Что такое пакетная передача данных
Перейти к содержимому

Что такое пакетная передача данных

  • автор:

Что такое пакетная передача данных

3.1.4.2 Пакетная коммуникация

3.1.4.2 Пакетная коммуникация

Пакетной коммутацией называется способ пердачи данных, при котором передаваемое сообщение разбивается на несколько специально оформленных порций — пакетов, каждый из которых передаётся независимо. При этом пакеты могут перемещаться от передатчика к получателю различными путями. В отличие от канальной коммутации в сеть работает по принципу «сохрани и передай». Прежде, чем передать дальше, узел сети сохраняет принятый пакет. При таком способе передачи данных имеется несколько преимуществ, поскольку он даёт возможность лучше использовать свободные ресурсы, разделяя их между различными одновременными сеансами передачи. При пакетной коммутации отсутствует задержка связанная с созданием сеанса связи, однако следует иметь в виду с известными затратами времени на машрутизацию пакетов различными путями предлагаемыми узлами сети.

Рисунок STYLEREF 1 \s 3 ‑ SEQ Joonis \* ARABIC \s 1 6 . Пакетная коммуникация (Источник: Learning Materials for EUCIP)

При пакетной коммутации имеется конкуренция между различными соединениями за ресурсы и возможна ситуация, когда требование ресурсов превысит пропускную способность канала, и образуется «пробка». В этом случае пакеты ждут своей очереди на передачу. Когда очередь превосходит предельные размеры отведённую для неё, возможна даже потеря отдельных пакетов. Чтобы избежать этого необходимы специальные протоколы (например, TCP — Transport Control Protocol), чтобы гарантировать надёжность соединения, требуя в случае потери пакета его новой передачи.

Принципы пакетной передачи данных

Под коммутацией в сетях передачи данных понимается совокупность операций, обеспечивающих в узлах коммутации передачу информации между входными и выходными устройствами в соответствии с указанным адресом.

При коммутации пакетов (КП) передаваемое сообщение разбивается на меньшие части, называемые пакетами, каждый из которых имеет установленную максимальную длину. Пакеты снабжаются служебной информацией, необходимой для доставки пакета, и передаются по сети.

Каждый пакет снабжается следующей служебной информацией (заголовком):

  • коды начала и окончания пакета,
  • адреса отправителя и получателя,
  • номер пакета в сообщении,
  • информация для контроля достоверности передаваемых данных в промежуточных узлах связи и в пункте назначения.

Множество пакетов одного и того же сообщения может передаваться одновременно. Приемник в соответствии с заголовками пакетов выполняет сборку пакетов в исходное сообщение и отправляет его получателю. Благодаря возможности не накапливать сообщения целиком, в узлах коммутации не требуется внешних запоминающих устройств, следовательно, можно вполне ограничиться оперативной памятью, а в случае ее переполнения использовать различные механизмы задержки передаваемых пакетов в местах их генерации.

Части одного и того же сообщения могут в одно и то же время находиться в различных каналах связи, более того: когда начало сообщения уже принято, его конец отправитель может еще даже не передавать в канал.

При пакетной коммутации приходится находить компромиссное решение, удовлетворяющее двум противоречивым требованиям:
— уменьшение задержки пакета в сети, обеспечиваемое уменьшением его длины;
— обеспечение повышения эффективности передачи информации, достигаемое, наоборот, увеличением длины пакета (при малой длине пакета длина его заголовка становится неприемлемо большой, что снижает экономическую эффективность передачи).

В сети с пакетной коммутацией максимальный размер пакета устанавливается на основе 3-х факторов:
— распределение длин пакетов,
— характеристика среды передачи (главным образом, скорость передачи),
— стоимость передачи.
Для каждой передающей среды выбирается свой оптимальный размер пакета.

Процесс передачи данных в сети с коммутацией пакетов

Процесс передачи данных в сети с КП можно представить в виде следующей последовательности операций:

  • вводимое в сеть сообщение разбивается на части — пакеты, содержащие адрес конечного пункта получателя;
  • в узле КП пакет запоминается в оперативной памяти (ОЗУ) и по адресу определяется канал, по которому он должен быть передан;
  • если этот канал связи с соседним узлом свободен, то пакет немедленно передается на соседний узел КП, в котором повторяется та же операция;
  • если канал связи с соседним узлом занят, то пакет может какое-то время храниться в ОЗУ до освобождения канала;
  • сохраняемые пакеты помещаются в очередь по направлению передачи, причем длина очереди не превышает 3-4 пакета; если длина очереди превышает допустимую, пакеты стираются из ОЗУ и их передача должна быть повторена.

