Способ передачи данных малыми порциями пакетами называется

Способы передачи пакетов. Дейтаграммная передача. Виртуальный канал.

Пакеты в сети могут передаваться двумя способами:

· путем формирования «виртуального канала».

При дейтаграммном способепакеты одного и того же сообщения могут передаваться между двумя взаимодействующими пользователями по разным маршрутам. В результате такого способа передачи все пакеты приходят в конечный узел сети в разное время и в произвольной последовательности. Пакеты одного и того же сообщения, рассматриваемые в каждом узле сети как самостоятельные независимые единицы данных и передаваемые разными маршрутами, называются дейтаграммами (datagram). В узлах сети для каждой дейтаграммы всякий раз определяется наилучший путь передачи в соответствии с выбранной метрикой маршрутизации, не зависимо от того, по какому пути переданы были предыдущие дейтаграммы с такими же адресами назначения (получателя) и источника (отправителя).

Дейтаграммный способ передачи пакетов может быть реализован:

· без установления соединения между абонентами сети;

· с установлением соединения между взаимодействующими абонентами сети.

В последнем случае между взаимодействующими абонентами предварительно устанавливается соединение путём обмена служебными пакетами: «запрос на соединение» и «подтверждение соединения», означающее готовность принять передаваемые данные. В процессе установления соединения могут «оговариваться» значения параметров передачи данных, которые должны выполняться в течение сеанса связи. После установления соединения отправитель начинает передачу, причём пакеты одного и того же сообщения могут передаваться разными маршрутами, то есть дейтаграммным способом. По завершении сеанса передачи данных выполняется процедура разрыва соединения путём обмена служебными пакетами: «запрос на разрыв соединения» и «подтверждение разрыва соединения». Описанная процедура передачи пакетов с установлением соединения иллюстрируется на диаграмме.

· простота организации и реализации передачи данных – каждый пакет (дейтаграмма) сообщения передаётся независимо от других пакетов;

· в узлах сети для каждого пакета выбирается наилучший путь (маршрут);

· передача данных может выполняться как без установления соединения между взаимодействующими абонентами, так и при необходимости с установлением соединения.

· необходимость сборки сообщения в конечном узле: сообщение не может быть передано получателю, пока в конечном узле сети не соберутся все пакеты данного сообщения, поэтому в случае потери хотя бы одного пакета сообщение не сможет быть сформировано и передано получателю;

· при длительном ожидании пакетов одного и того же сообщения в конечном узле может скопиться достаточно большое количество пакетов сообщений, собранных не полностью, что требует значительных затрат на организацию в узле буферной памяти большой ёмкости;

· для предотвращения переполнения буферной памяти узла время нахождения (ожидания) пакетов одного и того же сообщения в конечном узле ограничивается, и по истечении этого времени все поступившие пакеты не полностью собранного сообщения уничтожаются, после чего выполняется запрос на повторную передачу данного сообщения; это приводит к увеличению нагрузки на сеть и, как следствие, к снижению её производительности, измеряемой количеством сообщений, передаваемых в сети за единицу времени.

Виртуальный канал

Способ передачи пакетов «виртуальный канал»заключается в формировании единого «виртуального» канала на время взаимодействия абонентов для передачи всех пакетов сообщения. Этот способ реализуется с использованием предварительного установления соединения между взаимодействующими абонентами, в процессе которого формируется наиболее рациональный единый для всех пакетов маршрут, по которому, в отличие от дейтаграммного способа, все пакеты сообщения передаются в естественной последовательности.

Пакеты П1, П2 и П3 сообщения передаются в естественной последовательности от пользователя А к пользователю В по предварительно созданному виртуальному каналу через узлы У1-У4-У7. Виртуальный канал, как и реальный физический канал в случае коммутации каналов, существует только в течение сеанса связи, при этом ресурсы реальных каналов связи (пропускная способность) и узлов сети (буферная память), находящихся на маршруте, резервируются на всё время сеанса.

