Datagramy stanowią jeden z podstawowych elementów składowych protokołów komunikacji sieciowej. Zapewniają ustrukturyzowany format przesyłania pakietów danych, ułatwiając wydajną i elastyczną wymianę danych w różnych technologiach sieciowych.
Pochodzenie i pierwsza wzmianka o datagramie
Pojęcie datagramu sięga początków sieci komputerowych. Termin „datagram” został po raz pierwszy ukuty w 1970 roku przez Louisa Pouzina, francuskiego informatyka. Pouzin wprowadził datagram do projektu sieci CYCLADES, pionierskiego francuskiego projektu, który wpłynął na rozwój Internetu.
Sieć CYCLADES była znacząca, ponieważ była jedną z pierwszych sieci, które wdrożyły zasadę end-to-end i bezpołączeniową warstwę sieciową. Sieć ta umożliwiała indywidualne wysyłanie pakietów, czyli datagramów, z których każdy znajdował własną ścieżkę od źródła do miejsca docelowego.
Datagram: bliższe spojrzenie
W dziedzinie sieci komputerowych datagram to samodzielny pakiet danych zawierający wystarczającą ilość informacji, aby można go było przesłać od źródła do miejsca docelowego bez polegania na wcześniejszej wymianie między komputerem źródłowym i docelowym. Innymi słowy, datagramy to niezależne pakiety danych, każdy przesyłany osobno.
Datagramy są głównym składnikiem protokołu internetowego (IP), protokołu używanego do przesyłania danych w sieci z komutacją pakietów. Każdy datagram IP zawiera nie tylko ładunek (rzeczywiste dane), ale także informacje nagłówka, takie jak źródłowy i docelowy adres IP.
Warto zauważyć, że datagramy są używane w trybie komunikacji bezpołączeniowej, znanym jako model usługi datagramowej. W tym modelu każda wiadomość jest traktowana niezależnie od pozostałych. Nie ma potrzeby ustanawiania dedykowanej ścieżki przed transmisją, w przeciwieństwie do modelu usługi zorientowanej na połączenie, w którym dedykowana ścieżka między źródłem a miejscem docelowym jest ustalana przed rozpoczęciem przesyłania danych.
Zrozumienie struktury i funkcjonalności datagramu
Datagram IP składa się z dwóch głównych elementów:
- Nagłówek datagramu: obejmuje różne informacje kontrolne, takie jak źródłowy i docelowy adres IP, używany protokół (TCP, UDP itp.), całkowita długość datagramu i inne flagi kontrolujące fragmentację i ponowne składanie.
- Ładunek: Są to rzeczywiste dane zawarte w datagramie. Zwykle jest to hermetyzowany segment danych warstwy transportowej.
Kiedy datagram jest przesyłany przez sieć, jest odbierany przez warstwę interfejsu sieciowego w miejscu docelowym. Tutaj sprawdzany jest nagłówek IP w celu ustalenia, gdzie dalej przesłać datagram. Gdy datagram dotrze do miejsca docelowego, ładunek jest wyodrębniany i przekazywany do wyższych warstw modelu OSI w celu dalszego przetwarzania.
Kluczowe cechy datagramu
Podejście datagramowe ma kilka cech definiujących:
- Niezależność: Każdy datagram jest niezależny od innych. Oznacza to, że można je wysyłać i odbierać w dowolnej kolejności.
- Samodzielny: Datagramy zawierają wszystkie informacje niezbędne do trasowania od źródła do miejsca docelowego.
- Brak z góry ustalonej ścieżki: W sieci datagramowej nie ma potrzeby ustalania ścieżki przed przesłaniem danych.
- Elastyczny: Ponieważ każdy datagram może wybrać własną trasę, model ten może być solidniejszy i można go dostosować do awarii lub przeciążenia sieci.
- Brak gwarantowanej dostawy: Sieci datagramowe nie zapewniają gwarantowanego dostarczenia ani powiadomienia o nieudanym dostarczeniu.
