Сетевой пакет

В телекоммуникациях и компьютерных сетях сетевой пакет — это форматированная единица данных , передаваемая по сети с коммутацией пакетов . Пакет состоит из управляющей информации и пользовательских данных; ^[1] последний также известен как полезная нагрузка . Управляющая информация предоставляет данные для доставки полезной нагрузки (например, сетевые адреса источника и назначения , коды обнаружения ошибок или информацию о последовательности). Обычно управляющая информация находится в заголовках и трейлерах пакетов .

При коммутации пакетов полоса пропускания среды передачи распределяется между несколькими сеансами связи, в отличие от коммутации каналов, при которой каналы заранее распределяются на время одного сеанса, а данные обычно передаются как непрерывный поток битов .

Терминология

В семиуровневой модели компьютерной сети OSI пакет строго относится к блоку данных протокола на уровне 3, сетевом уровне . ^[2] Единицей данных на уровне 2, уровне канала передачи данных , является кадр . На уровне 4, транспортном уровне , единицами данных являются сегменты и дейтаграммы . Таким образом, в примере связи TCP/IP через Ethernet сегмент TCP передается в одном или нескольких IP-пакетах , каждый из которых передается в одном или нескольких кадрах Ethernet .

Архитектура

Основой концепции пакета является почтовое письмо: заголовок подобен конверту, полезная нагрузка — все содержимое внутри конверта, а нижний колонтитул — ваша подпись внизу. ^[3]

При проектировании сети можно достичь двух основных результатов с помощью пакетов: обнаружение ошибок и адресация нескольких хостов . ^[4]

Обрамление

Протоколы связи используют различные соглашения для различения элементов пакета и форматирования пользовательских данных. Например, в протоколе «точка-точка» пакет форматируется в 8-битные байты, а для разделения элементов используются специальные символы. Другие протоколы, такие как Ethernet, определяют начало заголовка и элементов данных по их расположению относительно начала пакета. Некоторые протоколы форматируют информацию на уровне битов , а не на уровне байтов .

Содержание

Пакет может содержать любой из следующих компонентов:

Адреса: Для маршрутизации сетевых пакетов требуются два сетевых адреса : адрес источника отправляющего хоста и адрес назначения принимающего хоста.

Обнаружение и исправление ошибок: Обнаружение и исправление ошибок выполняется на различных уровнях стека протоколов . Сетевые пакеты могут содержать контрольную сумму , биты четности или проверки циклическим избыточным кодом для обнаружения ошибок, возникающих во время передачи.

В передатчике расчет выполняется перед отправкой пакета. При получении в пункте назначения контрольная сумма пересчитывается и сравнивается с суммой в пакете. При обнаружении несоответствий пакет может быть исправлен или отброшен. Любая потеря пакетов из-за этих отбрасываний обрабатывается сетевым протоколом.

В некоторых случаях при маршрутизации могут потребоваться изменения сетевого пакета, и в этом случае контрольные суммы пересчитываются.

Предел прыжков: В условиях сбоя пакеты могут пройти по замкнутому каналу . Если ничего не было предпринято, в конечном итоге количество циркулирующих пакетов будет увеличиваться до тех пор, пока сеть не будет перегружена до точки отказа. Время жизни — это поле, которое уменьшается на единицу каждый раз, когда пакет проходит через сетевой переход . Если поле достигает нуля, маршрутизация не удалась и пакет отбрасывается.

Пакеты Ethernet не имеют поля времени жизни и поэтому подвержены широковещательному излучению при наличии петли коммутации .

Длина: Может быть поле для идентификации общей длины пакета. Однако в некоторых типах сетей длина подразумевает длительность передачи.

Идентификатор протокола: Часто желательно иметь в сети несколько протоколов связи. Поле идентификатора протокола определяет протокол пакета и позволяет стеку протоколов обрабатывать пакеты многих типов.

Приоритет: Некоторые сети реализуют качество обслуживания , которое может отдавать приоритет одним типам пакетов над другими. Это поле указывает, какую очередь пакетов следует использовать; очередь с высоким приоритетом очищается быстрее, чем очереди с более низким приоритетом в точках сети, где возникает перегрузка.

Полезная нагрузка: В общем, полезная нагрузка — это данные, которые передаются от имени приложения. Обычно он имеет переменную длину, вплоть до максимума, установленного сетевым протоколом, а иногда и оборудованием на маршруте. При необходимости некоторые сети могут разбить больший пакет на более мелкие.

Примеры

Протокол Интернета

IP-пакеты состоят из заголовка и полезной нагрузки. Заголовок состоит из фиксированных и необязательных полей. Полезная нагрузка отображается сразу после заголовка. IP-пакет не имеет трейлера. Однако IP-пакет часто передается как полезная нагрузка внутри кадра Ethernet, который имеет собственный заголовок и концевик.

Согласно сквозному принципу , IP-сети не предоставляют гарантий доставки, недублирования или доставки пакетов по порядку. Однако обычной практикой является размещение надежного транспортного протокола , такого как протокол управления передачей, поверх пакетной службы, чтобы обеспечить такую защиту.

Сеть дальнего космоса НАСА

Стандарт пакетной телеметрии Консультативного комитета по системам космических данных ( CCSDS ) определяет протокол, используемый для передачи данных приборов космического корабля по каналу дальнего космоса. Согласно этому стандарту изображение или другие данные, отправленные с прибора космического корабля, передаются с использованием одного или нескольких пакетов.

пакетированный поток MPEG

Пакетированный элементарный поток (PES) — это спецификация, связанная со стандартом MPEG-2 , которая позволяет разделить элементарный поток на пакеты. Элементарный поток пакетируется путем инкапсуляции последовательных байтов данных из элементарного потока между заголовками пакетов PES.

Типичный метод передачи данных элементарного потока из видео- или аудиокодера состоит в том, чтобы сначала создать пакеты PES из данных элементарного потока, а затем инкапсулировать эти пакеты PES в пакеты транспортного потока (TS) MPEG или программного потока MPEG (PS). Пакеты TS затем могут передаваться с использованием методов широковещательной передачи, таких как те, которые используются в ATSC и DVB .

НИКАМ

Чтобы обеспечить моносовместимость , сигнал NICAM передается на поднесущей рядом со звуковой несущей. Это означает, что обычная монофоническая несущая звука FM или AM остается в покое для приема монофоническими приемниками. Пакет NICAM (за исключением заголовка) перед передачей скремблируется с помощью девятибитного генератора псевдослучайных битов. Очень важно сделать поток битов NICAM более похожим на белый шум , поскольку это уменьшает структурирование сигнала на соседних телевизионных каналах.