Pakettikytkentä on menetelmä viestintäverkon resurssien dynaamiseksi allokoimiseksi [1] , joka johtuu digitoidun tiedon siirtämisestä ja kytkemisestä pienten osien - ns. pakettien - muodossa , jotka yleensä lähetetään verkon yli toisistaan riippumatta (datagrammit) . ) tai peräkkäin peräkkäin virtuaaliyhteyksissä . Vastaanottava solmu kerää viestin paketeista. Tällaisissa verkoissa monet solmut voivat vaihtaa tietoja yhden fyysisen linkin kautta.
Paketteja vaihdettaessa kaikki käyttäjän lähettämä digitaalinen data jaetaan lähettävän solmun toimesta pieniin (jopa useisiin kilotavuihin) osiin - paketeihin ( englanniksi paketti ). Jokaisen paketin mukana on otsikko, joka määrittää vähintään kohdeisäntäosoitteen ja paketin numeron. Pakettien siirto verkon yli tapahtuu joko toisistaan riippumatta, sitten paketteja kutsutaan datagrammeiksi (datagrammiksi) ja yksittäisten pakettien kytkentätilaa kutsutaan datagrammimoodiksi tai virtuaalisten yhteyksien kautta, eli " yhteyssuuntautuneessa viestinnässä ". ”tila ). Tällaisen verkon kytkimissä on sisäinen puskurimuisti pakettien tilapäistä tallennusta varten, mikä mahdollistaa liikenteen aaltoilun tasoittamisen kytkimien välisillä tietoliikennelinjoilla.
Pakettivaihdon edut
Pakettikytkentäinen verkko eroaa piirikytkentäisestä verkosta siinä, että se voi tietyllä todennäköisyydellä hidastaa kunkin solmuparin vuorovaikutusta, koska niiden paketit voivat odottaa kytkimissä, kunnes muut paketit lähetetään. Tämä on erityisen tärkeää reaaliaikaisissa palveluissa (ääni, video). Kuitenkin kokonaishyötysuhde (lähetettävän datan määrä aikayksikköä kohti) pakettikytkennällä on suurempi kuin piirikytkennässä. Tämä johtuu siitä, että jokaisen yksittäisen tilaajan liikenne sykkii ja eri tilaajien värähtelyt jakautuvat suurten lukujen lain mukaisesti ajan myötä, mikä tekee kuormasta tasaisemman.
Pakettikytkentä voidaan jakaa yhteydettömään pakettikytkentään, joka tunnetaan myös nimellä datagrammikytkentä, ja yhteyslähtöiseen pakettikytkentään, joka tunnetaan myös nimellä virtuaalipiirikytkentä. Esimerkkejä yhteydettömistä järjestelmistä ovat Ethernet , Internet Protocol (IP) ja User Datagram Protocol (UDP) . Yhteyssuuntautuneisiin järjestelmiin kuuluvat X.25 , Frame Relay , Multiprotocol Label Switching (MPLS) ja Transmission Control Protocol (TCP) .
Yhteydettömässä tilassa jokainen paketti on merkitty kohdeosoitteella, lähdeosoitteella ja porttinumeroilla. Se voi sisältää myös pakkauksen sarjanumeron. Nämä tiedot annetaan ennalta määritetyssä polussa, jotta paketti löytää tiensä määränpäähänsä, mutta se tarkoittaa, että paketin otsikossa tarvitaan enemmän tietoa, joka siksi kasvaa. Paketit reititetään yksitellen, joskus eri reittejä pitkin, mikä johtaa epäjärjestyksessä toimitukseen. Kohteessa alkuperäinen viesti voidaan koota takaisin oikeassa järjestyksessä pakettien järjestysnumeroiden perusteella. Siten tavuvirtaa kuljettava virtuaalipiiri tarjotaan sovellukselle siirtokerroksen protokollalla, vaikka verkko tarjoaa vain yhteydettömän verkkokerroksen palvelun.
Yhteyssuuntautunut lähetys vaatii asetusvaiheen viestintäparametrien asettamiseksi ennen kuin mitään pakettia lähetetään. Konfiguroinnissa käytettyjen signalointiprotokollien avulla sovellus voi asettaa omat vaatimuksensa ja löytää linkin parametrit. Palveluparametrien kelvollisista arvoista voidaan neuvotella. Lähetetyt paketit voivat sisältää yhteystunnisteen osoitetietojen sijaan, ja paketin otsikko voi olla pienempi, koska sen tarvitsee sisältää vain tämän koodin ja tiedot, kuten pituuden, aikaleiman tai järjestysnumeron, joka vaihtelee paketista toiseen. Tässä tapauksessa osoitetiedot lähetetään kullekin solmulle vain yhteydenmuodostusvaiheessa, kun reitti kohteeseen löydetään ja jokaisessa verkkosolmussa, jonka kautta yhteys kulkee, lisätään merkintä kytkentätaulukkoon. Kun yhteystunnusta käytetään, solmun on etsittävä yhteystunnus taulukosta paketin reitittämiseksi.
Yhteyssuuntautuneet siirtokerroksen protokollat, kuten TCP , tarjoavat yhteyssuuntautuneita palveluita yhteydettömässä ydinverkossa. Tässä tapauksessa päästä päähän -yhteysperiaate edellyttää, että pääsolmut, ei itse verkko, ovat vastuussa yhteyssuuntautuneesta käyttäytymisestä.
Pakettikytkentää käytetään optimoimaan digitaalisissa tietoliikenneverkoissa, kuten tietokoneverkoissa, käytettävissä olevan kaistanleveyden käyttöä ja minimoimaan lähetysviiveet (aika, joka kuluu tiedon siirtämiseen verkon kautta) ja parantamaan viestinnän luotettavuutta.
Pakettikytkentää käytetään Internetissä ja useimmissa paikallisverkoissa. Internet on toteutettu Internet Protocol Suite -ohjelmistolla käyttämällä erilaisia linkkikerroksen teknologioita. Esimerkiksi Ethernet ja Frame Relay ovat yleisiä. Myös uudet matkapuhelintekniikat (esim. GSM, LTE) käyttävät pakettikytkentää. Pakettikytkentä liittyy yhteydettömiin verkkoihin, koska nämä järjestelmät eivät vaadi yhteyssopimusta kommunikoivien osapuolten välillä ennen tietojen vaihtoa.
X.25 hyödyntää laajasti pakettikytkentää, koska huolimatta siitä, että se perustuu pakettikytkentätekniikoihin, se tarjoaa virtuaalisia piirejä käyttäjälle. Nämä virtuaalipiirit kuljettavat vaihtelevan pituisia paketteja. Vuonna 1978 X.25 tarjosi ensimmäisen kansainvälisen kaupallisen pakettikytkentäisen verkon, International Packet Switched Servicen (IPSS). Asynchronous Transfer Mode (ATM) on myös virtuaalipiiritekniikka, joka käyttää pakettikytkentää kiinteäpituisten solujen välittämiseen.
Tekniikat, kuten Multiprotocol Label Switching (MPLS) ja Resource Reservation Protocol (RSVP) , luovat virtuaalisia piirejä datagrammiverkkojen yli. MPLS:ää ja sen edeltäjiä sekä ATM:ää on kutsuttu "fast packet" -tekniikoiksi. MPLS:ää on todellakin kutsuttu "soluttomaksi pankkiautomaatiksi". Virtuaalipiirit ovat erityisen hyödyllisiä luotaessa kestäviä vikasietojärjestelmiä ja kaistanleveyden varaamista viiveherkille sovelluksille.
Pakettikytkentäisten verkkojen historia voidaan jakaa kolmeen päällekkäiseen aikakauteen: varhaiset verkot ennen X.25:tä ja OSI-malli, X.25 -aikakausi , jolloin monet posti-, puhelin- ja lennätinyritykset käyttivät verkkoja, joissa oli X.25-liitännät. ja Internetin aikakausi.
Varhaiset verkotPakettikytkentätutkimus National Physical Laboratoryssa (NPL) alkoi ehdotuksella laajakaistaverkkoa varten vuonna 1965 [2] ja paikallisverkkoa vuonna 1966. [28] Rahoituksen ARPANETille varmisti vuonna 1966 Bob Taylor, ja suunnittelu alkoi vuonna 1967, kun hän palkkasi Larry Robertsin. NPL-verkko, ARPANET ja SITA HLN aloittivat toimintansa vuonna 1969. Ennen X.25:n käyttöönottoa vuonna 1973 [29] oli kehitetty noin kaksikymmentä erilaista verkkoteknologiaa. Kaksi perustavanlaatuista eroa oli toimintojen ja tehtävien jaossa verkon reunalla ja verkon ytimen solmuissa. Päästä päähän -datagrammijärjestelmässä isännät ovat vastuussa siitä, että paketit toimitetaan järjestyksessä. Virtuaalipuhelujärjestelmässä verkko takaa tasaisen tiedon toimituksen isännälle. Tämä johtaa yksinkertaisempaan isäntäliittymään, mutta monimutkaistaa verkkoa. X.25-protokollapaketti käyttää tämäntyyppistä verkkoa.
AppleTalk on Applen vuonna 1985 kehittämä verkkoprotokollapaketti Apple Macintosh -tietokoneille . Se oli tärkein Applen laitteiden käyttämä protokolla 1980- ja 1990-luvuilla. AppleTalk sisälsi ominaisuuksia, jotka mahdollistivat lähiverkkojen perustamisen ilman keskitettyä reititintä tai palvelinta. AppleTalk-järjestelmä määrittää automaattisesti osoitteet, päivittää varatun nimitilan ja määrittää tarvittavan verkkojen välisen reitityksen. Se oli plug-n-play-järjestelmä.
AppleTalk-toteutuksia on julkaistu myös IBM PC:lle ja yhteensopiville laitteille sekä Apple IIGS:lle. AppleTalk-tuki oli saatavilla useimmissa verkkotulostimissa, erityisesti lasertulostimissa, joissakin tiedostopalvelimissa ja reitittimissä. AppleTalk lopetettiin vuonna 2009 ja korvattiin TCP/IP-protokollalla.
ARPANET oli Internetin kantaverkko ja yksi ensimmäisistä verkoista SATNET ARPA:n ohella, joka käytti TCP/IP-pakettia pakettikytkentätekniikoilla.
BNRNET on Bell-Northern Researchin kehittämä verkko sisäiseen käyttöön. Sillä oli alun perin vain yksi isäntä, mutta se oli suunniteltu tukemaan monia isäntiä. BNR antoi myöhemmin merkittävän panoksen CCITT X.25 -projektiin.
CYCLADES - pakettikytkentäinen verkko oli ranskalainen tutkimusverkko, jonka suunnitteli ja hallinnoi Louis Pouzin . Se esiteltiin ensimmäisen kerran vuonna 1973, ja se kehitettiin etsimään vaihtoehtoja varhaiselle ARPANET-suunnittelulle ja tukemaan verkkotutkimusta yleensä. Se oli ensimmäinen verkko, joka käytti päästä päähän -yhteysperiaatetta ja asetti vastuun luotettavasta tiedon toimituksesta isännille itse verkon sijaan. Tämän verkon konseptit vaikuttivat ARPANETin myöhempään arkkitehtuuriin.
DECnet on Digital Equipment Corporationin luoma verkkoprotokollapaketti, joka julkaistiin alun perin vuonna 1975 kahden PDP-11-minitietokoneen yhdistämiseen. Se kehittyi yhdeksi ensimmäisistä peer-to-peer-verkkoarkkitehtuureista, mikä teki DEC:stä tehokkaan verkkokeskuksen 1980-luvulla. Se rakennettiin alun perin kolmikerroksiseksi, mutta myöhemmin (1982) se kehittyi seitsemänkerroksiseksi OSI-yhteensopivaksi verkkoprotokollaksi. DECnet-protokollat on kokonaan kehittänyt Digital Equipment Corporation. DECnet Phase II (ja uudemmat) olivat kuitenkin avoimia standardeja, joissa oli julkaistut tekniset tiedot, ja useita toteutuksia kehitettiin DEC:n ulkopuolella, mukaan lukien Linuxille.
DDX-1 oli Nippon PTT:n kokeellinen verkko. Tämä on sekakytkentää ja pakettikytkentää. Se korvattiin DDX-2:lla.
European Informatics Network ( EIN ), alun perin nimeltään COST 11, oli vuonna 1971 aloitettu projekti, jonka tarkoituksena oli yhdistää verkkoja Isossa-Britanniassa, Ranskassa, Italiassa, Sveitsissä ja Euratomissa. Verkkoprotokollien tutkimukseen osallistui myös kuusi muuta Euroopan maata. Derek Barber johti projektia ja Roger Scantlebury johti Yhdistyneen kuningaskunnan teknistä panosta; molemmat olivat NPL:stä. Työ aloitettiin vuonna 1973 ja se aloitti toimintansa vuonna 1976 sisältäen solmut, jotka yhdistävät NPL-verkon ja CYCLADESin. EIN-siirtoprotokolla oli kansainvälisen verkkotyöryhmän hyväksymän protokollan perusta. EIN korvattiin Euronetilla vuonna 1979.
EPSS (Experimental Packet Switched Service ) oli Yhdistyneen kuningaskunnan postitoimiston kokeilu, joka perustui Yhdistyneen kuningaskunnan akateemisen yhteisön vuonna 1975 määrittelemiin värikirjaprotokolliin. Se oli Ison-Britannian ensimmäinen julkinen tietoverkko, kun se otettiin käyttöön vuonna 1977. Ferranti toimitti laitteistot ja ohjelmistot. Kanavan ohjausviestien käsittely (kuittaukset ja vuonohjaus) oli erilaista kuin useimmissa muissa verkoissa.
General Electric Information Services ( GEIS ), General Electric oli merkittävä kansainvälinen tietopalvelujen toimittaja. Yritys suunnitteli puhelinverkon alun perin sisäiseksi (vaikka maanosan laajuiseksi) puhelinverkoksi puheviestintää varten.
Vuonna 1965 Warner Sinbackin aloitteesta tähän puhepuhelinverkkoon perustuva dataverkko suunniteltiin yhdistämään neljä GE:n tietokonemyynti- ja palvelukeskusta (Schenectady, New York, Chicago ja Phoenix) helpottamaan tietokoneiden aikajakopalvelua.
Muutamaa vuotta myöhemmin kansainvälistymisen jälkeen GEIS perusti verkkotietokeskuksen lähelle Clevelandia Ohioon. Heidän verkostonsa sisäisistä yksityiskohdista on julkaistu hyvin vähän. Suunnittelu oli hierarkkinen redundanttien viestintälinjojen kanssa.
IPSANET oli puoliyksityinen verkko, jonka IP Sharp Associates rakensi aikajakoasiakaspalveluun. Se otettiin käyttöön toukokuussa 1976.
Internetwork Packet Exchange ( IPX ) ja Sequential Packet Exchange ( SPX ) ovat Novellin verkkoprotokollia, jotka perustuvat Xerox Network Systemsin IDP- ja SPP-protokolliin. Niitä käytettiin pääasiassa verkoissa, joissa käytettiin Novell NetWare -käyttöjärjestelmiä.
Vuonna 1965 Donald Davis National Physical Laboratorysta (UK) kehitti ja ehdotti pakettikytkentään perustuvaa kansallista tiedonsiirtoverkkoa. Ehdotusta ei hyväksytty kansallisesti, mutta vuoteen 1967 mennessä pilottikokeilu osoitti pakettikytkentäisten verkkojen rakentamisen toteutettavuuden.
Vuoteen 1969 mennessä Davis alkoi rakentaa Mark I pakettikytkentäistä verkkoa vastatakseen monitieteisen laboratorion tarpeisiin ja testatakseen tekniikkaa kenttäolosuhteissa. Vuonna 1976 yhdistettiin 12 tietokonetta ja 75 päätelaitetta, ja lisää lisättiin, kunnes verkko vaihdettiin vuonna 1986. NPL, jota seurasi ARPANET, olivat kaksi ensimmäistä verkkoa, jotka käyttivät pakettikytkentää ja yhdistettiin toisiinsa 1970-luvun alussa.
Octopus oli Lawrence Livermore National Laboratoryn paikallisverkko. Hän yhdisti useita laboratorion isäntiä interaktiivisiin päätelaitteisiin ja erilaisiin tietokoneiden oheislaitteisiin, mukaan lukien massamuistijärjestelmä.
Philips Research Laboratories Redhillissä Surreyssa kehitti pakettivälitteisen verkon sisäiseen käyttöön. Se oli datagrammiverkko, jossa oli yksi kytkentäsolmu.
PARC Universal Package ( PUP tai Pup) oli yksi kahdesta ensimmäisestä Internet-protokollapaketista; sen loivat Xerox PARC -tutkijat 1970-luvun puolivälissä. Koko paketti tarjoaa pakettien reitityksen ja jakelun sekä korkeamman tason ominaisuuksia, kuten luotettavan tavusuoratoiston, sekä lukuisia sovelluksia. Jatkokehitys johti Xerox Network Systemsin (XNS) syntymiseen.
RCP oli ranskalaisen PTT :n luoma kokeellinen verkko . Sitä käytettiin hankkimaan kokemusta pakettikytkentätekniikasta ennen kuin TRANSPAC-spesifikaatio jäädytettiin. RCP oli virtuaalinen piiriverkko, toisin kuin CYCLADES, joka perustui datagrammeihin. RCP korostaa pääte-isäntä- ja pääte-pääte-yhteyksiä; CYCLADES huolehti isäntien välisestä viestinnästä. TRANSPAC esiteltiin X.25-verkkona. RCP vaikutti X.25-spesifikaatioon.
Red Especial de Transmisión de Datos on Compañía Telefónica Nacional de Españan kehittämä verkko. Hän ansaitsi vuonna 1972 ja hänestä tuli ensimmäinen julkinen verkko.
”Kokeellinen skandinaavinen pakettikytkentäinen tietoliikenneverkko SCANNET otettiin käyttöön Skandinavian teknisissä kirjastoissa 1970-luvulla ja se sisälsi ensimmäisen skandinaavisen e-zine Extemplon. Kirjastot olivat myös ensimmäisten joukossa yliopistoissa, jotka asensivat mikrotietokoneita julkiseen käyttöön 1980-luvun alussa.
SITA on lentoyhtiöiden yhteenliittymä. Sen korkean tason verkko otettiin käyttöön vuonna 1969 suunnilleen samaan aikaan kuin ARPANET. Se kuljetti interaktiivista liikennettä ja viestien vaihtoliikennettä. Kuten monissa ei-akateemisissa verkostoissa, siitä on julkaistu hyvin vähän.
System Network Architecture ( SNA ) on IBM:n vuonna 1974 luoma verkkoarkkitehtuuri. IBM-asiakas voi ostaa laitteistoja ja ohjelmistoja IBM:ltä ja vuokrata yksityisiä linjoja yhteiseltä operaattorilta yksityisen verkon rakentamiseksi.