Paket Anahtarlama ve Yönlendirme

Paket Anahtarlama ve Yönlendirme

Paket Anahtarlamanın Prensipleri Devre anahtarlama ses için geliştirilmiştir Kaynaklar belirli bir arama için ayrılır Veri bağlantısı durumunda zamanın çoğu boştur Veri aktarımı çoğunlukla anlık yüksek hızlı iletim gerektirir Karakter tuşlamak Web sayfalarına erişmek Veri hızı sabittir Her iki uçta aynı hızda haberleşmelidir etmelidir Bu değişik veri haberleşme hızlarındaki bilgisayarların birbirine bağlantısını sınırlar. Paket anahtarlama, veri haberleşmesi yapan noktaları birbirine bağlamak için 70 li yılların başlarında geliştirilmiştir

Temel Çalışma prensibi Veri küçük paketler halinde gönderilir Tipik 500-2000 byte (oktet) Uzun mesajlar paket dizilerine dönüştürülür Her bir paket, kullanıcı verisi ve bazı kontrol bilgilerini içerir Kontrol bilgisi (minimum) Ağın paketi teslim edebilmesi için bir yönlendirme (adres) bilgisi Diğer kontrol bilgileri (Öncelik vs.) Her bir anahtarlama noktasında paketler alınır ve tamponlanır ve daha sonra bir sonraki anahtarlama noktasına gönderilir Anahtarlama noktaları, doğru yönü bulabilmek için karar verme algoritmalarına ihtiyaç duyar

Paketlerin Ağ içinde kullanımı

Paket anahtarlamanın avantajları Hat verimliliği Anahtarlama noktaları arasındaki tek bir bağlantı zaman boyunca pek çok paket tarafından paylaşılır Paketler sıraya sokulur (kuyruklanır) ve en kısa sürede iletilir. Veri hızı değişimi Her bir istasyon, bağlı bulunduğu anahtarlama noktasına kendi hızında bağlanır Anahtarlama noktaları, hız farkını dengeleme için, gerekliyse paketleri saklar (tamponlar) Paketler, ağ meşgul yada yoğun olsa bile kabul edilir Ağ tıkanması oluşmuşsa teslim süreleri artar Paket tesliminde öncelikler kullanılabilir. Paketler kuyruklandığında öncelikli paketler ilk önce gönderilir.

Paket Anahtarlama Tekniği İstasyolar uzun mesajları paketlere çevirir Paketler tek tek ağa gönderilir Paketler iki temel yaklaşım ile işlenir Datagram yaklaşımı Sanal devre yaklaşımı

Datagram Yaklaşımı Her bir paket bağımsız olarak düşünülür Paketler, anlık ağ yönlendirme yapısına göre herhangi bir yola yönlendirilebilir Paketler alıcıya sırasız biçimde ulaşabilir Paketler ağ üzerinde kaybolabilir yada tekrarlanabilir. Farklı yollardan, farklı anahtarlama noktaları üzerinden gidebildikleri için anahtarlama noktaları paketleri kontrol edemez Paketlerin yeniden sıralanması yada kayıp veya tekrarlanmış verilerin yeniden elde edilmesi alıcının sorumluluğundadır

Datagram örneği

Sanal Devre Yaklaşımı Paketler gönderilmeden önce, önceden planlanmış yol kurulur. Çağrı isteği ve kabul paketleri kullanılarak bir bağlantının sağlanması Başlangıçtaki anahtar noktası, bir diğer anahtara çağrı istek paketi gönderir, Diğer bir sonrakine gönderir vs. Çağrı istek paketi son anahtarlama noktasına ulaştığında çağrı kabul edilirse, bir çağrı kabul paketi aynı yol boyunca geri gönderilir. Herbir paket hedef adresi yerine bir sanal devre tanıtıcısı içerir Her bir paket için yönlendirme kararları gerekmez. İstasyonlardan herhangi biri bir bağlantı sonlandırma isteği ile bağlantıyı bırakabilir. Ayrılmış bir yol değildir (Anahtarlama noktaları arasındaki bağlantılar paylaşılmaktadır)

