بررسی دلایل، اثرات، نحوه تشخیص و راه حل رفع Packet Loss

امروزه در عصر دیجیتالی که ارتباطات شبکه‌ای به عنوان رگ اصلی انتقال داده‌ها و ارتباطات اجتماعی مجازی به شدت توسعه یافته است، اهمیت زیادی برای حفظ عملکرد بهینه شبکه‌ها وجود دارد. یکی از چالش‌هایی که ممکن است در این حوزه بروز کند، مسأله Packet Loss است. به عنوان یکی از شاخص‌های اصلی کیفیت شبکه، Packet Loss به معنای از دست دادن بسته‌های داده در حین انتقال اطلاعات از یک نقطه به نقطه دیگر است. این پدیده می‌تواند از اهمیت زیادی برخوردار باشد زیرا می‌تواند به طور مستقیم تأثیرات منفی بر کارایی و عملکرد شبکه داشته باشد و در نتیجه، منجر به افزایش زمان پاسخ و کاهش سرعت انتقال داده‌ها شود.

این مقاله به معرفی و بررسی عوامل ایجاد، پیامدها، روش‌های تشخیص و راه‌حل‌های موجود برای مدیریت و کنترل Packet Loss در شبکه‌های کامپیوتری می‌پردازد. با ما تا انتهای این نوشتار همراه باشید تا درک بهتری از مفهوم پکت لاس پیدا کنید.

پکت لاس در شبکه چیست؟

واژه پکت لاس(Packet Loss) از دو حرف Packet که به معنای بسته و Loss که به معنای از دست رفته یا گم شده می‌باشد تشکلیل شده است. Packet یا بسته، یک واحد کوچک از داده‌ها است که توسط یک پروتکل شبکه بین مبدأ و مقصد در اینترنت یا هر شبکه پکت-سوئیچ دیگری مسیردهی می‌شود. بسته‌های شبکه مقادیر کمی از داده‌ها را نگهداری می‌کنند که معمولاً شامل اطلاعاتی مانند آدرس مبدا و مقصد، پروتکل‌ها یا شماره شناسایی است. از ارسال ایمیل گرفته تا دانلود فیلم، هر فعالیت اینترنتی نیاز به انتقال بسته‌ها دارد. هنگامی که بسته‌ها نتوانند به مقصد برسند، کاربران نهایی ممکن است با اختلالاتی مانند کندی سرویس یا از دست دادن اتصال شبکه مواجه شوند. برای کاربران شبکه خانگی، خدمات کندتر یا از دست دادن شبکه می‌تواند تجربه کاربری ضعیفی ایجاد کند و برای یک کسب‌و‌کار، مشکلات شبکه می‌تواند بر عملیات روزانه تأثیر بگذارد. به طور معمول، برنامه‌هایی که به پردازش بسته‌های بلادرنگ متکی هستند(مانند تماس ویدیویی و برنامه‌های مبتنی بر صدا) در هنگام از دست دادن بسته‌ها بیشترین آسیب را خواهند دید. پکت لاس معمولاً به دلیل خطا در انتقال داده یا ازدحام شبکه ایجاد می‌شود. نرخ تلفات بسته به درصد بیان می‌شود که به صورت تعداد بسته‌های از دست رفته بر تعداد کل ارسال شده محاسبه می‌شود.

دلایل ایجاد Packet Loss چیست؟

عواملی که ممکن است منجر به از دست رفتن بسته‌ها شوند، شامل قدرت سیگنال ناکافی در مقصد، تداخل طبیعی یا ایجاد شده توسط انسان، نویز بیش از حد سیستم، خرابی نرم‌افزار یا گره‌های شبکه بیش از حد است. معمولاً این عوامل به صورت ترکیبی در ایجاد این مشکل دخیل هستند. عوامل دیگری نیز می‌توانند شامل موارد زیر باشند:

• ازدحام شبکه: زمانی که یک شبکه به حداکثر ظرفیت خود می‌رسد، ممکن است بسته‌ها به‌طور نادرست دریافت شوند یا به دلیل ازدحام حذف شوند. در چنین مواقعی، برنامه‌های مخصوص می‌توانند بسته‌های داده از دست رفته را مجدداً ارسال کنند.
• سخت‌افزار شبکه: زیرساخت‌های قدیمی و نامناسب ممکن است باعث کاهش ترافیک شبکه شوند که منجر به از دست رفتن بسته‌ها می‌شود. این مسئله ممکن است در فایروال‌ها، مودم‌ها و روترها رخ دهد.
• مشکلات نرم‌افزاری: نرم‌افزار ناکارآمد ممکن است باگ‌هایی را وارد شبکه کند که منجر به رفتارهای غیرمنتظره شود. در صورت امکان، بهتر است نرم‌افزارها به‌روزرسانی شوند.
• حملات امنیتی: حملات denial-of-service می‌توانند باعث افزایش ناگهانی و شدید Packet Loss شوند. در این حملات، هدف هکر این است که یک سیستم را با درخواست‌های زیادی پر کند تا شبکه از کار بیفتد.

