Sieci komputerowe

4. PRZEŁĄCZANIE

PAKIETÓW

4 Przełączanie pakietów

4.1Pakiety, ramki
4.1.1Przełączanie obwodów
4.1.2Przełączanie pakietów
4.1.3Pakiety i ramki fizyczne
4.1.4Klasyfikacja sieci pakietowych
4.1.5Organizacje i standardy sieciowe
4.2Niezawodność i kodowanie transmisji
4.2.1Kodowanie kanałowe

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

2

4.1 Pakiety, ramki

• Techniki przełączania umożliwiają

komputerom przesyłanie danych przez
wspólne łącza telekomunikacyjne.

• Rozróżnia się:

przełączanie obwodów – specjalizowane
urządzenia, zwane przełącznikami, „zestawiają”
na czas transmisji fizyczną ścieżkę (łącze)
pomiędzy dwoma punktami nadawczo-odbiorczymi,
w szczególności pomiędzy dwoma komputerami.
Zasoby ścieżki (urządzenia i łącza) są niedostępne
w tym czasie dla innych transmisji,

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

3

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

4

• Kojarzy się z telefonią przewodową – zestawienie

odizolowanej trasy (kanału komunikacyjnego)

• Obecnie urządzenia elektroniczne ustawiają

kanały i zapewniają multipleksowanie 
kanały/obwody wirtualne

• Przydzielenie obwodu na czas transmisji pliku

blokuje dostęp innym użytkownikom

• Przełączanie obwodów tworzy iluzję korzystania

z niezależnych fizycznych połączeń pomiędzy
urządzeniami – trasa tworzona jest na żądanie
i usuwana po zakończeniu transmisji.

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

5

• przełączanie pakietów – przesyłana

informacja dzieli się na pakiety, które zgodnie
z obowiązującymi protokołami, np. protokół
TCP/IP, są przesyłane różnymi drogami do
odbiorców. Ponieważ każdy pakiet jest
wyposażony w adres docelowy, to
pośredniczący komputer może zestawić nowe
połączenie, omijające np. niesprawne łącza.
Technika przełączania pakietów zapewnia
nieporównywalnie wyższą niezawodność i jest
powszechnie stosowana w Internecie.

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

6

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

7

• W sieciach komputerowych z reguły nie przesyła

się ciągłych strumieni danych  system dzieli
pliki na pakiety

• Pakiet– mała porcja danych (około 1 500 bajtów)

przesyłanych niezależnie od pozostałych

• Rozmiar pakietu różny w różnych sieciach 

definiuje się maksymalny rozmiar

• Korzyści stosowania podziału na pakiety;

– Możliwość koordynacji transmisji danych pomiędzy

nadawcą i odbiorcą

– Możliwość sprawdzenia poprawności transmisji danych

i „tańsze” korygowanie błędów

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

8

– Obniżenie kosztów używanego sprzętu –

wielu użytkowników korzysta z tego samego
łącza i modemów

– Zapewnienie „sprawiedliwego” dostępu do

łącza  otwieranie i zamykanie łącza
(dostępu do wspólnego zasobu) jedynie na
czas potrzebny dla przekazania pakietu

– Nadawca może wysyłać pakiety

w dowolnych chwilach (dowolnie długie
przerwy) i  może się komunikować
z wieloma odbiorcami

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

9

• Wada podziału na pakiety;

– Konieczność podziału pliku na pakiety +

scalanie pakietów w jeden plik

– „wymuszone” przerwy w transmisji

pliku

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

10

4.1.3 Pakiety i ramki fizyczne

• System przełączania pakietów

korzysta ze wspólnego medium
komunikacyjnego

• Pakiet musi zawierać identyfikator

odbiorcy

• jednakowy system oznaczania

odbiorców

• “normalizacja” zapisów

identyfikujących pakiet  ramka

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

11

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

12

Rys. 4.3   

Typowa ramka sieci pakietowej

Rys. 4.4   

Typowa ramka ze zanakami SOH (Start of

Header) EOT (End of Transmision)

• Problem rozróżnienia znaków SOH i EOT od

“normalnych” znaków danych 
nadziewanie/rozpychanie (data stuffing) bajtami

• Kod ASCII; SOH - 01

16

, EOT - 04

16

, ESC – 1B

16

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

13

• Rys. 4.5   Nadziewanie bajtami; (a) - pierwotne dane,

(b) - wynik operacji

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

14

4.1.4

1.4.2014 Klasyfikacja sieci

pakietowych

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

15

• MAN zanika i jest włączane do WAN

4.1.5 Organizacje i standardy sieciowe

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

16

Rys. 4.3   

Stosy protokołów sieciowych wg organizacji

normalizacyjnych; W3C - World Wide Web
Consortium, IETF - Internet Engineering Task Force,
IEEE - Institute of Electrical and Electronics
Engineers

4.2 Niezawodność i kodowanie transmisji

• Przyczyny błędów transmisji:

– Interferencje
– Zniekształcenia impulsów (pojemności i

indukcyjności przewodów) oraz rozproszenia
(dyspersja) i odbicia sygnałów świetlnych

– Tłumienie sygnałów w przewodach

i światłowodach

 
•  wykrywanie i naprawianie

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

17

Rodzaje błędów:

• Przekłamanie pojedynczego bitu
• Przekłamanie wielu bitów – rozmiar

przekłamanego bloku

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

18

4.2.1 Kodowanie kanałowe

• Kodowanie kanałowe – zwiększenie odporności

transmisji na błędy i zwiększenie wiarygodności
przekazu;

– Kodowanie korekcyjne (Forward Error Correction -

FEC) – uzupełnienie przesyłanego bloku danych
o dodatkową informację umożliwiającą sprawdzenie
poprawności transmisji i ew. naprawienia błędów

– Automatyczne powtarzanie żądania (Automatic

Repeat reQuest - ARQ) – wymiana komunikatów
pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem o
poprawności przesłanego bloku + ew. żądanie
powtórzenia transmisji.