Sanal Devre

Datagram ve Sanal Devre karşılaştırması Datagram Bağlantı kurma evresi yok;kısa paket değişimleri için avantajlı Daha esnek Ağın tıkanmış parçalarının kullanılmasını engellemek için yönlendirme yapılır Sanal Devre Ağ paket sıralama ve hata kontrolü sağlayabilir Paketler daha hızlı iletilir. Yönlendirme kararları yoktur Daha az güvenilir Yol üzerindeki anahtarlama noktalarından birinin devre dışı kalması bütün sanal devre bağlantısını yıkar Öncelik ve servis kalitesi gibi hizmetlerin sunulması daha kolaydır

Paket Boyu ve performans Paketler X noktasından a ve b anahtarlama noktaları aracılığıyla Y noktasına ulaştırılacaktır Mesaj uzunluğu 40 byte, her bir paket için kontrol uzunluğu 3 byte olsun ve Sanal devre kullanılsın Anahtarlam gecikmeler dikkate alınmaz ise gönderme süreleri 1. Durumda 129 byte gönderme süresi 2. Durumda 92 byte 3. Durumda 77 byte 4. Durumda 84 byte

Devre ve Paket anahtarlama Gecikme faktörlerini Performansa etkisi Yayılım gecikmesi İşaretin ortamdaki yayılma hızı Uzaklık ve oratmın bir fonksiyonu İletim süresi Göndericinin bir veri bloğunu gönderme süresidir Paket boyu ve veri hızına bağlıdır Anahtarlama Noktası gecikmesi Anahtarlama noktasını veriyi anahtarlaması için geçen süredir Bir anahtarlama noktasındaki işlemler: yönlendirme,kuyruklama, tamponlama Teknoloji ve paket boyutu ile ilgilidir

Olay Zamanlaması

Harici ve dahili çalışma Datagram ve Sanal devre iki seviyede düşünülebilir Dahili ve harici Her iki seviyede de aynı olmaları gerekmez İstasyon ve anahtarlama noktasındaki iki arayüz tanımlanır Bağlantı tabanlı (Connection Oriented) Örneğin X.25 İstasyon mantıksal bir bağlantı ister (sanal devre) Tüm paketler bu bağlatıya ait olarak tanımlanır ve ardışıl olarak numaralandırılır Ağ, hedef noktasına paketleri sıralı olarak teslim eder Harici VC hizmetidir Dahili VC çalışmasından farklıdır Bağlantısız Paketler bağımsız olarak işlenir Harici Datagram hizmetidir Dahili datagram çalışmasından farklıdır

Çalışma kombinasyonları 1 Harici sanal devre, dahili sanal devre Kullanıcı sanal devre isterse, ağ içinde ayrılmış bir yol oluşturulur Harici sanal devre, dahili datagram Ağ herbir paketi ayrı işler Aynı harici devreden gelen farklı paketler, ağ içerisinde farklı yollar izleyebilir Hedef istasyonun bağlı bulunduğu anahtarlama noktası gelen verileri tamponlayarak yeniden sıralandırır

Çalışma kombinasyonları 2 Harici datagram, dahili datagram Paketler hem ağ içerisinde hem de kullanıcıda ayrı ayrı değerlendirilir Harici datagram, Dahili Sanal devre Harici kullanıcı herhangi bir mantıksal bağlantı görmez Harici kullanıcı, aynı anda bir paket gönderir Ağ istasyonlardan gelen paketlere yanıt olarak mantıksal bağlantılar kurar Ağ bu tür bağlantıları, genişletilmiş bir zaman dilimi boyunca sürdürebilir.

Harici VC ve Datagram Çalışması Harici VC: İki istasyon arasında mantıksal bir bağlantı oluşur. Paketler VC numarası ve dizi numarası ile etiketlenir ve sırayla hedefine ulaşır Harici Datagram: Herbir paket bağımsız olarak aktarılır. Paketler bir varış adresi ile etiketlenir. Sırasız olarak varabilirler

Dahili VC ve Datagram Çalışması Dahili VC: İki istasyon arasındaki paketler için belirli bir yol tanımlanır ve etiketlenir. Bu VC için tüm paketler aynı yolu takip eder ve sıralı olarak varır Dahili datagram: Her bir paket ağ tarafından bağımsız biçimde işlenir. Paketler bir varış adresi ile etiketlenir ve hedef noktasına sırasız olarak varabilir.

Paket anahtarlamalı ağlarda yönlendirme Paket anahtarlamalı ağların en karmaşık ve gerekli özelliklerinden biridir.anahtarlama noktaları paketleri hangi yollar üzerinden göndermelidir. Bu karar verme olayına yönlendirme denir Önemli gerekli özellikler Doğruluk Basitlik Güvenilirlik: yerel hatalar veya ağ tıkanıklıklarının sisteme olan etkisi Kararlılık: hatalara yada tıkanıklıklara olan reaksiyon hızları şebekenin bazı noktalarında tıkanıklık yada az kullanıma neden olabilir Dengeli olma: sistemdeki tüm paketlerin aynı önceliklerle işlenmesi. Bazı durumlarda algoritmalar yakın istasyonlara ilişkin paketlere daha yüksek öncelik verir. Bu durum çıkış hızını artırır ancak dengeli olmaz Optimalite: Mümkün olan en yüksek çıkış hızlarını sağlama Verimlilik: işleme ve iletim yüklerinin az olması

Paket anahtarlamalı ağlarda yönlendirme Yönlendirme algoritmalarının tasarlanmasındaki temel çelişkiler Güvenilirlik ve kararlılık Dengeli olma ve optimalite Hesapsal verimlilik ve ağ faydalanımı

Paket anahtarlamada yönlendirme tekniklerinin temel parametreleri Performans kriterleri Karar zamanı Paket Oturum Karar yeri Ağ bilgi kaynağı Ağ bilgi güncelleme zamanlaması

Performans kriterleri Bir paket için en iyi yolun seçilmesinde referans alınacak kurallardır Burada temel parametreler Anahtarlama noktalarının sayısı Maliyet Örnek: Kuyruklama gecikmesi maliyeti artırır Örnek: Maximum çıkış hızı maliyeti azaltır Örnek: hattın kullanımı Gecikme Çıkış Hızı En basit kural, en az anahtarlama noktasından geçen yolun seçilmesidir. Daha genel ve çok kullanılan bir yöntem ise Endüşük-maliyetli yönlendirmedir (Least-Cost routing). Internet ide kapsayan Paket anahtarlamalı ağlarda ortak kullanıma sahiptir En çok kullanılan yapılar iki algoritmanın değişik versiyonlarına dayanır Dijkstra s Bellman-Ford

Yolların maliyetlendirilmesi

Endüşük-maliyetli yönlendirme algoritmaları Bellman-Ford İteratif bir çözümdür Maliyeti artan bağlantı sayısına dayalı olarak tanımlar Öncelikle doğrudan bağlantılı hatlara bakar İkinci olarak, bir anahtarlama noktalı hatları arar vs.. Uzaklık vektörüne dayalı protokollerde kullanılır. (Örneğin RIP - Routing Information Protocol) Dijkstra İteratif bir çözümdür Her bir adımda gruba eklenecek yeni bir anahtarlama noktasına olan en düşük maliyetli yolu bulur Hat-durumuna dayalı yönlendirme protokollerinde kullanılır (örneğin: OSPF -Open Shortest Path First)

Karar zamanı ve yeri Yönlendirme kararları bazı performans kriterlerine bağlı olarak verilir. Ne zaman, Nerede? Zaman Dahil datagram Karar her paket için verilir Dahili VC : karar oturum başına verilir. Anack hatalar ve tıkanıklıklarda bu dinamik olarak değiştirilebilir Yer Dağılmış yönlendirme Kararlar her bir anahtarlama noktasında yapılır Merkezi yönlendirme Merkezi bri denetleyici yüm anahtarlama noktaları için yollara karar verir Kaynağın yönlendirmesi

Ağ bilgi kaynağı ve güncelleme zamanlaması Bazı yönlendirme stratejileri Ağ bilgilerine dayanır Dağılmış yönlendirme Anahtarlama noktaları yerel bilgileri kullanır Bitişik anahtarlama noktalarındaki bilgiler alınabilir Olası yoldaki tüm anahtarlama noktalarından bilgi alabilir Merkezi Yönlendirme Ağdaki tüm anahtarlama noktalarında bilgi alır Yönlendirme güncellemesi zamanlaması Sabit Hiçbir zaman güncellenmez Adaptif düzenli güncellemeler yapılır Çok güncelleme daha doğru yönlendirme sağlar, ancak kaynakları tüketir

Paket yönlendirme stratejileri Günümüz paket anahtarlamalı şebekelerinde dört temel yönlendirme stratejisi kullanılır Sabit Taşma Rasgele Adaptif

Sabit Yönlendirme Her bir kaynak ve varış çifti arasında sabit bir yol tanımlanır Endüşük-maliyetli yollar belirlenir Örneğin Dijkstra, Bellman-Ford gibi algoritmalar kullanılır Yollar, bağıl olarak uzunca bir süre değişmez. En azından şebeke topolojisi değişinceye kadar Datagram yada sanal devere yönlendirmesi arasına bir fark yoktur En büyük avantajı basitliktir En büyük dezavantaji esnekliğin kaybolmasıdır

Sabit Yönlendirme

Sabit yönlendirme tabloları

Taşma Bu teknik için ağ bilgisi gerekmez Paketler kaynak tarafından tüm komşu anahtarlama noktalarına gönderilir Gelen paketler herbir bağlantı noktasında yeniden iletilir (gelen bağlantı dışında) Doğal olarak alıcıya birden fazla kopya ulaşabilir Artan kopya paket sayısını engellemek için çeşitli yöntemler gereklidir Her bir paket tek bir numarayla ilişkilendirilir Anahtarlama noktaları gönderdikleri paketleri hatırlayabilir Paketler için maximum atlama noktası sayısı tanımlanabilir

Taşma örneği

Taşma özellikleri Tüm olası noktalar denenir- Güvenilir Yönlendirme protokolüne gerek duymaz Paketlerden en azından birisi endüşük-maliyetli yolu kullanır Sanal devre oluşturmak için kullanılabilir Tüm noktalara uğranılır Bilgi dağıtmak için faydalıdır (örneğin yönlendirme, ağ durumu) En büyük avantajı: Çok güvenilirdir ve Geniş yayım bilgisi için idealdir En büyük dezavantajı: Son derece verimsizdir

Rasgele yönlendirme Anahtarlama noktası gelen paketi göndermek için rasgele bir yol seçer Seçim rasgele yada sırayla olabilir Yada her bir her noktaya bir olasılık atanabilir. Ağ bilgisi yada yönlendirme protokolü gerekmez Yol tipik olarak endüşük-maliyetli değildir En büyük avantajı: basitlik En büyük dezavantajı: verimlilikte taşmadan daha iyidir ama optimal değildir

Adaptif yönlendirme Günümüzde hemen hemen tüm paket anahtarlamalı ağlarda kullanılır Yönlendirme kararları, ağ koşulları değiştikçe değişir Anahtarlama noktaları yada bağlantılardaki arızalar Anahtarlama noktaları yada bağlantılardaki tıkanıklıklar Ağ durumunun tüm anahtarlama noktaları arasında değişimini gerektirir Dezavantajları Kararlar daha karmaşıktır, daha fazla işlem alır Ağdan alınan bilginin miktarı artarsa daha başarlı olur, ancak, ağ başlıkları büyüt-r Çok hızlı reaksiyon vermesi salınıma neden olur Çok yavaş yanıt vermesi optimaliteyi azaltır

Avantajları Belirgin bir biçimde ağ performansını artırır Tıkanıklığın kontrol edilmesini sağlar Adaptif yönlendirmenin uygulanması Adaptif yönlendirmenin tasarlanması ve gerçeklenmesi oldukça fazla emek gerektirir Adaptif yönlendirme stratejisinin uygulanması, teorik sınırlara ulaşmaz

Adaptif yönlendirme stratejilerinin sınıflandırılması Adaptif yönlendirme stratejilerinin sınıflandırılması yönlendirme bilgisi kaynaklarına göre yapılır Yerel (izole edilmiş ) bilgi En kısa kuyruğa sahip çıkan bağlantıya yönlendir Burada, gidilecek hedefe göre bazı tercih öncelikleri olabilir Nadiren kullanılır Komşu noktalar Tüm Noktalar

İzole edilmiş adaptif yönlendirme Q + B 6 = 3 + 6 = 9 Q + B 6 = 2 + 9 = 11 Q + B 6 = 1 + 3 = 4 Q + B 6 = 5 + 0 = 5

Komşu noktalar Anahtarlama noktaları, bilgiyi komşuları ile paylaşır Bilgiler genellikle yönlendirme tabloları yada güncellemeleri şeklindedir Bellman-Ford algoritması ile iyi çalışır Örneğin RIP