En pakke er en gruppe informasjon som består av to deler: selve dataene og kontrollinformasjonen, som angir banen som skal følges langs nettverket til pakkens destinasjon. Pakkesvitsj er en metode for å gruppere data som overføres over et digitalt nettverk i pakker. Dataene i overskriften brukes av nettverksmaskinvare for å dirigere pakken til destinasjonen hvor nyttelasten trekkes ut og brukes av applikasjonsprogramvare. Pakkesvitsj er hovedgrunnlaget for datakommunikasjon i datanettverk over hele verden. På begynnelsen av 1960-tallet utviklet den amerikanske informatikeren Paul Baran konseptet Distributed Adaptive Message Block Switching med mål om å tilby en effektiv og feiltolerant rutingmetode for telekommunikasjonsmeldinger som en del av et forskningsprogram ved RAND Corporation. , finansiert av USA Forsvarsdepartementet. Dette konseptet sto i kontrast til og motsier prinsipper for forhåndstildeling av nettverksbåndbredde som ble etablert på den tiden, sterkt styrket av utviklingen av telekommunikasjon i Bell-systemet. Det nye konseptet fant liten resonans blant nettverksimplementere før det uavhengige arbeidet til den britiske informatikeren Donald Davies ved National Physical Laboratory (Storbritannia) i 1965. Davies er kreditert med å skape det moderne navnet pakkesvitsjing og inspirere av en rekke pakkesvitsjede nettverk i følgende tiår, inkludert inkorporering av konseptet i de første ARPANET-ene i USA.
På slutten av 1950-tallet etablerte US Air Force et omfattende luftnettverk for det bakkebaserte semi-automatic radar defense (SAGE) systemet. De søkte etter et system som kunne overleve et atomangrep for å muliggjøre en reaksjon, og dermed redusere appellen til fiendenes første angrepsfordel [ sitat nødvendig ] .
Leonard Kleinrock forsket tidlig på køteori og publiserte en bok i det relaterte feltet (pakkeløs) digital meldingsveksling i 1961.
Konseptet med å endre små datablokker ble først utforsket uavhengig av Paul Baran ved RAND Corporation fra slutten av 1950-tallet i USA og senere av Donald Davies ved National Physical Laboratory (NPL) i Storbritannia.
Baran utviklet konseptet med distribuert adaptiv meldingsblokkveksling under sin forskning ved RAND Corporation for US Air Force på kommunikasjonsnettverk som kunne overleve atomkriger. Først sendt inn til Luftforsvaret sommeren 1961 som rapport B-265, senere utgitt som RAND-rapport P-2626 i 1962, og til slutt i RM 3420-rapport i 1964, rapport P-2626 beskrev en generell arkitektur for en storskala distribuerbart og overlevende kommunikasjonsnettverk. Arbeidet fokuserer på tre nøkkelideer: bruk av et desentralisert nettverk med flere veier mellom to punkter, inndeling av brukermeldinger i meldingsblokker, og levering av disse meldingene ved hjelp av lagring og videresending.
Donald Davies ved National Physical Laboratory (UK) utviklet et lignende konsept for meldingsruting i 1965. Han kalte det pakkesvitsj, et mer tilgjengelig navn enn Barans terminologi, og foreslo å bygge et nasjonalt nettverk i Storbritannia. Han holdt et innlegg om forslaget i 1966, hvoretter en person fra Forsvarsdepartementet (FD) fortalte ham om Barans arbeid. Et medlem av Davies' team (Roger Scantlebury) møtte Lawrence Roberts på 1967 ACM Symposium on Operating System Principles og foreslo det for bruk på ARPANET. Davies hadde valgt noen av de samme parameterne for sitt originale nettverksdesign som Baran hadde, for eksempel en pakkestørrelse på 1024 biter. I 1966 foreslo Davies at det skulle bygges et nettverk i laboratoriet for å imøtekomme behovene til NPL og for å teste muligheten for pakkesvitsjing. Etter et piloteksperiment i 1967, ble NPL Data Communications Network tatt i bruk i 1969.
