Datakommunikasjon Høsten 2001

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

2. Øvingsoppgaver • Oppgave 10.23, 10.24, 10.20 men bare for nett (a)

3. Dagens tekst • Pakkesvitsjing prinsipper • Ruting • X.25

4. 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

5. SETUP SETUP CALL_PROC ALERT ALERT CONNECT CONNECT ACK CONNECT Linjesvitsjet forbindelse over B-kanal ISDN - Oppkobling av samtale TE-A Sentral A Sentral B TE-B

6. DISCONNECT DISCONNECT RELEASE RELEASE REL_COMPL REL_COMPL ISDN – Nedkobling av samtale TE-A Sentral A Sentral B TE-B Linjesvitsjet forbindelse over B-kanal

7. Pakkesvitsjing • Ingen 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

8. Pakkesvitsjing - basisfunksjoner • Data 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

9. Pakkesvitsjet nett

10. Pakkesvitsjing – lag 3 Control Information F A C I FCS F Flagg Adresse Flagg f. eks.X.25 Ramme/Frame på lag 2 Frame Check Sequence

11. Pakkesvitsjing – lag 3

12. Fordeler med pakkesvitsjing • Line 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

13. Pakkesvitsjings teknikker • Store meldinger sendes i flere pakker • En og en pakke sendes til nettet • Pakker kan håndters på to måter • Datagram • Virtuell kanal (Virtual circuit)

14. Datagram • Each packet treated independently • Packets can take any practical route • Packets may arrive out of order • Packets may go missing • Up to receiver to re-order packets and recover from missing packets • Eksempel UDP-User Datagram Protocol

15. 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

16. Virtual Circuits v Datagram • Virtual circuits • Network can provide sequencing and error control • Packets are forwarded more quickly • No routing decisions to make • Less reliable • Loss of a node looses all circuits through that node • Datagram • No call setup phase • Better if few packets • More flexible • Routing can be used to avoid congested parts of the network

17. Pakke-størrelse Pakkestørrelse 43 oktetter (3 +40) Pakkestørrelse 23 oktetter (3 +20) Pakkestørrelse 11 oktetter (3 +8) Pakkestørrelse 7 oktetter (3 +4) Stasjon X og Y Node a og b TID Data som skal overføres er 40 oktetter

18. Sammenligning av linjesvitsjing,virtuell kanal og datagram

19. External and Internal Operation • Packet switching - datagrams or virtual circuits • Interface between station and network node • Connection oriented • Station requests logical connection (virtual circuit) • All packets identified as belonging to that connection & sequentially numbered • Network delivers packets in sequence • External virtual circuit service • e.g. X.25 • Different from internal virtual circuit operation • Connectionless • Packets handled independently • External datagram service • Different from internal datagram operation

20. 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

21. 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

22. External Virtual Circuit andDatagram Operation

23. InternalVirtualCircuit andDatagram Operation

24. Ruting • Complex, crucial aspect of packet switched networks • Characteristics required • Correctness • Simplicity • Robustness • Stability • Fairness • Optimality • Efficiency

25. Performance Criteria • Brukes for valg av rute gjennom nettet • Minimum 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

26. Pakkesvitsjet nett med “least-cost” ruting F.eks høy kost tilsvarer høy datahastighet Kost=3 Kost=5

27. Ruting avgjørelse basert på tidspunkt og sted • Tid • 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)

28. Network Information Source and Update Timing • Routing 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

29. Ruting Strategier • Statisk ruting (Fixed) • Flooding • Vilkårlig (Random) • Adaptiv

30. Statisk ruting (Fixed Routing) • Single permanent route for each source to destination pair • Determine routes using a least cost algorithm • Route fixed, at least until a change in network topology • Eksempel: En ruter mellom en bedrift og Internett trenger kun å ha en statisk rute

31. Fixed RoutingTables

32. Flooding • No network info required • Packet sent by node to every neighbor • Incoming packets retransmitted on every link except incoming link • Eventually a number of copies will arrive at destination • Each packet is uniquely numbered so duplicates can be discarded • Nodes can remember packets already forwarded to keep network load in bounds • Can include a hop count in packets

33. Flooding Eksempel Pakke skal sendes fra node 1 til node 6 ”Hop count” settes lik 3 Benyttes i militære nett

34. Egenskaper med Flooding • All 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)

35. Vilkårlig ruting (Random) • Node selects one outgoing path for retransmission of incoming packet • Selection can be random or round robin • Can select outgoing path based on probability calculation • No network info needed • Route is typically not least cost nor minimum hop

36. 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

37. Adaptive Routing - Fordeler • Improved performance • Aid congestion control • Complex system • May not realize theoretical benefits

38. Adaptiv ruting - strategi • Based on information sources • Local (isolated) • Route to outgoing link with shortest queue • Can include bias for each destination • Rarely used - do not make use of easily available info • Adjacent nodes • All nodes

39. Isolated Adaptive Routing Innkommende pakke Node 6 B=Bias=foretrukken rute Q=kø lengde Innkommende pakker sendes til den node som gir minimum av Q+B Eksempel innkommende pakke fra node 1 som skal til node 6

40. 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

41. X.25 pakkesvitsjet nett DTE-Data Terminating Equipment

42. X.25 forhold mellom DTE og DCE • Lag 1 protokollen gjelder mellom DTE og DCE • Omformer signaler fra DTE til abonnentlinjen mellom DCE og pakkesvitsjen • Protokollene på lag 2 og lag 3 gjelder mellom DTE og pakkesvitsjen.

43. X.25 – Fysisk lag • Grensesnitt 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

44. X.25 - datalinklag • Benytter HDLC (High Level Data Link Control) basert protokoll kalt LAPB • LAPB står for Link Access Protocol Balanced • Subset av HDLC • Balanced betyr at det kan settes opp linker i begge retninger • LAPB er svært lik LAPD i ISDN, men tilbyr ikke multipleksing av flere linkkanaler på samme fysiske linje.

45. X.25 – Nettlag • Lag 3 benyttes for opp- og nedkobling av samtaler. Tilsvarende som for oppsett av ISDN B-kanaler IDLE- No connection Connection establishment Tilstander for en connection oriented forbindelse Overføring avdata mellom brukerene Data transfer Connection release IDLE

47. Virtual circuits • External virtual circuits • Logical connections (virtual circuits) between subscribers

48. X.25 Use of Virtual Circuits

49. Virtual Circuit Service • Virtual Call • Dynamically established • Permanent virtual circuit • Fixed network assigned virtual circuit • Må abonneres på, dvs en må bestille permanente virtuelle kanaler fra nettoperatøren

50. Virtual Call