Comutarea de pachete este o metodă de alocare dinamică a resurselor rețelei de comunicații [1] datorită transmiterii și comutării informațiilor digitizate sub formă de părți mici - așa-numitele pachete , care sunt în general transmise prin rețea independent unele de altele (datagrame). ) sau secvenţial unul după altul pe conexiuni virtuale . Nodul receptor colectează mesajul din pachete. În astfel de rețele, multe noduri pot face schimb de date printr-o legătură fizică.
La comutarea pachetelor, toate datele digitale transmise de utilizator sunt împărțite de nodul de transmisie în părți mici (până la câțiva kiloocteți) - pachete ( pachet în engleză ). Fiecare pachet este însoțit de un antet care specifică, cel puțin, adresa gazdei de destinație și numărul pachetului. Transmiterea pachetelor prin rețea are loc fie independent unul de celălalt, apoi pachetele se numesc datagrame (datagramă), iar modul de comutare individuală a pachetelor se numește modul datagramă, fie prin conexiuni virtuale, adică în „ comunicația orientată spre conexiune”. modul ” ). Switch-urile unei astfel de rețele au o memorie tampon internă pentru stocarea temporară a pachetelor, ceea ce face posibilă atenuarea ondulațiilor de trafic pe liniile de comunicație dintre comutatoare.
Beneficiile comutării de pachete
O rețea cu comutare de pachete diferă de o rețea cu comutare de circuite prin aceea că, cu o anumită probabilitate, poate încetini procesul de interacțiune a fiecărei perechi de noduri particulare, deoarece pachetele lor pot aștepta în comutatoare până când sunt transmise alte pachete. Acest lucru este deosebit de critic pentru serviciile în timp real (audio, video). Cu toate acestea, eficiența globală (cantitatea de date transmise pe unitatea de timp) cu comutarea de pachete va fi mai mare decât cu comutarea circuitelor. Acest lucru se datorează faptului că traficul fiecărui abonat individual este pulsatorie, iar ondulațiile diferiților abonați, în conformitate cu legea numerelor mari, sunt distribuite în timp, făcând încărcătura mai uniformă.
Comutarea de pachete poate fi împărțită în comutare de pachete fără conexiune, cunoscută și sub denumirea de comutare de datagramă și comutare de pachete orientată spre conexiune, cunoscută și sub denumirea de comutare a circuitelor virtuale. Exemple de sisteme fără conexiune sunt Ethernet , Internet Protocol (IP) și User Datagram Protocol (UDP) . Sistemele orientate spre conexiune includ X.25 , Frame Relay , Multiprotocol Label Switching (MPLS) și Transmission Control Protocol (TCP) .
În modul fără conexiune, fiecare pachet este etichetat cu o adresă de destinație, o adresă sursă și numere de port. Poate conține și numărul de serie al pachetului. Aceste informații sunt date în calea predefinită pentru a ajuta pachetul să-și găsească drumul către destinație, dar înseamnă că sunt necesare mai multe informații în antetul pachetului, care devine prin urmare mai mare. Pachetele sunt direcționate individual, uneori pe căi diferite, ceea ce duce la livrarea în afara comenzii. La destinație, mesajul original poate fi reasamblat în ordinea corectă pe baza numerelor secvenței pachetelor. Astfel, un circuit virtual care transportă un flux de octeți este furnizat unei aplicații printr-un protocol de nivel de transport, deși rețeaua oferă doar un serviciu de nivel de rețea fără conexiune.
Transmisia orientată spre conexiune necesită o fază de configurare pentru a seta parametrii de comunicare înainte ca orice pachet să fie transmis. Protocoalele de semnalizare utilizate pentru configurare permit aplicației să-și stabilească propriile cerințe și să descopere parametrii de legătură. Valorile valide ale parametrilor de serviciu pot fi negociate. Pachetele transmise pot include un identificator de conexiune mai degrabă decât informații de adresă, iar antetul pachetului poate fi mai mic, deoarece trebuie să conțină doar acest cod și informații precum lungimea, marcajul de timp sau numărul de secvență, care diferă de la pachet la pachet. În acest caz, informațiile despre adresă sunt trimise fiecărui nod numai în timpul fazei de configurare a conexiunii, când este găsită o rută către destinație și se adaugă o intrare la tabelul de comutare la fiecare nod de rețea prin care trece conexiunea. Când este utilizat un ID de conexiune, nodul trebuie să caute ID-ul de conexiune într-un tabel pentru a ruta pachetul.
