Datakommunikasjon Høsten 2001

Forelesning nr 6, 24. september 2001 Chapter 10, Packet Switching

ØvingsoppgaverOppgave 10.23, 10.24, 10.20 men bare for

nett (a)

Dagens tekstPakkesvitsjing prinsipperRutingX.25

Linjesvitsjing (Circuit switching) En dedikert forbindelse settes opp mellom

brukerene. Linjesvitsjing er designet for taleforbindelser Ressursene er er dedikert til en bestemt

forbindelse Eksempel:

Oppsett av en telefonsamtale mellom to brukere

Ulemper: Ikke den mest optimale utnyttelsen av ressurser Nettet kan f. eks ikke tilby hastighetskonvertering

ISDN - Oppkobling av samtale

TE-A TE-BSentral A Sentral B

SETUP

SETUP

CALL_PROCALERT

ALERTCONNECT

CONNECT ACK

CONNECT

Linjesvitsjet forbindelse over B-kanal

ISDN – Nedkobling av samtale

TE-A TE-BSentral A Sentral B

Linjesvitsjet forbindelse over B-kanal

DISCONNECTDISCONNECT

RELEASE RELEASE

REL_COMPLREL_COMPL

PakkesvitsjingIngen dedikert vei mellom abonnent A og

abonnent B, eller forklart på en annen måte:

Pakkene kan benytte samme vei gjennom nettet, men andre kan også benytte samme nettverksressurser

Fordel: Effektiv utnyttelse av nettverksressurser

Pakkesvitsjing - basisfunksjonerData sendes i små pakker

Typisk 1000 oktetter/byte Lengre meldinger deles opp i en serie med

pakker Hver pakke inneholder bruker data +

kontrollinformasjon

Kontroll informasjon Ruting (adresse) informasjon om hvem som er

mottakeren av pakken

Pakker sendes fra node til node i nettet Store and forward

Pakkesvitsjet nett

Pakkesvitsjing – lag 3

F A C I FCS F

Ramme/Frame på lag 2

f. eks.X.25Flagg Adresse

Control Information

Frame CheckSequence

Flagg

Pakkesvitsjing – lag 3

Fordeler med pakkesvitsjingLine efficiency

Single node to node link can be shared by many packets over time

Packets queued and transmitted as fast as possible

Data rate conversion Each station connects to the local node at its own

speed Nodes buffer data if required to equalize rates

Packets are accepted even when network is busy Delivery may slow down

Priorities can be used

Pakkesvitsjings teknikkerStore meldinger sendes i flere pakkerEn og en pakke sendes til nettetPakker kan håndters på to måter

Datagram Virtuell kanal (Virtual circuit)

DatagramEach packet treated independentlyPackets can take any practical routePackets may arrive out of orderPackets may go missingUp to receiver to re-order packets and

recover from missing packets

Eksempel UDP-User Datagram Protocol

Virtuell kanal (Virtual Circuit) Oppsett av rute gjennom nettet før det sendes

datapakker med brukerdata Call request and call accept packets establish

connection (handshake) Each packet contains a virtual circuit identifier

instead of destination address No routing decisions required for each packet Clear request to drop circuit Not a dedicated path Bedre utnyttelse av ressursene i nettet enn ved

linjesvitsjing

Virtual Circuits v DatagramVirtual circuits

Network can provide sequencing and error control Packets are forwarded more quickly

No routing decisions to make

Less reliableLoss of a node looses all circuits through that node

Datagram No call setup phase

Better if few packets

More flexibleRouting can be used to avoid congested parts of the

network

Pakke-størrelse

Stasjon X og YNode a og b

Pakkestørrelse43 oktetter (3 +40)

Pakkestørrelse23 oktetter (3 +20)

Pakkestørrelse11 oktetter (3 +8)

Pakkestørrelse7 oktetter (3 +4)

Data som skal overføres er 40 oktetter

TID

Sammenligning av linjesvitsjing,virtuell kanal og datagram

External and Internal OperationPacket switching - datagrams or virtual circuits Interface between station and network node

Connection orientedStation requests logical connection (virtual circuit)All packets identified as belonging to that connection &

sequentially numberedNetwork delivers packets in sequenceExternal virtual circuit servicee.g. X.25Different from internal virtual circuit operation

