Was ist Paketvermittlung?

Paketvermittlung ist eine Methode zur Datenübertragung bei dem Informationen in kleinere Pakete zerlegt und unabhängig voneinander über ein Netzwerk gesendet werden.

Was ist Paketvermittlung?

Paketvermittlung ist eine Netzwerkkommunikationsmethode, bei der Daten vor der Übertragung über ein Netzwerk in kleine, handhabbare Einheiten, sogenannte Pakete, aufgeteilt werden. Jedes Paket enthält einen Teil der Originaldaten sowie Steuerinformationen wie Zieladressen und Sequenzierungsdetails, die es dem Netzwerk ermöglichen, die Daten unabhängig voneinander über verschiedene Pfade zu leiten.

Im Gegensatz zur Leitungsvermittlung, bei der für die gesamte Kommunikationssitzung eine dedizierte Verbindung hergestellt wird, bestimmt die Paketvermittlung dynamisch die effizienteste Route für jedes Paket. Dies bedeutet, dass Pakete unterschiedliche Wege durch das Netzwerk nehmen können und zu unterschiedlichen Zeiten an ihrem Ziel ankommen, wo sie in der richtigen Reihenfolge wieder zusammengesetzt werden, um die ursprüngliche Nachricht wiederherzustellen.

Diese Methode ist sehr effizient bei der Nutzung von Netzwerkressourcen, da mehrere Datenübertragungen gleichzeitig dieselben Pfade nutzen können. Sie verbessert auch die Fehlertoleranz, da Pakete umgeleitet werden können, wenn ein Teil des Netzwerks überlastet ist oder ausfällt. Aus diesen Gründen ist die Paketvermittlung zur grundlegenden Technologie für die meisten modernen Kommunikationsnetzwerke geworden, einschließlich des Internets.

Wie funktioniert Paketvermittlung?

Paketvermittlung funktioniert, indem große Datenmengen in kleinere Einheiten fester Größe, sogenannte Pakete, aufgeteilt werden, die unabhängig voneinander über ein Netzwerk übertragen werden können. Hier ist eine schrittweise Aufschlüsselung, wie der Prozess funktioniert:

1. Segmentierung von Daten & Zielgruppen. Die Originaldaten, z. B. eine Datei oder Nachricht, werden in kleinere Pakete aufgeteilt. Jedes Paket enthält nicht nur die eigentlichen Daten, sondern auch zusätzliche Informationen wie Header, die Zieladressen, Quellinformationen, Sequenzierungs- und Fehlerprüfdaten enthalten.
2. Paketübertragung. Sobald die Daten in Pakete segmentiert sind, wird jedes Paket einzeln über das Netzwerk übertragen. Anders als bei der Leitungsvermittlung wird für die Kommunikationssitzung kein dedizierter Pfad eingerichtet. Stattdessen durchläuft jedes Paket verschiedene Knoten (Router or Switches) im gesamten Netzwerk, und die Route kann je nach Netzwerkbedingungen wie Verkehr oder Überlastung für jeden unterschiedlich sein.
3. Dynamisches Routing. Router und Switches im Netzwerk prüfen die Zielinformationen jedes Pakets und entscheiden, welcher Pfad zu einem bestimmten Zeitpunkt am effizientesten ist. Der Pfad kann sich für jedes Paket dynamisch ändern, abhängig vom aktuellen Zustand des Netzwerks.
4. Paketneuzusammenstellung. Wenn die Pakete ihr Ziel erreichen, können 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 ursprünglichen Daten zu rekonstruieren.
5. Fehlerbehandlung und erneute Übertragung. Wenn Pakete während der Übertragung verloren gehen oder beschädigt werden, erkennen Fehlerprüfmechanismen diese Probleme. Das System fordert die erneute Übertragung fehlender oder beschädigter Pakete an und stellt so sicher, Datenintegrität.

Was ist ein paketvermitteltes Netzwerk?

A Paketvermitteltes Netzwerk ist eine Art digitales Kommunikationssystem, bei dem Daten in kleine Pakete aufgeteilt und unabhängig voneinander über ein Netzwerk gesendet werden. In diesem Netzwerk enthält jedes Paket nicht nur einen Teil der Daten, sondern auch Steuerinformationen wie die Zieladresse, sodass es je nach Netzwerkbedingungen dynamisch über verschiedene Pfade weitergeleitet werden kann. Am Ziel werden die Pakete wieder zur ursprünglichen Nachricht zusammengesetzt. Paketvermittelte Netzwerke sind effizient, da sie es mehreren Benutzern ermöglichen, gleichzeitig dieselbe Infrastruktur zu nutzen. Dadurch eignen sie sich ideal für schnelle, skalierbare Kommunikation wie das Internet.

Was ist Paketverlust?

Paketverlust tritt auf, wenn ein oder mehrere Datenpakete, die über ein Netzwerk reisen, ihr Ziel nicht erreichen. Dies kann aufgrund von Netzwerküberlastung, fehlerhafter Hardware, Softwarefehler oder Signalstörungen in drahtlosen Netzwerken. Bei Paketverlusten können die fehlenden Daten zu Störungen führen Anwendungen die kontinuierliche Datenströme erfordern, wie Videoanrufe oder Online-Spiele, was zu Verzögerungen, schlechter Qualität oder vorübergehenden Unterbrechungen führt. In den meisten Fällen verwenden Netzwerke Fehlererkennungs- und Neuübertragungsmechanismen, um verlorene Pakete wiederherzustellen, aber übermäßiger Paketverlust kann dennoch die Gesamtleistung und das Benutzererlebnis beeinträchtigen.

Arten der Paketvermittlung

Paketvermittlung kann auf verschiedene Arten implementiert werden, wobei jede ihren eigenen Ansatz zur Handhabung der Datenübertragung hat. Die primären Arten der Paketvermittlung – Datagramm, virtueller Schaltkreis, verbindungslos und verbindungsorientiert – bieten verschiedene Methoden zum Weiterleiten und Verwalten von Paketen in einem Netzwerk. Das Verständnis der Unterschiede zwischen diesen Typen hilft dabei, die Netzwerkleistung zu optimieren und eine zuverlässige Datenübertragung basierend auf spezifischen Kommunikationsanforderungen sicherzustellen.

Datagramm-Paketvermittlung

Beim Datagramm-Paket-Switching wird jedes Paket unabhängig 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 für jedes Paket dynamisch basierend auf den aktuellen Netzwerkbedingungen wie Überlastung und verfügbarem BandbreiteDa die Pakete unterschiedliche Pfade nehmen können, kommen sie unter Umständen in der falschen Reihenfolge an und müssen am Ziel anhand von Sequenzierungsinformationen wieder zusammengesetzt werden.

Die Datagrammpaketvermittlung ist hocheffizient und flexible, da es die Umleitung von Paketen bei Netzwerkfehlern ermöglicht, aber es kann zu variablen Verzögerungen führen (Latenz) aufgrund unterschiedlicher Pfade.

Virtuelle Schaltkreispaketvermittlung

Bei der Paketvermittlung über virtuelle Leitungen wird vor der Übertragung von Paketen ein logischer Pfad oder „virtueller Schaltkreis“ zwischen Sender und Empfänger eingerichtet. Während der physische Pfad variieren kann, folgen alle Pakete während der Sitzung derselben vordefinierten Route. Dadurch wird sichergestellt, dass die Pakete in der richtigen Reihenfolge und mit einer gleichmäßigeren Verzögerung ankommen, wodurch die Notwendigkeit komplexer Neuzusammenstellungen und Fehlerbehandlungen verringert wird.

Virtuelles Leitungsvermittlungsverfahren stellt einen Kompromiss zwischen der Effizienz der Paketvermittlung und der Zuverlässigkeit der Leitungsvermittlung dar und sorgt für 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 Geräten hergestellt wird. Jedes Paket enthält vollständige Adressinformationen, sodass es unabhängig 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, einschließlich dem Internet, verwendet. Da jedoch jedes Paket einzeln behandelt wird, kann es dazu kommen, dass Pakete in der falschen Reihenfolge übermittelt oder verloren gehen, wenn sich die Netzwerkbedingungen ändern, was eine Fehlerkorrektur oder eine erneute Übertragung erforderlich macht.

Verbindungsorientierte Paketvermittlung

Verbindungsorientierte Paketvermittlung ähnelt der virtuellen Leitungsvermittlung, bei der zunächst eine Verbindung zwischen Sender und Empfänger hergestellt wird, bevor die Datenübertragung beginnt. Alle Pakete folgen während der Sitzung demselben Pfad, wodurch eine zuverlässige und geordnete Übermittlung gewährleistet wird.

Diese Methode wird häufig 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 flexfähig 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 Anwendungsfällen der verschiedenen Leitungs-, Paket- und Zellenvermittlungstechnologien hervorgehoben.