«Виртуальной канал» реализуется с промежуточным хранением пакетов в узлах сети, в то время как коммутация каналов реализуется без промежуточного хранения передаваемых пакетов за счёт создания реального (а не виртуального) физического канала между абонентами сети.

· меньшие задержки в узлах сети, обусловленные резервированием ресурсов, и прежде всего пропускной способности каналов связи, в процессе установления соединения;

· небольшое время ожидания в конечном узле для сборки всего сообщения, поскольку пакеты передаются последовательно друг за другом по одному и тому же маршруту (виртуальному каналу), и вероятность того, что какой-либо пакет «заблудится» в результате неудачно выбранного маршрута или его время доставки окажется слишком большим, как это может произойти при дейтаграммном способе, близка к нулю;

· более эффективное использование буферной памяти промежуточных узлов за счёт её предварительного резервирования, а также буферной памяти в конечном узле в связи с небольшим временем ожидания прихода всех пакетов сообщения.

· наличие накладных расходов (издержек) на установление соединения;

· неэффективное использование ресурсов сети, поскольку они резервируются на всё время взаимодействия абонентов (сеанса) и не могут быть предоставлены другому соединению, даже если они в данный момент не используются.

Маршрутизация. Таблица маршрутизации. Модель маршрутизатора. Классификация методов маршрутизации. Простые методы маршрутизации. Методы фиксированной маршрутизации. Методы адаптивной маршрутизации.

Маршрутизация – одна из основных функций компьютерной сети, определяющая эффективность передачи данных. Проблема маршрутизации в компьютерных сетях аналогична проблеме организации автомобильного движения по улицам города и состоит в выборе в каждом узле сети направления передачи данных (выходного канала) из множества возможных направлений в соответствии с адресом назначения и с учётом требований, предъявляемых к качеству передачи. Очевидно, что наиболее просто маршрутизация реализуется в узлах с двумя каналами: данные, поступившие по одному каналу, автоматически направляются в другой канал узла.

Таблица маршрутизации

При наличии нескольких выходных каналов, по которым могут быть переданы данные, маршрутизация реализуется на основе таблицы маршрутизации, вид которой зависит от используемого в сети алгоритма маршрутизации. В простейшем случае каждому адресу назначения ставится в соответствие адрес следующего соседнего узла, к которому должен быть направлен пакет с указанным в заголовке адресом назначения. При наличии альтернативных маршрутов, например в многосвязных сетях, дополнительно могут быть указаны адреса других соседних узлов, через которые проходят альтернативные маршруты. При этом для каждого маршрута задаётся значение некоторой метрики, на основе которой выбирается тот или иной маршрут. В качестве метрики может использоваться расстояние до узла назначения, измеряемое, например, в хопах, пропускная способность соответствующего выходного канала связи и т.д.

Модель маршрутизатора

По входным каналам связи (ВхКС) пакеты с данными поступают во входной буфер (ВхБ) маршрутизатора. Центральный процессор (ЦП) последовательно анализирует заголовки пакетов и в соответствии с таблицей маршрутизации (ТМ) определяет направление передачи пакета и соответствующий выходной канал связи (ВыхКС). Затем пакет направляется в выходной буфер (ВыхБ) этого канала, где он ожидает освобождения канала, если последний занят передачей предыдущих пакетов. Пакеты, находящиеся в выходном буфере, образуют очередь перед каналом связи. Для дифференцированного обслуживания пакетов разных типов, имеющих разные требования к качеству обслуживания, выбор очередного пакета для передачи по каналу связи может осуществляться в соответствии с некоторой, например приоритетной, дисциплиной обслуживания.

Источник

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

Пакетная передача данных

Чаще пользователей интересуют сотовые сети. Второе поколение 2G существенно ускорило пакетную передачу данных. Ключом явилось использование технологии GPRS. Последующие стандарты, включая поколения 5G, считают исключительно надстройками. Сети предпочитают работать со структурированной информацией, добиваясь весомых преимуществ: повышение скорости, возможность коррекции ошибок, оптимизация логистики, постдоставка. Современный интернет – услуга сугубо пакетированная.

Пакет

Пакет – определённым образом сформированный объем данных, передаваемых сетью.

Почему использование упорядоченной структуры позволяет ускорить отправку? Информация будет передаваться небольшими порциями. Вместо частотной, временной коммутации каналов начинают применять пакетную. Аппаратура располагает большими возможностями автоматизации, оптимизации распределения ресурсов меж абонентами. Становится доступным назначить каждому устройству скорость, реализуя заявленные операторами тарифные планы.

Простейшее определение даёт журнал Наука и жизнь (№11, 2000):

• Сервер нарезает сформированную информацию порциями оговорённой длины. Снабжает посылки заголовком. Порция называется пакетом.

Направление в сети интернете выбирает IP-маршрутизатор. Мобильной связью заведуют базовые вышки. Сменяющиеся поколения пакетной передачи заставляют провайдеров модернизировать оборудование. Относиться легкомысленно нельзя – клиенты заклюют. Так Билайн, имевший подавляющее преимущество, отдал ветку первенства МТС. Мегафон идёт вдогонку. Сегодня выигрывает правильно избравший дорогу.

Структура

Преамбулу, формат определяет протокол. Последовательный порт RS-232 предусматривает наличие стартовых битов. Заголовок иногда содержит адрес абонента, обязательно присутствует полезная информация, опционально – контрольная. Длина пакета (MTU), измеряемая байтами, строго фиксирована. Меж посылками соблюдают интервал молчания. Антонимом называют непрерывную передачу информации последовательностью битов.

Структура слоёв OSI:

1. Второй (канальный, связи данных) – кадр.
2. Третий (данных) – пакет.
3. Четвёртый (транспортный) – датаграмма.

TCP-сегмент, являющийся составной частью датаграммы IP-протокола, содержит несколько пакетов, разбитых кадрами. Представление данных определено стандартом. PPP использует 8-битные байты, специальные элементы выступают разделителями. Эксперты, объясняя новичкам понятие пакета, предлагают модель письма:

1. Заголовок – эквивалент конверта.
2. Полезная информация – листок бумаги внутри.

Заголовок IP-пакета содержит следующие набор сведений:

1. Версия (IPv4, IPv6) – 4 бита.
2. Длина заголовка – 4 бита.
3. Приоритет (QoS) – 8 бит.
4. Длина пакета – 16 бит.
5. Слот идентификации группы – 16 бит.
6. 3 бита фрагментации:
   • Всегда нуль.
   • Допустимость разбиения на части.
   • Наличие иных частей текущего пакета, идущих следом.

Адрес

Сетевые пакеты снабжены двумя адресами:

Выявление/коррекция ошибок

Поддерживается различными слоями протокола. Распространённые методики контроля:

• Контрольная сумма.
• Бит чётности.
• Циклический код избыточности.

Иногда возможна модификация битых пакетов промежуточными звеньями передачи.

Счётчик прыжков

Встретив ошибку сети, пакет должен перестать бесцельно грузить сеть. Посланию назначают время жизни. Величина снижается каждой промежуточной точкой. Увидев нулевое время жизни, устройства уничтожают информацию. Сети Ethernet, лишённые возможности контролировать процесс аннулирования, подвергаются широковещательным штормам. Часть вызвана намеренной атакой хакеров.

Длина

Иногда размер указывают прямо, отдельные сети эксплуатируют принцип временного деления канала.

Приоритет

QoS стал притчей во языцех, отнимая 20% полосы пропускания сети, используемой для передачи приоритетных пакетов «срочно».

Полезная нагрузка

Непосредственно информационное сообщение, контрольная информация.

Примеры

Структурированные данные помогли увеличить производительность отдельных областей науки/техники.

Пакетный поток MPEG

Спецификация пакетированной передачи (PES) определена стандартом MPEG-2. Любопытный нюанс: использующие технологию программы ПК выполняют аналогичную работу, минуя сеть.

