Store-and-Forward TransmissionMost

Store-and-Forward Transmission
Most packet switches use store-and-forward transmission at the inputs to the
links. Store-and-forward transmission means that the packet switch must receive
the entire packet before it can begin to transmit the first bit of the packet onto the
outbound link. To explore store-and-forward transmission in more detail, consider
a simple network consisting of two end systems connected by a single router, as
shown in Figure 1.11. A router will typically have many incident links, since its job
is to switch an incoming packet onto an outgoing link; in this simple example, the
router has the rather simple task of transferring a packet from one (input) link to
the only other attached link. In this example, the source has three packets, each
consisting of L bits, to send to the destination. At the snapshot of time shown in
Figure 1.11, the source has transmitted some of packet 1, and the front of packet 1
has already arrived at the router. Because the router employs store-and-forwarding,
at this instant of time, the router cannot transmit the bits it has received; instead it
National or
Global ISP
Local or
Regional ISP
Enterprise Network
Home Network
Mobile Network
Figure 1.10 The network core
1.3 • THE NETWORK CORE 23
24 CHAPTER 1 • COMPUTER NETWORKS AND THE INTERNET
must first buffer (i.e., “store”) the packet’s bits. Only after the router has received
all of the packet’s bits can it begin to transmit (i.e., “forward”) the packet onto the
outbound link. To gain some insight into store-and-forward transmission, let’s now
calculate the amount of time that elapses from when the source begins to send the
packet until the destination has received the entire packet. (Here we will ignore
propagation delay—the time it takes for the bits to travel across the wire at near the
speed of light—which will be discussed in Section 1.4.) The source begins to transmit
at time 0; at time L/R seconds, the source has transmitted the entire packet, and
the entire packet has been received and stored at the router (since there is no propagation
delay). At time L/R seconds, since the router has just received the entire
packet, it can begin to transmit the packet onto the outbound link towards the destination;
at time 2L/R, the router has transmitted the entire packet, and the entire
packet has been received by the destination. Thus, the total delay is 2L/R. If
the switch instead forwarded bits as soon as they arrive (without first receiving the
entire packet), then the total delay would be L/R since bits are not held up at
the router. But, as we will discuss in Section 1.4, routers need to receive, store, and
process the entire packet before forwarding.
Now let’s calculate the amount of time that elapses from when the source
begins to send the first packet until the destination has received all three packets.
As before, at time L/R, the router begins to forward the first packet. But also at time
L/R the source will begin to send the second packet, since it has just finished sending
the entire first packet. Thus, at time 2L/R, the destination has received the first
packet and the router has received the second packet. Similarly, at time 3L/R, the
destination has received the first two packets and the router has received the third
packet. Finally, at time 4L/R the destination has received all three packets!
Let’s now consider the general case of sending one packet from source to destination
over a path consisting of N links each of rate R (thus, there are N-1 routers
between source and destination). Applying the same logic as above, we see that the
end-to-end delay is:
(1.1)
You may now want to try to determine what the delay would be for P packets sent
over a series of N links.
dend@to@end = N
L
R
Source
R bps
2 1
Front of packet 1 Destination
stored in router,
awaiting remaining
bits before forwarding
3
Figure 1.11 Store-and-forward packet switching
Queuing Delays and Packet Loss
Each packet switch has multiple links attached to it. For each attached link, the
packet switch has an output buffer (also called an output queue), which stores
packets that the router is about to send into that link. The output buffers play a key
role in packet switching. If an arriving packet needs to be transmitted onto a link but
finds the link busy with the transmission of another packet, the arriving packet must
wait in the output buffer. Thus, in addition to the store-and-forward delays, packets
suffer output buffer queuing delays. These delays are variable and depend on the
level of congestion in the network. Since the amount of buffer space is finite, an
arriving packet may find that the buffer is completely full with other packets waiting
for transmission. In this case, packet loss will occur—either the arriving packet
or one of the already-queued packets will be dropped.
Figure 1.12 illustrates a simple packet-switched network. As in Figure 1.11,
packets are represented by three-dimensional slabs. The width of a slab represents
the number of bits in the packet. In this figure, all packets have the same width and
hence the same length. Suppose Hosts A and B are sending packets to Host E. Hosts
A and B first send their packets along 10 Mbps Ethernet links to the first router. The
router then directs these packets to the 1.5 Mbps link. If, during a short interval of
time, the arrival rate of packets to the router (when converted to bits per second)
exceeds 1.5 Mbps, congestion will occur at the router as packets queue in the link’s
output buffer before being transmitted onto the link. For example, if Host A and B
each send a burst of five packets back-to-back at the same time, then most of these
packets will spend some time waiting in the queue. The situation is, in fact, entirely
analogous to many common-day situations—for example, when we wait in line for
a bank teller or wait in front of a tollbooth. We’ll examine this queuing delay in
more detail in Section 1.4.
1.3 • THE NETWORK CORE 25
10 Mbps Ethernet
Key:
Packets
A
B
C
D E
1.5 Mbps
Queue of
packets waiting
for output link
Figure 1.12 Packet switching
26 CHAPTER 1 • COMPUTER NETWORKS AND THE INTERNET
Forwarding Tables and Routing Protocols
Earlier, we said that a router takes a packet arriving on one of its attached
communication links and forwards that packet onto another one of its attached communication
links. But how does the router determine which link it should forward
the packet onto? Packet forwarding is actually done in different ways in different
types of computer networks. Here, we briefly describe how it is done in the
Internet.
In the Internet, every end system has an address called an IP address. When a
source end system wants to send a packet to a destination end system, the source
includes the destination’s IP address in the packet’s header. As with postal addresses,
this address has a hierarchical structure. When a packet arrives at a router in the
network, the router examines a portion of the packet’s destination address and forwards
the packet to an adjacent router. More specifically, each router has a
forwarding table that maps destination addresses (or portions of the destination
addresses) to that router’s outbound links. When a packet arrives at a router, the
router examines the address and searches its forwarding table, using this destination
address, to find the appropriate outbound link. The router then directs the packet to
this outbound link.
The end-to-end routing process is analogous to a car driver who does not use
maps but instead prefers to ask for directions. For example, suppose Joe is driving
from Philadelphia to 156 Lakeside Drive in Orlando, Florida. Joe first drives to his
neighborhood gas station and asks how to get to 156 Lakeside Drive in Orlando,
Florida. The gas station attendant extracts the Florida portion of the address and
tells Joe that he needs to get onto the interstate highway I-95 South, which has an
entrance just next to the gas station. He also tells Joe that once he enters Florida,
he should ask someone else there. Joe then takes I-95 South until he gets to Jacksonville,
Florida, at which point he asks another gas station attendant for directions.
The attendant extracts the Orlando portion of the address and tells Joe that he
should continue on I-95 to Daytona Beach and then ask someone else. In Daytona
Beach, another gas station attendant also extracts the Orlando portion of the
address and tells Joe that he should take I-4 directly to Orlando. Joe takes I-4 and
gets off at the Orlando exit. Joe goes to another gas station attendant, and this time
the attendant extracts the Lakeside Drive portion of the address and tells Joe the
road he must follow to get to Lakeside Drive. Once Joe reaches Lakeside Drive, he
asks a kid on a bicycle how to get to his destination. The kid extracts the 156 portion
of the address and points to the house. Joe finally reaches his ultimate destination.
In the above analogy, the gas station attendants and kids on bicycles are
analogous to routers.
We just learned that a router uses a packet’s destination address to index a forwarding
table and determine the appropriate outbound link. But this statement begs
yet another question: How do forwarding tables get set? Are they configured by
hand in each and every router, or does the Internet use a more automated procedure?
This issue will be studied in depth in Chapter 4. But to whet your appetite here,
we’ll note now that the Internet has a number of special routing protocols that are
used to automatically set the forwarding tables. A routing protocol may, for example,
determine the shortest path from each router to each destination and use the
shortest path results to configure the forwarding tables in the routers.
How would you actually like to see the end-to-end route that packets take in the
Internet? We now invite you to get your hands dirty by interacting with the Traceroute
program. Simply visit the site www.

Kết quả (Việt) 1:

Lưu trữ và chuyển tiếp truyềnHầu hết các thiết bị chuyển mạch gói sử dụng lưu trữ và chuyển tiếp truyền lúc đầu vào để cácliên kết. Phương tiện truyền dẫn lưu trữ và chuyển tiếp chuyển đổi gói phải nhận đượctoàn bộ gói trước khi nó có thể bắt đầu để truyền tải các bit đầu tiên của gói tin vào cácliên kết ra bên ngoài. Để khám phá lưu trữ và chuyển tiếp truyền dẫn chi tiết hơn, xem xétmột mạng lưới đơn giản bao gồm hai hệ thống đầu cuối kết nối bằng một router duy nhất, nhưHiển thị trong hình 1.11. Một router thông thường sẽ có nhiều liên kết khi gặp sự cố, kể từ khi công việc của mìnhlà chuyển đổi sang một gói dữ liệu đến vào một liên kết gửi đi; trong ví dụ đơn giản này, cácbộ định tuyến có nhiệm vụ khá đơn giản chuyển một gói dữ liệu từ một liên kết (đầu vào) đểchỉ khác kèm theo liên kết. Trong ví dụ này, nguồn có ba gói, mỗibao gồm L bit, để gửi đến đích. Tại ảnh chụp thời gian hiển thị trongCon số 1.11, nguồn có truyền một số gói 1, và mặt trước của gói 1đã đã đến lúc các bộ định tuyến. Bởi vì các bộ định tuyến sử dụng chuyển tiếp và cửa hànglúc này ngay lập tức của thời gian, bộ định tuyến không thể truyền tải các bit nó đã nhận được; thay vào đó nóQuốc gia hoặcToàn cầu ISPĐịa phương hoặcKhu vực ISPMạng doanh nghiệpNhà mạngĐiện thoại di động mạngCon số 1.10 mạng lõiCÁCH 1.3 • MẠNG LÕI 23CHƯƠNG 1 24 • MẠNG MÁY TÍNH VÀ INTERNETđầu tiên phải đệm (tức là, "lưu trữ") của gói bit. Chỉ sau khi router đã nhậnTất cả các gói bit nó có thể bắt đầu để truyền (tức là, "chuyển tiếp") gói lên cácliên kết ra bên ngoài. Để đạt được một số sâu vào lưu trữ và chuyển tiếp truyền, hãytính toán số lượng thời gian mà thường từ khi nguồn bắt đầu gửi cácgói cho đến khi các điểm đến đã nhận được gói toàn bộ. (Ở đây chúng tôi sẽ bỏ quatrễ truyền-thời gian cho các bit để đi du lịch qua dây ở gần cácvận tốc ánh sáng — đó sẽ được thảo luận trong phần 1.4.) Nguồn gốc bắt đầu truyền tảiTại thời điểm 0; Tại thời gian L/R giây, nguồn có truyền gói toàn bộ, vàtoàn bộ gói đã nhận được và lưu giữ tại các bộ định tuyến (vì không có tuyên truyềnsự chậm trễ). Tại thời điểm L/R giây, kể từ khi các bộ định tuyến đã chỉ nhận được toàn bộgói, nó có thể bắt đầu truyền gói lên kết ngoài nước hướng tới đích;Tại thời gian 2L/R, router đã truyền gói toàn bộ, và toàn bộgói đã được nhận bởi đích. Vì vậy, tất cả sự chậm trễ là 2L/R. nếuchuyển đổi thay vì chuyển tiếp bit ngay sau khi họ đến nơi (mà không cần đầu tiên nhận cáctoàn bộ gói), sau đó sự chậm trễ tất cả sẽ là L/R bởi bit không giữ tạiCác bộ định tuyến. Tuy nhiên, như chúng tôi sẽ thảo luận trong phần 1.4, bộ định tuyến cần phải nhận được, lưu trữ, vàxử lý gói toàn bộ trước khi chuyển tiếp.Bây giờ chúng ta hãy tính toán số lượng thời gian mà thường từ khi nguồnbắt đầu gửi gói đầu tiên cho đến khi các điểm đến đã nhận được tất cả ba gói.Như trước đó, tại thời gian L/R, bộ định tuyến bắt đầu để chuyển tiếp gói đầu tiên. Mà còn lúcL/R nguồn sẽ bắt đầu để gửi gói thứ hai, kể từ khi nó có chỉ cần hoàn thành gửigói đầu tiên toàn bộ. Vì vậy, tại thời gian 2L/R, đích đã nhận được là người đầu tiêngói và router đã nhận được gói tin thứ hai. Tương tự như vậy, tại thời gian 3L/R, cácđiểm đến đã nhận được các gói dữ liệu lần đầu tiên hai và router đã nhận được thứ bagói. Cuối cùng, tại thời gian 4L/R đích đã nhận được tất cả ba gói!Bây giờ hãy xem xét trường hợp chung của việc gửi một gói từ nguồn đến đíchtrên một con đường bao gồm N liên kết mỗi tỷ lệ R (do đó, có những bộ định tuyến N-1giữa nguồn và đích). Áp dụng cùng một logic như trên, chúng ta thấy rằng cáckết thúc để kết thúc sự chậm trễ là:(1.1)Bây giờ bạn có thể muốn thử để xác định những gì sự chậm trễ nào cho P gói dữ liệu gửitrong một loạt các liên kết N.dend@to@end = NLRNguồnR bps2 1Mặt trận của gói 1 điểm đếnđược lưu trữ trong bộ định tuyến,đang chờ còn lạibit trước khi chuyển tiếp3Chuyển mạch gói lưu trữ và chuyển tiếp hình 1.11Xếp hàng chậm trễ và thiệt hại góiMỗi chuyển đổi gói có nhiều liên kết gắn liền với nó. Cho mỗi liên kết đính kèm, cácgói chuyển đổi có một bộ đệm đầu ra (cũng được gọi là một hàng đợi đầu ra), mà các cửa hànggói dữ liệu bộ định tuyến là về để gửi vào liên kết đó. Bộ đệm đầu ra chơi một phímvai trò trong chuyển mạch gói. Nếu một gói dữ liệu đến cần được truyền đi vào một liên kết nhưngtìm thấy liên kết bận rộn với việc truyền tải một gói tin, gói tin đến phảichờ đợi trong bộ đệm đầu ra. Vì vậy, ngoài việc trì hoãn lưu trữ và chuyển tiếp, góibị đầu ra bộ đệm xếp hàng chậm trễ. Những sự chậm trễ là biến và phụ thuộc vào cácmức độ tắc nghẽn trong mạng. Kể từ khi số lượng không gian đệm là hữu hạn, mộtđến gói có thể thấy rằng các bộ đệm là hoàn toàn đầy đủ với các gói dữ liệu chờ đợiđể truyền. Trong trường hợp này, gói mất mát sẽ xảy ra-một trong hai gói tin đếnhoặc một trong các gói dữ liệu đã xếp hàng sẽ được giảm xuống.1.12 hình minh hoạ một gói-switched mạng đơn giản. Như trong hình 1.11,gói được đại diện bởi ba chiều tấm. Chiều rộng của một phiến đại diện chosố bit trong gói. Trong con số này, tất cả các gói tin có cùng một chiều rộng vàdo đó cùng chiều dài. Cho rằng máy chủ A và B đang gửi gói tin đến máy chủ lưu trữ E. máy chủA và B đầu tiên gửi gói tin của họ cùng 10 Mbps Ethernet liên kết tới bộ định tuyến đầu tiên. Cácrouter sau đó chỉ đạo các gói kết 1.5 Mbps. Nếu, trong một khoảng thời gian ngắnthời gian, đến, lệ gói dữ liệu tới bộ định tuyến (khi chuyển đổi sang bit trên giây)vượt quá 1.5 Mbps, tắc nghẽn sẽ xảy ra ở các bộ định tuyến như là hàng đợi gói tin trong các liên kếtđầu ra các bộ đệm trước khi được truyền đi vào liên kết. Ví dụ, nếu máy chủ A và Bmỗi gửi một burst của 5 gói back-to-back cùng một lúc, sau đó hầu hết cácgói tin sẽ dành một số thời gian chờ đợi trong hàng đợi. Tình hình là, trong thực tế, hoàn toàntương tự như nhiều tình huống phổ biến ngày — ví dụ, khi chúng tôi chờ đợi trong dòng chomột ngân hàng rút tiền hoặc chờ đợi ở phía trước của một tollbooth. Chúng ta sẽ xem xét này chậm trễ xếp hàng trongchi tiết hơn trong phần 1.4.CÁCH 1.3 • MẠNG LÕI 2510 Mbps EthernetPhím:Gói tinABCD E1.5 MbpsHàng đợiCác gói dữ liệu chờ đợiĐối với đầu ra liên kếtChuyển mạch gói hình 1,1226 CHƯƠNG 1 • MÁY TÍNH MẠNG VÀ INTERNETChuyển tiếp bảng và định tuyến giao thứcTrước đó, chúng tôi đã nói rằng một router có một gói dữ liệu đến trên một trong các đính kèmthông tin liên lạc liên kết và chuyển tiếp đó gói vào một phần trong của nó giao tiếp đính kèmliên kết. Nhưng làm thế nào thì các bộ định tuyến xác mà liên kết nó nên chuyển tiếpgói lên? Gói chuyển tiếp thực sự được thực hiện trong nhiều cách khác nhau trong khác nhauloại mạng máy tính. Ở đây, chúng tôi một thời gian ngắn mô tả làm thế nào nó được thực hiện theo cácInternet.Trong Internet, mỗi hệ thống cuối cùng có một địa chỉ được gọi là địa chỉ IP. Khi mộtnguồn cuối cùng hệ thống muốn gửi một gói dữ liệu cho một hệ thống kết thúc đích, nguồnbao gồm địa chỉ IP của đích trong tiêu đề của gói. Như với địa chỉ bưu chính,địa chỉ này có một cấu trúc phân cấp. Khi một gói tin đến một bộ định tuyến trong cácmạng, router kiểm tra một phần của địa chỉ đích của gói tin và chuyển tiếpgói để một bộ định tuyến lân cận. Cụ thể hơn, mỗi bộ định tuyến có mộtchuyển tiếp bảng mà bản đồ địa chỉ đích (hoặc một phần của điểm đếnđịa chỉ) để liên kết ra ngoài đó bộ định tuyến. Khi một gói tin đến một bộ định tuyến, cácrouter kiểm tra địa chỉ và tìm kiếm bảng chuyển tiếp của nó, bằng cách sử dụng điểm đến nàyđịa chỉ, để tìm liên kết đi thích hợp. Router sau đó chỉ đạo gói đểliên kết ra ngoài này.Kết thúc để kết thúc quá trình định tuyến là tương tự như một người lái xe những người không sử dụngbản đồ nhưng thay vì thích để hỏi đường. Ví dụ, giả sử Joe lái xetừ Philadelphia để 156 Lakeside Drive ở Orlando, Florida. Joe ổ đĩa đầu tiên của mìnhkhí station và hỏi làm thế nào để có được để 156 Lakeside Drive ở Orlando, khu dân cưFlorida. Cây xăng số tổng đài chất chiết xuất từ Florida phần địa chỉ vànói với Joe rằng ông cần để có được vào đường cao tốc liên tiểu bang I-95 South, trong đó có mộtlối vào bên cạnh các trạm khí đốt. Ông cũng nói với Joe rằng khi ông đi vào Florida,ông nên yêu cầu một người nào khác có. Joe sau đó mất I-95 phía nam cho đến khi anh ta sẽ đến Jacksonville,Florida, điểm mà tại đó ông yêu cầu một cây xăng số tổng đài để hướng dẫn.Số tổng đài chiết xuất phần Orlando địa chỉ và nói với Joe rằng ôngnên tiếp tục trên I-95 để Daytona Beach và sau đó yêu cầu một người nào khác. Ở DaytonaBeach, một cây xăng số tổng đài cũng chiết xuất phần Orlando của cácgiải quyết và nói với Joe rằng ông nên tôi-4 trực tiếp đến Orlando. Joe mất I-4 vàbị tắt ở lối ra Orlando. Joe đi vào một trạm xăng attendant, và thời gian nàysố tổng đài chiết xuất Lakeside Drive phần địa chỉ và nói với Joe cácđường ông phải tuân theo để có được để Lakeside Drive. Sau khi Joe đạt Lakeside Drive, ôngyêu cầu một đứa trẻ trên xe đạp làm thế nào để có được đến đích của mình. Kid chất chiết xuất từ phần 156của các địa chỉ và các điểm đến nhà. Joe cuối cùng đạt đến đích cuối cùng của mình.Trong tương tự ở trên, các trạm xăng tiếp viên và trẻ em trên xe đạp làtương tự như bộ định tuyến.Chúng tôi chỉ biết được rằng một router sử dụng một gói điểm đến địa chỉ lập chỉ mục một chuyển tiếpbàn và xác định liên kết đi thích hợp. Nhưng báo cáo này cầu xinTuy nhiên, một câu hỏi: làm thế nào chuyển tiếp bảng để có được thiết lập? Họ được cấu hình bởitay trong mỗi bộ định tuyến, hoặc Internet sử dụng thủ tục tự động hơn?Vấn đề này sẽ được nghiên cứu sâu trong chương 4. Nhưng để kích thích sự thèm ăn của bạn ở đây,chúng tôi sẽ lưu ý bây giờ rằng Internet có một số đặc biệt các giao thức định tuyếnđược sử dụng để tự động thiết lập các bảng chuyển tiếp. Một giao thức định tuyến có thể, ví dụ,xác định đường đi ngắn nhất từ mỗi bộ định tuyến để mỗi điểm đến và sử dụng cáckết quả con đường ngắn nhất để đặt cấu hình các bảng chuyển tiếp trong các router.Làm thế nào bạn thực sự muốn nhìn thấy đường end-to-end gói dữ liệu có trong cácInternet? Bây giờ chúng tôi mời bạn để có được bàn tay của bạn bẩn bằng cách tương tác với Traceroutechương trình. Chỉ cần truy cập trang web www.