Paketvermittlung und Leitungsvermittlung

Die Paketvermittlung leitet Daten in unabhängig gerouteten Paketen weiter, die die Verbindungskapazität bedarfsgesteuert teilen, während die Leitungsvermittlung einen dedizierten Pfad mit fester Kapazität für die Dauer einer Verbindung reserviert; die beiden stellen die grundlegenden Alternativen für die Datenübertragung in einem Netzwerk dar.

Definition

Paketvermittlung ist eine Methode, bei der Daten in Pakete unterteilt werden, die unabhängig weitergeleitet werden und die Verbindungskapazität statistisch teilen; Leitungsvermittlung ist eine Methode, bei der ein dedizierter End-to-End-Pfad mit reservierter Kapazität für die gesamte Dauer einer Kommunikation eingerichtet wird.

Scope

Dieses Thema vergleicht die beiden Vermittlungsparadigmen. Für die Paketvermittlung werden die Store-and-Forward-Übertragung, das statistische Multiplexing, die Warteschlangenbildung sowie die Möglichkeit von Verzögerungen und Verlusten behandelt. Für die Leitungsvermittlung werden der Verbindungsaufbau, die dedizierte Ressourcenreservierung und Multiplexing-Schemata wie Zeit- und Frequenzmultiplexing behandelt. Es wird erklärt, warum das Internet die Paketvermittlung gewählt hat und welche Kompromisse dies mit sich bringt. Routing-Protokolle, die Pfade berechnen, und Warteschlangenmanagement-Algorithmen innerhalb von Routern sind ausgeschlossen.

Core questions

• Wie funktioniert die Store-and-Forward-Paketübertragung und welche Verzögerungen entstehen dabei?
• Was ist statistisches Multiplexing und warum verbessert es die Auslastung bei bursty Traffic?
• Wie reserviert die Leitungsvermittlung Ressourcen und was beinhaltet der Verbindungsaufbau?
• Unter welchen Verkehrsbedingungen nutzt jedes Paradigma die Kapazität effizienter?
• Warum hat das Internet die Paketvermittlung anstelle der Leitungsvermittlung übernommen?

Key concepts

• Paketvermittlung
• Leitungsvermittlung
• Store-and-Forward
• statistisches Multiplexing
• Übertragungs- und Ausbreitungsverzögerung
• Warteschlangenbildung und Paketverlust
• Zeitmultiplexing und Frequenzmultiplexing
• Verbindungsaufbau und -abbau

Key theories

Store-and-Forward-Paketvermittlung

Ein Paketvermittler empfängt ein gesamtes Paket, bevor er es weiterleitet, was an jedem Hop eine Übertragungsverzögerung einführt; Pakete teilen sich Verbindungen statistisch, sodass die Auslastung unter bursty Last hoch ist, aber Warteschlangenverzögerungen und Verluste auftreten können, wenn die Nachfrage die Kapazität übersteigt.

Leitungsvermittlung und Ressourcenreservierung

Die Leitungsvermittlung etabliert einen dedizierten Pfad mit garantierter Kapazität über Zeit- oder Frequenzmultiplexing, was eine vorhersagbare Leistung ohne paketweise Konflikte ermöglicht, aber reservierte Kapazität während Leerlaufzeiten verschwendet.

Verteilte Paketnetzwerke für Überlebensfähigkeit

Frühe Arbeiten zur verteilten Nachrichtenblockkommunikation argumentierten, dass das Aufteilen von Daten in Pakete, die unabhängig über ein redundantes Netz geleitet werden, ein Netzwerk ergibt, das den Verlust einzelner Knoten oder Verbindungen überlebt, ein wesentlicher Grundgedanke hinter der Paketvermittlung.

Clinical relevance

Die Wahl zwischen Paket- und Leitungsvermittlung prägt, wie Netzwerke bereitgestellt werden und wie sie sich unter Last verhalten. Die Effizienz der Paketvermittlung bei bursty Traffic ist der Grund, warum das Daten-Internet darauf aufbaut, während die Vorhersagbarkeit der reservierten Kapazität die lange Nutzung der Leitungsvermittlung im traditionellen Telefonnetz und die Attraktivität von Kapazitätsreservierungstechniken für latenzempfindliche Flüsse erklärt.

History

Das Telefonnetz war historisch leitungsvermittelt, wobei pro Anruf eine Leitung dediziert wurde. In den frühen 1960er Jahren schlugen Paul Baran und, unabhängig davon, Donald Davies vor, Daten in Pakete aufzuteilen, die über ein verteiltes Netzwerk geroutet werden, wobei Leonard Kleinrocks Warteschlangenanalyse die theoretische Grundlage lieferte. Das ARPANET demonstrierte die Paketvermittlung in großem Maßstab und wurde zur Grundlage des modernen Internets.

Key figures

• Paul Baran
• Donald Davies
• Leonard Kleinrock

Seminal works

• baran1964
• kurose2021

Frequently asked questions

Warum ist die Paketvermittlung effizienter als die Leitungsvermittlung für Daten?

Datenverkehr ist typischerweise bursty, mit ruhigen Perioden zwischen Übertragungen. Die Paketvermittlung ermöglicht es vielen Flüssen, die Verbindungskapazität bedarfsgesteuert zu teilen, sodass Leerlaufzeiten eines Flusses von einem anderen genutzt werden. Die Leitungsvermittlung reserviert Kapazität für die gesamte Verbindung, unabhängig davon, ob sie genutzt wird, was bei bursty Traffic Kapazität verschwendet.

Gibt es die Leitungsvermittlung noch?

Ja, konzeptionell. Das traditionelle Telefonnetz war leitungsvermittelt, und die Idee besteht in Technologien fort, die Kapazität reservieren oder virtuelle Leitungen für einen vorhersagbaren, latenzarmen Dienst aufbauen. Dennoch laufen moderne Sprach- und die meisten Daten heute über paketvermittelte IP-Netzwerke.