Paket-Schaltung ist eine Digitalnetzwerkanschlusskommunikationsmethode dass Gruppen alle übersandten Daten - unabhängig vom Inhalt, dem Typ oder der Struktur - in angemessen große Blöcke, genannt Pakete. Paket, das Eigenschaft-Übergabe von Datenströmen der variablen Bit-Rate (Folgen von Paketen) über ein geteiltes Netz schaltet. Wenn man Netzadapter, Schalter, Router und andere Netzknoten überquert, werden Pakete gepuffert und haben Schlange gestanden, auf variable Verzögerung und Durchfluss abhängig von der Verkehrslast im Netz hinauslaufend.

Paket-Schaltung hebt sich von einem anderen Hauptnetzwerkanschlussparadigma, Leitungsvermittlung, eine Methode ab, die eine begrenzte Zahl von hingebungsvollen Verbindungen der unveränderlichen Bit-Rate und unveränderlichen Verzögerung zwischen Knoten für den exklusiven Gebrauch während der Nachrichtensitzung aufstellt. Im Falle Verkehrsgebühren (im Vergleich mit der flachen Rate), zum Beispiel in Zellnachrichtendienstleistungen, wird Leitungsvermittlung durch eine Gebühr pro Zeiteinheit der Verbindungszeit charakterisiert, selbst wenn keine Daten übertragen werden, während Paket-Schaltung durch eine Gebühr pro Einheit der Information charakterisiert wird.

Zwei Hauptpaket-Schaltungsweisen bestehen; (1) connectionless Paket-Schaltung, auch bekannt als Datenpaket-Schaltung, und (2) Verbindungsorientierte Paket-Schaltung, auch bekannt als virtuelle Leitungsvermittlung. Im ersten Fall schließt jedes Paket das ganze Wenden oder die Routenplanungsinformation ein. Die Pakete werden individuell aufgewühlt, manchmal auf verschiedene Pfade und in Unordnung Übergabe hinauslaufend. Im zweiten Fall wird eine Verbindung definiert und in jedem beteiligten Knoten während einer Verbindungsphase vorzugeteilt, bevor jedes Paket übertragen wird. Die Pakete schließen einen Verbindungsbezeichner ein aber nicht richten Information, und werden in der Ordnung geliefert. Sieh unten.

Paket-Weise-Kommunikation kann mit oder ohne Zwischenversandknoten (Paket-Schalter oder Router) verwertet werden. In der ganzen Paket-Weise-Kommunikation werden Netzmittel dadurch geführt, statistisch gleichzeitig zu senden, oder dynamische Bandbreite-Zuteilung, in der ein Nachrichtenkanal in eine beliebige Zahl von logischen Kanälen der variablen Bit-Rate oder Datenströmen effektiv geteilt wird., Paket-Schaltung und andere Teilstreckenpufferung statistisch gleichzeitig zu senden, führen unterschiedliche Latenz und Durchfluss in der Übertragung ein. Jeder logische Strom besteht aus einer Folge von Paketen, die normalerweise durch den multiplexers und die Zwischennetzknoten asynchron mit zuerst nachgeschickt werden - in, zuerst puffernd. Wechselweise können die Pakete gemäß etwas Terminplanungsdisziplin für das schöne Schlangestehen, Verkehrsformen oder für die unterschiedene oder versicherte Qualität des Dienstes, wie das beschwerte Messe-Schlangestehen oder der undichte Eimer nachgeschickt werden. Im Falle eines geteilten physischen Mediums können die Pakete gemäß einer Paket-Weise vielfaches Zugriffsschema geliefert werden.

Geschichte

Das Konzept, kleine Datenblocks zu schalten, wurde zuerst von Paul Baran am Anfang der 1960er Jahre erforscht. Unabhängig hatte Donald Davies an National Physical Laboratory (NPL) im Vereinigten Königreich dieselben Ideen ein paar Jahre später (Abbate, 2000) entwickelt.

