В компьютерных сетях пакет — это определённым образом оформленный блок данных, передаваемый по сети в пакетном режиме. Компьютерные линии связи, которые не поддерживают пакетный режим, как, например, традиционная телекоммуникационная связь точка-точка, передают данные просто в виде последовательности байтов, символов или битов поодиночке. Если данные сформированы в пакеты, битрейт коммуникационной среды можно более эффективно распределить между пользователями, чем в сети с коммутацией каналов. При использовании сетей с коммутацией пакетов можно надёжно гарантировать пороговый битрейт, ниже которого он опускаться не будет.
Разметка пакета
Пакет состоит из двух типов данных: управляющей информации и данных пользователя (называемых также полезной нагрузкой). Управляющая информация содержит данные, необходимые для доставки данных пользователя: адреса отправителя и получателя, коды обнаружения ошибок (типа контрольных сумм) и информацию об очерёдности. Как правило, управляющая информация содержится в заголовке и хвосте пакета, а между ними размещаются пользовательские данные.
Различные коммуникационные протоколы используют разные соглашения для разделения элементов и для форматирования данных. В протоколе «двоичной синхронной передачи» пакет отформатирован в 8-битных байтах, а для разделения элементов используются специальные символы. В других протоколах, таких как Ethernet, зафиксировано начало заголовка и элементов данных, их расположение относительно начала пакета. Некоторые протоколы форматируют информацию на уровне битов, а не байтов.
Хорошей аналогией является рассмотрение пакета как письма: заголовок является конвертом, а область данных — это то, что человек вкладывает внутрь конверта. Разница, однако, состоит в том, что некоторые сети могут в случае необходимости разбивать больше пакеты на более мелкие (заметим, что эти меньшие элементы данных также форматируются как пакеты).
При проектировании сети с применением пакетов можно достичь двух важных результатов: обнаружение ошибок и многохостовая адресация.
Обнаружение ошибок
Более эффективным и надёжным методом обнаружения ошибок является расчёт контрольной суммы или циклического избыточного кода над содержимым пакета, чем проверка каждого символа с помощью бита чётности.
Хвостовая часть пакета часто содержит данные проверки ошибок, возникших во время передачи пакета по сети.
Адрес хоста
Современные сети обычно соединяют между собой три или более хоста. В таких случаях заголовок пакета обычно содержит информацию, в которой записан фактический адрес хоста. В сложных сетях, построеннных из нескольких узлов коммутации и маршрутизации, такие как ARPANET или современный интернет, ряд пакетов, отправленных с одного компьютера на другой, может следовать разными маршрутами. Эта технология называется пакетной коммутацией.
Сравнение пакетов и дейтаграмм
Вообще говоря, термин пакет распространяется на любое сообщение, форматированное как пакет, тогда как термин дейтаграммаобычно используется для пакетов «ненадёжных» служб.[1] «Надёжной» является служба, которая уведомляет пользователя, если доставка не удалась, тогда как «ненадёжная» такого уведомления пользователя не делает. Например, IP не обеспечивает надёжный сервис, а TCP и IP вместе его обеспечивают, тогда как UDP с IP надёжный сервис не обеспечивают. Все эти протоколы используют пакеты, но UDP-пакеты, как правило, называют дейтаграммами.[1]
Когда сеть ARPANET впервые выступила с коммутацией пакетов, она обеспечивала надёжную процедуру доставки пакетов к серверам через свой интерфейс 1822. Сервер сети организует данные в пакет нужного формата, вставляет туда адрес компьютера назначения и посылает сообщение через интерфейс процессору передачи сообщений. Как только сообщение доставлено к серверу назначения, на посылающий сервер доставляется подтверждение. Если сеть не может доставить сообщение, на посылающий сервер будет послано извещение об ошибке.
Разработчики CYCLADES и ALOHAnet продемонстрировали, что можно построить эффективную компьютерную сеть, не обеспечивая надёжную передачу пакетов. Этот опыт позже был использован конструкторами Ethernet.
Если сеть не гарантирует доставку пакетов, то сервер становится ответственным за обеспечение надёжности и повторную передачу потерянных пакетов. Последующий опыт показал, что ARPANET сама по себе не может надёжно определить все неудачные доставки пакетов, и это подтолкнуло возложить во всех случаях ответственность за обнаружение ошибок на хост-отправитель. Это привело к появлению принципа сквозной связи, который является одной из фундаментальных основ интернета.
Пример: IP пакет
IP-пакеты состоят из заголовка и полезной нагрузки. Заголовок пакета IPv4 состоит из:
- 4 бита содержат версию пакета: IPv4 или IPv6.
- 4 бита содержат длину интернет-заголовка, которая измеряется отрезками по 4 байта (например, 5 означает 20 байт).
- 8 бит содержат тип обслуживания, известный также как качество обслуживания (QoS), описывающее приоритеты пакета.
- 16 бит содержат длину пакета в байтах.
- 16 бит содержат тег идентификации, помогающие восстановить пакет из нескольких фрагментов.
- 3 бита содержат нуль, флаг разрешения фрагментации пакета (DF: не фрагментировать), а также флаг разрешения дальнейшей фрагментации (MF: фрагментировать дальше).
- 13 бит содержат смещение фрагмента, поле для идентификации положение фрагмента в исходном пакете.
- 8 бит содержат время жизни (TTL), которое определяет количество переходов (через маршрутизаторы, компьютеры и сетевые устройства), разрешённых пройти пакету, прежде чем он исчезнет (например, пакету с TTL 16 разрешено пройти не более 16 маршрутизаторов, чтобы добраться до места назначения).
- 8 бит содержат протокол (TCP, UDP, ICMP и т. д.).
- 16 бит содержат контрольную сумму заголовка, используемую при обнаружении ошибок.
- 32 бит содержат IP-адрес источника.
- 32 бит содержат адрес назначения.
После этих данных могут быть добавлены разное количество необязательных флагов, меняющиеся в зависимости от используемого протокола, затем идут данные, которые переносит пакет. IP-пакет не имеет хвостового прицепа. Однако, IP-пакетов часто переносятся как полезная нагрузка внутри фрейма Ethernet, который имеет свой собственный заголовок и хвост.
Доставка не гарантируется
Многие сети не гарантируют доставку, отсутствие дубликатов пакетов и порядок их доставки, как например, протокол UDP в сети Интернет. Тем не менее, это можно сделать в верхней части пакета услуг транспортного уровня, который может обеспечить такую защиту. TCP и UDP являются лучшими примерами 4 транспортного уровня, одного из семи уровней сетевой модели OSI.
Заголовок пакета определяет тип данных, номер пакета, общее количество пакетов и IP-адреса отправителя и получателя.
Иногда используется термин «кадр» для обозначения пакетов в точности так, как он используется при передаче сигнала по проводам или радио.
См. также
Примечания
- ↑ 1 2 Kurose, James F. & Ross, Keith W. (2007), «Computer Networking: A Top-Down Approach» ISBN 0-321-49770-8
Ссылки
- Dean, Tamara (2006). Network+ Guide to Networks. Boston, Massachusetts: Thomson Course Technology.