Protocoalele de nivel de transport orientate spre conexiune, cum ar fi TCP , oferă servicii orientate spre conexiune printr-o rețea centrală fără conexiune. În acest caz, principiul conexiunii end-to-end cere ca nodurile terminale, nu rețeaua în sine, să fie responsabile pentru comportamentul orientat spre conexiune.
Comutarea de pachete este utilizată pentru a optimiza utilizarea lățimii de bandă disponibilă în rețelele de telecomunicații digitale, cum ar fi rețelele de calculatoare și pentru a minimiza latența de transmisie (timpul necesar pentru a transfera date într-o rețea) și pentru a îmbunătăți fiabilitatea comunicațiilor.
Comutarea de pachete este utilizată pe Internet și pe majoritatea rețelelor locale. Internetul este implementat folosind Internet Protocol Suite folosind diverse tehnologii de nivel de legătură. De exemplu, Ethernet și Frame Relay sunt comune. Noile tehnologii de telefonie mobilă (de exemplu, GSM, LTE) folosesc, de asemenea, comutarea de pachete. Comutarea de pachete este asociată cu rețelele fără conexiune deoarece aceste sisteme nu necesită un acord de conexiune între părțile care comunică înainte ca datele să fie schimbate.
X.25 folosește pe scară largă comutarea de pachete deoarece, deși se bazează pe tehnici de comutare de pachete, oferă utilizatorului circuite virtuale. Aceste circuite virtuale transportă pachete de lungime variabilă. În 1978, X.25 a furnizat prima rețea comercială internațională cu comutare de pachete, International Packet Switched Service (IPSS). Modul de transfer asincron (ATM) este, de asemenea, o tehnologie de circuit virtual care utilizează comutarea de pachete pentru a transmite celule cu lungime fixă.
Tehnologii precum Multiprotocol Label Switching (MPLS) și Resource Reservation Protocol (RSVP) creează circuite virtuale prin rețele de datagrame. MPLS și predecesorii săi, precum și ATM, au fost denumite tehnologii de „pachet rapid”. MPLS a fost într-adevăr numit „ATM fără celule”. Circuitele virtuale sunt utile în special în construirea de mecanisme robuste de failover și alocarea lățimii de bandă pentru aplicațiile sensibile la întârziere.
Istoria rețelelor cu comutare de pachete poate fi împărțită în trei epoci care se suprapun: rețelele timpurii înainte de X.25 și modelul OSI, epoca X.25 , când multe companii poștale, de telefonie și telegraf foloseau rețele cu interfețe X.25. , și epoca Internetului.
Rețelele timpuriiCercetările privind comutarea de pachete de la Laboratorul Național de Fizică (NPL) au început cu o propunere pentru o rețea extinsă în 1965 [2] și o rețea locală în 1966. [28] Finanțarea pentru ARPANET a fost asigurată în 1966 de Bob Taylor, iar planificarea a început în 1967, când l-a angajat pe Larry Roberts. Rețeaua NPL, ARPANET și SITA HLN au început să funcționeze în 1969. Înainte de introducerea X.25 în 1973 [29], au fost dezvoltate aproximativ douăzeci de tehnologii de rețea diferite. Două diferențe fundamentale au fost în împărțirea funcțiilor și sarcinilor între nodurile de la marginea rețelei și nucleul rețelei. Într-un sistem de datagramă end-to-end, gazdele sunt responsabile pentru a se asigura că pachetele sunt livrate în ordine. Într-un sistem de apel virtual, rețeaua garantează livrarea consecventă a datelor către gazdă. Acest lucru are ca rezultat o interfață gazdă mai simplă, dar complică rețeaua. Suita de protocoale X.25 folosește acest tip de rețea.