Rodzaje datagramów
Datagramy można ogólnie klasyfikować na podstawie protokołu, z którym są powiązane. Dwa najczęstsze to:
- Datagram IP: Datagramy te, używane w protokole internetowym, stanowią podstawowy format pakietu do przesyłania danych przez Internet. Są one używane zarówno przez protokół TCP (protokół kontroli transmisji), jak i UDP (protokół datagramów użytkownika) do dostarczania danych.
- Datagram UDP: Datagramy te są częścią protokołu datagramów użytkownika. UDP zapewnia prostą, ale szybką metodę wymiany danych w sieciach IP. Brakuje mu złożoności i narzutu protokołu TCP, ale nie gwarantuje również dostawy, zamówienia ani kontroli błędów.
Wykorzystanie datagramów, wyzwania i rozwiązania
Datagramy są wykorzystywane w wielu zastosowaniach w sieciach komputerowych. Są szczególnie przydatne w scenariuszach, w których szybkość ma kluczowe znaczenie, a sporadyczna utrata danych jest tolerowana, np. podczas transmisji strumieniowej na żywo, wideokonferencji i gier online.
Jednak korzystanie z datagramów stwarza również pewne wyzwania. Ponieważ nie gwarantują one dostarczenia ani utrzymania kolejności pakietów, niektóre datagramy mogą zostać utracone lub dostarczone w nieprawidłowej kolejności. Zwykle zarządza się tym w warstwie aplikacji, gdzie protokoły takie jak TCP zapewniają uporządkowane i niezawodne dostarczanie.
Na przykład, jeśli używasz protokołu UDP do wysyłania datagramów, możesz wbudować w aplikację dodatkową logikę, aby potwierdzać odbiór datagramów lub zmieniać ich kolejność po otrzymaniu.
Datagram a podobne warunki dotyczące sieci
- Datagram a pakiet: Datagram to rodzaj pakietu, w szczególności samodzielna, niezależna jednostka danych zawierająca wystarczającą ilość informacji, które można skierować od źródła do miejsca docelowego.
- Datagram a ramka: Ramka to cyfrowa jednostka transmisji danych w sieci komputerowej. W przeciwieństwie do datagramu ramka zawiera informacje o synchronizacji, sprawdzaniu błędów i danych kontrolnych, dzięki czemu można ją niezawodnie przesłać do następnego bezpośrednio połączonego węzła sieci.
Przyszłość datagramów i nowych technologii
Wraz z ewolucją technologii sieciowej koncepcja datagramów pozostaje aktualna, szczególnie w obliczu rozwoju technologii takich jak Internet rzeczy (IoT) i przetwarzanie brzegowe, które wymagają wydajnej i elastycznej transmisji danych.
Co więcej, rozwój Datagram Transport Layer Security (DTLS) ilustruje rosnące zainteresowanie bezpiecznymi aplikacjami opartymi na datagramach. DTLS zapewnia te same gwarancje bezpieczeństwa co TLS (używany do bezpiecznego przeglądania stron internetowych), ale w przypadku protokołów datagramowych, takich jak UDP.
Serwery proxy i datagramy
Serwery proxy mogą obsługiwać datagramy, służąc jako pośrednik dla żądań klientów poszukujących zasobów z innych serwerów. Mogą zapewniać różne funkcje, w tym bezpieczeństwo, prywatność i kompresję danych.
Na przykład serwer proxy może umożliwić klientowi nawiązanie pośredniego połączenia sieciowego z innymi usługami sieciowymi. Klient łączy się z serwerem proxy, żądając połączenia, pliku lub innych zasobów dostępnych na innym serwerze. Serwer proxy udostępnia zasób, prawdopodobnie łącząc się z określonym serwerem lub obsługując go z pamięci podręcznej.
Jeśli chodzi o datagramy, serwer proxy może je przechwycić, odczytać i zinterpretować dane, a następnie wykonać różne zadania w oparciu o zawartość datagramu. Może to obejmować przekierowanie datagramu, modyfikację danych, a nawet całkowite ich zablokowanie.
powiązane linki
Więcej informacji na temat datagramów i powiązanych pojęć można znaleźć w następujących zasobach:
