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

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

Dagens tekst Pakkesvitsjing prinsipper Ruting X.25

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

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

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

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

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

Pakkesvitsjet nett

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

Pakkesvitsjing – lag 3

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

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)

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

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

Virtual Circuits v Datagram 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

Pakke- størrelse Pakkestørrelse 43 oktetter (3 +40) Pakkestørrelse Stasjon X og Y Node a og b TID Data som skal overføres er 40 oktetter

Sammenligning av linjesvitsjing, virtuell kanal og datagram

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

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

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

External Virtual Circuit and Datagram Operation

Internal Virtual Circuit and Datagram Operation

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

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

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

Ruting avgjørelse basert på tidspunkt og sted 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)

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

Ruting Strategier Statisk ruting (Fixed) Flooding Vilkårlig (Random) Adaptiv

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

Fixed Routing Tables

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

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

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)

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

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

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

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

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

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

X.25 pakkesvitsjet nett DTE- Data Terminating Equipment

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.

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

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.

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 av data mellom brukerene Data transfer Connection release IDLE

Virtual circuits External virtual circuits Logical connections (virtual circuits) between subscribers

X.25 Use of Virtual Circuits

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

Virtual Call

X.25 pakkeformat

X.25 felter Group- og Channel feltene angir virtuell kanal C-bit der ”0” angir datapakke og ”1” kontrollpakke Sekvensnummer Modulo 8 eller modulo 128, dvs 3 eller 7 bit benyttes ifm ”Sliding window”. More-bit (M-bit) som angir pakker som hører sammen dersom en melding fra høyere lag er blitt fragmentert (oppdelt) D-bit lik ”1” angir at kvittering for pakkene skal komme fra den andre brukerens DTE. ”0” angir lokal DCE

Multiplexing – Virtual circuits En DTE kan etablere 4095 simultane virtuelle kanaler med andre DTE-er over en enkelt DTC-DCE link Hver pakke inneholder et 12 bit virtuelt kanal nummer

Nummerering av virtuell kanal

Packet Sequences Complete packet sequences Allows longer blocks of data across network with smaller packet size without loss of block integrity A packets M bit 1, D bit 0 B packets The rest Zero or more A followed by B

Reset and Restart Reset Restart Reinitialize virtual circuit Sequence numbers set to zero Packets in transit lost Up to higher level protocol to recover lost packets Triggered by loss of packet, sequence number error, congestion, loss of network internal virtual circuit Restart Equivalent to a clear request on all virtual circuits E.g. temporary loss of network access

X.25 Fast select facility En vanlig X.25 Call request pakke kan inneholde 16 oktetter med brukerdata Fast select tillater 128 oktetter med brukerdata Clear request kan også inneholde 128 oktetter med brukerdata Benyttes av applikasjoner som kun trenger å utveksle små mengder med data.

X.75 og X.121 PSDN- Packet Switched Data Network X.75 spesifiserer protokollen mellom PSDN X.121 spesifiserer adressering mellom DTE-er

X.121 adresse (International Data Number) (National Terminal Number) (Data Network Identification Code) (Public Switced Network)

Datapak-nettet Telenor markedsfører X.25 tjenestene under navnet ”Datapak”. Datapak har samtrafikk med over 160 nett i mer enn 60 land. Aksesshastigheter Datapak leveres som enten fast (X.25) eller oppringt forbindelse (X.28) med følgende hastigheter: X.25:2.400 4.800 9.600 19.200 64.000 bit/s X.28:1.200 2.400 4.800 9.600 14.400 bit/s X.28 er oppkobling fra telefonnettet til Datapak