Yılmaz Can ANUK 2012772007 Özkan GÜVEN 2012772022 PAKET ANAHTARLAMA Yılmaz Can ANUK 2012772007 Özkan GÜVEN 2012772022

PAKET ANAHTARLAMA NEDİR ? Paket anahtarlama uygun boyuttaki bloklar içerisinde tüm verilerin aktarıldığı bir dijital ağ iletişimi yöntemidir. Aktarılan verinin küçük parçalara bölünmüş hali paket olarak isimlendirilir. Paketlerde kullanıcı verisi , yönlendirme , hata düzeltme ve akış kontrolü işlemleri için alanlar mevcuttur.

Paket anahtarlar, kendisine giriş bağlantılarından gelen bir paketi alır ve çıkış bağlantılarından birisine yönlendirir. Günümüzde paket anahtar olarak yönlendirici(router) ve anahtar (link-layer switch) kullanılır. Link-layer switch’ler access networks’lerde (erişim ağları), router’lar ise ağın temel kısmında (network core) kullanılır. Bir paketin gönderici uç sistem ile alıcı uç sistem arasında kullandığı iletim bağlantılarına route veya path (yol) denir.

PAKET ANAHTARLAMANIN PRENSİPLERİ Devre anahtarlama ses için geliştirilmiştir. Kaynaklar belirli bir arama için ayrılmıştır. Veri bağlantısı durumunda zamanın çoğu boştur. Veri aktarımı çoğunlukla anlık yüksek hızlı iletim gerektirir. Karakter tuşlamak Web sayfalarına erişmek Veri hızı sabittir Her iki uçta aynı hızda haberleşmelidir. Bu değişik veri haberleşme hızlarındaki bilgisayarların birbirine bağlantısını sınırlar. Paket anahtarlama , veri haberleşmesi yapan noktaları birbirine bağlamak için 70’li yılların başlarında geliştirilmiştir.

TEMEL ÇALIŞMA PRENSİBİ Veri küçük paketler halinde gönderilir Tipik 500-2000 byte Uzun mesajlar paket dizilerine dönüştürülür. Her bir paket , kullanıcı verisi ve bazı kontrol bilgilerini içerir. Kontrol bilgisi ( minimum ) Ağın paketi teslim edebilmesi için bir yönlendirme (adres) bilgisi Diğer kontrol bilgileri (öncelik vs.) Her bir anahtarlama noktasında paketler alınır ve tamponlanır ve daha sonra bir sonraki anahtarlama noktasına gönderilir.

PAKETLERİN AĞ İÇİNDE KULLANIMI

PAKET ANAHTARLAMANIN AVANTAJLARI Hat verimliliği Anahtarlama noktaları arasındaki tek bir bağlantı zaman boyunca pek çok paket tarafından paylaşılır. Paketler sıraya sokulur (kuyruklanır) ve en kısa sürede iletilir. Veri hızı değişimi Her bir istasyon, bağlı bulunduğu anahtarlama noktasına kendi hızında bağlanır Anahtarlama noktaları, hız farkını dengeleme için,gerekliyse paketleri saklar (tamponlar). Paketler, ağ meşgul yada yoğun olsa bile kabul edilir. Ağ tıkanması oluşmuşsa teslim süreleri artar. Paket tesliminde öncelikler kullanılabilir. Paketler kuyruklandığında öncelikli paketler ilk önce gönderilir.

PAKET ANAHTARLAMA TEKNİĞİ İstasyonlar uzun mesajları paketlere çevirir. Paketler tek tek ağa gönderilir. Paketler iki temel yaklaşım ile işlenir. Datagram yaklaşımı Sanal devre yaklaşımı

DATAGRAM YAKLAŞIMI Her bir paket bağımsız olarak düşünülür. Paketler , anlık ağ yönlendirme yapısına herhangi bir yola yönelendirilebilir. Paketler alıcıya sırasız biçimde ulaşır. Paketler ağ üzerinde kaybolabilir ya da tekrarlanabilir Farklı yollardan , farklı anahtarlama noktaları üzerinden gidebildikleri için anahtarlama noktaları paketleri kontrol edemez. Paketlerin yeniden sıralanması ya da kayıp veya tekrarlanmış verilerin yeniden elde edilmesi alıcının sorumluluğundadır.

