فقدان الحزمة

يحدث فقدان الحزم عندما تفشل حزمة بيانات واحدة أو أكثر، أثناء انتقالها عبر شبكة حاسوبية ، في الوصول إلى وجهتها. وينتج فقدان الحزم إما عن أخطاء في نقل البيانات، عادةً عبر الشبكات اللاسلكية ، ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} أو عن ازدحام الشبكة . ^{[ 3 ]}^{: 36} ويُقاس فقدان الحزم كنسبة مئوية من الحزم المفقودة إلى الحزم المرسلة.

يكشف بروتوكول التحكم في الإرسال (TCP) عن فقدان الحزم ويعيد إرسالها لضمان موثوقية الرسائل . كما يُستخدم فقدان الحزم في اتصال TCP لتجنب الازدحام ، مما يؤدي إلى تقليل معدل نقل البيانات للاتصال بشكل مقصود.

في التطبيقات التي تعمل في الوقت الفعلي مثل بث الوسائط أو الألعاب عبر الإنترنت ، يمكن أن يؤثر فقدان الحزم على جودة تجربة المستخدم (QoE).

الأسباب

صُمم بروتوكول الإنترنت ( IP) وفقًا لمبدأ التسليم من طرف إلى طرف كخدمة توصيل بأفضل جهد ممكن ، بهدف تبسيط منطق عمل أجهزة التوجيه قدر الإمكان. فلو كانت الشبكة تضمن التسليم الموثوق تلقائيًا، لاستلزم ذلك بنية تحتية للتخزين والتوجيه ، حيث يخصص كل جهاز توجيه مساحة تخزين كبيرة للحزم أثناء انتظاره للتأكد من استلامها بشكل صحيح من قبل العقدة التالية. ولن تتمكن الشبكة الموثوقة من الحفاظ على ضمانات التسليم في حال تعطل أحد أجهزة التوجيه. كما أن الموثوقية ليست ضرورية لجميع التطبيقات. فعلى سبيل المثال، في بث الوسائط المباشر ، يُعد تسليم الحزم الحديثة بسرعة أهم من ضمان تسليم الحزم القديمة. وقد يقرر التطبيق أو المستخدم إعادة محاولة عملية تستغرق وقتًا طويلاً، وفي هذه الحالة ستُضاف مجموعة أخرى من الحزم إلى عبء تسليم المجموعة الأصلية. وقد تحتاج هذه الشبكة أيضًا إلى بروتوكول للتحكم وإدارة الازدحام، مما يزيد من تعقيدها.

لتجنب كل هذه المشاكل، يسمح بروتوكول الإنترنت لأجهزة التوجيه بإسقاط الحزم ببساطة إذا كان جهاز التوجيه أو جزء من الشبكة مشغولًا للغاية بحيث لا يمكنه تسليم البيانات في الوقت المناسب. هذا ليس مثاليًا لنقل البيانات بسرعة وكفاءة، ومن غير المتوقع حدوثه في شبكة غير مزدحمة. ^{[ 4 ]} يُعد إسقاط الحزم إشارة ضمنية على ازدحام الشبكة، وقد يدفع المُرسِلين إلى تقليل عرض النطاق الترددي المُستهلك، أو محاولة إيجاد مسار آخر. على سبيل المثال، باستخدام فقدان الحزم المُدرَك كمعلومات مُفيدة لاكتشاف الازدحام، صُمِّم بروتوكول التحكم في الإرسال (TCP) بحيث يؤدي فقدان الحزم المفرط إلى قيام المُرسِل بتقليص معدل نقل البيانات والتوقف عن إغراق نقطة الاختناق بالبيانات. ^{[ 3 ]}^{: 282-283}

قد تُفقد الحزم أيضًا إذا أشارت قيمة التحقق من رأس IPv4 أو تسلسل فحص إطار الإيثرنت إلى تلف الحزمة. كما يمكن أن يحدث فقدان الحزم نتيجة لهجوم إسقاط الحزم .

الشبكات اللاسلكية

تتعرض الشبكات اللاسلكية لعدد من العوامل التي يمكن أن تؤدي إلى تلف أو فقدان الحزم أثناء النقل، مثل تداخل الترددات الراديوية (RFI)، ^{[ 1 ]} وإشارات الراديو الضعيفة جدًا بسبب المسافة أو التلاشي متعدد المسارات ، وأجهزة الشبكات المعيبة، أو برامج تشغيل الشبكة المعيبة.

تعتبر شبكة الواي فاي غير موثوقة بطبيعتها ، وحتى عندما يتم وضع جهازي استقبال واي فاي متطابقين على مقربة من بعضهما البعض، فإنهما لا يظهران أنماطًا متشابهة لفقدان الحزم، كما قد يتوقع المرء. ^{[ 1 ]}

قد تتعرض الشبكات الخلوية لفقدان الحزم نتيجةً لارتفاع معدل خطأ البت (BER)، وعدم استقرار خصائص القناة، وتنقل المستخدمين. ^{[ 5 ]} يمنع سلوك التقييد المتعمد لبروتوكول TCP الشبكات اللاسلكية من العمل بكامل طاقتها النظرية، لأن بروتوكول TCP غير المعدل يتعامل مع جميع الحزم المفقودة كما لو كانت ناتجة عن ازدحام الشبكة ، وبالتالي قد يُقيد الشبكات اللاسلكية حتى عندما لا تكون مزدحمة فعليًا. ^{[ 5 ]}

ازدحام الشبكة

يُعدّ ازدحام الشبكة سببًا لفقدان الحزم، وهو يؤثر على جميع أنواع الشبكات. عندما يصل المحتوى لفترة طويلة إلى موجّه أو جزء من الشبكة بمعدل يفوق قدرة الشبكة على الإرسال، فلا خيار أمام الشبكة سوى إسقاط الحزم. ^{[ 3 ]}^{: 36} إذا كان موجّه أو رابط واحد يُقيّد سعة مسار الإرسال بالكامل أو سعة الشبكة عمومًا، يُعرف ذلك باسم عنق الزجاجة . في بعض الحالات، تُسقط إجراءات التوجيه الحزم عمدًا، ^{[ 6 ]} أو من خلال تقنيات تثبيط الشبكة لأغراض الإدارة التشغيلية. ^{[ 7 ]}

الآثار

يؤدي فقدان الحزم إلى انخفاض مباشر في معدل نقل البيانات للمرسل، حيث لا يتم استلام بعض البيانات المرسلة ولا يمكن احتسابها ضمن معدل النقل. كما يؤدي فقدان الحزم إلى انخفاض غير مباشر في معدل النقل، إذ تفسر بعض بروتوكولات طبقة النقل فقدان الحزم كمؤشر على الازدحام، فتقوم بتعديل معدل الإرسال لتجنب انهيار الشبكة نتيجة الازدحام.

عندما يكون التسليم الموثوق ضروريًا، يؤدي فقدان الحزم إلى زيادة زمن الاستجابة بسبب الوقت الإضافي اللازم لإعادة الإرسال. ^{[ أ ]} بافتراض عدم إعادة الإرسال، قد يتم إسقاط الحزم التي تعاني من أسوأ تأخيرات بشكل تفضيلي (اعتمادًا على نظام إدارة الطوابير المستخدم)، مما يؤدي إلى انخفاض زمن الاستجابة الإجمالي.

قياس

يمكن قياس فقدان الحزم بمعدل فقدان الإطارات ، والذي يُعرَّف بأنه النسبة المئوية للإطارات التي كان ينبغي على الشبكة إعادة توجيهها ولكن لم يتم ذلك. ^{[ 8 ]}^{: 4}

فقدان الحزم المقبول

يرتبط فقدان الحزم ارتباطًا وثيقًا باعتبارات جودة الخدمة . وتعتمد نسبة فقدان الحزم المقبولة على نوع البيانات المرسلة. فعلى سبيل المثال، بالنسبة لحركة مرور الصوت عبر بروتوكول الإنترنت (VoIP)، رأى أحد المعلقين أن "فقدان حزمة أو اثنتين من حين لآخر لن يؤثر على جودة المحادثة. أما فقدان ما بين 5% و10% من إجمالي تدفق الحزم فسيؤثر على الجودة بشكل ملحوظ." ^{[ 9 ]} ووصف آخر فقدان أقل من 1% من الحزم بأنه "جيد" لبث الصوت أو الفيديو، و1-2.5% بأنه "مقبول". ^{[ 10 ]}

تشخبص

يتم اكتشاف فقدان الحزم بواسطة بروتوكولات موثوقة مثل TCP. تتفاعل البروتوكولات الموثوقة مع فقدان الحزم تلقائيًا، لذلك عندما يحتاج شخص ما، مثل مسؤول الشبكة ، إلى اكتشاف وتشخيص فقدان الحزم، فإنه عادةً ما يستخدم معلومات الحالة من معدات الشبكة أو أدوات مصممة خصيصًا لهذا الغرض.

