Κατηγορίες ασύγχρονων
υπηρεσιών
• Με σύνδεση (connection oriented)
• Χωρίς σύνδεση (connectionless)
Two general types of protocols
• Protocols are formal set of rules that govern the format,
contents, and meaning of the messages send and received.
• Connection oriented and connectionless protocols.
– Connection oriented does some initial work to set up a
“virtual circuit”. Connectionless does not.
– Examples?
• Phone is connection-oriented.
• Mail is connectionless.
– Pros and cons
• Connection-oriented are usually more efficient.
• Connectionless are usually more efficient for one-off
messages.
Connection-Oriented and
Connectionless Communication
Circuit and Packet
Switching
• Two main categories describing the way
data are routed between two points
• Circuit switching—Permanent Internet
connection
• Packet switching— Data broken down into
packets with a source and destination
address
Packet Switching
Οιονεί σύγχρονη υπηρεσία
Μεταγωγή
Παρατηρήσεις για την μεταγωγή
Πολυπλεξία
Μεταγωγή κυκλώματος
Τηλεφωνικά δίκτυα
Μεταγωγή πακέτου
Σύγκριση τεχνικών μεταγωγής
• Χαρακτηριστικά μεταγωγής κυκλώματος
– Συνεχής κατάληψη καναλιού
– Συμβατότητα ρυθμού μετάδοσης-λήψης
– Δεν απαιτεί επεξεργασία πακέτων
• Χαρακτηριστικά μεταγωγής πακέτου
–
–
–
–
Καλύτερη αξιοποίηση γραμμών
Μετατροπή ρυθμού δεδομένων
Αδιάκοπη λειτουργία σε περίπτωση φόρτου
Προτεραιότητα πακέτων
Packet Switching vs. Circuit Switching
Packet-switched and circuit-switched networks
use two different technologies for sending
messages and data from one point to another.
Each has its advantages and disadvantages
depending on what you are trying to do.
Packet Switching
• In packet-based networks, the message gets broken into
small data packets.
• These packets are sent out from the computer and they
travel around the network seeking out the most efficient
route to travel as circuits become available.
• This does not necessarily mean that they seek out the
shortest route.
• Each packet may go a different route from the others.
Packet Switching
• Each packet is sent with a ‘header address’
which tells it where its final destination is, so
it knows where to go.
• The header address also describes the
sequence for reassembly at the destination
computer so that the packets are put back
into the correct order.
• One packet also contains details of how
many packets should be arriving so that the
recipient computer knows if one packet has
failed to turn up.
• If a packet fails to arrive, the recipient
computer sends a message back to the
computer which originally sent the data,
asking for the missing packet to be resent.
UDP =
User
Datagram
Protocol
Packet Switching
Advantages
• Security
• Bandwidth used to full potential
• Devices of different speeds can communicate
• Not affected by line failure (redirects signal)
• Availability – no waiting for a direct
connection to become available
• During a crisis or disaster, when the public
telephone network might stop working, e-mails
and texts can still be sent via packet switching
Packet Switching
Disadvantages
•Under heavy use there can be a delay
•Data packets can get lost or become
corrupted
•Protocols are needed for a reliable
transfer
•Not so good for some types data
streams (e.g. real-time video streams
can lose frames due to the way packets
arrive out of sequence)
Circuit Switching
• Circuit switching was designed in 1878 in order to
send telephone calls down a dedicated channel.
• This channel remains open and in use throughout
the whole call and cannot be used by any other
data or phone calls.
Circuit Switching
• There are three phases in circuit switching:
– Establish
– Transfer
– Disconnect
• The telephone message is sent all together;
it is not broken up.
• The message arrives in the same order that
it was originally sent.
Circuit Switching
• In modern circuit-switched networks,
electronic signals pass through several
switches before a connection is established.
• During a call no other network traffic can
use those switches.
• The resources remain dedicated to the circuit
during the entire data transfer and the entire
message follows the same path.
• Circuit switching can be analog or digital.
Circuit Switching
• With the expanded use of the Internet for
voice and video, analysts predict a gradual
shift away from circuit-switched networks.
• A circuit-switched network is excellent for
data that needs a constant link from end-toend, for example, real-time video.
Circuit Switching
Advantages
• Circuit is dedicated to the call – no
interference, no sharing
• Guaranteed the full bandwidth for the
duration of the call
• Guaranteed quality of service
Circuit Switching
Disadvantages
• Inefficient – the equipment may be
unused for a lot of the call; if no data is
being sent, the dedicated line still remains
open.
• It takes a relatively long time to set up the
circuit.
• During a crisis or disaster, the network
may become unstable or unavailable.
• It was primarily developed for voice
traffic rather than data traffic.
Packet vs. Circuit Switching
• It is easier and less expensive to double the capacity of
a packet switched network—a circuit network is
heavily dependent on the number of channels
available.
