النوافذ هي تقنية تستخدم لتحسين نقل البيانات وتحسين أداء شبكات الاتصال، بما في ذلك الخوادم الوكيلة. فهو يسمح بالتبادل الفعال للبيانات بين نقطتي النهاية من خلال التحكم في تدفق الحزم في قناة اتصال ثنائية الاتجاه. يعد إنشاء النوافذ مفيدًا بشكل خاص في السيناريوهات التي يوجد فيها اختلاف كبير في سرعة المعالجة أو عرض النطاق الترددي للشبكة بين المرسل والمستقبل.
تاريخ نشأة النوافذ وأول ذكر لها
يمكن إرجاع مفهوم النوافذ في نقل البيانات إلى الأيام الأولى لشبكات الكمبيوتر وتطوير بروتوكول التحكم في الإرسال (TCP). تم اقتراح TCP، وهو أحد البروتوكولات الأساسية للإنترنت، لأول مرة بواسطة Vinton Cerf وBob Kahn في عام 1974. ويمكن العثور على الإشارة الأولية لـ Windowing في مواصفات TCP الموضحة في RFC 793، المنشورة في سبتمبر 1981.
معلومات تفصيلية عن النوافذ. توسيع الموضوع Windowing
في نقل البيانات، تعتمد عملية النوافذ على استخدام آلية النافذة المنزلقة. يقوم المرسل بتقسيم البيانات إلى أجزاء أصغر تسمى "الحزم" ويعين رقمًا تسلسليًا لكل حزمة. يقر المتلقي باستلام هذه الحزم عن طريق إرسال حزم الإقرار (ACKs) التي تحتوي على الأرقام التسلسلية للحزم المستلمة.
يحدد حجم النافذة، المعروف باسم "حجم النافذة" أو "نافذة الازدحام"، عدد الحزم غير المعترف بها التي يمكن إرسالها بواسطة المرسل قبل انتظار الإقرارات. يمكن ضبط حجم النافذة ديناميكيًا بناءً على ظروف الشبكة، مما يسمح بالتحكم الفعال في تدفق البيانات.
تخدم النوافذ عدة أغراض أساسية:
-
التحكم في التدفق: يمنع المرسل من إغراق المتلقي بالبيانات عن طريق الحد من عدد الحزم غير المعترف بها أثناء النقل.
-
التحكم في الازدحام: من خلال ضبط حجم النافذة ديناميكيًا، يساعد Windowing على تجنب ازدحام الشبكة ويضمن التخصيص العادل للموارد.
-
استرداد الخطأ: عند فقدان الحزم أو تلفها أثناء الإرسال، يمكن للمتلقي طلب إعادة إرسال حزم معينة باستخدام الإقرار الانتقائي (SACK).
الهيكل الداخلي للنافذة. كيف تعمل النافذة
يمكن تصور البنية الداخلية لنظام Windowing كنافذة متحركة تنزلق فوق الأرقام التسلسلية للحزم. يحتفظ المرسل بمؤشرين: "مؤشر نافذة الإرسال" و"مؤشر نافذة الإقرار".
-
إرسال مؤشر النافذة: يشير إلى آخر حزمة أرسلها المرسل ولكن لم يتعرف عليها المتلقي بعد.
-
مؤشر نافذة الإقرار: يشير إلى آخر حزمة تم استلامها واستلامها من قبل جهاز الاستقبال.
عندما يتم إرسال الحزم والإقرار بها، تنزلق النافذة للأمام، ويمكن للمرسل إرسال حزم جديدة ضمن نطاق النافذة الحالي. إذا "لحق" مؤشر نافذة الإقرار بمؤشر نافذة الإرسال، فيمكن للمرسل زيادة حجم النافذة، مما يسمح بمعدل أعلى لنقل البيانات.
تحليل السمات الرئيسية للنافذة
تشمل الميزات الرئيسية لنظام Windowing ما يلي:
-
انتقال التكيف: يسمح Windowing للمرسل بتكييف معدل الإرسال الخاص به بناءً على ظروف الشبكة وقدرة جهاز الاستقبال.
-
كفاءة استخدام عرض النطاق الترددي: من خلال التحكم في تدفق البيانات، تضمن Windowing استخدام عرض النطاق الترددي المتوفر بشكل فعال، مما يؤدي إلى تجنب الاستخدام الناقص والازدحام.
-
إعادة الإرسال الانتقائي: باستخدام الإقرار الانتقائي (SACK)، يتيح نظام Windowing للمرسل إمكانية إعادة إرسال الحزم المفقودة أو التالفة فقط، مما يقلل من عمليات إعادة الإرسال غير الضرورية ويحافظ على موارد الشبكة.
-
التخزين المؤقت: يتطلب Windowing من المرسل والمتلقي الاحتفاظ بمخازن مؤقتة لتخزين وإعادة ترتيب الحزم غير المطلوبة، مما يضمن سلامة البيانات وإعادة البناء الدقيق.
أنواع النوافذ
يمكن أن تختلف تقنيات النوافذ بناءً على تطبيقاتها وحالات استخدامها المحددة. فيما يلي بعض الأنواع الشائعة من النوافذ:
| يكتب | وصف |
|---|---|
| نافذة ثابتة | يظل حجم النافذة ثابتًا طوال عملية نقل البيانات. |
| نافذة منزلقة | يتم ضبط حجم النافذة ديناميكيًا بناءً على ظروف الشبكة ومستويات الازدحام. |
| تكرار انتقائي | يتعرف جهاز الاستقبال بشكل فردي على كل حزمة مستلمة، مما يسمح بإعادة الإرسال الانتقائي للحزم المفقودة. |
| العودة-N | في حالة فقدان حزمة واحدة، تتم إعادة إرسال كافة الحزم اللاحقة التي لم يتم الإقرار بها. |
| توقف وانتظر | يتم إرسال كل حزمة على حدة، وينتظر المرسل الإقرار قبل إرسال الحزمة التالية. |
يتم استخدام النوافذ على نطاق واسع في سيناريوهات اتصالات الشبكة المختلفة، بما في ذلك تصفح الويب ونقل الملفات وتدفق الفيديو والمزيد. ومع ذلك، هناك بعض التحديات المرتبطة بالنافذة:
-
وقت الإستجابة: يمكن أن تؤدي أحجام النوافذ الكبيرة إلى زيادة زمن الوصول، خاصة في الشبكات ذات زمن الاستجابة العالي. تتضمن الحلول تحسين حجم النافذة واستخدام خوارزميات التحكم في الازدحام مثل التحكم في نافذة الازدحام في TCP.
-
التسليم خارج الطلب: يمكن أن تتسبب ظروف الشبكة في وصول الحزم بشكل غير صحيح إلى جهاز الاستقبال. تتضمن الحلول تقنيات إعادة ترتيب الحزم في نهاية جهاز الاستقبال.
-
اختيار حجم النافذة: يعد اختيار الحجم الأمثل للنافذة أمرًا بالغ الأهمية لنقل البيانات بكفاءة. تساعد الخوارزميات مثل Slow-Start في TCP في تحديد الحجم الأولي المناسب للنافذة.
الخصائص الرئيسية ومقارنات أخرى مع مصطلحات مماثلة
| صفة مميزة | مقارنة مع Go-Back-N |
|---|---|
| كفاءة إعادة الإرسال | أكثر كفاءة، يعيد إرسال الحزم المفقودة فقط (SACK). |
| متطلبات التخزين المؤقت | يتطلب مخازن مؤقتة أكبر للحزم خارج الترتيب. |
| استخدام الشبكة | أكثر كفاءة بسبب إعادة الإرسال الانتقائي. |
| تعقيد | أعلى قليلا بسبب الاعتراف الانتقائي. |
| الإنتاجية | من المحتمل أن يكون أعلى بسبب حجم النافذة المتكيف. |
مع استمرار تطور الشبكات، من المرجح أن تخضع النوافذ لمزيد من التقدم لمواجهة التحديات التي تفرضها التقنيات الناشئة. بعض التطورات المستقبلية المحتملة تشمل:
-
التحكم في الازدحام القائم على التعلم الآلي: يمكن استخدام تقنيات الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي لتحسين اختيار حجم النافذة والتحكم في الازدحام، مما يؤدي إلى آليات نافذة أكثر تكيفًا وكفاءة.
-
نافذة متعددة المسارات: مع الاستخدام المتزايد للإرسال متعدد المسارات في الشبكات الحديثة، قد تستفيد بروتوكولات النوافذ المستقبلية من المسارات المتعددة لتحسين الأداء والموثوقية.
-
إنترنت الأشياء والنوافذ: مع نمو إنترنت الأشياء (IoT)، قد يتم تطوير تقنيات النوافذ الجديدة لتلبية المتطلبات الفريدة لأجهزة إنترنت الأشياء، مثل الاستهلاك المنخفض للطاقة والموارد المحدودة.
كيف يمكن استخدام الخوادم الوكيلة أو ربطها بـ Windowing
تلعب الخوادم الوكيلة دورًا حيويًا في تحسين أداء وأمان الاتصال عبر الإنترنت. يمكن استخدام Windowing بشكل فعال مع الخوادم الوكيلة لتحسين نقل البيانات بين العملاء والخوادم. ومن خلال التحكم في تدفق البيانات عبر الوكيل، تساعد النوافذ في إدارة استخدام النطاق الترددي وتقليل زمن الوصول، وبالتالي تحسين تجربة المستخدم بشكل عام.
يمكن للخوادم الوكيلة أيضًا استخدام النوافذ للتعامل مع الازدحام وتوزيع الموارد بكفاءة على العديد من العملاء في وقت واحد. تعتبر هذه الإمكانية ضرورية بشكل خاص لموفري خادم الوكيل مثل OneProxy (oneproxy.pro) لأنها تتيح لهم تقديم خدمات وكيل سلسة وعالية الأداء لعملائهم.
روابط ذات علاقة
لمزيد من المعلومات حول Windowing، يمكنك الرجوع إلى الموارد التالية:
