Leitungs- und Paketvermittlung sind Verfahren zum Lösen des verallgemeinerten Datenvermittlungsproblems in jeder Netzwerktechnologie. Der Komplex technischer Lösungen eines generalisierten Vermittlungsproblems besteht in seiner Gesamtheit aus besonderen Problemen von Datenübertragungsnetzen.
Zu den besonderen Aufgaben von Datenübertragungsnetzen gehören:
- Definition von Streams und entsprechenden Routen;
- Festlegen von Routen in Konfigurationsparametern und Tabellen von Netzwerkgeräten;
- Erkennung von Streams und Datenübertragung zwischen Schnittstellen eines Geräts;
- Multiplexen/Demultiplexen von Streams;
- Trennung des Übertragungsmediums.
Unter den vielen möglichen Ansätzen zur Lösung des verallgemeinerten Problems der Vermittlung von Teilnehmern in Netzwerken werden zwei grundlegende unterschieden, die Kanalvermittlung und Paketvermittlung umfassen. Gleichzeitig gibt es für jede der Vermittlungstechniken traditionelle Anwendungsgebiete, beispielsweise wurden und werden Telefonnetze in Durchschalttechnik aufgebaut und werden Computernetze überwiegend auf der Paketvermittlungstechnik aufgebaut.
Die Informationsflüsse in leitungsvermittelten Netzen sind also Daten, die zwischen Paaren von Teilnehmern ausgetauscht werden. Dementsprechend ist das globale Merkmal des Flusses ein Paar von Adressen (Telefonnummern) von Teilnehmern, die miteinander kommunizieren. Eines der Merkmale von leitungsvermittelten Netzwerken ist das Konzept eines elementaren Kanals.
Elementarkanal
Elementarkanal (oder nur ein Kanal) ist das grundlegende technische Merkmal eines leitungsvermittelten Netzwerks, das ein bestimmter Wert der Bandbreite ist, der innerhalb eines bestimmten Netzwerktyps festgelegt ist. Jede Kommunikationsverbindung in einem leitungsvermittelten Netzwerk hat eine Bandbreite, die ein Vielfaches des elementaren Kanals ist, der für diesen Netzwerktyp verwendet wird.
In traditionellen Telefonnetzen beträgt die Rate eines Elementarkanals 64 Kbit/s , was für eine qualitativ hochwertige digitale Sprachübertragung ausreicht.
Für eine qualitativ hochwertige Sprachübertragung wird eine Quantisierungsfrequenz der Amplitude von Schallschwingungen von 8000 Hz verwendet (Zeitabtastung mit einem Intervall von 125 μs). Um die Amplitude einer Messung darzustellen, werden am häufigsten 8 Bit Code verwendet, was 256 Abstufungen des Audiosignals ergibt (Sampling nach Werten).
In diesem Fall ist zur Übertragung eines Sprachkanals eine Bandbreite von 64 Kbit/s erforderlich:
8000 x 8 = 64000 bps oder 64 kbps.
Ein solcher Sprachkanal wird als elementarer Kanal digitaler Telefonnetze bezeichnet. Ein Merkmal von leitungsvermittelten Netzwerken besteht darin, dass der Durchsatz jeder Kommunikationsleitung gleich einer ganzen Zahl von elementaren Kanälen sein muss.
Zusammengesetzter Kanal
Eine Verbindung, die durch Umschalten (Verbinden) von elementaren Kanälen aufgebaut wird, wird als zusammengesetzter Kanal bezeichnet.
Zusammengesetzter Kanal Eigenschaften des zusammengesetzten Kanals:
- ein zusammengesetzter Kanal besteht auf seiner gesamten Länge aus der gleichen Anzahl von Elementarkanälen;
- ein Verbundkanal hat über seine gesamte Länge eine konstante und feste Kapazität;
- ein zusammengesetzter Kanal wird vorübergehend für die Dauer einer Kommunikationssitzung zwischen zwei Teilnehmern erstellt;
- für die Dauer der Kommunikationssitzung sind alle elementaren Kanäle, die im Verbundkanal enthalten sind, zur ausschließlichen Nutzung durch die Teilnehmer bestimmt, für die dieser Verbundkanal erstellt wurde;
- während der gesamten Kommunikationssitzung können die Teilnehmer Daten an das Netz mit einer Geschwindigkeit senden, die die Bandbreite des zusammengesetzten Kanals nicht überschreitet;
- die im zusammengesetzten Kanal empfangenen Daten werden garantiert ohne Verzögerungen, Verluste und mit der gleichen Geschwindigkeit (Quellgeschwindigkeit) an den angerufenen Teilnehmer geliefert, unabhängig davon, ob zu diesem Zeitpunkt andere Verbindungen im Netz bestehen oder nicht;
- nach dem Ende der Kommunikationssitzung werden die elementaren Kanäle, die in dem entsprechenden zusammengesetzten Kanal enthalten sind, für frei erklärt und an den Pool der zugewiesenen Ressourcen zur Verwendung durch andere Teilnehmer zurückgegeben.
Verbindung abgelehnt
Verbindung abgelehnt Verbindungsanforderungen sind nicht immer erfolgreich.
Sind auf dem Weg zwischen rufendem und gerufenem Teilnehmer keine freien Elementarkanäle vorhanden oder der gerufene Knoten besetzt, so kommt es zur Verbindungsverweigerung .
Vorteil der Schaltungsvermittlung
Die Circuit-Switching-Technologie konzentriert sich auf die Minimierung zufälliger Ereignisse im Netzwerk, dh es handelt sich um eine Technologie. Um mögliche Unsicherheiten zu vermeiden, wird ein wesentlicher Teil der Arbeit zur Organisation des Informationsaustausches im Vorfeld durchgeführt, noch bevor die eigentliche Datenübertragung beginnt. Zunächst wird an der angegebenen Adresse die Verfügbarkeit der notwendigen elementaren Kanäle entlang des gesamten Weges vom Absender bis zum Adressaten überprüft. Bei stoßartigem Verkehr ist dieser Ansatz jedoch ineffektiv, da der Kanal bis zu 80 % der Zeit ungenutzt sein kann.
Paketvermittlung
Das wichtigste Funktionsprinzip von Netzen mit Paketvermittlung ist die Darstellung der über das Netz übertragenen Informationen in Form von strukturell voneinander getrennten Datenstücken, sogenannten Paketen . Jedes Paket ist mit einem Header ausgestattet, der die Zieladresse und weitere Hilfsinformationen (Länge des Datenfeldes, Prüfsumme usw.) enthält, die verwendet werden, um das Paket an den Adressaten zuzustellen.
Das Vorhandensein einer Adresse in jedem Paket ist eines der wichtigsten Merkmale der Paketvermittlungstechnologie, da jedes Paket vom Switch unabhängig von anderen Paketen verarbeitet werden kann, aus denen der Netzwerkverkehr besteht. Zusätzlich zum Header kann das Paket ein weiteres zusätzliches Feld am Ende des Pakets haben und daher Trailer genannt werden. Der Trailer enthält normalerweise eine Prüfsumme, mit der Sie überprüfen können, ob die Informationen während der Übertragung verfälscht wurden das Netzwerk oder nicht.
Daten in Pakete aufteilen
Die Aufteilung der Daten in Pakete erfolgt in mehreren Stufen. Der Senderknoten bildet eine Kette von übertragenen Daten, die in gleiche Teile aufgeteilt wird. Danach werden Pakete durch Hinzufügen von Header-Dienstinformationen gebildet. Und die letzte Stufe ist die Zusammenstellung von Paketen in die ursprüngliche Nachricht im Zielknoten.
Daten in Pakete aufteilen ### Daten als Pakete über das Netzwerk übertragen
Übertragung von Paketen über das Netzwerk Wie in leitungsvermittelten Netzwerken wird in paketvermittelten Netzwerken für jeden der Flüsse manuell oder automatisch eine Route bestimmt, die in den auf den Switches gespeicherten Vermittlungstabellen aufgezeichnet wird. Pakete, die zum Switch gelangen, werden verarbeitet und auf der einen oder anderen Route gesendet
Unsicherheit und asynchrone Bewegung von Daten in paketvermittelten Netzwerken stellen besondere Anforderungen an den Betrieb von Switches in solchen Netzwerken.
Der Hauptunterschied zwischen Packet Switches und Circuit Switched Switches besteht darin, dass sie einen internen Pufferspeicher zum vorübergehenden Speichern von Paketen haben. Der Switch benötigt Puffer, um die Datenübertragungsraten in den mit seinen Schnittstellen verbundenen Kommunikationsleitungen sowie die Paketankunftsrate an die Rate ihrer Vermittlung anzupassen.
Methoden zum Bewerben von Paketen
Ein Paketschalter kann mit einer von drei Paketweiterleitungsmethoden betrieben werden:
- Datagramm-Übertragung;
- Übertragung mit Aufbau einer logischen Verbindung;
- Übertragung mit Einrichtung eines virtuellen Kanals.
Datagramm-Übertragung
Datagramm-Verfahren der Datenübertragung basiert auf der unabhängigen Weiterleitung von Paketen relativ zueinander. Das Paketverarbeitungsverfahren wird nur durch die Werte der Parameter, die es trägt, und den aktuellen Zustand des Netzwerks bestimmt. Und jedes einzelne Paket wird vom Netzwerk als völlig eigenständige Übertragungseinheit betrachtet – ein Datagramm.
Darstellung des Datagramm-Prinzips der Paketübertragung ### Verbindung aufgebaute Übertragung
Logischer Verbindungsaufbau Das Verfahren für zwei Endknoten des Netzwerks, sich auf einige Parameter des Paketaustauschprozesses zu einigen, wird als logischer Verbindungsaufbau bezeichnet. Die Parameter, auf die sich zwei kommunizierende Knoten einigen, werden logische Verbindungsparameter genannt.
Virtueller Kanal
Virtual Circuit Die einzige im Voraus festgelegte, feste Route, die Endknoten in einem paketvermittelten Netzwerk verbindet, wird als Virtual Circuit (virtueller Kanal) bezeichnet. Für stabile Informationsflüsse werden virtuelle Kanäle gelegt. Um den Datenstrom vom allgemeinen Verkehr zu unterscheiden, wird jedes Paket dieses Stroms mit einem besonderen Zeichen - einem Label - gekennzeichnet. Wie in Netzwerken mit dem Aufbau logischer Verbindungen beginnt die Verlegung eines virtuellen Kanals mit dem Senden eines speziellen Pakets vom Quellknoten - einer Aufforderung zum Verbindungsaufbau.
Die Vermittlungstabelle für Netzwerke, die virtuelle Verbindungen verwenden, unterscheidet sich von der Vermittlungstabelle für Datagramm-Netzwerke. Es enthält nur Aufzeichnungen über virtuelle Kanäle, die den Switch passieren, und nicht über alle möglichen Zieladressen, wie dies in Netzwerken mit einem Datagramm-Weiterleitungsalgorithmus der Fall ist.
Vergleich von leitungsvermittelten und paketvermittelten Netzen
| Kanäle umschalten | Paketvermittlung |
|---|---|
| Sie müssen zuerst eine Verbindung herstellen | Verbindungsaufbauphase fehlt (Datagramm-Methode) |
| Die Adresse wird nur beim Verbindungsaufbau benötigt | Adress- und andere Dienstinformationen werden mit jedem Paket übertragen |
| Das Netz kann dem Teilnehmer den Verbindungsaufbau verweigern | Das Netz ist immer bereit, Daten vom Teilnehmer zu empfangen |
| Garantierte Bandbreite (Bandbreite) für interagierende Abonnenten | Netzwerkbandbreite für Teilnehmer ist unbekannt, Übertragungsverzögerungen sind zufällig |
| Echtzeitverkehr wird ohne Verzögerungen übertragen | Netzwerkressourcen werden effizient genutzt, wenn Burst-Datenverkehr übertragen wird |
| Hohe Übertragungssicherheit | Potenzieller Datenverlust durch Pufferüberläufe |
| Irrationale Nutzung der Kanalbandbreite, wodurch die Gesamteffizienz des Netzwerks verringert wird | Automatische dynamische Zuweisung der physikalischen Kanalbandbreite zwischen Teilnehmern |
