Pakiet sieciowy
W telekomunikacji i sieciach komputerowych pakiet sieciowy to sformatowana jednostka danych przenoszona przez sieć z komutacją pakietów . Pakiet składa się z informacji kontrolnych i danych użytkownika; ten ostatni jest również znany jako ładunek . Informacje kontrolne dostarczają danych do dostarczania danych (np. źródłowych i docelowych adresów sieciowych , kodów wykrywania błędów lub informacji o sekwencjonowaniu). Zazwyczaj informacje kontrolne znajdują się w nagłówkach i nagłówkach pakietów .
W przełączaniu pakietów przepustowość medium transmisyjnego jest dzielona między wiele sesji komunikacyjnych, w przeciwieństwie do przełączania obwodów , w którym obwody są wstępnie przydzielane na czas jednej sesji, a dane są zwykle przesyłane jako ciągły strumień bitów .
Terminologia
W siedmiowarstwowym modelu sieci komputerowej OSI pakiet ściśle odnosi się do jednostki danych protokołu w warstwie 3, warstwie sieci . Jednostką danych w warstwie 2, warstwie łącza danych , jest ramka . W warstwie 4, warstwie transportowej , jednostkami danych są segmenty i datagramy . Tak więc w przykładzie komunikacji TCP/IP przez sieć Ethernet segment TCP jest przenoszony w jednym lub większej liczbie pakietów IP , z których każda jest przenoszona w jednej lub kilku ramkach Ethernet .
Architektura
Podstawą koncepcji paczki jest list pocztowy: nagłówek jest jak koperta, ładunek to cała zawartość koperty, a stopka byłaby Twoim podpisem na dole.
Projekt sieci może osiągnąć dwa główne wyniki za pomocą pakietów: wykrywanie błędów i adresowanie wielu hostów .
Ramy
Protokoły komunikacyjne wykorzystują różne konwencje rozróżniania elementów pakietu i formatowania danych użytkownika. Na przykład w protokole Point-to-Point pakiet jest formatowany w 8-bitowych bajtach, a do rozdzielania elementów używane są znaki specjalne. Inne protokoły, takie jak Ethernet, ustalają początek nagłówka i elementów danych na podstawie ich położenia względem początku pakietu. Niektóre protokoły formatują informacje na bitowym , a nie bajtowym .
Zawartość
Pakiet może zawierać dowolny z następujących elementów:
- Adresy
- Routing pakietów sieciowych wymaga dwóch adresów sieciowych , adresu źródłowego hosta wysyłającego i adresu docelowego hosta odbierającego.
- Wykrywanie i korygowanie błędów
- Wykrywanie i korygowanie błędów odbywa się na różnych warstwach stosu protokołów . Pakiety sieciowe mogą zawierać sumę kontrolną , bity parzystości lub cykliczne kontrole redundancji w celu wykrycia błędów występujących podczas transmisji.
- W nadajniku obliczenia są wykonywane przed wysłaniem pakietu. Po odebraniu w miejscu docelowym suma kontrolna jest ponownie obliczana i porównywana z sumą w pakiecie. W przypadku stwierdzenia rozbieżności pakiet może zostać poprawiony lub odrzucony. Wszelkie utraty pakietów spowodowane tymi odrzutami są obsługiwane przez protokół sieciowy.
- W niektórych przypadkach podczas trasowania mogą być konieczne modyfikacje pakietu sieciowego, w których sumy kontrolne są obliczane ponownie.
- Limit przeskoków
- W warunkach awarii pakiety mogą przechodzić przez obwód zamknięty . Jeśli nic nie zostanie zrobione, w końcu liczba krążących pakietów wzrośnie, aż sieć zostanie przeciążona do punktu awarii. Czas życia to pole zmniejszane o jeden za każdym razem, gdy pakiet przechodzi przez przeskok sieciowy . Jeśli pole osiągnie zero, routing nie powiódł się i pakiet jest odrzucany.
