3. Особенности трафика компьютерных сетей. Передача сообщений в форме пакетов.

IP-сети создавались для передачи трафика данных, особенностью которого является неравномерность передачи и требование к целостности передаваемых данных. Например, архивный файл должен быть передан с максимальной скоростью и без ошибок. Трафик данных нечувствителен к временным параметрам. При просмотре содержимого веб-сайта задержка отображения web-страницы в пределах нескольких секунд несущественна.

Мультимедийный трафик носит иной характер. При передаче мультимедийного трафика данные должны передаваться равномерным потоком. При этом важными параметрами является задержка пакета и дисперсия задержки (джиттер), в то время как допускается частичная потеря данных. Это объясняется тем, что передаваемая информация должна воспроизводиться незамедлительно. Если при передаче аудиотрафика был потерян один пакет за секунду, то пользователь этого скорее всего не заметит. Если же пакеты будут иметь высокую задержку или высокую дисперсию задержки, то на приёмной стороне звук будет прерываться, и качество окажется неудовлетворительным.

Главной особенностью трафика, образующегося при динамической передаче голоса или изображения, является наличие жестких требований к синхронности передаваемых сообщений. Для качественного воспроизведения непрерывных процессов, которыми являются звуковые колебания или изменения интенсивности света в видеоизображении, необходимо получение измеренных и закодированных амплитуд сигналов с той же частотой, с которой они были измерены на передающей стороне. При запаздывании сообщений будут наблюдаться искажения.

В то же время трафик компьютерных данных характеризуется крайне неравномерной интенсивностью поступления сообщений в сеть при отсутствии жестких требований к синхронности доставки этих сообщений. Например, доступ пользователя, работающего с текстом на удаленном диске, порождает случайный поток сообщений между удаленным и локальным компьютерами, зависящий от действий пользователя по редактированию текста, причем задержки при доставке в определенных (и достаточно широких с компьютерной точки зрения) пределах мало влияют на качество обслуживания пользователя сети. Все алгоритмы компьютерной связи, соответствующие протоколы и коммуникационное оборудование были рассчитаны именно на такой «пульсирующий» характер трафика, поэтому необходимость передавать мультимедийный трафик требует внесения принципиальных изменений как в протоколы, так и оборудование. Сегодня практически все новые протоколы в той или иной степени предоставляют поддержку мультимедийного трафика.

В компьютерных сетях пакет — это определённым образом оформленный блок данных, передаваемый по сети в пакетном режиме. Компьютерные линии связи, которые не поддерживают пакетный режим, как, например, традиционная телекоммуникационная связь точка-точка, передают данные просто в виде последовательности байтов, символов или битов поодиночке. Если данные сформированы в пакеты, битрейт коммуникационной среды можно более эффективно распределить между пользователями, чем в сети с коммутацией каналов. При использовании сетей с коммутацией пакетов можно надёжно гарантировать пороговый битрейт, ниже которого он опускаться не будет.

Сетевой пакет может состоять из стартовых бит (преамбулы), заголовков (headers), нагрузки (payload или body) и прицепа (trailer или footer). Между пакетами, посылаемыми в сеть, обычно соблюдается межкадровый интервал (англ. Interframe gap). Максимальная длина нагрузки называется maximum transmission unit (MTU).

Пакет состоит из двух типов данных: управляющей информации и данных пользователя (называемых также полезной нагрузкой). Управляющая информация содержит данные, необходимые для доставки данных пользователя: адреса отправителя и получателя, коды обнаружения ошибок (типа контрольных сумм) и информацию об очерёдности. Как правило, управляющая информация содержится в заголовке и хвосте пакета, а между ними размещаются пользовательские данные.

Различные коммуникационные протоколы используют разные соглашения для разделения элементов и для форматирования данных. В протоколе «двоичной синхронной передачи» пакет отформатирован в 8-битных байтах, а для разделения элементов используются специальные символы. В других протоколах, таких как Ethernet, зафиксировано начало заголовка и элементов данных, их расположение относительно начала пакета. Некоторые протоколы форматируют информацию на уровне битов, а не байтов.

Хорошей аналогией является рассмотрение пакета как письма: заголовок является конвертом, а область данных — это то, что человек вкладывает внутрь конверта. Разница, однако, состоит в том, что некоторые сети могут в случае необходимости разбивать большие пакеты на более мелкие (заметим, что эти меньшие элементы данных также форматируются как пакеты).

При проектировании сети с применением пакетов можно достичь двух важных результатов: обнаружение ошибок и многохостовая адресация.

Более эффективным и надёжным методом обнаружения ошибок является расчёт контрольной суммы или циклического избыточного кода над содержимым пакета, чем проверка каждого символа с помощью бита чётности.

Хвостовая часть пакета часто содержит данные проверки ошибок, возникших во время передачи пакета по сети.