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

19

4.2.2 Techniki kodowania korekcyjnego:

• Kody blokowe:

– podział przekazywanego pliku informacji na

bloki

– do każdego bloku dodawana jest nadmiarowa

informacja umożliwiająca sprawdzenie
poprawności transmisji

– dodana informacja zależy jedynie od „treści”

zawartych w danym bloku

– kody „bez pamięci” – zależą jedynie od treści

bloku

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

20

• Kody splotowe

– Wylicza się kod na podstawie całego pliku
– Kody z pamięcią – kod danego bloku zależy od

tego bloku oraz od strumienia uprzednio
przesłanych danych

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

21

4.2.3 Kontrola parzystości

• Pojedyncza kontrola / detekcja parzystości, np. dla

znaku alfanumerycznego

• Nadawca – wylicza i dodaje bit parzystości (lub

nieparzystości)

• Odbiorca – usuwa bit kontrolny, wylicza własny bit

i porównuje go z otrzymanym.

• Konieczność skonfigurowania nadajnika i odbiornika
• W przypadku kontroli parzystości łączna liczba bitów

musi być parzysta

• Wady

– Wzrost przesyłanych danych
– Wykrywanie pojedynczych błędów

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

22

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

23

Detekcja i korekcja pojedynczych błędów

• Kod kontroli parzystości wierszy i kolumn (Row

And Column - RAC)

• Zapis przesyłanego bloku (np. 12 bitów) w

postaci tablicy

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

24

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

25

4.2.4 Cykliczny kod nadmiarowy

• W sieciach o dużych szybkościach

transmisji stosuje kodowanie
kanałowe generujące wartości
cyklicznego kodu nadmiarowego
(Cyclic Redundancy Code)

• Słowo cykliczny odpowiada

przesunięciu cyklicznemu słowa
kodowego  generuje nowe słowo

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

26

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

27

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

28

• Są różne interpretacje – m.in. informatycy

interpretują CRC jako obliczanie reszty
z dzielenia dwóch liczb binarnych; wiadomości
oraz stałego dzielnika

• Np. Dzielenie liczby 1010 przez dzielnik / stałą

1011

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

29

• Układ generowania kodu CRC

• Inicjowanie – ładowanie rejestru 0
• Wprowadzanie słowa i przesuwanie cykliczne 

po zakończeniu w rejestrze kod CRC

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

30

• Ramka z 16 bitowym kodem CRC

wyliczonym dla bloku danych.

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

31

Problem.
Czy kod CRC wyznaczamy z uwzględnieniem
znaków specjalnych ESC A, ESC B, ESC C  jeżeli
zakłada się, że podczas transmisji mogą ginąć
znaki, to liczenie kodu CRC z uwzględnieniem
znaków specjalnych zwiększa niezawodność

4.2.5

8.4.2014 Suma kontrolna

Suma kontrolna (checksum)

•

Nadawca traktuje przesyłany plik / pakiet (nie
muszą to być znaki, może być obraz) jako ciąg
liczb dwójkowych i wylicza sumę

•

Suma 16 lub 32 bitowa wyliczana dla całego
pakietu

•

Podział na bajty i zapis znaków w kodzie
szesnastkowym.

•

Każde dwa bajty traktuje się jako liczbę
szesnastkową i sumuje się je dodając ew.
przeniesienie

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

32

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

33

Zalety:

• Łatwość wyliczenia – jedynie dodawanie

• Niski koszt, gdyż wyliczona suma jest mała

w stosunku do przesyłanego pakietu

Wada

• Brak odporności na niektóre błędy

4.2.6 Internetowa suma kontrolna

• Algorytm Internetowej sumy

kontrolnej generuje kod 16-bitowej
sumy kontrolnej zapisanej
w formacie uzupełnień do jedności

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

34

• Nadawca

– traktuje wiadomość jako zbiór 16 bitowych liczb

całkowitych

– Uzupełnia zerami do uzyskania 16 bitów
– Wylicza sumę z uwzględnienia

przepełnienia / przeniesienia i wysyła zanegowany wynik

• Odbiorca

– Oblicza sumę jako uzupełnienie do jedności
– Otrzymany wynik dodaje do zanegowanej sumy

otrzymanej od nadawcy i jeżeli transmisja jest bez
błędna, to otrzymuje zera (dokładniej same jedynki, co
odpowiada / sygnalizuje, że suma kontrolna została
obliczona i jest równa zero)

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

35

SieciKom 2014 – 4 - Przełączanie

pakietów

36