Дейтаграмма — это базовая единица передачи, связанная с сетью с коммутацией пакетов . Дейтаграммы обычно структурируются по разделам заголовка и полезной нагрузки . Дейтаграммы предоставляют услугу связи без установления соединения в сети с коммутацией пакетов. Доставка, время прибытия и порядок прибытия дейтаграмм не должны гарантироваться сетью.
В начале 1970-х годов термин « дейтаграмма» был создан путем объединения слов « данные» и «телеграмма» докладчиком CCITT по коммутации пакетов [1] Халвором Ботнером-Бай . [2] [3] Хотя это слово было новым, концепция уже имела долгую историю.
В 1964 году Пол Бэран описал в отчете корпорации RAND гипотетическую военную сеть, которая должна противостоять ядерной атаке. Небольшие стандартизированные блоки сообщений , содержащие адреса источника и назначения, хранились и пересылались в компьютерных узлах ячеистой компьютерной сети с высокой избыточностью. [4] «Пользователь сети, который установил виртуальное соединение с конечной станцией и передал сообщения... может также рассматривать систему как черный ящик, обеспечивающий видимое соединение по цепи».
В 1967 году Дональд Дэвис опубликовал плодотворную статью, в которой представил пакет и коммутацию пакетов . [5] Предложенная им базовая сеть аналогична сети, предложенной Полом Бараном, хотя и разработана независимо. Он предполагает, что «все пользователи сети обеспечат себе некоторую защиту от ошибок». Его цель - «сеть связи с общей несущей». Для поддержки удаленного доступа пользовательских терминалов к компьютерным сервисам, которые в то время передавались посимвольно, он включил на периферию сети интерфейсные компьютеры, преобразующие потоки символов в потоки пакетов и наоборот.
В 1970 году Лоуренс Робертс и Барри Д. Весслер опубликовали статью об ARPANET , первой многоузловой сети с коммутацией пакетов. [6] В сопроводительном документе описаны узлы коммутации ( IMP ) и форматы пакетов. [7] Ядро сети осуществляло коммутацию дейтаграмм, как в модели Барана и Дэвиса, но на его периферии применялся сквозной принцип для борьбы с потерями дейтаграмм и переупорядочением. Таким образом, пользовательским компьютерам была предложена надежная служба передачи сообщений, что значительно упростило проект сети.
Робертс представил идею коммутации пакетов профессионалам в области связи и столкнулся с гневом и враждебностью. До того, как ARPANET заработала, они утверждали, что буферы маршрутизатора быстро закончатся. После того, как ARPANET заработала, они утверждали, что коммутация пакетов никогда не будет экономически выгодной без государственных субсидий. Бэран столкнулся с таким же отказом и поэтому не смог убедить военных построить сеть с коммутацией пакетов. [8]
В 1973 году Луи Пузен представил свой проект CYCLADES , первой крупномасштабной сети, реализующей чистую модель дейтаграмм Дэвиса. [9] Таким образом, команда CYCLADES была первой, кто решил очень сложную проблему предоставления пользовательским приложениям надежного сервиса виртуальных каналов [10] при использовании сквозного сетевого сервиса, который, как известно, может привести к значительным потерям датаграмм и переупорядочению. Хотя целью Пузена «на первом этапе является не прорыв [sic] в технологии коммутации пакетов, а создание надежного средства связи для Киклад», [9] два члена его команды, Юбер Циммерман и Жерар Ле Ланн , добились значительных успехов. вклад в разработку протокола TCP Интернета, который признал Винт Серф , его главный разработчик. [11]
В 1981 году Агентство передовых оборонных исследовательских проектов ( DARPA ) выпустило первую спецификацию Интернет-протокола (IP). Он представил значительную эволюцию концепции дейтаграмм: фрагментацию . [12] При фрагментации некоторые части глобальной сети могут использовать пакеты большого размера (обычно локальные сети для минимизации накладных расходов на обработку), в то время как некоторые другие могут использовать меньшие размеры пакетов (обычно глобальные сети для минимизации времени ответа). Сетевые узлы могут фрагментировать дейтаграмму на несколько более мелких пакетов.
В 1999 году Инженерная группа Интернета (IETF) санкционировала использование уже широко распространенной трансляции сетевых адресов (NAT), при которой каждый публичный адрес может использоваться несколькими частными устройствами. [13] Благодаря этому предстоящее исчерпание интернет-адресов было отложено, оставив достаточно времени для внедрения IPv6 , нового поколения интернет-протокола, поддерживающего более длинные адреса. Первоначальный принцип полной сквозной прозрачности сети для дейтаграмм был для этого смягчен: узлы NAT должны были управлять состояниями каждого соединения, что делало их частично ориентированными на соединение .
В 2015 году IETF обновил свой информационный документ RFC 2309 1998 года о том, что узлы коммутации дейтаграмм выполняют активное управление очередями (AQM), чтобы сделать его более сильной и подробной рекомендацией по лучшей текущей практике посредством публикации RFC 7567. Хотя первоначальная модель организации очередей дейтаграмм была простой Для реализации и необходимости настройки не требовалось больше, чем длина очередей, поддержка более сложных и параметризованных механизмов оказалась необходимой «для улучшения и сохранения производительности Интернета» ( RED , ECN и т. д.). Также требовались дальнейшие исследования по этому вопросу с составлением списка выявленных предметов. [14]
Термин «дейтаграмма» определяется следующим образом: [15]
«Автономный, независимый объект данных, несущий достаточную информацию для маршрутизации от источника к компьютеру назначения без зависимости от более раннего обмена между этим источником и компьютером назначения и транспортной сетью».
— RFC 1594
Дейтаграмма должна быть автономной, не полагаясь на более ранние обмены, поскольку между двумя точками связи нет соединения фиксированной продолжительности, как, например, в большинстве голосовых телефонных разговоров. [16]
Службу датаграмм часто сравнивают со службой доставки почты; пользователь предоставляет только адрес назначения, но не получает никаких гарантий доставки и подтверждения при успешном получении. Поэтому служба дейтаграмм считается ненадежной . Служба дейтаграмм маршрутизирует дейтаграммы без предварительного создания заранее определенного пути. Поэтому служба дейтаграмм считается не требующей установления соединения . Также не учитывается порядок отправки и получения этой и других дейтаграмм. Фактически, многие дейтаграммы в одной группе могут путешествовать по разным путям, прежде чем достигнут одного и того же места назначения в разном порядке . [17]
Каждая дейтаграмма состоит из двух компонентов: заголовка и полезных данных . Заголовок содержит всю информацию, достаточную для маршрутизации от исходного оборудования к месту назначения без необходимости предварительного обмена между оборудованием и сетью. Заголовки могут включать адреса источника и назначения, а также поле типа. Полезная нагрузка — это данные, которые необходимо передать. Этот процесс вложения полезных данных в тегированный заголовок называется инкапсуляцией .
Интернет -протокол (IP) определяет стандарты для нескольких типов дейтаграмм. Интернет -уровень — это служба дейтаграмм, предоставляемая IP. Например, UDP запускается службой датаграмм на интернет-уровне. IP — это ненадежная служба доставки сообщений, не требующая установления соединения. TCP — это протокол более высокого уровня, работающий поверх IP и обеспечивающий надежный сервис, ориентированный на соединение.