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!
Источник
Принципы пакетной передачи.
Режимы передачи данных. Любая коммуникационная сеть должна включать следующие основные компоненты: передатчик, сообщение, средства передачи, приемник.
Передатчик — устройство, являющееся источником данных. Приемник — устройство, принимающее данные.
Приемником могут быть компьютер, терминал или какое-либо цифровое устройство.
Сообщение — цифровые данные определенного формата, предназначенные для передачи.
Это может быть файл базы данных, таблица, ответ на запрос, текст или изображение.
Средства передачи — физическая передающая среда и специальная аппаратура, обеспечивающая передачу сообщений.
Для характеристики процесса обмена сообщениями в вычислительной сети по каналам связи используются следующие понятия: режим передачи, код передачи, тип синхронизации.
Существуют три режима передачи: симплексный, полудуплексный и дуплексный.
Симплексный режим – передача данных только в одном направлении. Примером симплексного режима передачи является система, в которой информация, собираемая с помощью датчиков, передается для обработки на ЭВМ. В вычислительных сетях симплексная передача практически не используется.
Полудуплексный режим — попеременная передача информации, когда источник и приемник последовательно меняются местами.
Пример работы в полудуплексном режиме – разведчик, передающий в Центр информацию, а затем принимающий инструкции из Центра.
Дуплексный режим – одновременные передача и прием сообщений. Дуплексный режим является наиболее скоростным режимом работы и позволяет эффективно использовать вычислительные возможности быстродействующих ЭВМ в сочетании с высокой скоростью передачи данных по каналам связи. Пример дуплексного режима – телефонный разговор.
Способы передачи цифровой информации. Цифровые данные по проводнику передаются путем смены текущего напряжения: нет напряжения — «0», есть напряжение – «1». Существуют два способа передачи информации по физической передающей среде: цифровой и аналоговый.
При цифровом или узкополосном способе передачи данные передаются в их естественном виде на единой частоте. Узкополосный способ позволяет передавать только цифровую информацию, обеспечивает в каждый данный момент времени возможность использования передающей среды только двумя пользователями и допускает нормальную работу только на ограниченном расстоянии (длина линии связи не более 1000 м). В то же время узкополосный способ передачи обеспечивает высокую скорость обмена данными – до 10 Мбит/с и позволяет создавать легко конфигурируемые вычислительные сети. Подавляющее число локальных вычислительных сетей использует узкополосную передачу.
Аналоговый способ передачи цифровых данных (рис. 6.11) обеспечивает широкополосную передачу за счет использования в одном канале сигналов различных несущих частот.
Пакетная передача данных – это фундаментальная техника передачи данных по одной линии связи между множеством компьютеров.
Если несколько компьютеров делят между собой один и тот же ресурс (принтер, локальную сеть, базу данных и прочее), то такой ресурс называют разделенным. При этом возникает вопрос, как правильно распределить этот совместно используемый ресурс, чтобы «всем досталось поровну»? Для разделенных сетей передачи данных этот вопрос решается благодаря передаче данных с помощью пакетов.
Действительно, как быть, если по одной и той же сети (в смысле – линии связи) от компьютера A к компьютеру B надо передать один файл, а от компьютера C компьютеру D надо передать другой файл? Можно дождаться окончания передачи от A к B, и затем приступить к передаче от C к D. Но если к сети подключено много компьютеров, а не четыре, то тогда такие ожидания могут длиться часами.
Альтернатива – ограничить количество данных, которые компьютер может послать единовременно. Для этого компьютеры должны разбивать передаваемую информацию на очень мелкие порции (пакеты), подписывать на каждом пакете имена отправителя и адресата, и по очереди отправлять в сеть свои пакеты. Сеть становится конвейером, по которому каждый компьютер имеет поочередный доступ: когда подходит очередь до конкретного компьютера, он отсылает один пакет и передает эстафету другому. Такая идея называется коммутацией пакетов, а порция данных, отсылаемая в единицу времени, называется пакетом.
Пакетную передачу данных используют сеть Интернет, локальные и территориально-распределенные сети. Каждый компьютер в таких сетях имеет свой уникальный номер, называемый адресом. Для правильной адресации в каждый пакет включаются адреса отправляющего и принимающего компьютера.
Источник
Принципы пакетной передачи данных
Коммутация пакетов
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.
Источник
