Дейтаграммы представляют собой один из фундаментальных строительных блоков сетевых протоколов связи. Они обеспечивают структурированный формат для передачи пакетов данных, способствуя эффективному и гибкому обмену данными с помощью различных сетевых технологий.
Происхождение и первое упоминание датаграммы
Идея дейтаграмм восходит к заре компьютерных сетей. Термин «дейтаграмма» впервые был введен в 1970 году Луи Пузеном, французским ученым-компьютерщиком. Пузен использовал дейтаграмму при разработке сети CYCLADES, новаторского французского проекта, повлиявшего на развитие Интернета.
Сеть CYCLADES имела большое значение, поскольку это была одна из первых сетей, реализовавшая сквозной принцип и сетевой уровень без установления соединения. Эта сеть позволяла отправлять пакеты или дейтаграммы индивидуально, каждый из которых находил свой собственный путь от источника к месту назначения.
Дейтаграмма: более пристальный взгляд
В области компьютерных сетей дейтаграмма — это отдельный пакет данных, который содержит достаточно информации для маршрутизации от источника к месту назначения, не полагаясь на более ранний обмен между компьютерами источника и назначения. Другими словами, дейтаграммы — это независимые пакеты данных, каждый из которых передается отдельно.
Дейтаграммы являются основным компонентом Интернет-протокола (IP), протокола, используемого для передачи данных через сеть с коммутацией пакетов. Каждая IP-дейтаграмма включает в себя не только полезную нагрузку (фактические данные), но и информацию заголовка, такую как IP-адреса источника и назначения.
Стоит отметить, что дейтаграммы используются в режиме связи без установления соединения, известном как модель службы дейтаграмм. В этой модели каждое сообщение обрабатывается независимо от других. Нет необходимости устанавливать выделенный путь перед передачей, в отличие от модели обслуживания, ориентированной на соединение, где выделенный путь между источником и пунктом назначения устанавливается до начала передачи данных.
Понимание структуры и функциональности датаграмм
IP-дейтаграмма состоит из двух основных компонентов:
- Заголовок дейтаграммы: включает в себя различную управляющую информацию, такую как IP-адреса источника и назначения, используемый протокол (TCP, UDP и т. д.), общую длину дейтаграммы и другие флаги для управления фрагментацией и повторной сборкой.
- Полезная нагрузка: это фактические данные, которые несет дейтаграмма. Обычно это инкапсулированный сегмент данных транспортного уровня.
Когда дейтаграмма передается по сети, она принимается уровнем сетевого интерфейса в пункте назначения. Здесь проверяется IP-заголовок, чтобы определить, куда переслать дейтаграмму дальше. Как только дейтаграмма достигает конечного пункта назначения, полезная нагрузка извлекается и пересылается на верхние уровни модели OSI для дальнейшей обработки.
Ключевые особенности датаграммы
Дейтаграммный подход имеет несколько определяющих особенностей:
- Независимость: Каждая дейтаграмма независима от других. Это означает, что их можно отправлять и получать в любом порядке.
- Автономный: Дейтаграммы несут всю необходимую информацию для маршрутизации от источника к месту назначения.
- Нет заранее установленного пути: В дейтаграммной сети нет необходимости устанавливать путь перед передачей данных.
- Гибкий: Поскольку каждая дейтаграмма может выбирать свой собственный маршрут, эта модель может быть более надежной и адаптируемой к сбоям или перегрузкам сети.
- Нет гарантированной доставки: Сети дейтаграмм не обеспечивают гарантированную доставку или уведомление о неудачной доставке.
Типы датаграмм
Дейтаграммы можно широко классифицировать в зависимости от протокола, с которым они связаны. Двумя наиболее распространенными являются:
- IP-дейтаграмма: Эти дейтаграммы, используемые в Интернет-протоколе, образуют основной формат пакетов для передачи данных через Интернет. Они используются как TCP (протокол управления передачей), так и UDP (протокол пользовательских дейтаграмм) для доставки данных.
- UDP-дейтаграмма: Эти дейтаграммы являются частью протокола пользовательских дейтаграмм. UDP обеспечивает простой, но быстрый метод обмена данными по IP-сетям. Ему не хватает сложности и накладных расходов TCP, но он также не гарантирует доставку, порядок или проверку ошибок.
Использование дейтаграмм, проблемы и решения
Дейтаграммы используются во многих приложениях в компьютерных сетях. Они особенно полезны в сценариях, где скорость имеет решающее значение, а случайная потеря данных допустима, например, при потоковой передаче в реальном времени, видеоконференциях и онлайн-играх.
Однако использование дейтаграмм также создает определенные проблемы. Поскольку они не гарантируют доставку и не поддерживают порядок пакетов, некоторые дейтаграммы могут потеряться или прийти не в порядке. Обычно это управляется на уровне приложений, где такие протоколы, как TCP, обеспечивают упорядоченную и надежную доставку.
Например, если вы используете UDP для отправки дейтаграмм, вы можете встроить в свое приложение дополнительную логику для подтверждения получения дейтаграмм или изменения их порядка по прибытии.
Дейтаграмма против аналогичных сетевых терминов
- Дейтаграмма против пакета: Дейтаграмма — это тип пакета, в частности, автономный, независимый объект данных, несущий достаточную информацию для маршрутизации от источника к месту назначения.
- Дейтаграмма против фрейма: Кадр — это единица передачи цифровых данных в компьютерной сети. В отличие от дейтаграммы кадр включает в себя информацию о синхронизации, проверку ошибок и данные управления, что позволяет надежно передать его следующему напрямую подключенному узлу сети.
Будущее датаграмм и новых технологий
По мере развития сетевых технологий концепция дейтаграмм продолжает оставаться актуальной, особенно с развитием таких технологий, как Интернет вещей (IoT) и периферийные вычисления, которые требуют эффективной и гибкой передачи данных.
Более того, развитие Datagram Transport Layer Security (DTLS) иллюстрирует растущий интерес к безопасным приложениям на основе дейтаграмм. DTLS обеспечивает те же гарантии безопасности, что и TLS (используемый при безопасном просмотре веб-страниц), но для протоколов датаграмм, таких как UDP.
Прокси-серверы и датаграммы
Прокси-серверы могут обрабатывать датаграммы, выступая в качестве посредника для запросов от клиентов, ищущих ресурсы с других серверов. Они могут обеспечивать различные функции, включая безопасность, конфиденциальность и сжатие данных.
Например, прокси-сервер может позволить клиенту устанавливать косвенное сетевое соединение с другими сетевыми службами. Клиент подключается к прокси-серверу, запрашивая соединение, файл или другие ресурсы, доступные на другом сервере. Прокси-сервер предоставляет ресурс, возможно, подключаясь к указанному серверу или обслуживая его из кеша.
Что касается дейтаграмм, прокси-сервер может перехватывать их, читать и интерпретировать данные, а затем выполнять различные задачи на основе содержимого дейтаграммы. Это может включать в себя перенаправление дейтаграммы, изменение данных или даже полную их блокировку.
Ссылки по теме
Для получения дополнительной информации о датаграммах и связанных с ними концепциях рассмотрите следующие ресурсы:
