بيانات

تُعدّ حزمة البيانات وحدة نقل أساسية مرتبطة بشبكة تبديل الحزم . تتكون حزم البيانات عادةً من قسمين: رأس وحمولة . توفر حزم البيانات خدمة اتصال غير موجهة عبر شبكة تبديل الحزم. ولا يُشترط أن تضمن الشبكة تسليم حزم البيانات أو وقت وصولها أو ترتيب وصولها.

في أوائل سبعينيات القرن العشرين، تم ابتكار مصطلح "datagram" من خلال دمج كلمتي "data" و "telegram" بواسطة مقرر لجنة الاتصالات والتقنية الدولية (CCITT) المعني بتحويل الحزم، ^{[ 1 ]} هالفور بوثنر-باي . ^{[ 2 ] [ 3 ]} على الرغم من أن الكلمة كانت جديدة، إلا أن المفهوم كان له تاريخ طويل بالفعل.

في عام ١٩٦٤، وصف بول باران ، في تقرير صادر عن مؤسسة راند ، شبكة عسكرية افتراضية مُصممة لمقاومة هجوم نووي. كانت كتل الرسائل الصغيرة الموحدة ، التي تحمل عناوين المصدر والوجهة، تُخزن وتُعاد توجيهها في عُقد حاسوبية ضمن شبكة حاسوبية مترابطة ذات فائض كبير. كتب باران: "قد ينظر مستخدم الشبكة الذي أنشأ اتصالاً افتراضياً بمحطة طرفية وأرسل رسائل... إلى النظام على أنه صندوق أسود يوفر اتصالاً ظاهرياً". ^{[ ٤ ]} يظهر مفهوم ما نسميه الآن الدائرة الافتراضية في التصميم، ^{[ ٥ ]} على الرغم من عدم بناء أي شبكة.

في عام 1967، نشر دونالد ديفيز مقالًا رائدًا قدّم فيه مفهوم الحزم وتبديل الحزم . تشبه شبكته الأساسية المقترحة تلك التي اقترحها بول باران، على الرغم من تطويرها بشكل مستقل. يفترض ديفيز أن "جميع مستخدمي الشبكة سيوفرون لأنفسهم نوعًا من آليات التحكم في الأخطاء". هدفه هو "شبكة اتصالات مشتركة". لدعم الوصول عن بُعد إلى خدمات الحاسوب من خلال محطات المستخدمين، والتي كانت تُنقل آنذاك حرفًا حرفًا، أضاف ديفيز، على أطراف الشبكة، حواسيب وسيطة تحوّل تدفقات الأحرف إلى تدفقات حزم والعكس. ^{[ 6 ]} كتب ديفيز: "كنا في الواقع معارضين بشدة للدائرة الافتراضية، لأننا كنا نعتقد أن شبكة الاتصالات يجب أن تهتم فقط بالحزم، وأن أي بروتوكولات تُستخدم في تجميع هذه الحزم يجب أن تُنفذ من طرف إلى طرف، بين العملاء أنفسهم." ^{[ 5 ]}

في عام 1970، نشر لورانس روبرتس وباري دي. ويسلر مقالًا عن شبكة أربانت ، وهي أول شبكة تبديل حزم متعددة العقد. ^{[ 7 ]} ووصفت ورقة بحثية مصاحبة عقد التبديل ( وحدات معالجة الرسائل ) وتنسيقات الحزم الخاصة بها. ^{[ 8 ]} نفّذت النواة الأساسية للشبكة تبديل مخططات البيانات كما في نموذج باران وديفيز، لكن الخدمة التي قدمتها الشبكة للأجهزة المضيفة كانت موجهة نحو الاتصال . ^{[ 9 ] [ 10 ]} وهكذا، تم توفير خدمة نقل رسائل موثوقة لأجهزة المستخدمين، مما بسّط تصميم الشبكة بشكل كبير. وهذا ما جعل أربانت ما سيُعرف لاحقًا بشبكة الدوائر الافتراضية . ^{[ 11 ]}

عرض روبرتس فكرة تحويل الحزم على خبراء الاتصالات، فواجه غضبًا وعداءً. قبل تشغيل شبكة أربانت، زعموا أن مخازن بيانات الموجهات ستنفد بسرعة. وبعد تشغيلها، زعموا أن تحويل الحزم لن يكون مجديًا اقتصاديًا دون دعم حكومي. وواجه باران الرفض نفسه، وبالتالي فشل في إقناع الجيش بإنشاء شبكة تحويل حزم. ^{[ 12 ]}

في عام 1973، قدّم لويس بوزان تصميمه لشبكة CYCLADES ، وهي أول شبكة واسعة النطاق تُطبّق نموذج ديفيز للبيانات بشكل كامل. ^{[ 13 ]} وبذلك، كان فريق CYCLADES أول من تصدّى للمشكلة بالغة التعقيد المتمثلة في تزويد تطبيقات المستخدمين بخدمة دوائر افتراضية موثوقة ^{[ 14 ]} مع استخدام مبدأ الاتصال من طرف إلى طرف في خدمة شبكية معروفة باحتمالية حدوث فقدان وإعادة ترتيب للبيانات. ^{[ 15 ]} على الرغم من أن اهتمام بوزان "في المرحلة الأولى لم يكن تحقيق طفرة في تقنية تبديل الحزم، بل بناء أداة اتصالات موثوقة لشبكة Cyclades"، ^{[ 13 ]} فقد قدّم عضوان من فريقه، وهما هوبرت زيمرمان وجيرار لو لان ، مساهمات كبيرة في تصميم بروتوكول TCP الخاص بالإنترنت، وهو ما أقرّ به فينت سيرف ، مصممه الرئيسي. ^{[ 16 ]}