SANAL DEVRE YAKLAŞIMI Paketler gönderilmeden önce, önceden planlanmış yol kurulur. Çağrı isteği ve kabul paketleri kullanılarak bir bağlantının sağlanması Başlangıçtaki anahtar noktası, bir diğer anahtara çağrı istek paketi gönderir, Diğer bir sonrakine gönderir vs. Çağrı istek paketi son anahtarlama noktasına ulaştığında çağrı kabul edilirse, bir çağrı kabul paketi aynı yol boyunca geri gönderilir. Herbir paket hedef adresi yerine bir sanal devre tanıtıcısı içerir Her bir paket için yönlendirme kararları gerekmez. İstasyonlardan herhangi biri bir bağlantı sonlandırmaisteği ile bağlantıyı bırakabilir. Ayrılmış bir yol değildir (Anahtarlama noktaları arasındaki bağlantılar paylaşılmaktadır)

DATAGRAM VE SANAL DEVRE KARŞILAŞTIRMASI Bağlantı kurma evresi yok;Kısa paket değişimleri için avantajlı Daha esnek Ağın tıkanmış parçalarının kullanılmasını engellemek için yönlendirme yapılır. Sanal Devre Ağ paket sıralama ve hata kontrolü sağlayabilir Paketler daha hızlı iletilir. Yönlendirme kararları yoktur Daha az güvenilir. Yol üzerindeki anahtarlama noktalarından birinin devre dışı kalması bütün sanal devre bağlantısını yıkar. Öncelik ve servis kalitesi gibi hizmetlerin sunulması daha kolaydır.

DEVRE VE PAKET ANAHTARLAMA Gecikme faktörlerini Performansa etkisi Yayılım gecikmesi İşaretin ortamdaki yayılma hızı Uzaklık ve oratmın bir fonksiyonu İletim süresi Göndericinin bir veri bloğunu gönderme süresidir Paket boyu ve veri hızına bağlıdır Anahtarlama Noktası gecikmesi Anahtarlama noktasını veriyi anahtarlaması için geçen süredir Bir anahtarlama noktasındaki işlemler: yönlendirme,kuyruklama, tamponlama Teknoloji ve paket boyutu ile ilgilidir

OLAY ZAMANLAMASI

HARİCİ VE DAHİLİ ÇALIŞMA Datagram ve Sanal devre iki seviyede düşünülebilir Dahili ve harici Her iki seviyede de aynı olmaları gerekmez İstasyon ve anahtarlama noktasındaki iki arayüz tanımlanır Bağlantı tabanlı (Connection Oriented) Örneğin X.25 İstasyon mantıksal bir bağlantı ister (sanal devre) Tüm paketler bu bağlatıya ait olarak tanımlanır ve ardışıl olarak numaralandırılır Ağ , hedef noktasına paketleri sıralı olarak teslim eder Harici VC hizmetidir Dahili VC çalışmasından farklıdır Bağlantısız Paketler bağımsız olarak işlenir Harici Datagram hizmetidir Dahili datagram çalışmasından farklıdır

X.25 TEKNOLOJİSİ 1970 lerin başlarında özel şirketler ve hükümet kuruluşları tarafından işletilen birçok veri haberleşme ağı mevcutmuş.Bu ağların iç yapısı birbirinden farklı ve bu ağlar arası ara bağlantıların sayısı gün geçtikçe arttığından ortak bir ağ arabirim protokolüne ihtiyaç duyulmuş. X.25,1976 da,1993 ten itibaren International Telecommunication Union (ITU) olarak anılan Committee for Telegraphy and Telephony (CCITT) tarafından ihtiyaç duyulan bir protokol olarak önerildi.X.25 veri alışverişi için uluslar arası bir öneriyi tanımlayan bir paket anahtarlamalı veri ağı protokolü olduğu gibi.Veri Terminali Ekipmanı Data Terminal Equipment (DTE) olarak anılan kullanıcı cihazı ve Devre Sonlandırma Ekipmanı (DCE) olarak anılan ağ ucu arasında denetim bilgisini de tanımlar. X.25,paketlerin sıra ile iletilmesini garanti altına alan bağlantıya yönelik (connection-oriented) bir servisi kullanır.X.25 OSI modelinin ilk üç katmanında tanımlanmıştır.X.25 ilk olarak 1976 da onaylanmış ve daha sonra 1977,1980,1984,1988 ve 1992 de tekrar gözden geçirilmiştir. X.25 in kendisi bir bulut teknolojisi olmayıp,paket anahtarlamalı bir ağ ile kullanıcı arasında bir arayüz tanımıdır. X.25 PAD; Asenkron terminaller gibi X.25 arayüzlü olmayan cihazlar,X.25 buluta PAD olarak adlandırılan protokol dönüştürücüler üzerinden bağlanır.

