การสลับวงจรและการสลับแพ็กเก็ต
แนะนำใหม่| English | ความหมาย |
|---|---|
| circuit switching/ˈsɜːkɪt ˈswɪtʃɪŋ/ | สลับวงจร |
| packet switching/ˈpækɪt ˈswɪtʃɪŋ/ | สวิตช์แพ็กเก็ต |
| dedicated path/ˈdedɪkeɪtɪd pæθ/ | เส้นทางเฉพาะ |
| bandwidth/ˈbændwɪdθ/ | แบนด์วิดท์ |
| sequence number/ˈsiːkwəns ˈnʌmbə/ | หมายเลขลำดับ |
| router/ˈruːtə/ | เราเตอร์ |
| multiplexed/ˌmʌltɪˈplekst/ | การแบ่งช่องสัญญาณ |
| variable latency/ˈveərɪəbl ˈleɪtənsi/ | ความหน่วงแปรผัน |
เครือข่ายที่ถูกสร้างมาเพื่ออยู่รอดจากการทำลายตัวเอง
- ในปี 1964 Paul Baran ถูกถามว่าเครือข่ายสื่อสารจะทำงานต่อได้หลังการโจมตีด้วยนิวเคลียร์หรือไม่ Every existing network ล้มเหลวในการทดสอบ, เพราะการโทรโทรศัพท์จอง one path และการตัด那条路径 ending การโทร
- คำตอบของเขาคือการหยุดการจอง paths. ตัดแต่ละข้อความเป็น blocks เล็กๆ, Address ทุก block, และให้แต่ละ块หาทางของตัวเอง; ถ้า link หาย, Block ถั้ไป simply绕过它
- ไอเดียนี้ถูกปฏิเสธว่าเป็นไปไม่ได้เป็นเวลาหลายปี ปัจจุบันเป็นวิธีที่ข้อมูลส่วนใหญ่เคลื่อนที่, และนั่นคือเหตุผลว่าทำไมอินเทอร์เน็ตจึงไม่มีศูนย์กลางที่จะตัด
- บทเรียนนี้คือ circuit switching และ packet switching: วิธีทำงานของแต่ละอย่าง, ค่าใช้จ่ายของแต่ละอย่าง, และ哪种适合哪种traffic
Circuit switching
- Dedicated path ถูก setup ระหว่างสอง ends ก่อนข้อมูลจะถูกส่ง, Hold ทั้งการสนทนา, และปล่อยที่ปลาย
- ประโยชน์: Bandwidth ถูกจองไว้, ดังนั้น rate ถูกรับประกันและเป็น constant, และข้อมูล arrives เป็นลำดับ dengan delay ที่คาดเดาได้
- ข้อเสีย: มัน ไม่ efficient, เพราะในช่วง silence lines ที่จองไว้ sits idle และไม่มีใครอื่นใช้ได้, และมัน slow ในการ setup, เพราะ path ต้องถูกสร้างก่อน One broken link切断 circuit และการสนทนาจบ
- ตัวอย่างคลาสสิกคือเครือข่ายโทรศัพท์แบบดั้งเดิม
สงวนไว้สำหรับการโทรทั้งหมด ใช้งานหรือไม่ก็ตาม
ในการสลับวงจร:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
การสลับวงจรจองเส้นทางหนึ่งจากต้นทางถึงปลายทาง (ความเร็วที่จองไว้) แต่สิ้นเปลืองสายในขณะหยุดพูด
ข้อเสียหลักของการสลับวงจรคืออะไร?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
การจองเส้นทางรับประกันอัตราและลำดับ ซึ่งนี่คือสิ่งที่ทำให้สิ้นเปลือง ส่วนอีกสามข้ออธิบายถึงการสลับแพ็กเก็ต
Packet switching
- ข้อความถูกแบ่งเป็น แพ็กเก็ต (packets) แต่ละตัวส่ง แยกอิสระ จากกัน ทุกแพ็กเก็ตมีทั้ง ที่อยู่ปลายทางและต้นทาง และ หมายเลขลำดับ
- เราเตอร์ แต่ละตัวทำการตัดสินใจสำหรับ แต่ละแพ็กเก็ต ว่าจะส่งต่อไปยังจุดถัดไป何方 ดังนั้นแพ็กเก็ตอาจใช้ เส้นทางที่แตกต่างกัน และมาถึงตามลำดับที่ผิดเพี้ยน destinations ใช้เลขลำดับเพื่อ ประกอบกลับ ข้อความ และหากมีแพ็กเก็ตหาย สามารถขอรับซ้ำได้
- ประโยชน์: มีประสิทธิภาพ เนื่องจากลิงก์หนึ่งถูก รวมสัญญาณ (multiplexed) เข้ากับหลายการสนทนา และส่งข้อมูลก็ต่อเมื่อมีข้อมูลจริง; ทนทาน เพราะการจราจรจะ redirection รอบลิงก์ที่ล้มเหลว
- ข้อเสีย: ความหน่วงแปรผัน (variable latency) เนื่องจากแพ็กเก็ตเข้าคิวที่เร้าเตอร์ และอาจมีการสูญเสียแพ็กเก็ต ดังนั้นจึงต้องเพิ่มกลไกความน่าเชื่อถือในระดับบนโดย TCP
Same message, many paths, reassembled at the end
การเดินทางของแพ็กเก็ตผ่านอินเทอร์เน็ต
ขั้นตอนของการสลับแพ็กเก็ต: ข้อความถูกแบ่งออก แต่ละแพ็กเก็ตหาเส้นทางของตัวเอง และปลายทางจะนำกลับมาประกอบใหม่ — นี่คือเหตุผลที่อินเทอร์เน็ตมีประสิทธิภาพและยากต่อการโจมตี
ข้อดีสำคัญของการสลับแพ็กเก็ตคือเป็นระบบที่:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
การแชร์ลิงก์มีประสิทธิภาพและการเปลี่ยนเส้นทางทำให้ทนทาน จุดแลกเปลี่ยนคือความหน่วงแปรผันและการสูญเสียข้อมูลที่เป็นไปได้ (TCP แก้ไขสิ่งนี้)
เนื่องจากแต่ละแพ็กเก็ตมีหมายเลขลำดับ ปลายทางจึงสามารถประกอบข้อความใหม่ได้ตามลำดับที่ถูกต้องและขอรับแพ็กเก็ตที่หายไปอีกครั้ง
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
แพ็กเก็ตอาจมาถึงไม่เรียงลำดับหรือสูญหาย; หมายเลขลำดับ (และ TCP) จะจัดการทุกอย่างให้ถูกต้อง
What a router does
- เร้าเตอร์เชื่อมต่อกันสองเครือข่ายหรือมากกว่า สำหรับ แต่ละแพ็กเก็ต จะอ่านที่อยู่ IP的目的, ค้นหาในตารางการوجيه, แล้วส่งแพ็กเก็ตออกทางอินเทอร์เฟซที่เหมาะสมไปยังจุดหมาย
- มันไม่มีความจำของการสนทนา: แพ็กเก็ตสองตัวจากข้อความเดียวกันอาจออกทางอินเทอร์เฟซต่างกันหากตารางเปลี่ยนไประหว่างทั้งสอง
- การตัดสินใจสำหรับแต่ละแพ็กเก็ตนี้คือสิ่งที่ทำให้การ redirection รอบความล้มเหลวเป็นอัตโนมัติ
เรียงลำดับขั้นตอนการส่งข้อความด้วยการสลับแพ็กเก็ต
Difficulty 3/5 · 200 coins + a small bonus on first completion today
แบ่ง, ตั้งที่อยู่, กำหนดเส้นทาง, มาถึง, ประกอบใหม่ นั่นคือคำตอบ 5 คะแนนสำหรับ "อธิบายวิธีการส่งข้อความด้วยการสลับแพ็กเก็ต"
Worked example: describe packet switching
- อธิบายวิธีการใช้ packet switching ในการส่งข้อความข้ามอินเทอร์เน็ต [5]
- ข้อความถูกแบ่งเป็นแพ็กเก็ตขนาดเล็ก แต่ละแพ็กเก็ตมีที่อยู่ปลายทาง, ที่อยู่ต้นทาง และหมายเลขลำดับ
- แต่ละแพ็กเก็ตเดินทางผ่านเครือข่ายอย่างอิสระ โดยเร้าเตอร์เลือกจุดถัดไปสำหรับแต่ละตัว ทำให้แพ็กเก็ตอาจใช้เส้นทางที่แตกต่างกันและมาถึงไม่เรียงลำดับ
- จุดหมายปลายทางใช้หมายเลขลำดับเพื่อประกอบข้อความกลับเป็นลำดับที่ถูกต้อง และสามารถขอรับแพ็กเก็ตที่หายไปอีกครั้งได้
- ห้าประโยค, สิบคะแนน หากขาดหมายเลขลำดับหรือการประกอบจะสูญเสียสองข้อ
เราเตอร์อ่านที่อยู่ปลายทางของ ____ ทุกตัวและส่งต่อไปยังปลายทาง
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
การตัดสินใจทำต่อแพ็กเก็ต โดยไม่มีความจำเกี่ยวกับการสนทนา ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้การจราจรเปลี่ยนเส้นทางรอบข้อผิดพลาดอัตโนมัติ
Side by side
| Aspect | Circuit switching | Packet switching |
|---|---|---|
| เส้นทาง | เฉพาะเจาะจง, จองตลอดเส้นทางการสื่อสาร | ร่วมกัน, เลือกสำหรับแต่ละแพ็กเก็ต |
| setup | slow, before any data | none |
| การใช้แบนด์วิดท์ | ไม่มีประสิทธิภาพ, ว่างเปล่าในช่วงเงียบ | มีประสิทธิภาพ, รวมสัญญาณ |
| ลำดับ | เสมอเป็นระเบียบ | อาจมาถึงไม่เรียงลำดับ |
| เมื่อเกิดข้อผิดพลาด | วงจรขาด | redirect รอบจุดนั้น |
| delay | constant and predictable | variable |
| เหมาะกับ | กระแสข้อมูลแบบคงที่, เสียง | กระแสข้อมูลแบบกระชาก, เว็บไซต์และอีเมล |
จับคู่แต่ละคำศัพท์กับความหมาย
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
วงจร = เส้นทางจองไว้หนึ่งเส้น; แพ็กเก็ต = แพ็กเก็ตอิสระเรียงลำดับด้วยหมายเลขลำดับ — สิ่งที่อินเทอร์เน็ตใช้
อินเทอร์เน็ตยุคใหม่ใช้:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
อินเทอร์เน็ตใช้การสลับแพ็กเก็ตเพื่อประสิทธิภาพและความทนทาน
Worked example: which method for which traffic
- การโทรโทรศัพท์และการดาวน์โหลดไฟล์ใหญ่ใช้เครือข่ายร่วมกัน วิธีสวิตช์哪种เหมาะสำหรับแต่ละกรณี และทำไม?
- การโทร ต้องการกระแสข้อมูลต่อเนื่องที่อัตราคงที่ด้วยความหน่วงต่ำที่คาดเดาได้ และจะเสียหายหนักหากชิ้นส่วนมาถึงสายหรือไม่เรียงลำดับ Circuit switching เหมาะกับมัน: เส้นทางถูกจองไว้สำหรับการโทรทั้งหมดและความจุรับประกัน
- การดาวน์โหลดไฟล์ ไม่สนใจลำดับการมาถึงหรือความหน่วงสั้นๆ เนื่องจากไฟล์จะถูกประกอบก่อนใช้งาน และเป็นแบบกระชาก Packet switching เหมาะกับมัน: ลิงก์ถูกแชร์กับการจราจรอื่นและใช้เฉพาะเมื่อมีการไหลของข้อมูล
- ระบุชื่อวิธี, ระบุคุณสมบัติของกระแสข้อมูล, และเชื่อมโยงพวกมันเข้าด้วยกัน
คุณสมบัติใดที่ทำให้การสลับวงจรเหมาะสำหรับการโทร? เลือก ทุก ข้อที่ถูกต้อง
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
การแชร์อย่างมีประสิทธิภาพคือข้อดีของการสลับแพ็กเก็ต และเป็นสิ่งที่การสลับวงจรสละไปเพื่อแลกกับคำรับรอง
คะแนนที่หลุดหายไป
- แพ็กเก็ตอาจมาถึง ตามลำดับที่ผิด, และ หมายเลขลำดับ คือสิ่งที่แก้ไขปัญหานี้ ทั้งสองส่วนจำเป็น
- ข้อเสียของการสลับวงจรคือ สายที่จองไว้แต่ไม่ได้ใช้ ไม่ใช่ "เพราะมันเก่า"
- การตัดสินใจของเร้าเตอร์ถูกทำ ต่อแพ็กเก็ต ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้การเปลี่ยนเส้นทางเป็นไปโดยอัตโนมัติ
- การสลับแพ็กเก็ตไม่รับประกันการจัดส่งด้วยตนเอง; TCP เพิ่มความมั่นใจนั้นอยู่ด้านบน
คุณเข้าใจแล้ว
- การสลับวงจร จอง เส้นทางเฉพาะ ก่อนส่ง: รับประกันแบนด์วิดท์และลำดับ แต่จะว่างเปล่าในช่วงเงียบ, ตั้งค่านาน, และหยุดทำงานหากเกิดความล้มเหลวเพียงจุดเดียว
- การสลับแพ็กเก็ต แบ่งข้อความออกเป็น แพ็กเก็ต ที่จัดเส้นทางอย่างอิสระซึ่งมีที่อยู่และ หมายเลขลำดับ แล้วประกอบกลับขึ้นใหม่ที่ปลายทาง
- เร้าเตอร์ตัดสินใจ ต่อแพ็กเก็ต ว่าก้าวถัดไปคืออะไร ทำให้การจราจรเปลี่ยนเส้นทางหลีกเลี่ยงความล้มเหลวได้โดยอัตโนมัติ
- การสลับแพ็กเก็ตมีประสิทธิภาพและทนทานต่อความล่าช้าแปรผัน; การสลับวงจรเหมาะสำหรับการไหลของเสียงคงที่, การสลับแพ็กเก็ตเหมาะสำหรับข้อมูลแบบพุ่งพริก