• Circuit-switched technologies, which take four times as
long to double their performance/cost, force ISPs to
buy that many more boxes to keep up.
– This is why everyone is looking for ways to get
Internet traffic off the telephone network.
– The alternative of building up the telephone
network to satisfy the demand growth is
economically out of the question.
Ασύγχρονος Τρόπος Μετάδοσης
Μεταγωγή Κυκλώματος (Circuit Switching) / Τεχνικές Μεταγωγής (Switching
techniques)
Kάθε σύνδεσμος «σπάει» σε μικρότερα κομμάτια, κάθε ένα από τα οποία δεσμεύεται
αποκλειστικά για μια και μόνο σύνοδο (session).
3 ή 4 τρόποι να
υλοποιήσουμε τα
κυκλώματα:
-Frequency Division
Multiplexing (FDM)
-Time Division Multiplexing
(TDM)
-Wavelength Division
Multiplexing (WDM)
- Code Division Multiple
Access
To WDM είναι σαν τον FDM για οπτικά δίκτυα.
Το CDMA είναι κυρίως για ασύρματα δίκτυα
Ένας μεταγωγέας
κυκλώματος αναθέτει
είτε συχνότητες είτε slots στις
εξόδους
Μεταγωγή Κυκλώματος (Circuit Switching) / Τεχνικές Μεταγωγής (Switching
techniques)
Απαιτεί 3 φάσεις
α) εγκατάσταση κυκλώματος
β) μεταφορά δεδομένων
γ) τερματισμός κυκλώματος
•Ενδέχεται μια κλήση να μπλοκαριστεί (blocking – busy signal).
•Μη αποδοτική χρησιμοποίηση της χωρητικότητας των συνδέσμων
αφού ενίοτε παραμένει αχρησιμοποίητη (κυρίως αν υπάρχουν bursty
πηγές).
•Χρειάζεται χρόνος για να γίνει η σύνδεση (αλλά στην συνέχεια τα
δεδομένα περνάνε χωρίς καθυστέρηση).
Χρησιμoποιείται κυρίως σε τηλεφωνικά και σε ISDN δίκτυα
Mεταγωγή αποθήκευσης και προώθησης
(store-and-forward switching)
Μεταγωγή μηνυμάτων
•Οι σύνοδοι (sessions) μοιράζονται τους επικοινωνιακούς πόρους
(συνδέσμους και καταχωρητές) με δυναμικό τρόπο.
•Μεταβλητός χρόνος διέλευσης από ένα σύνδεσμο.
•Ορισμένα μηνύματα ενδέχεται να χαθούν εξαιτίας της
υπερφόρτωσης της μνήμης ενός κόμβου.
Μεταγωγή πακέτων: Κάθε μήνυμα σπάει σε πακέτα.
Λόγοι υπέρ του διαμοιρασμού των μηνυμάτων σε πακέτα
Πλεονεκτήματα: μικρότερη καθυστέρηση, ευκολότερη διαχείριση καταχωρητών, ευελιξία
στη δρομολόγηση.
Μειονεκτήματα: μεγαλύτερος επικοινωνιακός και υπολογιστικός φόρτος, προβλήματα
επανασυναρμολόγησης μηνυμάτων.
Δυο είδη μεταγωγής πακέτων
α) Δρομολόγηση σε δίκτυο που χρησιμοποιεί datagram switching (μεταγωγή «αυτοδύναμων
πακέτων»)
β) Δρομολόγηση σε δίκτυο που χρησιμοποιεί virtual circuit switching (μεταγωγή εικονικών
κυκλωμάτων»)
Στατιστική πολυπλεξία
Είδη μεταγωγής αποθήκευσης και προώθησης
Μεταγωγή πακέτων
Μεταγωγή μηνυμάτων
(τα μηνύματα διαμοιράζονται σε πακέτα)
(τα μηνύματα ΔΕ διαμοιράζονται σε πακέτα)
Datagram switching
virtual circuit switching
(κάθε πακέτο δρομολογείται ανεξάρτητα
από τα υπόλοιπα)
(όλα τα πακέτα ακολουθούν την ίδια διαδρομή)
Datagram switching: ευελιξία στη δρομολόγηση.
Virtual circuit switching: τα πακέτα φτάνουν στη σωστή σειρά, μικρός
υπολογιστικός και επικοινωνιακός φόρτος.
Cut-through switching: Κάθε πακέτο αρχίζει να μεταδίδεται πρίν ληφθεί πλήρως
από τον κόμβο.
ΕΙΔΗ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΚΟΥ ΦΟΡΤΟΥ (ΣΥΝΔΙΑΛΛΕΞΕΩΝ) ΣΤΟ ΙΔΙΟ ΔΙΚΤΥΟ
Αλληλεπιδραστική (interactive) κυκλοφορία:
•Τα μηνύματα είναι μικρά.