ÇALIŞMA KOMBİNASYONLARI 1 Harici sanal devre, dahili sanal devre Kullanıcı sanal devre isterse, ağ içinde ayrılmış bir yol oluşturulur Harici sanal devre, dahili datagram Ağ herbir paketi ayrı işler Aynı harici devreden gelen farklı paketler, ağ içerisinde farklı yollar izleyebilir Hedef istasyonun bağlı bulunduğu anahtarlama noktası gelen verileri tamponlayarak yeniden sıralandırır

ÇALIŞMA KOMBİNASYONLARI 2 Harici datagram, dahili datagram Paketler hem ağ içerisinde hem de kullanıcıda ayrı ayrı değerlendirilir Harici datagram, Dahili Sanal devre Harici kullanıcı herhangi bir mantıksal bağlantı görmez Harici kullanıcı, aynı anda bir paket gönderir Ağ İstasyonlardan gelen paketlere yanıt olarak mantıksal bağlantılar kurar Ağ bu tür bağlantıları, genişletilmiş bir zaman dilimi boyunca sürdürebilir.

PAKET ANAHTARLAMALI AĞLARDA YÖNLENDİRME

PAKET ANAHTARLAMALI AĞLARDA YÖNLENDİRME Yönlendirme algoritmalarının tasarlanmasındaki temel çelişkiler Güvenilirlik ve kararlılık Dengeli olma ve optimalite Hesapsal verimlilik ve ağ faydalanımı

PAKET ANAHTARLAMADA YÖNLENDİRME TENİKLERİNİN PARAMETRELERİ Performans kriterleri Karar zamanı Paket Oturum Karar yeri Ağ bilgi kaynağı Ağ bilgi güncelleme zamanlaması

Bir paket için en iyi yolun seçilmesinde referans alınacak kurallardır Burada temel parametreler Anahtarlama noktalarının sayısı Maliyet Örnek: Kuyruklama gecikmesi maliyeti artırır Örnek: Maximum çıkış hızı maliyeti azaltır Örnek: hattın kullanımı Gecikme Çıkış Hızı En basit kural , en az anahtarlama noktasından geçen yolun seçilmesidir. Daha genel ve çok kullanılan bir yöntem ise Endüşük-maliyetli yönlendirmedir (Least-Cost routing). Internet'ide kapsayan Paket anahtarlamalı ağlarda ortak kullanıma sahiptir En çok kullanılan yapılar iki algoritmanın değişik versiyonlarına dayanır Dijkstra's BeIIman-Ford

ENDÜŞÜK-MALİYETLİ YÖNLENDİRME ALGORİTMALARI BeIIman-Ford İteratif bir çözümdür Maliyeti artan bağlantı sayısına dayalı olarak tanımlar Öncelikle doğrudan bağlantılı hatlara bakar İkinci olarak, bir anahtarlama noktalı hatları arar vs.. Uzaklık vektörüne dayalı protokollerde kullanılır. (Örneğin RIP -Routing Information Protocol) Dijkstra Her bir adımda gruba eklenecek yeni bir anahtarlama noktasına olan en - düşük maliyetli yolu bulur Hat-durumuna dayalı yönlendirme protokollerinde kullanılır (örneğin: OSPF -Open Shortest Path First)

KARAR ZAMANI VE YERİ Yönlendirme kararları bazı performans kriterlerine bağlı olarak verilir. Ne zaman, Nerede ? Zaman Dahil datagram - Karar her paket için verilir Dahili Sanal Devre : Karar oturum başına verilir. Ancak hatalar ve tıkanıklıklarda bu dinamik olarak değiştirilebilir Yer Dağılmış yönlendirme Kararlar her bir anahtarlama noktasında yapılır Merkezi yönlendirme Merkezi bri denetleyici yüm anahtarlama noktaları için yollara karar verir Kaynağın yönlendirmesi

AĞ BİLGİ KAYNAĞI VE GÜNCELLEME ZAMANLAMASI Bazı yönlendirme stratejileri Ağ bilgilerine dayanır Dağılmış yönlendirme Anahtarlama noktaları yerel bilgileri kullanır Bitişik anahtarlama noktalarındaki bilgiler alınabilir Olası yoldaki tüm anahtarlama noktalarından bilgi alabilir Merkezi Yönlendirme Ağdaki tüm anahtarlama noktalarında bilgi alır Yönlendirme güncellemesi zamanlaması Sabit- Hiçbir zaman güncellenmez Adaptif - düzenli güncellemeler yapılır Çok güncelleme daha doğru yönlendirme sağlar, ancak kaynakları tüketir

