آشنایی با مزایای روش‌های ارتباطی اتصال‌گرا و غیر اتصال‌گرا

دیتاگرام چیست؟

قبل از آن‌که به بررسی مکانیزم‌های ارتباطی اتصال‌گرا و غیراتصال‌گرا بپردازیم، لازم است در مورد چند اصطلاح مهم اطلاعاتی به‌دست آوریم. دیتاگرام (Datagram) از واحدهای بنیادی انتقال اطلاعات در شبکه‌های راهگزینی بسته‌ای (packet-switched) است که در آن، تحویل بسته‌ها، زمان رسیدن آن‌ها به مقصد و ترتیب رسیدن دیتاگرام‌ها به مقصد، توسط شبکه تضمین نمی‌شود. اصطلاح دیتاگرام اولین‌بار در پروژه CYCLADES که یک شبکه packet-switched ایجاد شده در دهه ۱۹۷۰ بود، استفاده شد. این اصطلاح توسط لوییز پوزین (Louis Pouzin) انتخاب شد و ترکیبی از دو واژه data و telegram است. CYCLADES اولین شبکه‌ای بود که به جای شبکه، خود کامپیوترها در آن تحویل داده‌ها به مقصد را تضمین می‌کردند؛ این‌کار با استفاده از دیتاگرام‌های غیرمطمئن با استفاده از سازوکار پروتکل نقطه به نقطه انجام می‌گرفت.

اصطلاح انتقال داده‌ها به چه معنا است؟

انتقال داده (یا ارتباط داده یا ارتباطات دیجیتال) به معنای انتقال داده‌ها (یک جریان دیجیتال از بیت‌ها یا سیگنال آنالوگ دیجیتایز شده) از طریق کانال مخابراتی نقطه‌به‌نقطه یا چندپخشی است. نمونه‌هایی از چنین کانال‌هایی عبارت‌اند از سیم‌های مسی، فیبر نوری، کانال‌های ارتباطی بی‌سیم، دستگاه ذخیره‌سازی داده و گذرگاه‌های رایانه‌ای. داده‌ها به‌عنوان سیگنال الکترومغناطیسی مانند ولتاژ الکتریکی، موج‌های رادیویی، ریزموج، یا سیگنال فروسرخ ارائه می‌شوند. انتقال آنالوگ یک روش برای انتقال صوت، داده، تصویر، سیگنال، یا ویدیو با استفاده از سیگنالی مداوم است که از لحاظ دامنه، فاز، و غیره، می‌تواند متفاوت باشد. این پیام‌ها یا با استفاده از یک روش مدولاسیون دیجیتال، توسط مجموعه‌ی محدودی از موج‌هایی که به‌طور مداوم در حال تغییر هستند ( انتقال باندگذر)، و یا توسط دنباله‌ای از پالس‌ها با استفاده از یک کدینگ خط ( انتقال باندپایه) ارائه می‌شوند. مدولاسیون باندگذر و تخریب مربوط به آن (یا «تشخیص») توسط تجهیزات مودم انجام می‌شود. طبق رایج‌ترین تعریف سیگنال دیجیتال، هر دو سیگنال باندپایه و باندگذر که نمایان‌گر جریان بیت‌ها باشند، به‌عنوان انتقال دیجیتال در نظر گرفته می‌شوند، در حالی که تعریف جایگزین دیگری از سیگنال دیجیتال، فقط سیگنال باندپایه را دیجیتالی می‌داند، و انتقال باندگذر از داده‌های دیجیتال به‌عنوان نوعی تبدیل دیجیتال به آنالوگ در نظر گرفته می‌شود. داده‌های منتقل‌شده ممکن است پیام‌های دیجیتالی باشند که از یک منبع داده سرچشمه می‌گیرند، مثلاً رایانه یا صفحه کلید. هم‌چنین ممکن است یک سیگنال آنالوگ، مانند تماس تلفنی یا سیگنال ویدیویی، در جریانی از بیت‌ها، دیجیتالی شده باشد. مثلاً با استفاده از طرح‌هایی مانند مدولاسیون کد پالس (PCM) یا کدگذاری منبع به‌طور پیشرفته‌تر (تبدیل آنالوگ به دیجیتال و فشرده‌سازی داده‌ها). کدگذاری منبع و رمزگشایی توسط تجهیزات کدک انجام می‌شود. از لایه های مهم در زمینه انتقال داده‌ها باید به لایه‌ یک، لایه‌ فیزیکی (کدگذاری کانال از جمله، طرح‌های مدولاسیون دیجیتال، طرح‌های کدینگ خط، کدگذاری کانال (FEC)، همگام‌سازی بیت، مالتی‌پلکس کردن، تساوی، مدل‌های کانال مخابراتی)، لایه‌ دو که همان لایه‌ پیوند داده‌ها است (طرح دسترسی به کانال، کنترل دسترسی به رسانه (MAC)، ارتباطات به‌صورت بسته‌ای و هم‌گام‌سازی قاب، تشخیص خطا و درخواست تکرار خودکار (ARQ)، کنترل جریان) و لایه‌ ششم  که لایه‌ نمایش است (کدگذاری منبع (دیجیتالی شدن و فشرده‌سازی داده‌ها) و نظریه‌ی اطلاعات و رمزنگاری (ممکن است در هر لایهای انجام شود) اشاره کرد.

ارتباط اتصال‌گرا چیست؟

در دنیای شبکه‌های کامپیوتری و مخابرات، انتقال اطلاعات، فرایند جابجایی پیام شامل اطلاعات کاربر از یک منبع به یک سمت یک گره تحت شبکه توسط کانال مخابراتی است. در این معنا، انتقال اطلاعات با انتقال داده‌ها برابر است که مفهومی فنی‌تر و عملی‌تر دارد. نرخ بیت اطلاعات ممکن است با تراگسیل نرخ سمبل برابر باشد یا نباشد. انتقال دو سویه اطلاعات تبادل اطلاعات نامیده می‌شود. ارتباطات اتصال گرا ممکن است یک ارتباط مدارگزینی یا یک ارتباط مدار مجازی حالت بسته‌بندی (packet mode) باشند. در مورد اخیر، ممکن است هریک از این دو باشد:

1-پروتکل مدار مجازی لایه انتقال : مانند پروتکل TCPکه اجازه می‌دهد که داده‌ها به ترتیب تحویل داده شوند با اینکه گزینش لایه‌های پایین‌تر غیر اتصال گرا می‌باشند

2-حالت گزینش لایه شبکه یا لایه پیوند داده : مکانی که همه بسته‌های داده که متعلق به مسیر ترافیک مشابهی می‌باشند در طول مسیر مشابهی تحویل داده می‌شوند. این روش اجازه می‌دهد گزینش مبتنی برسخت افزار سریع تر باشد.

خدمات پروتکل اتصال گرا، اغلب ونه همیشه ازخدمات قابل اطمینان شبکه می‌باشند که تصدیق را بعد از دریافت موفقیت‌آمیز فراهم می‌کنند. توابع درخواست تکراری خودکار در مورد داده‌های گم شده یا تشخیص بیت خطا است. نمونه‌هایی از ارتباط اتصال گرا وغیرقابل اطمینان ATM, FRAME RELAY , MPLS هستند.

مدارگزینی

ارتباط مدارگزینی (سوئیچینگ مداری) به عنوان مثال شبکه تلفن عمومی، ISDN، SONET/SDH و شبکه مش نوری ذاتاً سیستم‌های ارتباطی اتصال گرا می‌باشند. ارتباط حالت مدار(circuit mode) تضمین می‌کند که داده‌ها با پهنای باند و تأخیر ثابت خواهند رسید وتحویل منظم جریان بیت هایا بایت‌ها فراهم می‌شود. سوئیچ‌ها در طول مرحلهٔ اسقرار پیکر بندی شده‌اند.

مدارگزینی مجازی

ارتباط حالت بسته‌بندی (packet mode) نیز ممکن است اتصال گرا باشد، که ارتباط حالت مدار مجازی نامیده می‌شود، ممکن است ارتباط از تأخیر بارکردن ترافیک‌های مختلف وصف بندی بسته، به دلیل گزینش بسته ( packet switching) زیان ببیند. ارتباط اتصال گرا لزوماً پروتکل‌های قابل اطمینان نیستند. پروتکل‌های اتصال گرا گاهی اوقات به عنوان stateful توصیف می‌شوند زیرا آن‌ها می‌توانند مسیر گفتگو را در خود نگه دارند.

ارتباط حالت اتصال لایه انتقال

پروتکل‌های اتصال‌گرای لایه انتقال، ارتباط‌های اتصال گرا در سیستم‌های غیر اتصال گرا را فراهم می‌کنند. یک پروتکل اتصال گرای لایه انتقال (مثلاًTCP)ممکن است براساس یک پروتکل غیراتصال گرای لایه شبکه (مثلاً IP) باشد، اما هنوز جریان منظمی از بایت‌ها را دریافت می‌کند، به وسیله توالی شماره segment (پیام‌های لایه انتقال) در سمت فرستنده، بافر بسته‌ها و مرتب‌سازی مجدد آن‌ها درسمت گیرنده. توالی شماره‌ها نیازمند هماهنگ‌سازی دوطرفه شمارنده سگمنت‌ها در طول ایجاد یک گام از ارتباط سه مرحله‌ای می‌باشد.

مدارگزینی مجازی لایه شبکه و لایه پیوند داده

در گزینش بسته (packet switching) ارتباط اتصال‌گرای پروتکل لایه شبکه یا لایه پیوند داده همه داده‌ها از یک مسیر یکسان و در طول یک جلسه ارتباط فرستاده می‌شوند. پروتکل، جریان ترافیک را تنها توسط تعداد جریان کانال/داده تشخیص می‌دهد، اغلب شناسه مدارمجازی(VCI) شناخته می‌شود، به جای اطلاعات کامل مسیر یابی برای هربسته (آدرس منبع ومقصد) که در گزینش دیتاگرام‌های غیرمتصل مانند آی‌پی قراردادی روترها استفاده می‌شود. در ارتباط اتصال گرا، اطلاعات مسیریابی ممکن است گره‌های شبکه را در طول مرحله ایجاد ارتباط فراهم کنند. جایی که VCIدر جدول‌های هرگره تعریف شده‌است. بنابراین، گزینش بسته واقعی و انتقال داده رامی توان با سخت افزارسریع در مقابل نرم‌افزار کند براساس مسیریابی مراقبت کرد. به‌طور معمول، شناسه این ارتباط یک عدد صحیح کوچک (به عنوان مثال ۱۰ بیت برای FRAME RELAY و۲۴ بیت برای ATM)می‌باشد. این باعث می‌شود که گزینش شبکه به‌طور قابل توجهی سریع تر شود (جداول مسیریابی فقط نگاه کردن جداول راساده می‌سازدو درپیاده‌سازی سخت‌افزار بدیهی می‌باشند.) تأثیر خیلی زیاد است، درواقع، حتی پروتکل‌های مشخص غیراتصال گرا، مانند ترافیک IP، با پیشوند هدر اتصال گرا برچسب می‌خورند (به عنوان مثال: در MPLSیا IPV۶ نسخه شش پروتکل آی پی) برای نمونه ATM و FRAME RELAY(قاب رله)، هر دو نمونه‌هایی از پروتکل‌های اتصال گرا، غیرقابل اطمینان لایه پیوند داده می‌باشند همچنین پروتکل‌های غیر اتصال گرا و قابل اطمینان هم وجود دارند هم چون AX.۲۵، پروتکل لایه شبکه، وقتی که داده‌ها را از قاب Iمی گذراند. اما این ترکیب کمیاب است و غیراتصال گرا- قابل اطمینان در شبکه‌های مدرن غیرمعمول است. پروتکل‌های اتصال گرا زمان واقعی ترافیک را به‌طور قابل توجهی مؤثرتر از پروتکل‌های غیر اتصال گرا کنترل می‌کنند، به خصوص با بسته‌های طول کوتاه وثابت، که به همین دلیل ATMتا به حال برای حمل زمان واقعی جایگزین اترنت شده‌است. جریان ترافیک همزمان، به خصوص در شبکه‌های به شدت متراکم مااند BACKBONES، که در آن شعار «پهنای باند ارزان است» نتواند به وعده اش عمل کند. تجربه همچنین نشان داده‌است شرط پهنای باند تمامی مشکلات کیفیت سرویس را حل نمی‌کند. از این رو انتظار نمی‌رود که اترنت ۱۰ گیگابایت در این زمان چایگزین ATMشود. تعدادی از پروتکل‌های اتصال گرا طراحی یا تغییر داده شده‌اند تا با هردو داده‌های اتصال گرا و داده‌های غیر اتصال گرا مطابقت کنند.

ارتباط غیراتصال‌گرا

ارتباط غیراتصال‌گرا یک روش انتقال داده است که در شبکه‌های سوئیچینگ بسته استفاده می‌شود و به وسیله آن هر واحد داده به‌طور منحصربه‌فرد آدرس‌دهی می‌شود و براساس اطلاعات هر واحد مسیریابی می‌شود. ارتباط غیراتصال‌گرا اغلب به‌عنوان ارتباط حالت cl نامیده می‌شود. در ارتباط غیراتصال‌گرا بین دو نقطه پایانیِ شبکه، یک پیام می‌تواند بدون هماهنگیِ قبلی از یک نقطه پایانی به نقطه دیگر فرستاده شود. وسیله موجود در انتهای ارتباط، بدون حصول اطمینان از این‌که گیرنده در دسترس و آماده دریافت داده‌ها است؛ داده‌ها را به دیگری منتقل می‌کند. تعدادی از پروتکل‌ها با درخواست ارسال مجدد امکان اصلاح خطا را می‌دهند. پروتکل اینترنت (IP) و پروتکل داده کاربر (UDP) پروتکل‌های غیراتصال‌گرا هستند. بسته ارسالی در حالت غیراتصال‌گرا اغلب یک دیتاگرام (datagram) نامیده می‌شود. پروتکل‌های غیراتصال‌گرا اغلب به‌عنوان پروتکل‌های بدون وضعیت (stateless) توصیف می‌شوند؛ چون نقطه‌های پایانی به منظور یادآوری این‌که در حال مبادله پیام هستند، هیچ روش تعریف پروتکلی ندارند. در ارتباط اتصال‌گرا، اعضای ارتباط باید ابتدا یک کانال فیزیکی یا منطقی داده قبل از انتقال داده‌های کاربر ایجاد کنند.

