Grundlagen der Paketvermittlung (Packet Switching)

Packet Switching

Switching ist eine Technik, die uns bei der effizienten Nutzung der physischen Verbindungen in einem Computernetzwerk hilft. Es gibt zwei grundlegende Techniken:

Datagramm-Technik

• Paketfragmente werden mit ausreichenden Informationen übermittelt, sodass das Netzwerk das Fragment einfach an die Daten-Endgeräte weiterleiten kann.
• Gilt als die empfindlichste Methode.
• Keine Verbindungsaufbau-Phase (Call Setup).
• Die Weitergabe von Daten ist sicherer.
• Nicht alle Pakete folgen demselben Weg.
• Pakete können das Ziel in ungeordneter Reihenfolge erreichen, da ihre Behandlung unabhängig erfolgt.
• Ein Paket kann auf dem Übertragungsweg zerstört werden; die Wiederherstellung liegt in der Verantwortung der Zielstation.

Virtuelle Verbindungen (Virtual Circuits)

Es handelt sich um ein Kommunikationssystem, bei dem Daten von einer Benutzerquelle zu einer anderen Benutzerstation über mehr als eine reale Kommunikationsstrecke während eines bestimmten Zeitraums übertragen werden können, wobei die Umschaltung für den Benutzer transparent ist.

• Sie werden am häufigsten verwendet.
• Die Funktionsweise ähnelt leitungsvermittelten Netzen.
• Vor der Übertragung von Paketen wird der Übertragungsweg durch eine Paket-Rufanforderung (Call Request) und eine Rufannahme (Call Accepted) aufgebaut. Danach erfolgt der Datenaustausch, und nach Abschluss wird ein Freigabe-Anforderungspaket (Clearance Request) gesendet.
• Jedes Paket besitzt eine Kennung für die virtuelle Verbindung (Virtual Circuit Identifier) anstelle der Zieladresse.
• Die Pakete werden in der gleichen Reihenfolge empfangen, in der sie gesendet wurden.

Das Paket (Package)

Eine Gruppe von Informationen, die aus zwei Teilen besteht: den eigentlichen Daten und den Steuerinformationen, die den Pfad durch das Netzwerk zum Ziel des Pakets angeben.

• Propagation Delay: Zeit für die Übermittlung von Informationen zwischen den Knoten.
• Transmission Time: Zeit, die der Sender benötigt, um den Block zu senden.
• Knoten-Verzögerung (Node Delay): Zeit, die ein Knoten für die Vermittlung benötigt.

Weitere Funktionen

Leitungsvermittlung

• Transparenter Service mit konstanter Geschwindigkeit.
• Verzögerung aufgrund des Verbindungsaufbaus.
• Analoge oder digitale Datenübertragung zwischen Ausgangs- und Zielort.

Paketvermittlung

• Die Daten müssen vor der Übermittlung über eine virtuelle Verbindung von analog zu digital umgewandelt werden.
• Zusätzlicher Overhead (Extras).
• Es gibt eine Verzögerung vor der Übertragung.

Datagramme

• Die Ankunft erfolgt in unterschiedlicher Reihenfolge.
• Es besteht kein Verbindungsaufbau.

Externe und interne Operationen

Diese hängen von den spezifischen Zielen bei der Entwicklung des Netzes und der Kostenpriorität ab. Die wichtigste Eigenschaft eines paketvermittelten Netzes ist der Einsatz von virtuellen Verbindungen oder Datagrammen.

Externer Virtual Circuit

Stellt eine logische Verbindung zwischen zwei Stationen her. Die Pakete sind mit einer Nummer der virtuellen Verbindung und einer Sequenz markiert; sie werden in der richtigen Reihenfolge empfangen.

Interner Virtual Circuit

Definiert und markiert den Weg für Pakete zwischen zwei Stationen. Alle Pakete der virtuellen Verbindung folgen demselben Weg und werden am Ziel in ihrer ursprünglichen Reihenfolge empfangen.

Externes Datagramm

Jedes Paket wird unabhängig mit einer Zieladresse übertragen und kann ungeordnet empfangen werden.

Internes Datagramm

Das Netz behandelt jedes Paket unabhängig. Die Pakete sind mit einer Zieladresse markiert und werden ungeordnet am Zielknoten empfangen.

Routing

Routing bezeichnet die Einrichtung eines Pfades, um eine Kommunikation von einer Quelle zu einem Ziel zu ermöglichen.

Anforderungen an das Routing:

• Genauigkeit
• Unparteilichkeit
• Optimierung
• Robustheit
• Effizienz
• Einfachheit
• Stabilität