Заголовок

1. Старт-код:
   • Префикс длиной 3 байта – шестнадцатеричная единица.
   • Идентификатор потока длиной 1 байт – аудио, видео…
2. Длина пакета – 2 байта. Может быть нулевой, неопределённой для потоков видео.
3. Опциональный заголовок PES переменной длины.
4. Длина битов начинки.
5. Передаваемые данные.

Опциональный заголовок

1. Маркерные биты – 0х02.
2. Контроль шифрования. 0 – отсутствие скремблирования.
3. Приоритет – 1 бит.
4. Индикатор выравнивания – 1 бит. 1 – после заголовка непосредственно идёт информация.
5. Авторское право – 1 бит. 1 – защищённое произведение.
6. Оригинальность копии – 1 бит. 1 – содержит оригинал.
7. Индикатор PTS DTS – 2 бита. 11 – оба, 10 – PTS.
8. Флаг ESCR – 1 бит.
9. Флаг скорости ES – 1 бит.
10. Флаг режима DSM – 1 бит.
11. Флаг дополнительной копии информации – 1 бит.
12. Флаг CRC – 1 бит.
13. Флаг расширения – 1 бит.
14. Длина заголовка PES – 8 бит. Протяжённость оставшегося сегмента, имеющего переменную длину.
15. Опциональные поля.
16. Биты начинки – 0хff.

Технология призвана ускорить сети второго поколения сотовой связи. Пакетную передачу считают европейским ответом развитию концепции цифровой передачи CDPD (начало 90-х) и режиму i-mode. Основу GPRS составил разработанный ранее (1991-1993) стандарт CELLPAC. Пакетную передачу внедрили в 2000 году, окончив эпоху второго поколения сотовых сетей, создав пристройки:

Стандарт предполагает передачу IP-пакетов, реализуя туннельный протокол.

Функции

1. СМС.
2. ММС.
3. Мессенджеры.
4. P2P.
5. P2M.
6. Интернет.

Туннельный протокол

Группа протоколов специально предназначена доставлять пакеты посредством беспроводной связи. Используется сетями GSM, UMTS, LTE. LTE существенно увеличивает скорость, благодаря модернизации ядра сети, использованию сигнальных процессоров, структура пакетов наследуется от GPRS и HSPA. Система запрос-ответ блокирует лишний расход ресурсов. Предваряя отправку сообщения, точка оценивает доступность получателя, создаёт туннель – канал передачи информации. Словами 3GPP, туннельный протокол означает – вариант IPv6-интерфейса. Структурно образован тремя составляющими:

1. GTP-C (control). Функционирует сугубо внутри ядра сети. Управляет активацией, деактивацией, обновлением сессии, предоставляет QoS-приоритет. Создаёт, удаляет контекст PDP, определяет достижимость адресата.
2. GTP-U (user). Заведует переносом пакетов IPv4, IPv6, PPP меж ядрами сетей и средствами беспроводной связи.
3. GTP` (первичный). Управляет связью разрозненных частей сети.

Заголовок идентичен TCP/UDP. Пример версии 1:

1. Номер версии – 3 бита. GTPv1 = 1.
2. Тип протокола – 1 бит. GTP` = 0.
3. Зарезервировано – 1 бит. Должен быть 0.
4. Флаг расширения заголовка – 1 бит.
5. Флаг номера последовательности – 1 бит.
6. Флаг номера N-PDU – 1 бит.
7. Тип сообщения – 8 бит.
8. Длина сообщения 16 бит.
9. Идентификатор конечной точки – 32 бита.
10. Номер последовательности – 16 бит. Присутствует опционально. Содержание задаётся флагами.
11. Номер N-PDU – 8 бит. Присутствие задаётся флагами.
12. Тип заголовка следующего расширения – 8 бит.

Туннель позволяет менять абоненту местоположение, заведуя непрерывной передачей информации.

Туннель наводится меж узлами – точками, поддерживающими GPRS. Каждая снабжена входным Gn-интерфейсом. Имеются 2 глобальные разновидности:

1. Врата (шлюзовый узел). Главный компонент, разделяющий среду GPRS и внешнюю часть (интернет, Х.25…). Извне врата выглядят подсетью, укрывая подробности реализации протокола. Происходит двунаправленная конвертация пакетов PDP-IP. Здесь находится пул.
2. Служба (обслуживающий узел). Составная часть базовых станций, мобильного оборудования. Поддерживает GPRS, UMTS. Занимается выслеживанием других служб-оппонентов, поддерживает функции контроля доступа. Подключается к базовым станциям GERAN посредством интерфейсов Gb, Iu; UTRAN – Iu. Переносит пакеты беспроводными путями.

Точка доступа

Имеет несколько определений:

1. IP-сеть подключения.
2. Набор настроек, описывающих соединение.
3. Соответствующая опция телефонного аппарата.

После формирования телефоном PDP-пакета выбирается APN (имя точки доступа). Настройки вводят вручную, либо заказывают автоматические. Точка доступа заведует отправкой адресов ДНС-серверу, получением адреса IP ресурса. Затем начинается передача контента:

PDP-контекст

Контекст пакетированного протокола данных (IP, X.25, FrameRelay) – структура, передаваемая участникам связи. Содержит информацию о сессии абонента. Мобильный телефон, запрашивающий информацию, формирует структуру, направляя ближайшему звену цепи:

• IP-адрес абонента.
• IMSI.
• Туннельная точка врат.
• Туннельная точка службы.

Опорные точки и интерфейсы

Некоторые экземпляры рассматриваемых структур упоминались выше. Интерфейсы:

1. Ga – помогает передать запись деталей вызова.
2. Gb – интерфейс подключения службы к базовой станции.
3. Iu – врата меж контроллером беспроводной сети и службами.
4. Gc – интерфейс получения вратами детальной информации, описывающей базовую станцию.
5. Gd – соединяет SMS врата со службами.
6. Ge – интерфейс служба-точка контроля сервиса.
7. Gf – интерфейс служба-реестр идентификаторов оборудования.
8. Gi – интерфейс врата-публичная сеть (иногда интернет).
9. Gmb – интерфейс врата-центр службы вещания.
10. Gn – интерфейс общения служб.
11. Gp – интерфейс служба-внешние врата.
12. Gr – интерфейс служба-базовая сеть.
13. Gs – интерфейс служба-реестр базовой сети.
14. Gx – интерфейс онлайн политики врата-функция правил оплаты.
15. Gy – интерфейс врата-система онлайн оплаты.
16. Gz – интерфейс оффлайн оплаты врата-система GTP`.
17. Lg – интерфейс служба-центра базирования мобильных врат.
18. S6d – интерфейс служба-сервер домашних абонентов.
19. S3 – интерфейс служба-объект управления мобильностью.

GPRS расширял функционал GSM, HSPA выполняет аналогичную роль касательно UMTS. Различаются два подвида:

1. Нисходящая ветвь (загрузка информации станцией) – 14 Мбит/с.
2. Восходящая ветвь (приём информации станцией) – 5,76 Мбит/с.

Потоки разнесены ввиду разных техник, скоростей. Протоколы пакетной передачи удваивают скорости оригинального стандарта.

HSDPA

Усовершенствованный вариант протокола третьего поколения. Чаще называют 3G+, 3.5 G, Turbo G. Представлен пятым релизом 3GPP. Седьмой выпуск ввёл понятие HSPA+, предоставляющий преимущества благодаря:

1. Модуляции 64QAM.
2. Множественное кодирование MIMO.
3. Двуячеячные операции HSDPA (два канала шириной 5 МГц).

Наконец, релиз 11 достиг планки 337,5 Мбит/с.

HSUPA

Добавляет новый транспортный канал. Последовали улучшения, дублирующие HSDPA:

1. Мультикодированная передача.
2. Сокращение время отклика (TTI).
3. Новое управление избыточностью, ускоряющее коррекцию ошибок.

Пакетная передача дополнена принципом гарантированного запроса. Оболочка выбирает количество абонентов, устанавливает время связи. Разрешается передача данных без авторизации, используется VoIP. Скорость устанавливается по факту соединения. Контролируемый оболочкой звонок получается заданные характеристики.

Источник