Пакеты, относящиеся к одному сообщению, могут передаваться по разным маршрутам в зависимости от того, по какому из них в данный момент они с наименьшей задержкой могут пойти к адресату. В связи с тем, что время прохождения по сети пакетов одного сообщения может быть различным (в зависимости от маршрута и задержки в узлах коммутации), порядок их перехода к получателю может не соответствовать порядку пакетов.

Методы пакетной коммутации

Существует два метода пакетной коммутации: дейтаграммный (датаграммный) и способ виртуальных соединений.

Дейтаграммный метод

Этот метод эффективен для передачи коротких сообщений. Он не требует громоздкой процедуры установления соединения между абонентами.

Термин «дейтаграмма» (датаграмма, datagram ) применяют для обозначения самостоятельного пакета, движущегося по сети независимо от других пакетов. Пакеты доставляются получателю различными маршрутами. Эти маршруты определяются сложившейся динамической ситуаций на сети. Каждый пакет снабжается необходимым служебным маршрутным признаком, куда входит и адрес получателя.

Пакеты поступают на прием не в той последовательности, в которой они были переданы, поэтому приходится выполнять функции, связанные со сборкой пакетов. Получив дейтаграмму, узел коммутации направляет ее в сторону смежного узла, максимально приближенного к адресату. Когда смежный узел подтверждает получение пакета, узел коммутации стирает его в своей памяти. Если подтверждение не получено, узел коммутации отправляет пакет в другой смежный узел, и так до тех пор, пока пакет не будет отправлен.

Все узлы, окружающие данный узел коммутации, ранжируются по степени близости к адресату, и каждому присваивается 1, 2 и т.д. ранг. Пакет сначала посылается в узел первого ранга, при неудаче — в узел второго ранга и т.д. Эта процедура называется алгоритмом маршрутизации. Существуют алгоритмы, когда узел передачи выбирается случайно, и тогда каждая дейтаграмма будет идти по случайной траектории.

Виртуальный метод

Этот метод предполагает предварительное установление маршрута передачи всего сообщения от отправителя до получателя с помощью специального служебного пакета — запроса вызова.

Для этого пакета выбирается маршрут, который в случае согласия получателя этого пакета на соединение закрепляется для прохождения по нему всего трафика. Пакет запроса на соединение как бы прокладывает через сеть путь , по которому пойдут все пакеты, относящиеся к этому вызову.

Метод называется виртуальным потому, что здесь не коммутируется реальный физический тракт (как, например, в телефонной сети), а устанавливается логическая связка между отправителем и получателем, — т.е. коммутируется виртуальный (воображаемый) тракт.

В виртуальной сети абоненту-получателю направляется служебный пакет, прокладывающий виртуальное соединение. В каждом узле этот пакет оставляет распоряжение вида: пакеты k -го виртуального соединения, пришедшие из i -го канала, следует направлять в j -й канал. Тем самым виртуальное соединение существует только в памяти управляющего компьютера. Дойдя до абонента-получателя, служебный пакет запрашивает у него разрешение на передачу, сообщив, какой объем памяти понадобится для приема. Если его компьютер располагает такой памятью и свободен, то посылается согласие абоненту-отправителю на передачу сообщения. Получив подтверждение, абонент-отправитель приступает к передаче сообщения обычными пакетами.

Пакеты беспрепятственно проходят друг за другом по виртуальному соединению и в том же порядке попадают абоненту-получателю, где, освободившись от заголовков и концевиков, образуют передаваемое сообщение.

Виртуальное соединение может существовать до тех пор, пока отправленный одним из абонентов специальный служебный пакет не сотрет инструкции в узлах.

Режим виртуальных соединений эффективен при передаче больших массивов информации.

Преимущества режима виртуальных соединений перед дейтаграммным заключается в обеспечении упорядоченности пакетов, поступающих в адрес получателя, и сравнительной простоте управления потоком данных вдоль маршрута в целях ограничения нагрузки в сети, в возможности предварительного резервирования ресурсов памяти на узлах коммутации.

К недостаткам следует отнести отсутствие воздействия изменившейся ситуации в сети на маршрут, который не корректируется до конца связи. Виртуальная сеть в значительно меньшей степени подвержена перегрузкам и зацикливанию пакетов, за что приходится платить худшим использованием каналов и большей чувствительностью к изменению топологии сети.

Пакетная связь

Сооружения, техника, технологии, материалы

Паке́тная связь, система связи, в которой передаваемые (например, посредством электрических сигналов ) сообщения разбиваются на пакеты (небольшие блоки определённого формата ), каждый из которых снабжается заголовком, содержащим адрес доставки и другую служебную информацию.