في عام 1981، أصدرت وكالة مشاريع البحوث الدفاعية المتقدمة ( داربا ) أول مواصفات لبروتوكول الإنترنت (IP). وقد أدخل هذا البروتوكول تطورًا هامًا لمفهوم حزمة البيانات: التجزئة . ^{[ 17 ]} مع التجزئة، قد تستخدم بعض أجزاء الشبكة العالمية أحجام حزم كبيرة (عادةً الشبكات المحلية لتقليل عبء المعالجة)، بينما قد تفرض أجزاء أخرى أحجام حزم أصغر (عادةً الشبكات الواسعة لتقليل زمن الاستجابة). ويمكن لعقد الشبكة تجزئة حزمة البيانات إلى عدة حزم أصغر.

في عام ١٩٩٩، أقرت فرقة عمل هندسة الإنترنت (IETF) استخدام تقنية ترجمة عناوين الشبكة (NAT) المنتشرة على نطاق واسع آنذاك، والتي تسمح بمشاركة كل عنوان عام بين عدة أجهزة خاصة. ^{[ ١٨ ]} وبذلك، تم تأجيل استنفاد عناوين الإنترنت ، مما أتاح وقتًا كافيًا لإطلاق IPv6 ، الجيل الجديد من بروتوكول الإنترنت الذي يدعم عناوين أطول. وقد تم تخفيف المبدأ الأساسي المتمثل في الشفافية الكاملة للشبكة من طرف إلى طرف فيما يتعلق بحزم البيانات، حيث أصبح على عقد NAT إدارة حالات كل اتصال على حدة، مما جعلها موجهة جزئيًا نحو الاتصال .

في عام 2015، قامت فرقة عمل هندسة الإنترنت (IETF) بتحديث توصيتها المعلوماتية RFC 2309 الصادرة عام 1998 ^{[ 19 ]} ، والتي تنص على أن عقد تبديل حزم البيانات تُدير قوائم الانتظار بنشاط ، وذلك لجعلها توصية أقوى وأكثر تفصيلاً لأفضل الممارسات الحالية من خلال نشر RFC 7567. وبينما كان نموذج قوائم انتظار حزم البيانات الأولي بسيطًا في التنفيذ ولم يتطلب سوى ضبط أطوال قوائم الانتظار، فقد وُجد أن دعم آليات أكثر تطورًا ومُعَلمة ضروري "لتحسين أداء الإنترنت والحفاظ عليه" ( RED ، ECN ، إلخ). كما دعت إلى إجراء المزيد من البحوث حول هذا الموضوع، مع قائمة بالعناصر المحددة. ^{[ 20 ]}

يُعرَّف مصطلح "مخطط البيانات" على النحو التالي: ^{[ 21 ]}

"كيان بيانات مستقل بذاته يحمل معلومات كافية ليتم توجيهه من المصدر إلى جهاز الكمبيوتر الوجهة دون الاعتماد على عمليات تبادل سابقة بين جهاز الكمبيوتر المصدر وجهاز الكمبيوتر الوجهة وشبكة النقل."

يجب أن تكون حزمة البيانات مكتفية ذاتيًا دون الاعتماد على عمليات التبادل السابقة لأنه لا يوجد اتصال ذو مدة ثابتة بين نقطتي الاتصال كما هو الحال، على سبيل المثال، في معظم المحادثات الهاتفية الصوتية. ^{[ 22 ]}

غالبًا ما تُقارن خدمة Datagram بخدمة توصيل البريد؛ إذ يُقدّم المستخدم عنوان الوجهة فقط، دون أي ضمان للتسليم أو تأكيد على الاستلام. ولذلك، تُعتبر خدمة Datagram غير موثوقة . كما أنها تُوجّه حزم البيانات دون إنشاء مسار مُسبق، ما يجعلها خدمة غير متصلة . ولا يُؤخذ في الاعتبار ترتيب إرسال أو استقبال هذه الحزم مع غيرها. في الواقع، قد تسلك العديد من حزم البيانات في المجموعة نفسها مسارات مختلفة قبل الوصول إلى الوجهة نفسها بترتيبات مختلفة . ^{[ 23 ]}

تتكون كل حزمة بيانات من عنصرين: رأس وحمولة بيانات . يحتوي الرأس على جميع المعلومات اللازمة لتوجيه البيانات من الجهاز المُرسِل إلى الوجهة دون الحاجة إلى تبادل بيانات مسبق بين الجهاز والشبكة. قد يتضمن الرأس عناوين المصدر والوجهة، بالإضافة إلى حقول النوع والطول . أما حمولة البيانات فهي البيانات المراد نقلها. تُسمى عملية تضمين حمولات البيانات في رأس مُوسَم بالتغليف .

• حزمة الشبكة
• مقبس بيانات البيانات
• إطار (الشبكات)
• حروب البروتوكول