Komutacja Pakiet贸w

Nowoczesna metoda dzielenia danych na pakiety w celu niezale偶nego routingu (np. Internet).

Czym Jest Komutacja Pakiet贸w? Analogia do Poczty

Komutacja pakiet贸w to dominuj膮ca metoda transmisji danych w nowoczesnych sieciach, takich jak Internet. Jej podstawow膮 ide膮 jest dzielenie du偶ej wiadomo艣ci na mniejsze, 艂atwiejsze w zarz膮dzaniu cz臋艣ci, zwane pakietami.

Wyobra藕 sobie, 偶e chcesz wys艂a膰 100-stronicow膮 ksi膮偶k臋 do przyjaciela. Zamiast szuka膰 ogromnej, pojedynczej koperty, wyrywasz ka偶d膮 stron臋, wk艂adasz ka偶d膮 do standardowej koperty i wysy艂asz je indywidualnie. Ka偶da koperta jest jak pakiet. Ta analogia podkre艣la kluczowe cechy komutacji pakiet贸w:

  • Adresowanie: Ka偶da koperta (pakiet) jest indywidualnie zaadresowana adresem nadawcy i odbiorcy.
  • Niezale偶ny Routing: Poczta mo偶e wys艂a膰 ka偶d膮 kopert臋 inn膮 tras膮, aby zoptymalizowa膰 dostaw臋. Jedna mo偶e polecie膰 przez g艂贸wny w臋ze艂 logistyczny, inna mo偶e podr贸偶owa膰 transportem naziemnym.
  • Ponowne Sk艂adanie: Tw贸j przyjaciel odbiera koperty, potencjalnie w innej kolejno艣ci ni偶 zosta艂y wys艂ane, i u偶ywa numer贸w stron, aby z艂o偶y膰 ksi膮偶k臋 z powrotem w prawid艂owej kolejno艣ci.

Kontrast z Komutacj膮 艁膮czy

Jest to fundamentalnie r贸偶ne od , technologii starej sieci telefonicznej. Rozmowa telefoniczna ustanawia艂a dedykowane, fizyczne po艂膮czenie mi臋dzy Tob膮 a drug膮 osob膮 na ca艂y czas jej trwania. Ta linia by艂a tylko Twoja i nikt inny nie m贸g艂 z niej korzysta膰, nawet w momentach ciszy. Komutacja pakiet贸w znacznie efektywniej wsp贸艂dzieli zasoby sieci.

Anatomia Pakietu

Ka偶dy pakiet sk艂ada si臋 z dw贸ch g艂贸wnych cz臋艣ci, analogicznych do koperty i listu w 艣rodku.

  • Nag艂贸wek (Koperta): S膮 to informacje kontrolne dodawane na pocz膮tku pakietu. Zawiera wszystkie niezb臋dne instrukcje dla sieci, aby dostarczy膰 pakiet. Kluczowe pola nag艂贸wka to:
    • Adresy 藕r贸d艂owy i docelowy: Sk膮d pakiet pochodzi i dok膮d zmierza (np. adresy IP).
    • Numer sekwencyjny: Pomaga urz膮dzeniu docelowemu uporz膮dkowa膰 pakiety we w艂a艣ciwej kolejno艣ci.
    • Informacje do kontroli b艂臋d贸w: Dane takie jak suma kontrolna lub CRC, kt贸re pozwalaj膮 odbiorcy zweryfikowa膰, czy pakiet nie zosta艂 uszkodzony w transporcie.
    • Inne dane kontrolne, jak d艂ugo艣膰 pakietu czy priorytet.
  • 艁adunek (List): To s膮 w艂a艣ciwe dane (niewielki fragment oryginalnej wiadomo艣ci, kt贸ra jest przesy艂ana). 艁adunek pakietu mo偶e mie膰 rozmiar od kilku bajt贸w do kilku kilobajt贸w.

Podr贸偶 Pakietu: Proces "Zapisz i Podaj Dalej"

Pakiety podr贸偶uj膮 przez sie膰 za po艣rednictwem urz膮dze艅 zwanych routerami. Ka偶dy router niezale偶nie decyduje, gdzie wys艂a膰 ka偶dy kolejny pakiet na podstawie jego adresu docelowego. Odbywa si臋 to przy u偶yciu mechanizmu "zapisz i podaj dalej" (store and forward).