Система связи при этом представляет собой не традиционные, коммутируемые между двумя абонентами каналы связи (обеспечивающие прямое физическое соединение между двумя узлами только в течение сеанса связи), а т. н. облако из каналов связи между всеми абонентами. Пути передачи пакета могут быть различны (обычно выбирается наиболее оптимальный маршрут на данный момент времени). В приёмнике из полученных пакетов (исключая заголовок) формируется выходной сигнал , соответствующий передаваемому. О приёме каждого пакета по обратному каналу связи посылается подтверждение (при необходимости передача пакета повторяется до получения подтверждения). Поскольку время распространения сигнала по каналам связи разной протяжённости различно, в приёмнике применяют буферную память для временного хранения пакетов.

Пакетный принцип передачи данных, разработанный в 1960-х гг. для эффективной передачи радиосигналов при управлении противоракетными комплексами, впоследствии стали применять в телефонии , звуковом и телевизионном вещании , компьютерных сетях и др. Данный принцип лёг в основу технологии построения и функционирования Интернета .

Основными недостатками пакетной связи являются временны́е задержки пакетов в сети связи (что особенно затрудняет передачу аудио- и видеоинформации), а также часто нерациональное увеличение пропускной способности системы и чрезмерная универсализация различных оказываемых услуг связи, приводящие к перегрузке системы, снижению её устойчивости к внешним воздействиям, понижению качества предоставляемых услуг.

Опубликовано 5 декабря 2022 г. в 19:28 (GMT+3). Последнее обновление 5 декабря 2022 г. в 19:28 (GMT+3). Обратная связь

Информация

Сооружения, техника, технологии, материалы

Области знаний: Сетевые технологии

  • Научно-образовательный портал «Большая российская энциклопедия»
    Свидетельство о регистрации СМИ ЭЛ № ФС77-84198,
    выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор) 15 ноября 2022 года.
    ISSN: 2949-2076
  • Учредитель: Автономная некоммерческая организация «Национальный научно-образовательный центр «Большая российская энциклопедия»
    Главный редактор: Кравец С. Л.
    Телефон редакции: +7 (495) 917 90 00
    Эл. почта редакции: secretar@greatbook.ru
  • © АНО БРЭ, 2022 — 2023. Все права защищены.
  • Условия использования информации. Вся информация, размещенная на данном портале, предназначена только для использования в личных целях и не подлежит дальнейшему воспроизведению.
    Медиаконтент (иллюстрации, фотографии, видео, аудиоматериалы, карты, скан образы) может быть использован только с разрешения правообладателей.
  • Условия использования информации. Вся информация, размещенная на данном портале, предназначена только для использования в личных целях и не подлежит дальнейшему воспроизведению.
    Медиаконтент (иллюстрации, фотографии, видео, аудиоматериалы, карты, скан образы) может быть использован только с разрешения правообладателей.

ПАКЕТНАЯ ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ

Вся информация, передаваемая по сети: файлы, звук, видео и т. д., представляет собой массив цифровых данных. На исходном сервере эти данные (например, HTML-код просматриваемой вами страницы) «разрезаются» на отдельные «порции» заранее оговоренной длины (например, по 256 байт), причем каждая из них снабжается индивидуальным «заголовком». Такая «порция» и называется пакетом .

В «заголовке» содержится информация о месте назначения (адрес, под которым компьютер пользователя, запросившего этот файл, числится в Интернете), об имени файла, к которому принадлежит этот пакет, и о порядковом номере данного пакета (то есть о том, из какого места данного файла он был «вырезан»), а также контрольная сумма — некое число, служащее для проверки правильнос ти передачи.

Пакеты пересылаются по сети Интернет, иногда даже по разным маршрутам, зависящим от загруженности тех или иных линий связи. Маршрут следования каждого пакета определяют специальные компьютеры — IP-маршрутизаторы . Такая технология передачи данных называется динамической маршрутизацией . На пользовательском компьютере для каждого пакета после его получения подсчитывается отдельно друг от друга контрольная сумма и сверяется с тем значением, которое хранится в заголовке. Если два значения контрольной суммы совпадают, то пакет считается принятым без ошибок. В противном случае он повторно запрашивается с сервера (только этот пакет, а не весь файл целиком!). Когда же все пакеты «в сборе», они автоматически объединяются в файл, являющийся точной копией исходного.

Пользователь часто даже и не подозревает, какие сложные процессы совершаются, когда он просто просматривает в Интернете выбранную им страничку!

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *