A csomagkapcsolás a kommunikációs hálózati erőforrások dinamikus allokációjának módszere [1] a digitalizált információk kis részek - úgynevezett csomagok - formájában történő továbbítása és kapcsolása révén , amelyeket általában egymástól függetlenül továbbítanak a hálózaton (datagramok). ) vagy egymás után a virtuális kapcsolatokon . A fogadó csomópont összegyűjti az üzenetet a csomagokból. Az ilyen hálózatokban sok csomópont tud adatot cserélni egyetlen fizikai kapcsolaton keresztül.
Csomagváltáskor a felhasználó által továbbított összes digitális adatot a továbbító csomópont apró (legfeljebb több kilobájt) részekre - csomagokra ( angol packet ) osztja fel. Minden csomaghoz tartozik egy fejléc, amely megadja legalább a célállomás címét és a csomag számát. A csomagok hálózaton keresztüli átvitele vagy egymástól függetlenül történik, majd a csomagokat datagramoknak (datagramoknak), az egyes csomagváltási módokat datagram módoknak, vagy virtuális kapcsolatokon keresztül, vagyis a „kapcsolatorientált kommunikációban ” nevezzük. ” mód ). Egy ilyen hálózat kapcsolóinak belső puffermemóriája van a csomagok ideiglenes tárolására, ami lehetővé teszi a forgalom hullámzásainak kisimítását a switchek közötti kommunikációs vonalakon.
A csomagváltás előnyei
A csomagkapcsolt hálózat abban különbözik az áramkörkapcsolt hálózattól, hogy bizonyos valószínűséggel le tudja lassítani az egyes csomópontpárok interakciójának folyamatát, mivel azok csomagjai a kapcsolókban várakozhatnak, amíg más csomagokat továbbítanak. Ez különösen kritikus a valós idejű szolgáltatások (audió, videó) esetében. Azonban a teljes hatékonyság (az egységnyi idő alatt továbbított adatmennyiség) csomagkapcsolt kapcsolás esetén magasabb lesz, mint áramkörkapcsolásnál. Ez annak köszönhető, hogy az egyes előfizetők forgalma lüktet, és a különböző előfizetők hullámzása a nagy számok törvényének megfelelően időben eloszlik, egyenletesebbé téve a terhelést.
A csomagkapcsolást kapcsolat nélküli csomagkapcsolásra, más néven datagram kapcsolásra és kapcsolatorientált csomagkapcsolásra, más néven virtuális áramkör kapcsolásra oszthatjuk. A kapcsolat nélküli rendszerek példái az Ethernet , az Internet Protocol (IP) és a User Datagram Protocol (UDP) . A kapcsolatorientált rendszerek közé tartozik az X.25 , Frame Relay , Multiprotocol Label Switching (MPLS) és Transmission Control Protocol (TCP) .
Kapcsolat nélküli módban minden csomaghoz rendeltetési cím, forráscím és portszám tartozik. Tartalmazhatja a csomag sorozatszámát is. Ezt az információt az előre meghatározott útvonalon adják meg, hogy segítsenek a csomagnak megtalálni az utat a célhoz, de azt jelenti, hogy több információra van szükség a csomag fejlécében, amely ezért nagyobb lesz. A csomagokat egyenként irányítják, néha különböző útvonalakon, ami rendellenes kézbesítést eredményez. A célállomáson az eredeti üzenet a csomagsorszámok alapján a megfelelő sorrendben újra összeállítható. Így egy bájtfolyamot hordozó virtuális áramkört a szállítási réteg protokollja biztosít az alkalmazásnak, bár a hálózat csak kapcsolat nélküli hálózati réteg szolgáltatást nyújt.
A kapcsolatorientált átvitelhez egy beállítási fázisra van szükség a kommunikációs paraméterek beállításához, mielőtt bármilyen csomagot továbbítanának. A konfigurációhoz használt jelzőprotokollok lehetővé teszik az alkalmazás számára, hogy saját követelményeit állítsa be, és fedezze fel a kapcsolati paramétereket. A szolgáltatási paraméterek érvényes értékei egyeztethetők. A továbbított csomagok címinformáció helyett kapcsolatazonosítót tartalmazhatnak, és a csomag fejléce kisebb is lehet, mivel csak ezt a kódot és olyan információkat kell tartalmaznia, mint a hossz, az időbélyeg vagy a sorozatszám, amelyek csomagonként eltérőek. Ebben az esetben a címinformáció minden csomóponthoz csak a kapcsolat beállítási fázisában kerül elküldésre, amikor a célhoz vezető útvonalat találunk, és minden egyes hálózati csomóponton, amelyen a kapcsolat áthalad, egy bejegyzést adunk a kapcsolótáblához. Csatlakozási azonosító használatakor a csomópontnak meg kell keresnie a csatlakozási azonosítót egy táblázatban a csomag továbbításához.
