Paketų perjungimas: apibrėžimas, struktūra ir veikimo principas

Paketų perjungimas: aiškus apibrėžimas, paketų struktūra ir veikimo principai. Sužinokite, kaip IP paketai ir maršrutizatoriai efektyviai perduoda duomenis tinkle.

Autorius: Leandro Alegsa

Paketų perjungimas – tai tinklo duomenų perdavimo metodas, kai didesnė informacijos srovė suskaidoma į mažesnius vienetus – paketus. Kiekvienas paketas turi antraštę (header) ir naudingąją apkrovą (payload). Naudingoji apkrova yra pati perduodama informacija; antraštėje saugoma kontrolinė informacija, reikalinga paketui nukeliauti iki paskirties vietos.

Paketų struktūra

Standartiškai paketas susideda iš šių dalių:

  • Antraštė (header) – joje būna laukai, tokie kaip šaltinio ir paskirties IP adresai, protokolo identifikatorius (pvz., TCP arba UDP), lauko ilgis, sekos numeriai (jei reikia), laiko gyvavimo (TTL) laukas, kontrolinės sumos (checksum) ir kita tinklui reikalinga informacija.
  • Naudingoji apkrova (payload) – tai faktiniai duomenys, kuriuos siuntėjas nori perduoti.
  • Traileris / FCS – kai kuriuose sluoksniuose (pvz., Ethernet) gale pridedama kontrolinė suma arba kiti kontrolės laukai, kad būtų galima aptikti fizinius klaidų perdavimo metu.

Taip pat svarbu paminėti, kad kiekvienas tinklo sluoksnis prideda arba pašalina savo antraštes – tai vadinama inkapsuliacija ir deinkapsuliacija.

Veikimo principas

Paprasčiausias srautas atrodo taip:

  • Darbo stotis (siuntėjas) sukuria paketą ir pažymi jį paskirties vietos IP adresu.
  • Paketą darbo stotis perduoda į vietinį maršrutizatorių arba jungtį; čia dažnai atliekama adresų transformacija (pvz., ARP LAN lygyje) ir inkapsuliacija į vietinio tinklo rėmelį (pvz., Ethernet frame).
  • Maršrutizatoriaus užduotis – priimti paketą, patikrinti antraštę, nuspręsti, į kurį tinklo sąsają (next hop) jį persiųsti, ir prireikus pakeisti rėmelio antraštę. Sprendimas priimamas pagal maršrutų lentelę ir maršrutizavimo protokolus (pvz., OSPF, BGP).
  • Paketai dažniausiai persiunčiami pagal store-and-forward principą: maršrutizatorius pilnai priima paketą, patikrina jo integralumą (checksum), tada persiunčia toliau. Yra ir greitesni metodai (pvz., cut-through), bet jie mažiau dažni plačiuose tinkluose.
  • Jei paketas didesnis už perjungimo segmentų maksimalų vienetą (MTU), jis gali būti išskaidytas (fragmentuotas) į kelis fragmentus; galutinė paskirties stotis surenka fragmentus ir atlieka reinkapsuliaciją (reassembly).
  • Paskirties vietoje transporto sluoksnis (pvz., TCP) gali naudoti sekos numerius ir patvirtinimus, kad užtikrintų visų paketų pristatymą ir teisingą eiliškumą.

Skirtumas tarp paketų perjungimo ir grandininio (circuit) perjungimo

Paketų perjungimas leidžia daugeliui naudotojų dalytis tuo pačiu tinklo kanalu, siunčiant duomenis paketais, kurie keliauja įvairiais maršrutais. Priešingai, grandininis (circuit) perjungimas (pvz., tradicinėje PSTN) rezervuoja visą kelią dviem taškais ryšio metu. Paketų perjungimas yra lankstesnis ir labiau efektyvus pralaidumo atžvilgiu, bet gali sukelti vėlavimus, paketų praradimą arba paketus eiliškumo neatitikimus.

Privalumai ir trūkumai

  • Privalumai:
    • Efektyvus tinklo resursų naudojimas (multiplexing) — kelios sesijos dalijasi ta pačia jungtimi.
    • Aukštesnis atsparumas gedimams — paketai gali keliauti skirtingais maršrutais.
    • Lankstumas ir skalė — lengviau pridėti naujus tinklo naudotojus ar maršrutus.
  • Trūkumai:
    • Galimi vėlavimai (latencija) ir tinklo svyravimai (jitter), ypač piko metu.
    • Paketų praradimas ar persiuntimo eiliškumo pakeitimai reikalauja papildomų protokolų kontrolės (pvz., TCP).
    • Reikalingas tinkamas QoS valdymas realaus laiko srautams (balso, vaizdo) užtikrinti.

Dažni protokolai ir technologijos

  • IP (Internet Protocol) – pagrindinis paketų perjungimo protokolas internete.
  • TCP (Transport Control Protocol) – užtikrina patikimą ryšį su paketo praradimų atkūrimu ir eiliškumu.
  • UDP (User Datagram Protocol) – lengvesnis, be patikros, tinkamas realaus laiko srautams.
  • ICMP – valdymo pranešimams (pvz., ping, maršruto klaidos).
  • MPLS, VPN, NAT, QoS – papildomos technologijos ir mechanizmai, pagerinantys maršrutų valdymą, saugumą ir paslaugų kokybę.

Paprastas pavyzdys žingsnis po žingsnio

  1. Jūs atidarote naršyklę ir siunčiate užklausą į svetainę. Transporto sluoksnis įdeda portų informaciją, o tinklo sluoksnis – paskirties IP.
  2. Į tinklo rėmelį pridedamas fizinio tinklo adresas (pvz., Ethernet MAC). Jei reikia, realizuojamas ARP, kad sužinotų kito įrenginio MAC.
  3. Paketą priima maršrutizatorius: jis patikrina IP antraštę, randa kitą šuolį savo maršrutų lentelėje ir persiunčia paketą per tinkamą sąsają.
  4. Procesas kartojamas tol, kol paketas pasiekia paskirties tinklą. Jei paketas buvo fragmentuotas, paskirties sistema surenka visus fragmentus ir atkuria originalią žinutę.
  5. Transporto sluoksnis (pvz., TCP) gali patvirtinti gavimą; jei paketas prarastas, TCP paprašys persiuntimo.

"Duomenų paketas - tai duomenų vienetas, sudarytas iš antraštės ir naudingosios apkrovos, kuris keliauja tinklu ir leidžia perduoti informaciją naudojant interneto protokolą (IP) bei kitus tinklo protokolus."
- Evanas

Apibendrinant: paketų perjungimas yra pagrindinis interneto ir daugumos šiuolaikinių kompiuterių tinklų darbas – jis leidžia efektyviai perduoti duomenis, dalintis tinklo pralaidumu ir užtikrina lankstumą bei atsparumą tinklo trikdžiams.



Ieškoti
AlegsaOnline.com - 2020 / 2025 - License CC3