Pakete-kommutazio

Pakete-kommutazioa () datu-transmisiorako metodo bat da, sareko komunikazioetan funtsezkoa dena. Metodo honetan, bidali nahi den informazioa (adibidez, mezu bat, irudi bat edo fitxategi bat) unitate txikiagoetan zatitzen da, eta unitate horiei pakete esaten zaie. Pakete horiek modu independentean bidaltzen dira sarean zehar, eta helmugara iristean berriro elkartzen dira jatorrizko mezua osatzeko.

Teknologia hau gaur egungo datu-sare gehienen oinarria da, bereziki Internetena. Pakete-kommutazioak aukera ematen du sareko komunikazio-kanalak (adibidez, kableak edo zuntz optikoa) erabiltzaile askoren artean aldi berean partekatzeko. Horri esker, askoz eraginkorragoa da zirkuitu-kommutazioa baino, non konexio bakoitzak linea oso bat okupatzen duen deia amaitu arte.

Funtzionamendua 
Pakete-kommutazioaren prozesua hainbat urratsetan banatzen da, informazioa jatorritik helmugara modu eraginkorrean iristen dela ziurtatzeko.
 Zatitzea: Komunikazioa hasten denean, igorlearen sistemak bidali nahi duen datu-multzoa hartzen du. Datu horiek bloke txikiagoetan zatitzen dira. Bloke horien tamaina aldakorra izan daiteke, baina sarearen protokoloak zehaztutako gehienezko tamaina bat errespetatu behar dute beti (MTU edo Maximum Transmission Unit). Zatiketa honek sareko pilaketak saihesten laguntzen du, pakete txikiak errazago kudeatzen baitira fitxategi erraldoi bat baino.
 Goiburua: Pakete bakoitzari kontrol-informazioa daraman "goiburu" (header) bat gehitzen zaio. Goiburu hau ezinbestekoa da sarea kudeatzeko. Bertan, besteak beste, honako datu hauek agertzen dira:
 Jatorriko helbidea: Paketea nork bidali duen identifikatzen du (adibidez, IP helbidea).
 Helmugako helbidea: Paketea nora doan zehazten du.
 Sekuentzia-zenbakia: Pakete hau jatorrizko mezuaren zein zati den adierazten du, helmugan ordena zuzenean berreraiki ahal izateko.
 Akatsen kontrola: Batzuetan, datuak bidean hondatu ote diren egiaztatzeko kodeak gehitzen dira.
 Bideratzea: Behin paketea osatuta, sarera bidaltzen da. Sarean zehar, paketeek hainbat nodo zeharkatzen dituzte, nagusiki bideratzaileak (routers). Bideratzaile bakoitzak paketearen goiburua irakurtzen du, helmugako helbidea begiratzen du, eta bere "bideratze-taulak" kontsultatzen ditu paketea zein norabidetan bidali behar duen erabakitzeko. Garrantzitsua da azpimarratzea mezu bereko paketeek bide desberdinak har ditzaketela. Adibidez, sareko linea bat oso asetuta badago edo matxura bat badu, bideratzaileek paketeak beste bide alternatibo batetik bidal ditzakete.
 Berrosatzea:  Paketeak helmugara iristen direnean, hartzailearen sistemak prozesatu egiten ditu. Bide desberdinak erabili dituztenez, litekeena da paketeak desordenatuta iristea (adibidez, 3. paketea 2.a baino lehenago iristea). Goiburuko sekuentzia-zenbakiari esker, hartzaileak paketeak ordena egokian jartzen ditu. Paketeren bat falta bada edo hondatuta iritsi bada, hartzaileak berriro bidaltzeko eskatzen dio igorleari (hau TCP/IP bezalako protokoloek kudeatzen dute). Azkenik, goiburuak kentzen dira eta jatorrizko datuak erabiltzaileari aurkezten zaizkio.

Historia
Pakete-kommutazioaren kontzeptua 1960ko hamarkadaren hasieran garatu zen, Gerra Hotzaren testuinguruan. Horrela, ikerketak ia aldi berean eta modu independentean egin zituzten hiru ikertzailek:

 Paul Baran (AEB): RAND Corporation-en lan egiten zuen bitartean, sare banatuen ideia proposatu zuen. Bere helburua sare bat sortzea zen, non nodo bat suntsituta ere, informazioak beste bide batzuetatik zirkulatzen jarraituko zuen. Berak "mezu-blokeak" deitu zien unitateei.
 Donald Davies (Erresuma Batua): National Physical Laboratory-n (NPL) lanean ari zela, antzeko kontzeptu bat garatu zuen datu-sareak eraginkorragoak egiteko. Berak asmatu zuen "pakete" (packet) terminoa, gaur egun erabiltzen dena.
 Leonard Kleinrock (AEB): MITen egindako doktorego-tesian, ilara-teoria (queueing theory) aplikatu zuen datu-fluxuen analisian, teknologiaren oinarri matematikoak ezarriz.

Ideia horiek guztiak 1969an gauzatu ziren lehen aldiz ARPANET sarean, gaur egungo Interneten aitzindarian.

Pakete-kommutazio motak

Bi funtzionamendu-modu nagusi har ditzake, datuak nola transmititzen diren eta bideraketa nola antolatzen den kontuan hartuta. Bi ereduek antzeko oinarria dute —datuak paketeetan zatitzea—, baina komunikazioaren egitura eta egonkortasuna desberdinak izaten dira.

Datu-paketeak (konexiorik gabeko modua)

Modu honetan ez da aurrez konexiorik ezartzen bidaltzailearen eta hartzailearen artean. Pakete bakoitza sarean zehar modu autonomoan bidaltzen da, eta bideratzaileek banan-banan erabakitzen dute zein ibilbidetatik igaroko den. Hau da, paketeak ez dira zertan bide berekoa izan, eta ez dute inolako “lotura logikorik” elkarrekin.

 Pakete bakoitzak goiburu propioa darama, helmugara iristeko behar duen informazio guztiarekin.

 Sareak ibilbide desberdinak hauta ditzake momentuko egoeraren arabera, eta horrek malgutasun handia ematen du.

 Modu hau Interneteko oinarrizko funtzionamendua da, IP protokoloan oinarritua.

Zirkuitu birtualak (konexiora bideratutako modua)

Modu honetan, komunikazioa hasi aurretik, sareak ibilbide birtual egonkor eta logiko bat ezartzen du bi muturren artean. Ez da zirkuitu fisiko bat (telefono-sare tradizionaletan bezala), baina pakete guztiek jarraituko duten bide “logiko” bat adosten da hasieran. Ondoren bidaliko diren paketeek ez dute helmuga-informazio osoa behar, ibilbidea aurrez ezarrita baitago.

 Konexioa ezarri ondoren, paketeak ordenatuago eta bide beretik igarotzen dira, eta horrek latentzia egonkorragoa ematen du.

 Zirkuitu birtualaren ezarpena denborazko kostu txiki bat izan daiteke, baina ondorengo transmisioa eraginkorragoa eta fidagarriagoa izan ohi da.

 Modu hau tradizionalki erabili izan da X.25, Frame Relay eta ATM (Asynchronous Transfer Mode) bezalako teknologietan.

 Egokia da kalitate-bermea behar duten komunikazioetarako, baina ez da hain malgua Internet globalaren tamainako sareetan.

Konparazioa zirkuitu-kommutazioarekin

Zirkuitu-kommutazioa eta pakete-kommutazioa telekomunikazioetan erabiltzen diren bi datu-transmisio eredu klasiko dira, eta bakoitzak bere ezaugarriak, abantailak eta mugak ditu. Hona hemen bi ikuspegi horien arteko alde nagusiak:

 Bide dedikatuaren ezarpena vs. baliabideen partekatzea:
Zirkuitu-kommutazioan (telefono-sare tradizionaletan bezala), komunikazio saioa hastean bide dedikatu eta jarraitu bat ezartzen da bi muturren artean. Kanala ez da aldatzen elkarrizketak irauten duen bitartean, eta beste erabiltzaileek ezin dute erabili. Aitzitik, pakete-kommutazioan ez dago bide finko bat: datuak paketeetan zatitzen dira eta sare osoan zehar zirkulatzen dute baliabideak dinamikoki partekatuz.

 Baliabideen aprobetxamendua:
Zirkuitu-kommutazioan kanal dedikatuak erabiltzen ez diren uneetan ere okupatuta jarraitzen dute; horrek baliabideen erabilera eraginkorra mugatzen du. Pakete-kommutazioan, berriz, datuak bakarrik daudenean bidaltzen dira, eta gainerako denboran kanalak beste trafiko mota batzuk eramateko erabil daitezke. Horrek banda-zabaleraren erabilpen eraginkorragoa eta sarearen errendimendu handiagoa ahalbidetzen ditu.

 Akatsekiko tolerantzia eta sendotasuna:
Zirkuitu-kommutazioan, komunikazio-bidea eteten bada, deia edo transmisioa berehala mozten da. Pakete-kommutazioan, ordea, paketeak ibilbide alternatiboetatik bidera daitezke sarearen zati batek huts egiten badu. Horrek erresilientzia handiagoa eta akatsekiko tolerantzia handiagoa eskaintzen du.

 Transmisio-denboraren koherentzia:
Zirkuitu-kommutazioak latentzia oso egonkorra eta aurreikusgarria eskaintzen du, bide dedikatuari esker, eta horregatik izan da egokia ahots-komunikazio tradizionalerako. Kontrara, pakete-kommutazioan paketeek bide desberdinak har ditzaketenez, latentzian aldakortasuna gerta daiteke.

 Eskala-gaitasuna eta kostua:
Pakete-kommutazioak erabiltzaile eta trafiko-bolumen handiagoetara egokitzeko gaitasun hobea du, sarearen baliabideak dinamikoki banatzen direlako. Zirkuitu-kommutazioan, aldiz, erabiltzaile gehiagok kanal gehiago eskatzen dituzte, eta horrek azpiegitura handitzea behar du, kostu ekonomiko handiagoarekin.

Abantailak eta desabantailak

Abantailak

 Eraginkortasuna:
Pakete-kommutazioak sareko baliabideak hobeto aprobetxatzen ditu. Datuak behar diren unean eta espazioan bakarrik bidaltzen direnez, ez da beharrezkoa komunikazio-kanal osoa aldez aurretik erreserbatzea. Horrek sarearen erabilera orokorra optimizatzen du eta trafiko handiari modu eraginkorragoan erantzuteko aukera ematen du.

 Malgutasuna:
Paketeek sarean zehar ibilbide ezberdinak hartu ditzakete, eta hori oso baliagarria da sarearen egoera aldatzen denean. Bide bat okupatuta edo hondatuta badago, paketeak automatikoki bideratzen dira beste ibilbide batzuetatik. Horri esker, datuen transmisioa ez da eten behar eta sareak berez moldatzeko gaitasuna du.

 Sendotasuna:
Sareko elementuren batek huts egiten badu, paketeak beste bide alternatiboetatik igaro daitezke, eta horrek sistemaren fidagarritasuna handitzen du. Era berean, paketeak banan-banan heltzen direnez, nahiz eta batzuk galdu edo atzeratu, hartzaileak normalean galera horiek detekta eta konpentsa ditzake.

 Eskala-gaitasuna:
Paketeetan oinarritutako sareek erabiltzaile eta gailu kopuru gero eta handiagoa onartu dezakete, trafikoaren eta azpiegituraren hazkundeari modu naturalean egokituz. Internet bezalako sare globalak hain handiak izatea, neurri handi batean, pakete-kommutazioari zor zaio.

Desabantailak

 Sare-pilaketak:
Trafiko gehiegi dagoenean, sareko bideratzaileak eta nodoak saturatu egin daitezke, eta horrek paketeen atzerapena edo galera eragin dezake. Pilaketak kudeatzeko mekanismoak badauden arren, ezin da beti erabat saihestu, batez ere puntako orduetan edo banda-zabalera mugatua den inguruneetan.

 Latentzia aldakorra:
Pakete bakoitzak sarean zehar ibilbide desberdinak har ditzakeenez, ez dira beti denbora berean iristen. Horrek latentzia aldakorra sortzen du, eta hori kaltegarria izan daiteke denbora errealeko aplikazioetan, non atzerapen txikiek ere esperientzia oker dezaketen.

 Pakete-galera eta berriro bidali beharra:
Sareko arazoak, interferentziak edo nodoen gainkargak direla eta, pakete batzuk galdu egin daitezke. Galera horiek konpentsatzeko, protokoloek paketeak berriz bidali behar izaten dituzte, eta horrek transmisio-denbora eta baliabideen erabilera handitu ditzake.

 Gainkarga (overhead) handiagoa:
Pakete bakoitzak bere goiburua (header) darama, helmuga, jatorria eta bestelako kontrol-informazioa adierazteko. Horrek datu erabilgarrien proportzioa murrizten du eta transmisio orokorrean karga gehigarri bat sortzen du, batez ere paketeak oso txikiak direnean.

Erabilerak

 Internet: Webean nabigatzen denean, gailuaren eta zerbitzariaren arteko eskaerak eta erantzunak paketeetan zatitzen dira. Pakete horiek helmugara iristeko ibilbide desberdinak har ditzakete, eta gero berriro muntatzen dira web orria erakusteko.

 Posta elektronikoa: Posta elektroniko bat bidaltzen denean, mezua paketeetan banatzen da, eta pakete horiek hainbat ibilbidetatik igarotzen dira hartzailearen posta-zerbitzarira iritsi arte. Behin paketeak iritsita, berriz elkartzen dira jatorrizko mezua berreskuratzeko.

 Bideokonferentziak (Zoom edo Skype bezalakoak): Bideodei batean, bai audioa bai bideoa paketeetan transmititzen dira, eta sarearen barruan ibilbide desberdinak har ditzakete. Pakete horiek jasotzen diren gailuan berrantolatzen dira, deia denbora errealean erreproduzitu ahal izateko.

 Bideo-streaminga (YouTube edo Netflix bezalakoak): Lineako bideoak pakete txikietan bidaltzen dira, eta pakete horiek tarteka iristen zaizkio erabiltzailearen gailuari. Nahiz eta paketeak ordena ez-sekuentzialean iritsi edo ibilbide desberdinak hartu, gailuak berriro antolatzen ditu ikuspen-esperientzia jarraia eskaintzeko.

 Mugikor-sareak (4G, 5G): Mugikor-sareetan datuen transmisioa ere pakete-kommutazioan oinarritzen da; datuak (testu-mezuak, web nabigazioa edo fitxategiak, esaterako) pakete txikietan zatitzen dira eta sarean zehar modu eraginkorrean bidaltzen dira.

 Erreferentziak 

 Ikus, gainera 
 Datagrama
 Zirkuitu birtual
 Multiplexazio
 Internet
 TCP/IP

 Kanpo estekak 

Kategoria:Datuen transmisioa
Kategoria:Interneten historia
Kategoria:Sare protokoloak