يوفر بروتوكول رسائل التحكم في الإنترنت (ICMP) خاصية الصدى ، حيث يتم إرسال حزمة بيانات خاصة تُنتج دائمًا ردًا. تستخدم أدوات مثل ^ping^و traceroute و MTR و PathPing هذا البروتوكول لعرض مسار حزم البيانات بشكل مرئي، ولقياس فقدان الحزم في ^كل قفزة .

تحتوي العديد من أجهزة التوجيه على صفحات حالة أو سجلات، حيث يمكن للمالك العثور على عدد أو نسبة الحزم التي تم إسقاطها خلال فترة زمنية معينة.

استعادة الحزم لضمان التسليم الموثوق

وفقًا لمبدأ الإرسال من طرف إلى طرف ، يُلقي بروتوكول الإنترنت مسؤولية استعادة الحزم المفقودة، عبر إعادة إرسالها، على عاتق نقاط النهاية - أي أجهزة الكمبيوتر التي تُرسل وتستقبل البيانات. فهي الأقدر على تحديد ما إذا كانت إعادة الإرسال ضرورية، لأن التطبيق المُرسِل للبيانات يجب أن يكون على دراية بما إذا كان من الأفضل إعادة إرسال الرسالة كليًا أو جزئيًا، وما إذا كانت الحاجة إلى إرسالها قد زالت، وكيفية التحكم في مقدار النطاق الترددي المُستهلك لمراعاة أي ازدحام.

توفر بروتوكولات نقل الشبكة، مثل TCP، للأجهزة الطرفية طريقة سهلة لضمان وصول الحزم بشكل موثوق، مما يُغني التطبيقات الفردية عن تنفيذ منطق ذلك بنفسها. في حال فقدان حزمة، يطلب المُستقبِل إعادة الإرسال، أو يُعيد المُرسِل إرسال أي أجزاء لم يتم تأكيد استلامها تلقائيًا. ^{[ 3 ]}^{: 242} على الرغم من قدرة TCP على استعادة الحزم المفقودة، إلا أن إعادة إرسالها تُقلل من إنتاجية الاتصال، حيث ينتظر المُستقبِلون إعادة الإرسال، مما يستهلك عرض نطاق ترددي إضافي. في بعض إصدارات TCP، إذا فُقدت حزمة مُرسَلة، فسيتم إعادة إرسالها مع جميع الحزم التي أُرسلت بعدها.

لا توفر بروتوكولات مثل بروتوكول بيانات المستخدم (UDP) إمكانية استعادة الحزم المفقودة. ومن المتوقع أن تقوم التطبيقات التي تستخدم بروتوكول UDP بتنفيذ آلياتها الخاصة للتعامل مع فقدان الحزم، إذا لزم الأمر.

أثر الانضباط في تنظيم الطوابير

تُستخدم العديد من آليات إدارة الطوابير لتحديد الحزم التي يجب إسقاطها. تستخدم معظم أجهزة الشبكات الأساسية آلية FIFO لإدارة الطوابير المنتظرة للمرور عبر نقطة الاختناق، حيث يتم إسقاط الحزمة إذا كانت الطابور ممتلئة عند استلامها. يُطلق على هذا النوع من إسقاط الحزم اسم " إسقاط الذيل" . تشمل آليات الطابور الممتلئ الأخرى الكشف المبكر العشوائي والكشف المبكر العشوائي الموزون . يُعد إسقاط الحزم أمرًا غير مرغوب فيه، إذ قد تُفقد الحزمة أو يجب إعادة إرسالها، مما قد يؤثر على معدل نقل البيانات في الوقت الفعلي. مع ذلك، قد يؤدي زيادة حجم المخزن المؤقت إلى تضخمه ، مما يؤثر بدوره على زمن الاستجابة والارتعاش أثناء الازدحام.

في الحالات التي تحدد فيها جودة الخدمة معدل نقل البيانات، كما هو الحال عند استخدام خوارزمية "الدلو المتسرب" ، قد يتم إسقاط الحزم عمدًا لإبطاء خدمات معينة لضمان توفر عرض نطاق ترددي كافٍ لخدمات أخرى ذات أهمية أعلى. ولهذا السبب، لا يُعد فقدان الحزم بالضرورة مؤشرًا على ضعف موثوقية الاتصال أو علامة على وجود اختناق في عرض النطاق الترددي.

انظر أيضاً

ملحوظات

↑ خلال الازدحام الشبكي المعتاد، لا تُفقد جميع الحزم في التدفق. هذا يعني أن الحزم غير المفقودة ستصل بزمن استجابة منخفض مقارنةً بالحزم المعاد إرسالها، والتي تصل بزمن استجابة مرتفع. لا تقتصر المشكلة على اضطرار الحزم المعاد إرسالها إلى قطع جزء من المسافة مرتين، بل إن المرسل لن يدرك فقدان الحزمة إلا عندما يفشل في تلقي إشعار استلام بالترتيب المتوقع، أو عندما يفشل في تلقي الإشعار لفترة طويلة كافية تجعله يعتقد أن الحزمة قد فُقدت بالفعل وليست مجرد متأخرة.
↑ في بعض الحالات، قد تُشير هذه الأدوات إلى فقدان الحزم التي تنتهي في عدد قليل من القفزات، ولكن ليس تلك التي تصل إلى وجهتها. على سبيل المثال، قد تُعطي أجهزة التوجيه أولوية منخفضة لحزم ICMP المُعاد توجيهها، وتُسقطها بشكل تفضيلي لصالح توجيه الموارد إلى البيانات الحقيقية؛ ويُعتبر هذا عمومًا نتيجةً للاختبار، ويمكن تجاهله لصالح نتائج الاختبار الشامل.^{[ 11 ]}

مراجع

1 2 3 ساليرز، ديفيد سي؛ ستريجل، آرون؛ بولاباور، كريستيان. "موثوقية الشبكات اللاسلكية: إعادة النظر في فقدان حزم البيانات 802.11" (ملف PDF) . مؤرشف من النسخة الأصلية (PDF) بتاريخ 12 يوليو 2019. تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 فبراير 2018 .
↑ تيان، يي؛ شو، كاي؛ أنصاري، نيروان (مارس 2005). "بروتوكول TCP في البيئات اللاسلكية: المشاكل والحلول" (ملف PDF) . مجلة IEEE للاتصالات . 43 (3): S27– S32. doi : 10.1109/MCOM.2005.1404595 . S2CID 735922. مؤرشف من النسخة الأصلية (PDF) بتاريخ 9 أغسطس 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 فبراير 2018 .
1 2 3 4 كوروس، جيه إف وروس، كيه دبليو (2010). شبكات الحاسوب: منهج من أعلى إلى أسفل . نيويورك: أديسون ويسلي.
↑ كوروس، جيه إف؛ روس، كيه دبليو (2010). شبكات الحاسوب: منهج من أعلى إلى أسفل . نيويورك: أديسون-ويسلي. ص 42-43 . ISBN 9780136079675تزداد نسبة فقدان الحزم مع ازدياد كثافة حركة البيانات. لذا ، غالبًا ما يُقاس أداء العقدة ليس فقط من حيث التأخير، بل أيضًا من حيث احتمالية فقدان الحزم... وقد تُعاد إرسال الحزمة المفقودة من البداية إلى النهاية لضمان نقل جميع البيانات في نهاية المطاف من المصدر إلى الوجهة.
1 2 يي تيان؛ كاي شو؛ نيروان أنصاري (مارس 2005). "بروتوكول التحكم بالنقل في البيئات اللاسلكية: المشاكل والحلول" (ملف PDF) . اتصالات الراديو IEEE . IEEE . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 9 أغسطس 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 فبراير 2018 .
↑ بيركنز، سي إي (2001). الشبكات المخصصة . بوسطن: أديسون-ويسلي. ص 147.
↑ "التحكم في التطبيقات من خلال إدارة خصائص الشبكة" وهاب بورناغشباند، ليونارد كلاينروك، بيتر رايهر، وألكسندر أفاناسييف، المؤتمر الدولي للاتصالات 2012
↑ إس. برادنر ، محرر. (يوليو 1991). مصطلحات قياس الأداء لأجهزة الربط الشبكي . مجموعة عمل الشبكة. doi : 10.17487/RFC1242 . RFC 1242 .معلوماتي.
↑ مانسفيلد، كيه سي وأنتوناكوس، جيه إل (2010). شبكات الحاسوب من الشبكات المحلية إلى الشبكات الواسعة: الأجهزة والبرمجيات والأمن . بوسطن: كورس تكنولوجي، سينجج ليرنينج. ص 501.
↑ "ICTP-SDU: حول PingER" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 10-10-2013 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 16-05-2013 .
↑ "فقدان الحزم أو زمن الاستجابة في القفزات الوسيطة" . تم الاسترجاع في 25-02-2007 .

روابط خارجية

اختبار فقدان الحزم - اختبر اتصالك بالإنترنت بحثًا عن فقدان الحزم
اختبار فقدان الحزم - اختبر اتصالك بالإنترنت بحثًا عن فقدان الحزم

[8] خلال الازدحام الشبكي المعتاد، لا تُفقد جميع الحزم في التدفق. هذا يعني أن الحزم غير المفقودة ستصل بزمن استجابة منخفض مقارنةً بالحزم المعاد إرسالها، والتي تصل بزمن استجابة مرتفع. لا تقتصر المشكلة على اضطرار الحزم المعاد إرسالها إلى قطع جزء من المسافة مرتين، بل إن المرسل لن يدرك فقدان الحزمة إلا عندما يفشل في تلقي إشعار استلام بالترتيب المتوقع، أو عندما يفشل في تلقي الإشعار لفترة طويلة كافية تجعله يعتقد أن الحزمة قد فُقدت بالفعل وليست مجرد متأخرة.

[13] في بعض الحالات، قد تُشير هذه الأدوات إلى فقدان الحزم التي تنتهي في عدد قليل من القفزات، ولكن ليس تلك التي تصل إلى وجهتها. على سبيل المثال، قد تُعطي أجهزة التوجيه أولوية منخفضة لحزم ICMP المُعاد توجيهها، وتُسقطها بشكل تفضيلي لصالح توجيه الموارد إلى البيانات الحقيقية؛ ويُعتبر هذا عمومًا نتيجةً للاختبار، ويمكن تجاهله لصالح نتائج الاختبار الشامل.^{[ 11 ]}

[Salyers-1] 1 2 3 ساليرز، ديفيد سي؛ ستريجل، آرون؛ بولاباور، كريستيان. "موثوقية الشبكات اللاسلكية: إعادة النظر في فقدان حزم البيانات 802.11" (ملف PDF) . مؤرشف من النسخة الأصلية (PDF) بتاريخ 12 يوليو 2019. تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 فبراير 2018 .

[2] تيان، يي؛ شو، كاي؛ أنصاري، نيروان (مارس 2005). "بروتوكول TCP في البيئات اللاسلكية: المشاكل والحلول" (ملف PDF) . مجلة IEEE للاتصالات . 43 (3): S27– S32. doi : 10.1109/MCOM.2005.1404595 . S2CID 735922. مؤرشف من النسخة الأصلية (PDF) بتاريخ 9 أغسطس 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 فبراير 2018 .

[Kurose-3] 1 2 3 4 كوروس، جيه إف وروس، كيه دبليو (2010). شبكات الحاسوب: منهج من أعلى إلى أسفل . نيويورك: أديسون ويسلي.

[Kurose_42-43-4] كوروس، جيه إف؛ روس، كيه دبليو (2010). شبكات الحاسوب: منهج من أعلى إلى أسفل . نيويورك: أديسون-ويسلي. ص 42-43 . ISBN 9780136079675تزداد نسبة فقدان الحزم مع ازدياد كثافة حركة البيانات. لذا ، غالبًا ما يُقاس أداء العقدة ليس فقط من حيث التأخير، بل أيضًا من حيث احتمالية فقدان الحزم... وقد تُعاد إرسال الحزمة المفقودة من البداية إلى النهاية لضمان نقل جميع البيانات في نهاية المطاف من المصدر إلى الوجهة.

[Tian-5] 1 2 يي تيان؛ كاي شو؛ نيروان أنصاري (مارس 2005). "بروتوكول التحكم بالنقل في البيئات اللاسلكية: المشاكل والحلول" (ملف PDF) . اتصالات الراديو IEEE . IEEE . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 9 أغسطس 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 فبراير 2018 .

[6] بيركنز، سي إي (2001). الشبكات المخصصة . بوسطن: أديسون-ويسلي. ص 147.

[7] "التحكم في التطبيقات من خلال إدارة خصائص الشبكة" وهاب بورناغشباند، ليونارد كلاينروك، بيتر رايهر، وألكسندر أفاناسييف، المؤتمر الدولي للاتصالات 2012

[rfc1242-9] إس. برادنر ، محرر. (يوليو 1991). مصطلحات قياس الأداء لأجهزة الربط الشبكي . مجموعة عمل الشبكة. doi : 10.17487/RFC1242 . RFC 1242 .معلوماتي.

[10] مانسفيلد، كيه سي وأنتوناكوس، جيه إل (2010). شبكات الحاسوب من الشبكات المحلية إلى الشبكات الواسعة: الأجهزة والبرمجيات والأمن . بوسطن: كورس تكنولوجي، سينجج ليرنينج. ص 501.

[11] "ICTP-SDU: حول PingER" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 10-10-2013 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 16-05-2013 .

[12] "فقدان الحزم أو زمن الاستجابة في القفزات الوسيطة" . تم الاسترجاع في 25-02-2007 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ أ ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

ping

[ 11 ]