•Ο ρυθμός αφίξεως μηνυμάτων είναι χαμηλός.
•Απαιτείται γρήγορη απόκριση.
•Απαιτείται υψηλή αξιοπιστία.
Μεταφορά αρχείων:
•Τα μηνύματα είναι μεγάλα.
•Οι συνδιαλλέξει είναι εκρηκτικές (bursty)
•Απαιτείται υψηλή αξιοπιστία.
•Μεγάλες καθυστερήσεις είναι ανεκτές.
Πακετοποιημένη φωνή (packetized voice):
•Τα πακέτα είναι μικρά.
•Η κυκλοφορία δεδομένων είναι ομαλή.
•Απαιτούνται μικρές καθυστερήσεις.
•Η αξιοπιστία δεν είναι σημαντική.
Γραφικά & video:
•Τα μηνύματα είναι μεγάλα.
•Οι καθυστερήσεις μπορεί να είναι ή να μην είναι σημαντικές.
•Η μεταβλητότητα της καθυστέρησης πρέπει να είναι μικρή (για video).
•H κυκλοφορία δεδομένων μπορεί να είναι είτε ομαλή είτε εκρηκτική (bursty).
Αυτοδύναμα πακέτα (datagram)
Νοητό κύκλωμα (virtual circuit)
Δρομολόγηση (routing) σε δίκτυα
Αυτοδύναμα Πακέτα (Datagrams): απόφαση δρομολόγησης
για κάθε πακέτο.
Εικονικά Κυκλώματα (Virtual Circuits): μία απόφαση
δρομολόγησης για όλα τα πακέτα της ίδιας συνόδου
(session).
Ζητήματα
• επιλογή των μονοπατιών
• μετάδοση των σχετικών με τη δρομολόγηση πληροφοριών
Μετρικές απόδοσης
Ρυθμαπόδοση (Throughput) – ‘ποσότητα’ της εξυπηρέτησης
38
Μέση καθυστέρηση πακέτου – ‘ποιότητα’ της εξυπηρέτησης
προσφερόμενο φορτίο
ρυθμαπόδοση
δρομολόγηση
καθυστέρη
ση
απορριπτόμενο
φορτίο
Καθώς ο αλγόριθμος δρομολόγησης (routing) επιτυγχάνει στο να
κρατάει την καθυστέρηση χαμηλά, ο έλεγχος ροής (flow control)
επιτρέπει περισσότερη κυκλοφορία στο δίκτυο.
Καλοί αλγόριθμοι δρομολόγησης: υψηλότερη ρυθμαπόδοση για την
ίδια καθυστέρηση, μικρότερη καθυστέρηση για δεδομένη
ρυθμαπόδοση.
Παράδειγμα (επιρροή της δρομολόγησης στην ρυθμαπόδοση και την
καθυστέρηση του δικτύου):
5 μονάδες
5 μονάδες
πηγή
πηγή
Όλοι οι σύνδεσμοι έχουν
χωρητικότητα 10 μονάδες
προορισμός
• Αν όλες οι σύνοδοι (sessions) δρομολογηθούν μέσω του μεσαίου
μονοπατιού, η καθυστέρηση είναι μεγάλη.
• Ας υποτεθεί, ότι η κυκλοφορία στην είσοδο του κόμβου 2 αυξάνεται
στις 15 μονάδες. Αν χρησιμοποιείται μόνο ένα μονοπάτι, τουλάχιστον
5 μονάδες απορρίπτονται.
Συνεπώς, η καθυστέρηση και η μέγιστη ρυθμαπόδοση εξαρτώνται από
τη δρομολόγηση.
Η δρομολόγηση μπορεί να είναι:
1. Κεντρικοποιημένη ή Κατανεμημένη
• Κεντρικοποιημένη (Centralized): όλες οι αποφάσεις για
τη δρομολόγηση λαμβάνονται σε έναν κεντρικό κόμβο.
•Κατανεμημένη (Distributed): η ευθύνη του υπολογισμού
των μονοπατιών μοιράζεται ανάμεσα στους κόμβους, οι
οποίοι ανταλλάσσουν μεταξύ τους πληροφορίες, όποτε
είναι απαραίτητο.
2. Στατική ή Δυναμική (Προσαρμοζόμενη)
• Στατική (Static): το μονοπάτι που χρησιμοποιείται για
ένα ζεύγος πηγής-προορισμού, παραμένει σταθερό.
•Δυναμική (Dynamic) - Προσαρμοζόμενη (Adaptive): το
μονοπάτι μπορεί να αλλάζει, ανάλογα με τη συμφόρηση
(congestion).
Φυσικά, ακόμα και με στατικούς αλγόριθμους, τα μονοπάτια πρέπει να
αλλάζουν, όταν κάποιοι κόμβοι ή σύνδεσμοι πέφτουν.