Paketvermittlung ist eine Methode zur Datenรผbertragung bei dem Informationen in kleinere Pakete zerlegt und unabhรคngig voneinander รผber ein Netzwerk gesendet werden.
Was ist Paketvermittlung?
Paketvermittlung ist eine Netzwerkkommunikationsmethode, bei der Daten vor der รbertragung รผber ein Netzwerk in kleine, handhabbare Einheiten, sogenannte Pakete, aufgeteilt werden. Jedes Paket enthรคlt einen Teil der Originaldaten sowie Steuerinformationen wie Zieladressen und Sequenzierungsdetails, die es dem Netzwerk ermรถglichen, die Daten unabhรคngig voneinander รผber verschiedene Pfade zu leiten.
Im Gegensatz zur Leitungsvermittlung, bei der fรผr die gesamte Kommunikationssitzung eine dedizierte Verbindung hergestellt wird, bestimmt die Paketvermittlung dynamisch die effizienteste Route fรผr jedes Paket. Dies bedeutet, dass Pakete unterschiedliche Wege durch das Netzwerk nehmen kรถnnen und zu unterschiedlichen Zeiten an ihrem Ziel ankommen, wo sie in der richtigen Reihenfolge wieder zusammengesetzt werden, um die ursprรผngliche Nachricht wiederherzustellen.
Diese Methode ist sehr effizient bei der Nutzung von Netzwerkressourcen, da mehrere Datenรผbertragungen gleichzeitig dieselben Pfade nutzen kรถnnen. Sie verbessert auch die Fehlertoleranz, da Pakete umgeleitet werden kรถnnen, wenn ein Teil des Netzwerks รผberlastet ist oder ausfรคllt. Aus diesen Grรผnden ist die Paketvermittlung zur grundlegenden Technologie fรผr die meisten modernen Kommunikationsnetzwerke geworden, einschlieรlich des Internets.
Wie funktioniert Paketvermittlung?
Paketvermittlung funktioniert, indem groรe Datenmengen in kleinere Einheiten fester Grรถรe, sogenannte Pakete, aufgeteilt werden, die unabhรคngig voneinander รผber ein Netzwerk รผbertragen werden kรถnnen. Hier ist eine schrittweise Aufschlรผsselung, wie der Prozess funktioniert:
- Segmentierung von Daten & Zielgruppen. Die Originaldaten, z. B. eine Datei oder Nachricht, werden in kleinere Pakete aufgeteilt. Jedes Paket enthรคlt nicht nur die eigentlichen Daten, sondern auch zusรคtzliche Informationen wie Header, die Zieladressen, Quellinformationen, Sequenzierungs- und Fehlerprรผfdaten enthalten.
- Paketรผbertragung. Sobald die Daten in Pakete segmentiert sind, wird jedes Paket einzeln รผber das Netzwerk รผbertragen. Anders als bei der Leitungsvermittlung wird fรผr die Kommunikationssitzung kein dedizierter Pfad eingerichtet. Stattdessen durchlรคuft jedes Paket verschiedene Knoten (Router or Switches) im gesamten Netzwerk, und die Route kann je nach Netzwerkbedingungen wie Verkehr oder รberlastung fรผr jeden unterschiedlich sein.
- Dynamisches Routing. Router und Switches im Netzwerk prรผfen die Zielinformationen jedes Pakets und entscheiden, welcher Pfad zu einem bestimmten Zeitpunkt am effizientesten ist. Der Pfad kann sich fรผr jedes Paket dynamisch รคndern, abhรคngig vom aktuellen Zustand des Netzwerks.
- Paketneuzusammenstellung. Wenn die Pakete ihr Ziel erreichen, kรถnnen sie aufgrund der unterschiedlichen Pfade, die sie genommen haben, in der falschen Reihenfolge ankommen. Das empfangende System verwendet die Sequenzierungsinformationen im Header jedes Pakets, um sie in der richtigen Reihenfolge wieder zusammenzusetzen und so die ursprรผnglichen Daten zu rekonstruieren.
- Fehlerbehandlung und erneute รbertragung. Wenn Pakete wรคhrend der รbertragung verloren gehen oder beschรคdigt werden, erkennen Fehlerprรผfmechanismen diese Probleme. Das System fordert die erneute รbertragung fehlender oder beschรคdigter Pakete an und stellt so sicher, Datenintegritรคt.
Was ist ein paketvermitteltes Netzwerk?
A Paketvermitteltes Netzwerk ist eine Art digitales Kommunikationssystem, bei dem Daten in kleine Pakete aufgeteilt und unabhรคngig voneinander รผber ein Netzwerk gesendet werden. In diesem Netzwerk enthรคlt jedes Paket nicht nur einen Teil der Daten, sondern auch Steuerinformationen wie die Zieladresse, sodass es je nach Netzwerkbedingungen dynamisch รผber verschiedene Pfade weitergeleitet werden kann. Am Ziel werden die Pakete wieder zur ursprรผnglichen Nachricht zusammengesetzt. Paketvermittelte Netzwerke sind effizient, da sie es mehreren Benutzern ermรถglichen, gleichzeitig dieselbe Infrastruktur zu nutzen. Dadurch eignen sie sich ideal fรผr schnelle, skalierbare Kommunikation wie das Internet.
Was ist Paketverlust?
Paketverlust tritt auf, wenn ein oder mehrere Datenpakete, die รผber ein Netzwerk reisen, ihr Ziel nicht erreichen. Dies kann aufgrund von Netzwerkรผberlastung, fehlerhafter Hardware, Softwarefehler oder Signalstรถrungen in drahtlosen Netzwerken. Bei Paketverlusten kรถnnen die fehlenden Daten zu Stรถrungen fรผhren Anwendungen die kontinuierliche Datenstrรถme erfordern, wie Videoanrufe oder Online-Spiele, was zu Verzรถgerungen, schlechter Qualitรคt oder vorรผbergehenden Unterbrechungen fรผhrt. In den meisten Fรคllen verwenden Netzwerke Fehlererkennungs- und Neuรผbertragungsmechanismen, um verlorene Pakete wiederherzustellen, aber รผbermรครiger Paketverlust kann dennoch die Gesamtleistung und das Benutzererlebnis beeintrรคchtigen.
Arten der Paketvermittlung
Paketvermittlung kann auf verschiedene Arten implementiert werden, wobei jede ihren eigenen Ansatz zur Handhabung der Datenรผbertragung hat. Die primรคren Arten der Paketvermittlung โ Datagramm, virtueller Schaltkreis, verbindungslos und verbindungsorientiert โ bieten verschiedene Methoden zum Weiterleiten und Verwalten von Paketen in einem Netzwerk. Das Verstรคndnis der Unterschiede zwischen diesen Typen hilft dabei, die Netzwerkleistung zu optimieren und eine zuverlรคssige Datenรผbertragung basierend auf spezifischen Kommunikationsanforderungen sicherzustellen.
Datagramm-Paketvermittlung
Beim Datagramm-Paket-Switching wird jedes Paket unabhรคngig behandelt und folgt seinem eigenen Weg durch das Netzwerk, ohne dass eine dedizierte Route oder Verbindung erforderlich ist. Die Router oder Switches entscheiden den Pfad fรผr jedes Paket dynamisch basierend auf den aktuellen Netzwerkbedingungen wie รberlastung und verfรผgbarem BandbreiteDa die Pakete unterschiedliche Pfade nehmen kรถnnen, kommen sie unter Umstรคnden in der falschen Reihenfolge an und mรผssen am Ziel anhand von Sequenzierungsinformationen wieder zusammengesetzt werden.
Die Datagrammpaketvermittlung ist hocheffizient und flexible, da es die Umleitung von Paketen bei Netzwerkfehlern ermรถglicht, aber es kann zu variablen Verzรถgerungen fรผhren (Latenz) aufgrund unterschiedlicher Pfade.
Virtuelle Schaltkreispaketvermittlung
Bei der Paketvermittlung รผber virtuelle Leitungen wird vor der รbertragung von Paketen ein logischer Pfad oder โvirtueller Schaltkreisโ zwischen Sender und Empfรคnger eingerichtet. Wรคhrend der physische Pfad variieren kann, folgen alle Pakete wรคhrend der Sitzung derselben vordefinierten Route. Dadurch wird sichergestellt, dass die Pakete in der richtigen Reihenfolge und mit einer gleichmรครigeren Verzรถgerung ankommen, wodurch die Notwendigkeit komplexer Neuzusammenstellungen und Fehlerbehandlungen verringert wird.
Virtuelles Leitungsvermittlungsverfahren stellt einen Kompromiss zwischen der Effizienz der Paketvermittlung und der Zuverlรคssigkeit der Leitungsvermittlung dar und sorgt fรผr eine stabile Leistung bei gleichzeitig dynamischer Nutzung der Netzwerkressourcen.
Verbindungslose Paketvermittlung
Verbindungsloses Paketvermittlungsverfahren ist eine Art von Datagramm-Paketvermittlung, bei der keine vorherige Verbindung zwischen den kommunizierenden Gerรคten hergestellt wird. Jedes Paket enthรคlt vollstรคndige Adressinformationen, sodass es unabhรคngig zum Ziel geleitet werden kann, ohne auf einen vorbestimmten Pfad angewiesen zu sein.
Verbindungsloses Paketvermittlungsnetzwerk ist hochgradig skalierbar und wird in den meisten modernen Netzwerken, einschlieรlich dem Internet, verwendet. Da jedoch jedes Paket einzeln behandelt wird, kann es dazu kommen, dass Pakete in der falschen Reihenfolge รผbermittelt oder verloren gehen, wenn sich die Netzwerkbedingungen รคndern, was eine Fehlerkorrektur oder eine erneute รbertragung erforderlich macht.
Verbindungsorientierte Paketvermittlung
Verbindungsorientierte Paketvermittlung รคhnelt der virtuellen Leitungsvermittlung, bei der zunรคchst eine Verbindung zwischen Sender und Empfรคnger hergestellt wird, bevor die Datenรผbertragung beginnt. Alle Pakete folgen wรคhrend der Sitzung demselben Pfad, wodurch eine zuverlรคssige und geordnete รbermittlung gewรคhrleistet wird.
Diese Methode wird hรคufig in Anwendungen verwendet, bei denen eine gleichbleibende Leistung entscheidend ist, wie z. B. bei Sprachanrufen oder Streaming-Medien. Obwohl sie im Vergleich zu verbindungslosen Methoden eine vorhersehbarere Leistung bietet, kann sie weniger flexfรคhig und erfordern mehr Aufwand zum Einrichten und Verwalten der Verbindung.
Leitungsvermittlung vs. Paketvermittlung vs. Zellenvermittlung
In dieser Tabelle werden die Unterschiede im Verbindungsaufbau, der Effizienz und den Anwendungsfรคllen der verschiedenen Leitungs-, Paket- und Zellenvermittlungstechnologien hervorgehoben.
Merkmal | Schaltkreisumschaltung | Paketvermittlung | Zellenumschaltung |
Verbindungsaufbau | Erfordert die Herstellung einer dedizierten Verbindung vor der รbertragung. | Keine dedizierte Verbindung erforderlich; Pakete werden unabhรคngig รผbertragen. | Verwendet einen vordefinierten Pfad, รผbertrรคgt jedoch Zellen mit fester Grรถรe anstelle von Paketen mit variabler Grรถรe. |
Datenรผbertragungsmethode | Kontinuierlicher Datenstrom รผber einen dedizierten Pfad. | Daten werden in Pakete aufgeteilt, die รผber verschiedene Routen รผbertragen werden. | Daten werden in Zellen fester Grรถรe aufgeteilt und folgen einem definierten Pfad. |
Pfadkonsistenz | Fester Pfad fรผr die Dauer der Sitzung. | Pakete kรถnnen unterschiedliche Pfade nehmen, was zu unterschiedlichen Verzรถgerungen fรผhrt. | Zellen folgen einem vorgegebenen Pfad, wodurch Ordnung und Vorhersehbarkeit gewรคhrleistet werden. |
Wirkungsgrad | Geringe Effizienz, da der dedizierte Pfad auch bei Nichtverwendung reserviert bleibt. | Hohe Effizienz, da Pakete Netzwerkressourcen dynamisch gemeinsam nutzen. | Hohe Effizienz und Vorhersagbarkeit durch Zellen fester Grรถรe und gemeinsam genutzte Netzwerkpfade. |
รbertragungsverzรถgerung | Geringe Verzรถgerung, sobald der Schaltkreis hergestellt ist, aber die Einrichtung kann einige Zeit in Anspruch nehmen. | Variable Verzรถgerungen aufgrund dynamischer Weiterleitung und Netzwerkรผberlastung. | Vorhersehbare und gleichmรครige Verzรถgerungen durch Zellen mit fester Grรถรe und vordefinierte Pfade. |
Bandbreitenauslastung | Ineffizient bei stoรweisen Datenmengen, da die dedizierte Bandbreite ungenutzt bleiben kรถnnte. | Effizient fรผr stoรweise Daten, da Pakete nur bei Bedarf gesendet werden. | Effiziente Bandbreitennutzung mit vorhersehbarer Leistung dank einheitlicher Zellengrรถรe. |
Zuverlรคssigkeit | Hohe Zuverlรคssigkeit, sobald die Verbindung hergestellt ist; keine Neuanordnung der Pakete. | Mรถglicherweise ist eine Neuanordnung und erneute รbertragung verloren gegangener oder in der falschen Reihenfolge befindlicher Pakete erforderlich. | Hohe Zuverlรคssigkeit ohne Neuanordnung, da alle Zellen demselben Pfad folgen. |
Anwendungsszenarien | Herkรถmmliche Telefonnetze, dedizierte Sprach- oder Videoanrufe. | Internet, Datenรผbertragung รผber LANs und WANs, Video-Streaming. | ATM-Netzwerke (Asynchronous Transfer Mode), Sprach- und Videokommunikation in Echtzeit. |