- Pakiety ethernetowe nie mają pola czasu życia, a zatem są narażone na promieniowanie rozgłoszeniowe w obecności pętli komutacyjnej .
- Długość
- Może istnieć pole do identyfikacji całkowitej długości pakietu. Jednak w niektórych typach sieci długość jest implikowana przez czas trwania transmisji.
- Identyfikator protokołu
- Często pożądane jest posiadanie wielu protokołów komunikacyjnych w sieci. Pole identyfikatora protokołu określa protokół pakietu i umożliwia stosowi protokołów przetwarzanie wielu typów pakietów.
- Priorytet
- Niektóre sieci wdrażają jakość usług który może nadać priorytet niektórym typom pakietów nad innymi. To pole wskazuje, która kolejka pakietów powinna zostać użyta; kolejka o wysokim priorytecie jest opróżniana szybciej niż kolejka o niższym priorytecie w punktach sieci, w których występuje przeciążenie.
- Ładunek danych
- Ogólnie rzecz biorąc, ładunek to dane przenoszone w imieniu aplikacji. Zwykle ma zmienną długość, aż do maksymalnej wartości określonej przez protokół sieciowy, a czasami przez sprzęt na trasie. W razie potrzeby niektóre sieci mogą podzielić większy pakiet na mniejsze pakiety.
Przykłady
Protokół internetowy
Pakiety IP składają się z nagłówka i ładunku. Nagłówek składa się z pól stałych i opcjonalnych. Ładunek pojawia się bezpośrednio po nagłówku. Pakiet IP nie ma przyczepy. Jednak pakiet IP jest często przenoszony jako ładunek wewnątrz ramki Ethernet, która ma własny nagłówek i koniec.
Zgodnie z zasadą „end-to-end” sieci IP nie zapewniają gwarancji dostarczenia, braku duplikacji ani dostarczenia pakietów w określonej kolejności. Jednak powszechną praktyką jest nakładanie niezawodnego protokołu transportowego , takiego jak protokół kontroli transmisji, na usługę pakietową, aby zapewnić taką ochronę.
Sieć Deep Space NASA
Komitetu Konsultacyjnego ds. Systemów Danych Kosmicznych ( CCSDS ) określa protokół używany do transmisji danych z instrumentów statku kosmicznego przez kanał głębokiej przestrzeni kosmicznej. Zgodnie z tym standardem obraz lub inne dane wysyłane z instrumentu statku kosmicznego są przesyłane za pomocą jednego lub więcej pakietów.
Strumień pakietowy MPEG
Pakietowany strumień elementarny (PES) to specyfikacja powiązana ze standardem MPEG-2 , która umożliwia podział strumienia elementarnego na pakiety. Strumień elementarny jest pakietowany przez enkapsulację kolejnych bajtów danych ze strumienia elementarnego między nagłówkami pakietów PES.
Typowa metoda przesyłania danych strumienia elementarnego z kodera wideo lub audio polega na utworzeniu najpierw pakietów PES z danych strumienia elementarnego, a następnie hermetyzacji tych pakietów PES w pakietach strumienia transportowego MPEG (TS) lub strumienia programu MPEG (PS). Pakiety TS mogą być następnie transmitowane przy użyciu technik rozgłaszania, takich jak stosowane w ATSC i DVB .
NICAM
Aby zapewnić „kompatybilność” mono , sygnał NICAM jest przesyłany na podnośnej obok nośnej dźwięku. Oznacza to, że FM lub AM jest pozostawiony sam sobie do odbioru przez odbiorniki monofoniczne. Pakiet NICAM (z wyjątkiem nagłówka) jest przed transmisją szyfrowany za pomocą dziewięciobitowego generatora bitów pseudolosowych. Sprawienie, by strumień bitów NICAM wyglądał bardziej jak biały szum, jest ważne, ponieważ zmniejsza to wzór sygnału na sąsiednich kanałach telewizyjnych.