ConnectionlessPackets handled independentlyExternal datagram serviceDifferent from internal datagram operation

Combinations (1)External virtual circuit, internal virtual

circuit Dedicated route through network

External virtual circuit, internal datagram Network handles each packet separately Different packets for the same external virtual

circuit may take different internal routes Network buffers at destination node for re-

ordering

Combinations (2)External datagram, internal datagram

Packets treated independently by both network and user

External datagram, internal virtual circuit External user does not see any connections External user sends one packet at a time Network sets up logical connections

External Virtual Circuit andDatagram Operation

InternalVirtualCircuit andDatagram Operation

RutingComplex, crucial aspect of packet

switched networksCharacteristics required

Correctness Simplicity Robustness Stability Fairness Optimality Efficiency

Performance CriteriaBrukes for valg av rute gjennom nettetMinimum antal hopp, dvs den ruten som

går gjennom færrest antal noder i nettet“Least cost” ruting

En kostnad assosieres med hvert hopp mellom to noder

Pakkesvitsjet nett med “least-cost” ruting

Kost=3

Kost=5

F.eks høy kost tilsvarer høy datahastighet

Ruting avgjørelse basert på tidspunkt og stedTid

For hver pakke eller når det settes opp en virtuell kanal

Sted Distribuert

Ruting bestemmes av hver node i nettet

Sentralisert (Network control center) Source routing - Avsender (avsender

bestemmer hvilken rute pakken skal følge i nettet)

Network Information Source and Update TimingRouting decisions usually based on knowledge of

network (not always)Distributed routing

Nodes use local knowledge May collect info from adjacent nodes May collect info from all nodes on a potential route

Central routing Collect info from all nodes

Update timing When is network info held by nodes updated Fixed - never updated Adaptive - regular updates

Ruting StrategierStatisk ruting (Fixed)FloodingVilkårlig (Random)Adaptiv

Statisk ruting (Fixed Routing)Single permanent route for each source to

destination pairDetermine routes using a least cost

algorithmRoute fixed, at least until a change in

network topologyEksempel:

En ruter mellom en bedrift og Internett trenger kun å ha en statisk rute

Fixed RoutingTables

FloodingNo network info requiredPacket sent by node to every neighbor Incoming packets retransmitted on every link

except incoming linkEventually a number of copies will arrive at

destinationEach packet is uniquely numbered so

duplicates can be discardedNodes can remember packets already

forwarded to keep network load in boundsCan include a hop count in packets

Flooding Eksempel

Pakke skal sendes fra node 1 til node 6

”Hop count” settes lik 3

Benyttes i militære nett

Egenskaper med FloodingAll possible routes are tried

Very robust

At least one packet will have taken minimum hop count route Can be used to set up virtual circuit

All nodes are visited Useful to distribute information (e.g. routing)

Vilkårlig ruting (Random)Node selects one outgoing path for

retransmission of incoming packetSelection can be random or round robinCan select outgoing path based on

probability calculationNo network info neededRoute is typically not least cost nor

minimum hop

Adaptive Routing Used by almost all packet switching networks Routing decisions change as conditions on the

network change Failure Congestion

Requires info about network Decisions more complex (mer prossesering i hver

node) Tradeoff between quality of network info and

overhead Reacting too quickly can cause oscillation Too slowly to be relevant

Adaptive Routing - FordelerImproved performanceAid congestion control Complex system

May not realize theoretical benefits

Adaptiv ruting - strategiBased on information sources

Local (isolated)Route to outgoing link with shortest queueCan include bias for each destination Rarely used - do not make use of easily available info

Adjacent nodes All nodes

Isolated Adaptive Routing

B=Bias=foretrukken ruteQ=kø lengdeInnkommende pakker sendes til den node som gir minimum av Q+BEksempel innkommende pakke fra node 1 som skal til node 6

Innkommende pakke Node 6

X.25 X.25 definerer grensesnittet mellom brukerutstyr

og nettet, dvs mellom DTE (Data Terminating Equipment) og DCE (Data Circuit –terminating Equipment)

X.25 definer tre lag Fysisk lag Link lag Nett lag

Første versjon av X.25 i 1976 Andre versjon november 1980 Nye tjemester i 1984

X.25 pakkesvitsjet nett

DTE-Data Terminating Equipment

X.25 forhold mellom DTE og DCELag 1 protokollen gjelder mellom DTE og

DCEOmformer signaler fra DTE til

abonnentlinjen mellom DCE og pakkesvitsjen

Protokollene på lag 2 og lag 3 gjelder mellom DTE og pakkesvitsjen.