A kapcsolatorientált szállítási réteg protokollok, mint például a TCP , kapcsolat-orientált szolgáltatásokat nyújtanak kapcsolat nélküli maghálózaton keresztül. Ebben az esetben a végpontok közötti kapcsolódási elv megköveteli, hogy a kapcsolatorientált viselkedésért a végcsomópontok feleljenek, nem pedig maga a hálózat.
A csomagváltást a digitális távközlési hálózatokban, például számítógépes hálózatokban elérhető sávszélesség optimalizálására, valamint az átviteli késleltetés (az adatok hálózaton keresztüli átviteléhez szükséges idő) minimalizálására, valamint a kommunikáció megbízhatóságának javítására használják.
A csomagváltást az interneten és a legtöbb helyi hálózaton használják. Az Internetet az Internet Protocol Suite segítségével valósítják meg, különféle linkréteg-technológiák használatával. Például az Ethernet és a Frame Relay gyakoriak. Az új mobiltelefon-technológiák (pl. GSM, LTE) is alkalmaznak csomagkapcsolást. A csomagkapcsolás a kapcsolat nélküli hálózatokhoz kapcsolódik, mivel ezek a rendszerek nem igényelnek csatlakozási megállapodást a kommunikáló felek között az adatcsere előtt.
Az X.25 széles körben alkalmazza a csomagkapcsolást, mivel annak ellenére, hogy csomagkapcsolási technikákon alapul, virtuális áramköröket biztosít a felhasználó számára. Ezek a virtuális áramkörök változó hosszúságú csomagokat hordoznak. 1978-ban az X.25 biztosította az első nemzetközi kereskedelmi csomagkapcsolt hálózatot, az International Packet Switched Service-t (IPSS). Az aszinkron átviteli mód (ATM) szintén egy virtuális áramköri technológia, amely csomagkapcsolást használ a rögzített hosszúságú cellák továbbítására.
Az olyan technológiák, mint a Multiprotocol Label Switching (MPLS) és a Resource Reservation Protocol (RSVP) virtuális áramköröket hoznak létre datagram-hálózatokon. Az MPLS-t és elődeit, valamint az ATM-et "gyors csomagú" technológiákként emlegették. Az MPLS-t valóban "cella nélküli ATM-nek" nevezték. A virtuális áramkörök különösen hasznosak robusztus feladatátvételi mechanizmusok kiépítésében és sávszélesség-kiosztásban a késleltetésre érzékeny alkalmazásokhoz.
A csomagkapcsolt hálózatok története három egymást átfedő korszakra osztható: az X.25 előtti korai hálózatokra és az OSI-modellre, az X.25 -ös korszakra , amikor sok posta-, telefon- és távíróvállalat használt X.25-ös interfésszel rendelkező hálózatokat. , és az internet kora.
Korai hálózatokA National Physical Laboratory (NPL) csomagkapcsolási kutatása 1965-ben egy nagy kiterjedésű hálózatra [2] és 1966-ban egy helyi hálózatra vonatkozó javaslattal kezdődött. [28] Az ARPANET finanszírozását 1966-ban Bob Taylor biztosította, a tervezés pedig 1967-ben kezdődött, amikor felvette Larry Robertst. Az NPL hálózat, az ARPANET és a SITA HLN 1969-ben kezdte meg működését. Az X.25 1973-as bevezetése előtt [29] körülbelül húsz különböző hálózati technológiát fejlesztettek ki. Két alapvető különbség volt a funkciók és feladatok megosztásában a hálózat szélén és a hálózat magjában lévő csomópontok között. Egy végponttól végpontig terjedő datagram rendszerben a gazdagépek felelősek azért, hogy a csomagokat rendben kézbesítsék. A virtuális hívásrendszerben a hálózat garantálja az adatok következetes eljuttatását a gazdagéphez. Ez egyszerűbb gazdafelületet eredményez, de bonyolítja a hálózatot. Az X.25 protokollcsomag ezt a típusú hálózatot használja.
Az AppleTalk egy szabadalmaztatott hálózati protokollcsomag, amelyet az Apple fejlesztett ki 1985-ben Apple Macintosh számítógépekhez . Ez volt az Apple eszközök által használt fő protokoll az 1980-as és 1990-es években. Az AppleTalk olyan funkciókat tartalmazott, amelyek lehetővé tették a helyi hálózatok létrehozását központi útválasztó vagy szerver nélkül. Az AppleTalk rendszer automatikusan hozzárendeli a címeket, frissíti a lefoglalt névteret, és konfigurálja a szükséges hálózatok közötti útválasztást. Plug-n-play rendszer volt.