  1. Zapisz (Store): Router odbiera kompletny pakiet na jednym ze swoich port贸w wej艣ciowych i tymczasowo przechowuje go w buforze pami臋ci.
  2. Przetw贸rz (Process): Procesor routera odczytuje nag艂贸wek pakietu, aby okre艣li膰 jego ostateczne przeznaczenie. Sprawdza swoj膮 wewn臋trzn膮 tablic臋 routingu, aby znale藕膰 najlepszy nast臋pny "przeskok" (nast臋pny router lub urz膮dzenie) na 艣cie偶ce do tego celu.
  3. Podaj Dalej (Forward): Router wysy艂a pakiet przez odpowiedni port wyj艣ciowy w kierunku nast臋pnego przeskoku.

Ten proces jest powtarzany w ka偶dym routerze na trasie, a偶 pakiet ostatecznie dotrze do miejsca przeznaczenia.

Dwa Smaki Komutacji Pakiet贸w: Datagramy vs. Obwody Wirtualne

Sieci z komutacj膮 pakiet贸w mog膮 dzia艂a膰 w jednym z dw贸ch tryb贸w:

Bezpo艂膮czeniowy (Datagramowy)

W tym trybie ka偶dy pakiet (zwany datagramem) jest traktowany jako ca艂kowicie niezale偶na jednostka. Routery podejmuj膮 now膮 decyzj臋 o trasie dla ka偶dego pojedynczego pakietu. Pakiety z tej samej wiadomo艣ci mog膮 podr贸偶owa膰 r贸偶nymi trasami, dotrze膰 w innej kolejno艣ci, a nawet zagin膮膰. Wymaga to niezawodnego protoko艂u u odbiorcy (jak TCP) do ponownego uporz膮dkowania pakiet贸w i obs艂ugi retransmisji.

G艂贸wny przyk艂ad: Protok贸艂 Internetowy (IP).

Po艂膮czeniowy (Obw贸d Wirtualny)

W tym trybie, przed wys艂aniem jakichkolwiek danych, ustanawiana jest logiczna 艣cie偶ka, zwana , mi臋dzy nadawc膮 a odbiorc膮. Wszystkie pakiety nale偶膮ce do tej samej transmisji pod膮偶aj膮 t膮 sam膮, z g贸ry ustalon膮 艣cie偶k膮. Decyzje o routingu s膮 podejmowane tylko raz, na etapie zestawiania po艂膮czenia. Gwarantuje to dostarczenie pakiet贸w we w艂a艣ciwej kolejno艣ci.

G艂贸wny przyk艂ad: ATM (Asynchronous Transfer Mode).

G艂贸wne Zalety i Wady

Zalety

  • Wydajno艣膰: Pozwala wielu u偶ytkownikom na wsp贸艂dzielenie tych samych 艂膮cz sieciowych, co zapewnia doskona艂e wykorzystanie dost臋pnej przepustowo艣ci. 艁膮cza s膮 zajmowane tylko wtedy, gdy s膮 dane do wys艂ania.
  • Odporno艣膰 na awarie: Je艣li jakie艣 艂膮cze sieciowe ulegnie awarii, routery mog膮 dynamicznie znale藕膰 alternatywne trasy dla pakiet贸w, czyni膮c sie膰 odporn膮 na uszkodzenia.
  • Elastyczno艣膰: Mo偶e obs艂ugiwa膰 wiele us艂ug o r贸偶nych przep艂ywno艣ciach na tej samej infrastrukturze, w przeciwie艅stwie do komutacji 艂膮czy, kt贸ra rezerwuje sta艂膮 szybko艣膰 transmisji.

Wady

  • Zmienne Op贸藕nienie (Jitter): Poniewa偶 pakiety mog膮 czeka膰 w kolejkach (buforach) w ka偶dym routerze, op贸藕nienie transmisji nie jest sta艂e. Mo偶e to by膰 problematyczne dla aplikacji czasu rzeczywistego, takich jak rozmowy g艂osowe i wideokonferencje.
  • Narzut: Ka偶dy pakiet musi zawiera膰 pe艂ny nag艂贸wek z informacjami adresowymi, co zu偶ywa cz臋艣膰 dost臋pnej przepustowo艣ci.
  • Z艂o偶ono艣膰: Wymaga skomplikowanych protoko艂贸w na urz膮dzeniach ko艅cowych do obs艂ugi ponownego porz膮dkowania pakiet贸w i 偶膮da艅 retransmisji utraconych pakiet贸w (np. TCP dzia艂aj膮cy na protokole IP).
    Komutacja Pakiet贸w | Teleinf Edu