X.25 – Fysisk lagGrensesnitt mellom brukerutstyr (DTE) og

nettutstyr (DCE)Data terminal equipment DTE

(burkerutstyr)Data circuit terminating equipment DCE

(nettutstyr)Referer til X.21 eller X.21 bis

spesifikasjonen for lag 1

X.25 - datalinklagBenytter HDLC (High Level Data Link

Control) basert protokoll kalt LAPB LAPB står for Link Access Protocol

BalancedSubset av HDLCBalanced betyr at det kan settes opp

linker i begge retningerLAPB er svært lik LAPD i ISDN, men tilbyr

ikke multipleksing av flere linkkanaler på samme fysiske linje.

Lag 3 benyttes for opp- og nedkobling av samtaler. Tilsvarende som for oppsett av ISDN B-kanaler

X.25 – Nettlag

IDLE- No connection

Connection establishment

Data transfer

Connection release

IDLE

Overføring avdata mellom brukerene

Tilstander for en connectionoriented forbindelse

Virtual circuitsExternal virtual circuitsLogical connections (virtual circuits)

between subscribers

X.25 Use of Virtual Circuits

Virtual Circuit ServiceVirtual Call

Dynamically established

Permanent virtual circuit Fixed network assigned virtual circuit Må abonneres på, dvs en må bestille

permanente virtuelle kanaler fra nettoperatøren

Virtual Call

X.25 pakkeformat

X.25 felterGroup- og Channel feltene angir virtuell kanalC-bit der ”0” angir datapakke og ”1”

kontrollpakkeSekvensnummer Modulo 8 eller modulo 128,

dvs 3 eller 7 bit benyttes ifm ”Sliding window”.

More-bit (M-bit) som angir pakker som hører sammen dersom en melding fra høyere lag er blitt fragmentert (oppdelt)

D-bit lik ”1” angir at kvittering for pakkene skal komme fra den andre brukerens DTE. ”0” angir lokal DCE

Multiplexing – Virtual circuitsEn DTE kan etablere 4095 simultane

virtuelle kanaler med andre DTE-er over en enkelt DTC-DCE link

Hver pakke inneholder et 12 bit virtuelt kanal nummer

Nummerering av virtuell kanal

Packet SequencesComplete packet sequencesAllows longer blocks of data across

network with smaller packet size without loss of block integrity

A packets M bit 1, D bit 0

B packets The rest

Zero or more A followed by B

Reset and RestartReset

Reinitialize virtual circuit Sequence numbers set to zero Packets in transit lost Up to higher level protocol to recover lost packets Triggered by loss of packet, sequence number

error, congestion, loss of network internal virtual circuit

Restart Equivalent to a clear request on all virtual circuits E.g. temporary loss of network access

X.25 Fast select facilityEn vanlig X.25 Call request pakke kan

inneholde 16 oktetter med brukerdataFast select tillater 128 oktetter med

brukerdataClear request kan også inneholde 128

oktetter med brukerdataBenyttes av applikasjoner som kun

trenger å utveksle små mengder med data.

X.75 og X.121

X.75 spesifiserer protokollen mellom PSDNX.121 spesifiserer adressering mellom DTE-er

PSDN- Packet Switched Data Network

X.121 adresse

(National Terminal Number)

(International Data Number)

(Data Network Identification Code)

(Public Switced Network)

Datapak-nettet Telenor markedsfører X.25 tjenestene under

navnet ”Datapak”. Datapak har samtrafikk med over 160 nett i mer enn 60

land. Aksesshastigheter

Datapak leveres som enten fast (X.25) eller oppringt forbindelse (X.28) med følgende hastigheter:

X.25:2.400 4.800 9.600 19.200 64.000 bit/s X.28:1.200 2.400 4.800 9.600 14.400 bit/s

X.28 er oppkobling fra telefonnettet til Datapak