Az AppleTalk implementációi megjelentek az IBM PC-hez és a kompatibilis eszközökhöz, valamint az Apple IIGS-hez is. Az AppleTalk támogatás elérhető volt a legtöbb hálózati nyomtatón, különösen a lézernyomtatókon, egyes fájlszervereken és útválasztókon. Az AppleTalk 2009-ben megszűnt, és a TCP/IP protokollok váltották fel.
Az ARPANET volt az Internet őshálózata, és a SATNET ARPA mellett az egyik első olyan hálózat, amely csomagkapcsolt technológiát használó TCP/IP csomagot futtatott.
A BNRNET a Bell-Northern Research által belső használatra kifejlesztett hálózat. Eredetileg csak egy gazdagép volt, de úgy tervezték, hogy több gazdagépet támogasson. A BNR később jelentős mértékben hozzájárult a CCITT X.25 projekthez.
A CYCLADES csomagkapcsolt hálózat egy francia kutatóhálózat volt, amelyet Louis Pouzin tervezett és üzemeltetett . Először 1973-ban mutatták be, a korai ARPANET-tervezés alternatíváinak feltárására és a hálózatkutatás általános támogatására fejlesztették ki. Ez volt az első olyan hálózat, amely a végpontok közötti kapcsolat elvét alkalmazta, és a megbízható adattovábbítás felelősségét a gazdagépekre, nem pedig magára a hálózatra helyezte. Ennek a hálózatnak a koncepciói befolyásolták az ARPANET későbbi architektúráját.
A DECnet a Digital Equipment Corporation által létrehozott hálózati protokollcsomag, amelyet eredetileg 1975-ben adtak ki két PDP-11 miniszámítógép összekapcsolására. Az egyik első peer-to-peer hálózati architektúrává fejlődött, így az 1980-as években a DEC-t erőteljes hálózati központtá változtatta. Eredetileg háromrétegű volt, később (1982) hétrétegű OSI-kompatibilis hálózati protokolllá fejlődött. A DECnet protokollokat teljes egészében a Digital Equipment Corporation fejlesztette ki. A DECnet Phase II (és későbbi) azonban nyílt szabványok voltak közzétett specifikációkkal, és számos implementációt a DEC-en kívül fejlesztettek ki, beleértve a Linuxot is.
A DDX-1 a Nippon PTT kísérleti hálózata volt. Ez vegyes kapcsolás és csomagváltás. Ezt a DDX-2 váltotta fel.
Az Európai Informatikai Hálózat ( EIN ), eredeti nevén COST 11, egy 1971-ben indult projekt az Egyesült Királyság, Franciaország, Olaszország, Svájc és az Euratom hálózatainak összekapcsolására. Hat másik európai ország is részt vett a hálózati protokollok vizsgálatában. Derek Barber vezette a projektet, Roger Scantlebury pedig az Egyesült Királyság technikai közreműködését; mindketten az NPL-től származtak. A munka 1973-ban kezdődött, és 1976-ban kezdte meg működését, beleértve az NPL hálózatot és a CYCLADES-t összekötő csomópontokat. Az EIN szállítási protokoll volt az alapja a Nemzetközi Hálózati Munkacsoport által elfogadott protokollnak. Az EIN-t 1979-ben az Euronet váltotta fel.
Az Experimental Packet Switched Service ( EPSS ) az Egyesült Királyság postahivatalának kísérlete volt, amely az Egyesült Királyság akadémiai közössége által 1975-ben meghatározott színes könyv protokollokon alapult. 1977-ben ez volt az Egyesült Királyság első nyilvános adathálózata. Ferranti szállította a hardvert és a szoftvert. A csatornavezérlő üzenetek feldolgozása (nyugtázás és áramlásvezérlés) eltér a legtöbb hálózatétól.
A General Electric Information Services ( GEIS ), a General Electric az információs szolgáltatások egyik jelentős nemzetközi szolgáltatója volt. A cég eredetileg belső (bár az egész kontinenst átfogó) telefonhálózatnak tervezte a telefonhálózatot hangkommunikációra.
1965-ben a Warner Sinback kezdeményezésére egy ezen a beszédtelefon-hálózaton alapuló adathálózatot terveztek négy GE számítógép-értékesítő és szervizközpont (Schenectady, New York, Chicago és Phoenix) összekapcsolására a számítógépes időmegosztási szolgáltatás megkönnyítése érdekében.
Miután néhány évvel később nemzetközivé vált, a GEIS hálózati adatközpontot hozott létre Cleveland közelében, Ohio államban. Nagyon keveset publikáltak hálózatuk belső részleteiről. A tervezés hierarchikus volt, redundáns kommunikációs vonalakkal.
Az IPSANET egy félig magánhálózat volt, amelyet az IP Sharp Associates épített ki az időmegosztásos ügyfélszolgálatra. 1976 májusában állt szolgálatba.
Az Internetwork Packet Exchange ( IPX ) és a Sequential Packet Exchange ( SPX ) a Novell hálózati protokolljai, amelyek a Xerox Network Systems IDP és SPP protokolljain alapulnak. Elsősorban Novell NetWare operációs rendszert használó hálózatokon használták őket.
1965-ben Donald Davis, a National Physical Laboratory (UK) munkatársa kifejlesztett és javasolt egy nemzeti adatátviteli hálózatot, amely csomagkapcsoláson alapul. A javaslatot országosan nem fogadták el, de 1967-re egy kísérleti kísérlet bizonyította a csomagkapcsolt hálózatok kiépítésének megvalósíthatóságát.
1969-re Davis elkezdte építeni a Mark I csomagkapcsolt hálózatot, hogy megfeleljen egy multidiszciplináris laboratórium igényeinek, és hogy terepi körülmények között tesztelje a technológiát. 1976-ban 12 számítógépet és 75 terminált csatlakoztattak, és még többel bővült a hálózat 1986-os cseréjéig. Az NPL, majd az ARPANET volt az első két hálózat, amely csomagkapcsolást használt, és az 1970-es évek elején összekapcsolták egymással.
Az Octopus a Lawrence Livermore National Laboratory helyi hálózata volt. Különböző állomásokat kötött a laborban interaktív terminálokhoz és különféle számítógép-perifériákhoz, köztük egy tömegtároló rendszerhez.
A Surrey állambeli Redhillben található Philips Research Laboratories csomagkapcsolt hálózatot fejlesztett ki belső használatra. Datagram hálózat volt, egyetlen kapcsoló csomóponttal.
A PARC Universal Package ( PUP vagy Pup) egyike volt az első két internetes protokollcsomagnak; a Xerox PARC kutatói alkották meg az 1970-es évek közepén. A teljes programcsomag csomagok útválasztását és kézbesítését, valamint magasabb szintű szolgáltatásokat, például megbízható bájtfolyamot, valamint számos alkalmazást kínál. A további fejlesztések a Xerox Network Systems (XNS) megjelenéséhez vezettek.
Az RCP a francia PTT által létrehozott kísérleti hálózat volt . Ezt használták arra, hogy tapasztalatokat szerezzenek a csomagkapcsolási technológiával kapcsolatban, mielőtt a TRANSPAC specifikációt befagyasztották. Az RCP egy virtuális áramköri hálózat volt, ellentétben a CYCLADES-szel, amely datagramokon alapult. Az RCP a terminálok közötti és a terminálok közötti kapcsolatokra helyezi a hangsúlyt; A CYCLADES gondoskodott a házigazdák közötti kommunikációról. A TRANSPAC-ot X.25 hálózatként vezették be. Az RCP befolyásolta az X.25 specifikációt.
A Red Especial de Transmisión de Datos egy hálózat, amelyet a Compañía Telefónica Nacional de España fejlesztett ki. 1972-ben keresett, és az első nyilvános hálózat lett.
„A kísérleti skandináv csomagkapcsolt távközlési hálózat , a SCANNET az 1970-es években került bevezetésre a skandináv műszaki könyvtárakban, és magában foglalta az első skandináv Extemplo e-zine-t. Az 1980-as évek elején a könyvtárak az egyetemeken is az elsők között telepítettek mikroszámítógépeket nyilvános használatra.”
A SITA légitársaságok konzorciuma. Magas szintű hálózata 1969-ben, nagyjából az ARPANET-tel egy időben kezdte meg működését. Interaktív forgalmat és üzenetváltási forgalmat bonyolított le. Mint sok nem akadémiai hálózatról, erről is nagyon keveset publikáltak.
A System Network Architecture ( SNA ) az IBM saját fejlesztésű hálózati architektúrája, amelyet 1974-ben hoztak létre. Az IBM-ügyfél hardvert és szoftvert vásárolhat az IBM-től, és magánvonalakat bérelhet egy közös szolgáltatótól magánhálózat kiépítéséhez.