PAKET YÖNLENDİRME STRATEJİLERİ Günümüzde paket anahtarlamalı şebekelerinde dört temel yönlendirme stratejisi kullanılır. Sabit Taşma Rasgele Adaptif

SABİT YÖNLENDİRME Her bir kaynak ve varış çifti arasında sabit bir yol tanımlanır Endüşük-maliyetli yollar belirlenir Örneğin Dijkstra, BeIIman-Ford gibi algoritmalar kullanılır Yollar, bağıl olarak uzunca bir süre değişmez. En azından şebeke topolojisi değişinceye kadar Datagram yada sanal devere yönlendirmesi arasına bir fark yoktur En büyük avantajı basitliktir En büyük dezavantaji esnekliğin kaybolmasıdır

TAŞMA Bu teknik için ağ bilgisi gerekmez Paketler kaynak tarafından tüm komşu anahtarlama noktalarına gönderilir Gelen paketler herbir bağlantı noktasında yeniden iletilir (gelen bağlantı dışında) Doğal olarak alıcıya birden fazla kopya ulaşabilir Artan kopya paket sayısını engellemek için çeşitli yöntemler gereklidir Her bir paket tek bir numarayla ilişkilendirilir Anahtarlama noktaları gönderdikleri paketleri hatırlayabilir Paketler için maximum atlama noktası sayısı tanımlanabilir

TAŞMA ÖZELLİKLERİ Tüm olası noktalar denenir- Güvenilir Yönlendirme protokolüne gerek duymaz Paketlerden en azından birisi endüşük-maliyetli yolu kullanır Sanal devre oluşturmak için kullanılabilir Tüm noktalara uğranılır Bilgi dağıtmak için faydalıdır (örneğin yönlendirme, ağ durumu) En büvük avantajı: Çok güvenilirdir ve Geniş yayım bilgisi için idealdir En büvük dezavantajı: Son derece verimsizdir

RASGELE YÖNLENDİRME Anahtarlama noktası gelen paketi göndermek için rasgele bir yol seçer Seçim rasgele yada sırayla olabilir Yada her bir her noktaya bir olasılık atanabilir. Ağ bilgisi yada yönlendirme protokolü gerekmez Yol tipik olarak endüşük-maliyetli değildir En büvük avantajı: basitlik En büvük dezavantajı: verimlilikte taşmadan daha iyidir ama optimal değildir

ADAPTİF YÖNLENDİRME Günümüzde hemen hemen tüm paket anahtarlamalı ağlarda kullanılır Yönlendirme kararları, ağ koşulları değiştikçe değişir Anahtarlama noktaları yada bağlantılardaki arızalar Anahtarlama noktaları yada bağlantılardaki tıkanıklıklar Ağ durumunun tüm anahtarlama noktaları arasında değişimini gerektirir Dezavantajları Kararlar daha karmaşıktır, daha fazla işlem alır Ağdan alınan bilginin miktarı artarsa daha başarlı olur, ancak, ağ başlıkları büyütür Çok hızlı reaksiyon vermesi salınıma neden olur Çok yavaş yanıt vermesi optimaliteyi azaltır

AVANTAJLARI Belirgin bir biçimde ağ performansını artırır Tıkanıklığın kontrol edilmesini sağlar Adaptif yönlendirmenin uygulanması Adaptif yönlendirmenin tasarlanması ve gerçeklenmesi oldukça fazla emek gerektirir Adaptif yönlendirme stratejisinin uygulanması, teorik sınırlara ulaşmaz

ADAPTİF YÖNLENDİRME STRATEJİLERİNİN SINIFLANDIRILMASI Adaptif yönlendirme stratejilerinin sınıflandırılması yönlendirme bilgisi kaynaklarına göre yapılır Yerel (izole edilmiş ) bilgi En kısa kuyruğa sahip çıkan bağlantıya yönlendir Burada, gidilecek hedefe göre bazı tercih öncelikleri olabilir Nadiren kullanılır Komşu noktalar Tüm Noktalar

İZOLE EDİLMİŞ ADAPTİF YÖNLENDİRME

KOMŞU NOKTALAR Anahtarlama noktaları, bilgiyi komşuları ile paylaşır Bilgiler genellikle yönlendirme tabloları yada güncellemeleri şeklindedir BeIIman-Ford algoritması ile iyi çalışır Örneğin RIP

KISALTMA DİZİNİ Virtual Circuit (VC):Sanal Devre Router Information Protokol(RIP):Router Bilgi Protokolü

KAYNAKÇA http://yildiz.edu.tr/~kunal/datacomdsy/paketanahtarlama.pdf http://tr.wikipedia.org/wiki/Paket_anahtarlama