AppleTalk este o suită proprie de protocoale de rețea dezvoltată de Apple în 1985 pentru computerele Apple Macintosh . A fost principalul protocol folosit de dispozitivele Apple în anii 1980 și 1990. AppleTalk a inclus funcții care au permis stabilirea rețelelor locale fără a fi nevoie de un router sau server centralizat. Sistemul AppleTalk atribuie automat adrese, actualizează spațiul de nume alocat și configurează orice rutare inter-rețea necesară. Era un sistem plug-n-play.
Implementările AppleTalk au fost, de asemenea, lansate pentru PC-urile IBM și dispozitivele compatibile, precum și pentru Apple IIGS. Suportul AppleTalk a fost disponibil în majoritatea imprimantelor de rețea, în special imprimantele laser, unele servere de fișiere și routere. AppleTalk a fost întrerupt în 2009 și înlocuit cu protocoale TCP/IP.
ARPANET a fost rețeaua precursor a Internetului și una dintre primele rețele, împreună cu SATNET ARPA, care a rulat un pachet TCP/IP folosind tehnologii de comutare de pachete.
BNRNET este o rețea dezvoltată de Bell-Northern Research pentru uz intern. Inițial a avut o singură gazdă, dar a fost proiectat să accepte multe gazde. BNR a adus ulterior o contribuție majoră la proiectul CCITT X.25.
Rețeaua cu comutare de pachete CYCLADES a fost o rețea de cercetare franceză proiectată și operată de Louis Pouzin . Demonstrat pentru prima dată în 1973, a fost dezvoltat pentru a explora alternative la designul ARPANET timpuriu și pentru a sprijini cercetarea în rețea în general. A fost prima rețea care a folosit principiul conexiunii end-to-end și a plasat responsabilitatea pentru livrarea fiabilă a datelor pe gazde, mai degrabă decât pe rețeaua în sine. Conceptele acestei rețele au influențat arhitectura ulterioară a ARPANET-ului.
DECnet este o suită de protocoale de rețea creată de Digital Equipment Corporation, lansată inițial în 1975 pentru a conecta două minicalculatoare PDP-11. A evoluat într-una dintre primele arhitecturi de rețea peer-to-peer, transformând astfel DEC într-un centru de rețea puternic în anii 1980. Construit inițial cu trei straturi, mai târziu (1982) a evoluat într-un protocol de rețea conform OSI cu șapte straturi. Protocoalele DECnet au fost dezvoltate în întregime de Digital Equipment Corporation. Cu toate acestea, DECnet Faza II (și mai târziu) au fost standarde deschise cu specificații publicate și mai multe implementări au fost dezvoltate în afara DEC, inclusiv pentru Linux.
DDX-1 a fost o rețea experimentală de la Nippon PTT. Aceasta este comutare mixtă și comutare de pachete. A fost înlocuit cu DDX-2.
Rețeaua Europeană de Informatică ( EIN ), numită inițial COST 11, a fost un proiect început în 1971 pentru a conecta rețele din Marea Britanie, Franța, Italia, Elveția și Euratom. Alte șase țări europene au participat, de asemenea, la studiul protocoalelor de rețea. Derek Barber a condus proiectul, iar Roger Scantlebury a condus contribuția tehnică a Regatului Unit; ambii erau din NPL. Lucrările au început în 1973 și au început să funcționeze în 1976, inclusiv nodurile care leagă rețeaua NPL și CYCLADES. Protocolul de transport EIN a stat la baza protocolului adoptat de International Network Working Group. EIN a fost înlocuit de Euronet în 1979.
Experimental Packet Switched Service ( EPSS ) a fost un experiment de oficiu poștal din Regatul Unit bazat pe protocoale de carte de culori definite de comunitatea academică din Marea Britanie în 1975. A fost prima rețea publică de date din Marea Britanie când a fost pusă în funcțiune în 1977. Ferranti a furnizat hardware-ul și software-ul. Procesarea mesajelor de control al canalului (recunoștințe și controlul fluxului) a fost diferită de cea a majorității celorlalte rețele.
General Electric Information Services ( GEIS ), General Electric a fost un important furnizor internațional de servicii de informații. Compania a proiectat inițial rețeaua de telefonie ca o rețea telefonică internă (deși la nivelul întregului continent) pentru comunicații vocale.
În 1965, la inițiativa lui Warner Sinback, o rețea de date bazată pe această rețea de telefonie vocală a fost proiectată pentru a conecta patru centre de vânzări și service de computere GE (Schenectady, New York, Chicago și Phoenix) pentru a facilita serviciul de partajare a timpului pe computer.
După ce a devenit internațional câțiva ani mai târziu, GEIS a înființat un centru de date de rețea lângă Cleveland, Ohio. S-a publicat foarte puțin despre detaliile interne ale rețelei lor. Designul a fost ierarhic cu linii de comunicare redundante.
IPSANET a fost o rețea semi-privată construită de IP Sharp Associates pentru servicii pentru clienți cu timp partajat. A intrat în funcțiune în mai 1976.
Internetwork Packet Exchange ( IPX ) și Sequential Packet Exchange ( SPX ) sunt protocoale de rețea Novell bazate pe protocoalele Xerox Network Systems IDP și, respectiv, SPP. Acestea au fost utilizate în principal pe rețelele care foloseau sistemele de operare Novell NetWare.
În 1965, Donald Davis de la National Physical Laboratory (Marea Britanie) a dezvoltat și propus o rețea națională de transmisie a datelor bazată pe comutarea de pachete. Propunerea nu a fost acceptată la nivel național, dar până în 1967, un experiment pilot a demonstrat fezabilitatea construirii rețelelor cu comutare de pachete.
Până în 1969, Davis a început să construiască o rețea cu comutare de pachete Mark I pentru a satisface nevoile unui laborator multidisciplinar și pentru a testa tehnologia în condiții de teren. În 1976, 12 computere și 75 de terminale au fost conectate și mai multe au fost adăugate până când rețeaua a fost înlocuită în 1986. NPL, urmat de ARPANET, au fost primele două rețele care au folosit comutarea de pachete și au fost interconectate la începutul anilor 1970.
Octopus era rețeaua locală a Laboratorului Național Lawrence Livermore. A conectat diverse gazde din laborator la terminale interactive și diverse periferice de computer, inclusiv un sistem de stocare în masă.
Laboratoarele de cercetare Philips din Redhill, Surrey au dezvoltat o rețea cu comutare de pachete pentru uz intern. Era o rețea de datagramă cu un singur nod de comutare.
Pachetul universal PARC ( PUP sau Pup) a fost una dintre primele două suite de protocol de internet; a fost creat de cercetătorii Xerox PARC la mijlocul anilor 1970. Întreaga suită oferă rutarea și livrarea pachetelor, precum și funcții de nivel superior, cum ar fi fluxul de octeți fiabil, precum și numeroase aplicații. Evoluțiile ulterioare au dus la apariția Xerox Network Systems (XNS).
RCP a fost o rețea experimentală creată de PTT francez . A fost folosit pentru a câștiga experiență cu tehnologia de comutare de pachete înainte ca specificația TRANSPAC să fie înghețată. RCP era o rețea de circuite virtuale, spre deosebire de CYCLADES, care se baza pe datagrame. RCP pune accent pe conexiunile terminal-la-gazdă și terminal-la-terminal; CYCLADES s-a ocupat de comunicarea dintre gazde. TRANSPAC a fost introdus ca o rețea X.25. RCP a influențat specificația X.25.
Red Especial de Transmisión de Datos este o rețea dezvoltată de Compañía Telefónica Nacional de España. Ea a câștigat în 1972 și a devenit prima rețea publică.
„Rețeaua experimentală de telecomunicații scandinavă cu comutare de pachete SCANNET a fost implementată în bibliotecile tehnice scandinave în anii 1970 și a inclus primul e-zine scandinav Extemplo. Bibliotecile au fost, de asemenea, printre primele din universități care au instalat microcalculatoare pentru uz public la începutul anilor 1980.”
SITA este un consorțiu de companii aeriene. Rețeaua sa de nivel înalt a devenit operațională în 1969 aproximativ în același timp cu ARPANET. A transportat trafic interactiv și trafic de comutare de mesaje. Ca și în cazul multor rețele non-academice, s-a publicat foarte puțin despre asta.
Arhitectura de rețea de sistem ( SNA ) este arhitectura de rețea proprietară a IBM, creată în 1974. Un client IBM ar putea achiziționa hardware și software de la IBM și ar putea închiria linii private de la un operator comun pentru a construi o rețea privată.