Pakettkommutatsioon: mis see on ja kuidas IP‑paketid läbi võrgu liiguvad
Pakettkommutatsioon selgitatud: kuidas IP‑paketid päise, koormuse ja marsruutide abil võrgus liiguvad — samm-sammult juhend andmeedastuse ja võrgu toimimise kohta.
Pakettkommutatsioon on andmeedastuse meetod, kus suur sõnum jagatakse väikesteks pakettideks ja iga pakett saadetakse võrku iseseisvalt koos aadressiinfo ja juhtmetadata ehk päisega. Iga pakett sisaldab päist (header) ja kasulikku koormust (payload). Päis sisaldab vajalikku juhtinfot — näiteks siht- ja lähiaadressi, protokolli, paigutuse infot ning teinekord ka järjekorranumbreid ja kontrollsummasid. Kasulik koormus on see osa, mis kannab tegelikku kasutajaandmeid ning mis sihtkohta jõudes kasutatakse või koostatakse uuesti terve sõnumi taastamiseks.
Paketi struktuur lühidalt
- Päis (header): siht- ja lähiaadressid (IP), TTL (time to live), protokolli info (näiteks TCP või UDP), fragmentimise andmed, kontrollsummad jms.
- Kasulik koormus (payload): tegelik andmeosa, näiteks veebilehe sisu, e‑post või videovoog.
- Jalutus (trailer, mõnel puhul): mõnes tehnoloogias lisatakse paketi lõppu kontrollsummasid või lõppmärgiseid.
Kuidas IP‑paketid võrgu kaudu liiguvad?
Tööjaam või seade koostab andmed pakettideks, lisab igale paketile sihtkoha IP‑aadressi ja edastab need lähivõrgu seadmele (näiteks ruuterile või lülitile). Ruuterite ülesanne on iga paketi päise alusel otsustada järgmine „hüpe“ ehk järgmine võrgusõlm, kuhu pakett edastatakse, kuni see jõuab lõppsihtkohta. See protsess koosneb kahest eraldiseisvast sammust:
- Suunamine (routing) — ruuterid jagavad omavahel teed (routing tables), et teada, kuhu pakette edastada, ja valivad optimaalse marsruudi.
- Edastamine (forwarding) — iga ruuter vaatab saabunud paketi päist ja edastab selle järgmise hüppe suunas vastavalt oma marsruutimisteabele.
Olulised mõisted ja mehhanismid
- MTU (Maximum Transmission Unit): maksimaalne suurus, mida ühe võrguühiku pakett võib olla. Kui pakett on suurem, tuleb see fragmenteerida või ära lõigata.
- Fragmentimine ja taasühendamine: kui andmed ei mahu ühe paketi piiresse, jagatakse need fragmentideks ja sihtseade kogub need tagasi.
- TTL (Time To Live): väli päises, mis piirab paketi eluea; iga ruuter vähendab TTL väärtust ja kui see jõuab nulli, pakett eemaldatakse, et vältida lõputuid ringkäike.
- Protokollid: IP vastutab pakettide aadressimise ja reisimise eest; transportkihil töötavad TCP (ühenduspõhine, tagab järjekorra ja vigade kontrolli) ja UDP (ühendusteta, madalam latentsus, sobib reaalajas voogudele).
- Kadumine, viivitused ja jitter: paketid võivad võrgus kaduda, hilineda või jõuda väljapool järjestust; neid mõjusid arvestavad rakendused ja protokollid (nt TCP taasesitab pakette, reaalaja vood kasutavad tavaliselt parandusi erinevatest algoritmidest).
- Kvaliteedi teenusena (QoS): võimaldab prioriseerida kriitilisi pakette (nt hääl- ja videokõnede pakette) võrguressursside jagamisel.
Piletkommutatsiooni eelised ja puudused võrreldes kanalipõhise (circuit switching) lähenemisega
- Eelised: tõhusam kanalikasutus, skaleeritavus paljude kasutajate vahel, vigadega toimetulek ja dünaamiline marsruutimine rikki läinud teede ümber.
- Puudused: võimalikud pakettide kadumine, latentsus ja järjestuse muutused — need võivad mõjutada reaalaja teenuseid ilma lisamehhanismideta.
Kus ja miks seda kasutatakse?
Pakettkommutatsioon on Interneti põhimõte — veebi sirvimine, e‑post, failiedastus, voogedastus, VoIP ja paljud muud teenused põhinevad IP‑pakettidel. Selline arhitektuur võimaldab jagada sama infrastruktuuri mitme rakenduse ja kasutaja vahel ning käitub paindlikult võrgu vigastuste või liiklusummikute korral.
Tsitaat: „Andmepakett on üksikuteks pakettideks valmistatud andmeühik, mis liigub mööda konkreetset võrguteed. Andmepakette kasutatakse Interneti‑protokolli (IP) andmeedastuses veebis navigeerimiseks ja muudes võrkudes.“
-Evan
Lõppsõna: pakettkommutatsioon ühendab jagamise, marsruutimise ja vigadega toimetuleku mehhanismid, muutes selle võrgumaailma paindlikuks ja efektiivseks lahenduseks laiaulatuslikuks andmeedastuseks.
Otsige