Med utgangspunkt i sitt tidligere arbeid med køteori, utførte Leonard Kleinrock deretter teoretisk arbeid for å modellere ytelsen til pakkesvitsjenettverk, som dannet grunnlaget for utviklingen av ARPANET. NPL-teamet utførte også simuleringsarbeid på pakkenettverk.
I 1974 publiserte Vint Cerf og Bob Kahn spesifikasjoner for Transmission Control Protocol (TCP), en internettarbeidsprotokoll for å dele ressurser ved å bruke pakkeveksling mellom noder (denne monolitiske protokollen ble senere lagt over som TCP over Internett-protokollen, eller IP). ).
Det franske CYCLADES-nettverket, designet av Louis Pouzin på begynnelsen av 1970-tallet, var det første som gjorde verter ansvarlige for pålitelig datalevering, i stedet for å være en sentralisert tjeneste for selve nettverket.
Pakkesvitsjing kan klassifiseres i forbindelsesløs pakkesvitsjing, også kjent som datagramsvitsjing, og tilkoblingsorientert pakkesvitsjing, også kjent som virtuell kretssvitsjing.
I forbindelsesløs modus inkluderer hver pakke fullstendig adresseinformasjon. Pakker rutes individuelt, noe som noen ganger resulterer i forskjellige ruter og levering uten bestilling. Hver pakke er merket med en destinasjonsadresse, kildeadresse og portnumre. Den kan også merkes med pakkesekvensnummeret. Dette utelukker behovet for en dedikert rute for å hjelpe pakken å nå sin destinasjon, men det betyr at mye mer informasjon er nødvendig i pakkehodet, som derfor er større, og denne informasjonen må søkes etter i stort innhold.
Tilkoblingsorientert overføring krever en konfigurasjonsfase ved hver involvert node før noen pakker overføres for å etablere kommunikasjonsparametere. Pakker inkluderer en tilkoblingsidentifikator i stedet for adresseinformasjon og forhandles mellom endepunkter for i rekkefølge, feilsjekket levering. Adresseinformasjon sendes kun til hver node under tilkoblingsoppsettfasen, når ruten til destinasjonen oppdages og en oppføring legges til svitsjetabellen ved hver nettverksnode som forbindelsen går gjennom. Signaleringsprotokollene som brukes lar applikasjonen spesifisere kravene og oppdage parametrene til koblingen. Akseptable verdier for serviceparametere kan forhandles. Ruting av en pakke krever at noden slår opp tilkoblings-IDen i en tabell. Pakkeoverskriften kan være liten, siden den bare trenger å inneholde denne koden og all informasjon, for eksempel lengde, tidsstempel eller sekvensnummer, som er forskjellig for forskjellige pakker.
Pakkesvitsjing brukes til å optimalisere bruken av tilgjengelig kanalkapasitet i digitale telekommunikasjonsnettverk, som datanettverk, og for å minimere overføringsforsinkelse (tiden det tar for data å krysse nettverket) og øke datarobustheten.
Den mest kjente bruken av pakkesvitsjing er Internett og de fleste lokale nettverk . Internett er implementert av Internet Protocol Suite ved hjelp av en rekke Link Layer-teknologier. For eksempel er Ethernet og Frame Relay vanlige. Nyere mobiltelefonteknologier ( f.eks . GPRS , i-mode ) bruker også pakkesvitsj.
Hver mellomnode utfører følgende funksjoner:
Kort sagt, pakker tar forskjellige ruter, men ingen kan garantere at alle pakker kommer på et gitt tidspunkt. Kort sagt, et pakkesvitsjet nettverk består av et "nettverk" av sammenkoblinger tilrettelagt av telekommunikasjonstjenester , gjennom hvilke pakker reiser fra kilde til destinasjon.