Leonard Kleinrock hat frühe Forschung in der queueing Theorie geführt, die in der Paket-Schaltung wichtig sein würde, und ein Buch im zusammenhängenden Feld der Digitalnachrichtenschaltung (ohne die Pakete) 1961 veröffentlicht hat; er hat auch später eine Hauptrolle im Gebäude und Management des ersten Paketvermittlungsnetzes in der Welt, des ARPANET gespielt.

Baran hat das Konzept des Nachrichtenblocks entwickelt, der während seiner Forschung an RAND Corporation für die US-Luftwaffe in survivable Kommunikationsnetze zuerst umschaltet, die der Luftwaffe im Sommer 1961 als kurzfassend B-265 dann präsentiert sind, veröffentlicht als RAND Papier P-2626 1962 und dann einschließlich und sich etwas innerhalb einer Reihe von elf Papieren ausbreitend, die Auf Verteilten Kommunikationen 1964 betitelt sind. Das P-2626 Papier von Baran hat eine allgemeine Architektur für einen groß angelegten, verteiltes, survivable Kommunikationsnetz beschrieben. Das Papier konzentriert sich auf drei Schlüsselideen: erstens, Gebrauch eines dezentralisierten Netzes mit vielfachen Pfaden zwischen irgendwelchen zwei Punkten; und zweitens, ganze Benutzermeldungen darin teilend, was er Nachrichtenblöcke (später genannt Pakete) genannt hat; dann Drittel, Übergabe dieser Nachrichten durch den Laden und die Vorwärtsschaltung.

Die Studie von Baran hat seinen Weg Robert Taylor und J.C.R. Licklider an der Information gemacht, die Technologiebüro, sowohl weit reichende Netzevangelisten Bearbeitet, als auch es hat geholfen, Lawrence Roberts zu beeinflussen, um die Technologie anzunehmen, als Taylor ihn verantwortlich für die Entwicklung des ARPANET gebracht hat.

Die Arbeit von Baran war der Forschung durchgeführt unabhängig von Donald Davies am Nationalen Physischen Laboratorium, das Vereinigte Königreich ähnlich. 1965 hat Davies das Konzept von Paketvermittlungsnetzen entwickelt und hat Entwicklung des Vereinigten Königreichs breites Netz vorgeschlagen. Er hat ein Gespräch auf dem Vorschlag 1966 gegeben, nach dem eine Person vom Verteidigungsministerium (MoD) ihm über die Arbeit von Baran erzählt hat. Ein Mitglied der Mannschaft von Davies hat Lawrence Roberts auf dem ACM 1967-Symposium auf Betriebssystemgrundsätzen getroffen, die zwei Gruppen zusammenbringend.

Interessanterweise hatte Davies einige derselben Rahmen für sein ursprüngliches Netzdesign als Baran wie eine Paket-Größe von 1024 Bit gewählt. 1966 hat Davies vorgeschlagen, dass ein Netz am Laboratorium gebaut werden sollte, um den Bedürfnissen nach NPL zu dienen und die Durchführbarkeit der Paket-Schaltung zu beweisen. Das NPL Datenkommunikationsnetz ist in Dienst 1970 eingegangen. Roberts und die ARPANET Mannschaft haben den Namen "Paket genommen, das" sich von der Arbeit von Davies schaltet.

Das erste Computernetz und für die gemeinsame Computerbetriebsmittelnutzung aufmarschierte Paket-Schaltungsnetz waren das Krake-Netz am Lawrence Livermore Nationales Laboratorium, das begonnen hat, vier Kontrolldaten 6600 Computer mit mehreren geteilten Speichergeräten (einschließlich IBM 2321 Data Cell 1968 und IBM Photostore 1970) und zu mehrerem hundert Fernschreiber-Modell 33 ASR Terminals für den Time-Sharing-Gebrauch zu verbinden, der 1968 anfängt.

1973 haben Vint Cerf und Bob Kahn die Spezifizierungen für Transmission Control Protocol (TCP), ein Zwischennetzwerkanschlussprotokoll geschrieben, um Mittel zu teilen, die Paketvermittlungs-unter den Knoten verwenden.

Connectionless und Verbindungsorientierte Paket-Schaltung

Der Dienst, der wirklich dem Benutzer durch Netze mit Paket-Schaltungsknoten zur Verfügung gestellt ist, kann irgendein connectionless (gestützt auf Datenpaket-Nachrichten), oder virtuelle Leitungsvermittlung (auch bekannt als Verbindung orientiert) sein. Einige connectionless Protokolle sind Ethernet, IP und UDP; orientierte Paketvermittlungsprotokolle der Verbindung schließen X.25, Rahmenrelais, Mehrprotokoll-Etikett ein, das (MPLS) und TCP Schaltet.

In Verbindungsorientierten Netzen wird jedes Paket mit einem Verbindungspersonalausweis aber nicht einer Adresse etikettiert. Adressinformation wird nur jedem Knoten während einer Verbindungseinstellungsphase übertragen, wenn der Weg zum Bestimmungsort entdeckt wird und ein Zugang zum umschaltenden Tisch in jedem Netzknoten hinzugefügt wird, durch den die Verbindung geht. Die verwendeten Signalprotokolle erlauben der Anwendung, seine Voraussetzungen und das Netz anzugeben, um anzugeben, welche Kapazität usw. verfügbare und annehmbare Werte für zu verhandelnde Dienstrahmen ist. Routenplanung ein Paket, ist als es gerade sehr einfach, verlangt, dass der Knoten den Personalausweis im Tisch nachschlägt. Der Paket-Kopfball kann klein sein, weil er nur den Personalausweis und jede Information enthalten muss (wie Länge, Zeitstempel oder Folge-Zahl), der für verschiedene Pakete verschieden ist.

In connectionless Netzen wird jedes Paket mit einer Bestimmungsort-Adresse, Quelladresse und Hafen-Zahlen etikettiert; es kann auch mit der Folge-Zahl des Pakets etikettiert werden. Das schließt das Bedürfnis nach einem hingebungsvollen Pfad aus, um dem Paket zu helfen, seinen Weg zu seinem Bestimmungsort zu finden, aber bedeutet, dass so viel mehr Information im Paket-Kopfball erforderlich ist, der deshalb größer ist, und diese Information im mit der Macht hungrigen Assoziativspeicher nachgeschlagen werden muss. Jedes Paket wird entsandt und kann über verschiedene Wege gehen; potenziell muss das System so viel Arbeit für jedes Paket tun, wie das Verbindungsorientierte System in der Verbindungseinstellung, aber mit weniger Information betreffs der Voraussetzungen der Anwendung tun muss. Am Bestimmungsort wird die ursprüngliche Nachricht/Daten in der richtigen Ordnung wieder versammelt, die auf der Paket-Folge-Zahl gestützt ist. So werden eine virtuelle Verbindung, auch bekannt als ein virtueller Stromkreis oder Byte-Strom dem Endbenutzer durch ein Transportschicht-Protokoll zur Verfügung gestellt, obwohl Zwischennetzknoten nur einen connectionless Netzschicht-Dienst zur Verfügung stellen.

Paket, das in Netzen umschaltet

Paket-Schaltung wird verwendet, um den Gebrauch der Kanalkapazität zu optimieren, die in Digitalfernmeldenetzen wie Computernetze verfügbar ist, die Übertragungslatenz zu minimieren (die Zeit, die man für Daten braucht, um über das Netz zu gehen), und Robustheit der Kommunikation zu vergrößern.

Der am besten bekannte Gebrauch der Paket-Schaltung ist das Internet und die meisten lokalen Bereichsnetze.

