakietu podejmuje decyzję o dalszej trasie oraz wybiera najniższy wolny numer połączenia wirtualnego i wstawia go do pakietu w miejsce dotychczasowego numeru. Odwzorowanie numerów zapamiętywane jest w tablicy połączeń wirtualnych węzła. System docelowy odbiera pakiety z  innym numerem połączenia wirtualnego niż wybrany przez nadawcę. Następnie przesyłane są pakiety z danymi.

W każdym z nich następuje zamiana numerów połączenia jak wyżej opisano. Rozłączenie połączenia SVC odbywa się za pomocą specjalnego pakietu i polega na usunięciu z tablic węzłów odpowiednich zapisów.

Stałe połączenia wirtualne (PVC - Permanent Virtual Circuit) są ustanawiane przez administratorów sieci między parami użytkowników i są dostępne przez cały czas funkcjonowania sieci.

Połączenie takie ma na stałe przypisane numery połączenia w węzłach więc przesyłanie obejmuje wyłącznie pakiety z danymi. Metoda ta zapewnia efektywną komunikację dla procesów wymieniających duże ilości danych lub działających przez dłuższy czas. Połączenia takie są charakteryzowane są przez następujące parametry:

a)  CBC (Commited Burst Size)  - największa  ilość danych  (w bitach), którą usługodawca  (administrator) zobowiązuje się przesłać w warunkach normalnej pracy sieci, w określonym przedziale czasu;

b)  EBS (Excess Burst Size) - największa dopuszczalna ilość danych powyżej ilości uzgodnionej (CBS), którą można próbować przesłać przez sieć w określonym przedziale czasu. Dopuszcza się odrzucenie danych EBS w określonych przedziałach czasu;

c)  CIR (Commited Information Rate) - szybkość z jaką usługodawca zobowiązuje się przesłać określoną ilość danych (CBS) w warunkach normalnej pracy sieci;

d)  FS (Frame Size) - wielkość ramki wykorzystanej do przesyłania danych klienta przez sieć;

W aplikacjach wymagających stałego ciągłego strumienia danych wykorzystuje się usługi połączeniowe, które zapewniają większą niezawodność i efektywniejszą obsługę błędów.

Usługi bezpołączeniowe wymagają bardziej rozbudowanych pakietów, natomiast połączeniowe - realizacji w węzłach końcowych dodatkowych operacji związanych z nawiązywaniem i utrzymywaniem  połączenia. Metody  bezpołączeniowe  przeznaczone są  do  obsługi  krótkich  transmisji,  dla których nie opłaca się (ze względów czasowych) tworzyć połączenia.

Protokoły połączeniowe to m.in.: SPX, TCP , NetBIOS, CMNP (Connection Mode Network Protocol), protokoły bezpołączeniowe: IPX, IP , CLNP (Connectionless Network Protocol).

Sieci, w których wykorzystano technikę komutacji pakietów nazywane są sieciami pakietowymi.

Taką siecią jest np. sieć X.25. Publiczna sieć pakietowa jest często przedstawiana na rysunkach w postaci chmurki, co wiąże się z mnogością i różnorodnością połączeń w niej występujących.

Podobne prace

Do góry