مزیت ارتباط‌های غیراتصال‌گرا در مقابل ارتباط‌های اتصال‌گرا، سربار کم‌تر آن‌هاست. همچنین، امکان عملیات چندپخشی (multicast) را، که در آن داده‌های یکسانی به چندین مقصد در شبکه فرستاده می‌شوند، فراهم می‌کند. در مقابل، ارتباطی است که به صورت تک‌پخشی (unicast)، نقطه به نقطه، عمل می‌کند. در انتقال‌های غیراتصال‌گرا، ارئه‌دهنده خدمات معمولاً نمی‌تواند تضمین کند که هیچ‌گونه خطا و بسته‌های گم‌شده، تکراری و خارج از ترتیب وجود نخواهد داشت. با این حال، تأثیر خطاها با پیاده‌سازی تصحیح خطا در پروتکل لایه کاربرد کم می‌شود.

در حالت غیراتصال‌گرا، هنگامی که چندین واحد داده را بین دو عضو یکسان می‌فرستیم، هیچ‌گونه بهینه‌سازی ممکن نیست. با برقراری یک ارتباط در آغاز تبادل داده، اجزا (روترها و پل‌ها) در طول مسیر شبکه قادر خواهند بود اطلاعات مسیریابی را با اجتناب از محاسبات تکراری محاسبه کنند. مولفه‌های شبکه همچنین می‌توانند ظرفیتی را برای انتقال واحدهای داده رزرو کنند؛ به‌طور مثال، نحوه دانلود ویدیو و انتقال این اطلاعات بر مبنای روش‌های اتصال‌گرا و غیراتصال‌گرا در لایه‌های مختلف مدل مرجع OSI به روش‌های مختلفی انجام می‌شود.

امنیت اطلاعات

در نهایت قبل از آنکه مبادله اطلاعات انجام شود، دقت کنید که امنیت رسانه انتقال باید به دقت مورد بررسی قرار گیرد. عبارت‌های «امنیت شبکه» و «امنیت اطلاعات» اغلب به جای هم مورد استفاده قرار می‌گیرند. عدم آشنایی بسیاری از کاربران و کارکنان سازمان‌ها، به نفوذگران کمک می‌کند تا به راحتی وارد یک شبکه کامپیوتری شده و از داخل آن به اطلاعات محرمانه دست پیدا کنند یا این که به اعمال خرابکارانه بپردازند. هر چه رشد اینترنت و اطلاعات روی آن بیشتر می‌شود نیاز به اهمیت امنیت شبکه افزایش پیدا می‌کند. امنیت شبکه به‌طور کلی برای فراهم کردن امکان حفاظت از مرزهای یک سازمان در برابر نفوذگران (مانند هکرها) به کار می‌رود. برای تأمین امنیت بر روی یک شبکه، یکی از بحرانی‌ترین و خطیرترین مراحل، تأمین امنیت دسترسی و کنترل تجهیزات شبکه است. تجهیزاتی همچون مسیریاب، سوئیچ یا دیوارهای آتش. با این حال، امنیت اطلاعات به صراحت بر روی محافظت از منابع اطلاعاتی در برابر حمله ویروس‌ها یا اشتباهات ساده توسط افراد درون سازمان متمرکز شده‌است و برای این منظور از تکنیک‌های جلوگیری از از دست رفتن داده‌ها (DLP) بهره می‌برد. یکی از این تکنیک‌ها، تقسیم‌بندی شبکه‌های بزرگ توسط مرزهای داخلی است. امنیت شبکه از تصدیق هویت کاربر و معمولاً توسط یک نام کاربری و یک رمز عبور آغاز می‌شود. از آنجایی که این موضوع تنها نیازمند به یک چیز در کنار نام کاربری (یعنی رمز عبور) است، لذا گاهی اوقات تحت عنوان «احراز هویت تک عامله» نامیده می‌شود. با «احراز هویت دو عامله» برخی از چیزهایی که شما دارید، نیز استفاده می‌شود (به عنوان مثال یک توکن امنیتی یا قفل سخت‌افزاری، یک کارت ATM یا تلفن همراه شما)، یا با «احراز هویت سه عامله» بعضی از چیزهایی که معرف شماست نیز استفاده می‌شود (مانند اثر انگشت).