Das Internet wird durch das Internetprotokoll-Gefolge mit einer Vielfalt von Verbindungsschicht-Technologien durchgeführt. Zum Beispiel sind Ethernet und Frame Relay üblich. Neuere Mobiltelefontechnologien (z.B, GPRS, I-Weise) verwenden auch Paket-Schaltung.

X.25 ist ein bemerkenswerter Gebrauch des Pakets, das darin trotz des Basierens auf Paket-Schaltungsmethoden umschaltet, es hat virtuelle Stromkreise dem Benutzer zur Verfügung gestellt. Diese virtuellen Stromkreise tragen Pakete der variablen Länge. 1978 hat X.25 das erste internationale und kommerzielle Paket-Schaltungsnetz, International Packet Switched Service (IPSS) zur Verfügung gestellt. Asynchronous Transfer Mode (ATM) ist auch eine virtuelle Schaltungstechnik, die orientierte Paket-Schaltung der Verbindung des Relais der Zelle der festen Länge verwendet.

Datenpaket-Paket-Schaltung wird auch Connectionless-Netzwerkanschluss genannt, weil keine Verbindungen hergestellt werden. Technologien wie Mehrprotokoll-Etikett, das (MPLS) und das Quellenbedenken-Protokoll (RSVP) Schaltet, schaffen virtuelle Stromkreise oben auf Datenpaket-Netzen. Virtuelle Stromkreise sind im Gebäude robuster failover Mechanismen und Zuteilen der Bandbreite für mit der Verzögerung empfindliche Anwendungen besonders nützlich.

MPLS und seine Vorgänger, sowie ATM, sind "schnelles Paket" Technologien genannt worden. MPLS ist tatsächlich "ATM ohne Zellen" genannt worden. Moderne Router verlangen jedoch nicht, dass diese Technologien im Stande sind, Pakete der variablen Länge mit multigigabit Geschwindigkeiten über das Netz nachzuschicken.

X.25 gegen die Rahmenrelaispaket-Schaltung

Sowohl X.25 als auch Rahmenrelais stellt Verbindungsorientierte Paket-Schaltung, auch bekannt als virtuelle Leitungsvermittlung zur Verfügung. Ein Hauptunterschied zwischen der X.25- und Rahmenrelaispaket-Schaltung ist, dass X.25 ein zuverlässiges Protokoll ist, das auf der Knoten-zu-Knoten-automatischen mehrmaligen Bitte gestützt ist, während Rahmenrelais ein nichtzuverlässiges Protokoll ist, ist maximale Paket-Länge 1000 Bytes. Irgendwelche Weitermeldungen müssen durch höhere Schicht-Protokolle ausgeführt werden. Das X.25 Protokoll ist ein Netzschicht-Protokoll, und ist ein Teil des X.25 Protokoll-Gefolges, auch bekannt als des OSI Protokoll-Gefolges. Es wurde in umschaltenden Netzen während der 1980er Jahre und Anfang der 1990er Jahre, zum Beispiel als eine Alternative zur Stromkreis-Weise-Endschaltung, und für automatisierte Erzähler-Maschinen weit verwendet. Rahmenrelais ist eine weitere Entwicklung von X.25. Die Einfachheit des Rahmenrelais hat es beträchtlich schneller und mehr Kosten wirksam gemacht als X.25 Paket-Schaltung. Rahmenrelais ist Daten verbinden Schicht-Protokoll, und stellt logische Adressen und Routenplanung nicht zur Verfügung. Es wird nur für "halb dauernde" Verbindungen verwendet, während X.25 Verbindungen auch für jede Nachrichtensitzung hergestellt werden können. Rahmenrelais wurde verwendet, um LANs oder LAN Segmente hauptsächlich in den 1990er Jahren durch große Gesellschaften miteinander zu verbinden, die eine Voraussetzung hatten, um schweren Fernmeldeverkehr über Fernnetze zu behandeln. Trotz der Vorteile der Rahmenrelaispaket-Schaltung bleiben viele internationale Gesellschaften beim X.25 Standard. In den Vereinigten Staaten wurde X.25 Paket-Schaltung schwer in Regierungs- und Finanznetzen dieser Gebrauch-Großrechner Anwendungen verwendet. Viele Gesellschaften haben nicht vorgehabt hinüberzugehen, um Relaispaket-Schaltung Einzurahmen, weil sie wirksam mehr gekostet wird, um X.25 in langsameren Netzen zu verwenden. In bestimmten Teilen der Welt, besonders in Gebieten von Asien-Pazifik und Südamerika, war X.25 die einzige verfügbare Technologie.

Siehe auch

• Nachricht, die umschaltet
• Leitungsvermittlung
• Laden und Vorwärtsverzögerung
• Zeitgesteuerte Schaltung - ein bufferless nähert sich dem Paket, das umschaltet
• Publikum hat Datennetz geschaltet
• Paket-Koppelnetz
• Optisches Platzen, das umschaltet

Bibliografie

• Leonard Kleinrock, Datenfluss in Großen Nachrichtennetzen, (MIT, Cambridge, am 31. Mai 1961) Vorschlag für eine Doktorarbeit
• Leonard Kleinrock. Datenfluss in Großen Nachrichtennetzen (RLE Vierteljährlicher Zwischenbericht, Juli 1961)
• Leonard Kleinrock. Nachrichtennetze: Stochastische Nachricht Fluss und Verzögerung (McGraw-Hügel, New York, 1964)
• Paul Baran u. a. Auf Verteilten Kommunikationen, Volumina I-XI (Forschungsdokumente von RAND Corporation, August 1964)
• Paul Baran, Auf Verteilten Kommunikationen: Ich Einführung ins Verteilte Kommunikationsnetz (RAND Vermerk RM-3420-PR. August 1964)
• Paul Baran, In Verteilten Kommunikationsnetzen, (IEEE Transaktionen auf Kommunikationssystemen, März 1964)
• D. W. Davies, K. A. Bartlett, R. A. Scantlebury, und P. T. Wilkinson, Ein Digitalkommunikationsnetz für Computer, die schnelle Antwort an entlegenen Endgeräten (ACM Symposium auf Betriebssystemgrundsätzen geben. Oktober 1967)
• R. A. Scantlebury, P. T. Wilkinson, und K. A. Bartlett, Das Design eines umschaltenden Nachrichtenzentrums für ein Digitalnachrichtennetz (IFIP 1968)
• Larry Roberts und Tom Merrill, Zu einem Kooperativen Netz von Zeitgeteilten Computern (Fall AFIPS Konferenz. Oktober 1966)
• Lawrence Roberts, Die Evolution der Paket-Schaltung (Verhandlungen des IEEE, November 1978)

Weiterführende Literatur

• Katie Hafner, Wo Zauberer Spät (Simon und Schuster, 1996) Seiten 52-67 Bleiben
• Janet Abbate, das Internet (MIT Presse, 2000) internationale Standardbuchnummer 0-262-51115-0 Erfindend
• Arthur Norberg, Judy E. O'Neill, Computertechnologie Umgestaltend: Information, die für das Pentagon, 1962-1982 (Universität von Johns Hopkins, 1996) In einer Prozession geht

Links

• Mündliches Geschichtsinterview mit Paul Baran. Institutuniversität von Charles Babbage Minnesotas, Minneapolis. Baran beschreibt sein Arbeitsumfeld an RAND, sowie sein anfängliches Interesse an survivable Kommunikationen, und der Evolution, dem Schreiben und dem Vertrieb seiner elfbändigen Arbeit, "Auf Verteilten Kommunikationen." Baran bespricht seine Wechselwirkung mit der Gruppe an ARPA, die für die spätere Entwicklung des ARPANET verantwortlich waren.
• Paket-Schaltungsgeschichte und Design, Seite, die von Baran, Roberts und Kleinrock nachgeprüft ist
• Paul Baran und die Ursprünge des Internets
• Eine kurze Geschichte des Internets