در صورتی که نتوان علت را برطرف کرد، می‌توان از پنهان‌سازی پکت لاس(packet loss concealment) استفاده کرد تا اثرات از دست رفتن بسته‌ها کمینه شود.

عواقب Packet Loss چیست؟

اثرات Packet Loss با کاهش عملکرد شبکه همراه است و شامل موارد زیر می‌شود:

• کاهش کیفیت ارتباط: برنامه‌های بی‌درنگ، به ویژه VoIP، با نوسان و انقطاع‌های مکرر در دریافت گفتار مواجه می‌شوند. از دست رفتن بسته‌ها به میزان کمتر از 2% ممکن است تأثیر قابل توجهی داشته باشد.
• کاهش throughput: پکت لاس باعث کاهش تروپوت می‌شود. برخی از پروتکل‌های لایه انتقال، Packet Loss را به عنوان ازدحام تفسیر می‌کنند و به همین دلیل، نرخ انتقال خود را برای جلوگیری از ازدحام احتمالی تنظیم می‌کنند.
• کاهش امنیت ارتباط: از دست دادن بسته‌ها می‌تواند backdoorهای با اولویت پایین ایجاد کند و دسترسی مهاجمان را افزایش دهد. برنامه‌های VoIP نیز ممکن است از این طریق هک شوند.
• از دست دادن داده‌های رمزنگاری شده: سیستم‌هایی که بخاطر پکت لاس هک شده‌اند، ممکن است مجرمان سایبری را قادر به دور زدن اقدامات امنیتی و سرقت داده‌های رمزنگاری شده کنند.
• رها کردن بسته: بسته‌هایی که بیشترین تاخیر را دارند ممکن است رها شوند تا تاخیر کلی کاهش یابد.
• داده‌های ناقص: در بدترین حالت، پکت لاس می‌تواند منجر به از بین رفتن شدید داده‌های دریافتی، شکسته شدن تصاویر، گفتار نامفهوم یا حتی عدم دریافت سیگنال شود.

علاوه بر این، اثرات Packet Loss برحسب نوع پروتکل مورد استفاده متفاوت خواهد بود:

• پروتکل کنترل انتقال: TCP برای نفی از دست دادن بسته طراحی شده است. اگر بسته‌ای از دست برود، TCP می‌تواند آن را دوباره ارسال کند. ارسال دوم، بسته‌های از دست رفته را جمع‌آوری کرده و جریان داده را بازسازی می‌کند. با این حال، این بدان معنا نیست که هیچ تأخیری در کار نیست. شبکه ممکن است کمی کندتر به نظر برسد، زیرا ارسال مجدد داده‌ها زمان‌بر است.
• پروتکل دیتاگرام کاربر: UDP می‌تواند در برخی از معماری‌های شبکه استفاده شود، اما نمی‌تواند بسته‌ها را مجدداً ارسال کند، بنابراین داده باید مجدداً به صورت دستی ارسال شود. در عوض، اتصالات UDP می‌توانند برای قطع ارتباط شبکه در صورت از دست دادن بسته استفاده شوند.

سطوح از دست دادن بسته در شرایط مختلف متفاوت است. به عنوان مثال، از دست رفتن بسته‌های کمتر از 2% ممکن است باعث ایجاد تداخل در تماس VoIP شود، درحالی‌که تا 10٪ پکت لاس می‌تواند برای دانلودهای کوچک قابل قبول باشد.

نحوه تشخیص پکت لاس

یکی از راه‌های ساده برای شناسایی پکت لاس، استفاده از TCP است، زیرا TCP برای مقابله با از دست رفتن بسته‌ها طراحی شده است. اگر کاربر می‌خواهد Packet Loss را تشخیص دهد، می‌تواند از یک ابزار تشخیصی مانند تست پینگ(Packet Internet or Inter-Network Groper) استفاده کند. برنامه‌ی شبکه ping که در تمامی سیستم‌عامل‌ها موجود است، بسته‌های خاصی را به یک مقصد معین ارسال می‌کند و سپس بررسی می‌کند که آیا گره انتهایی به درستی پاسخ می‌دهد یا خیر. بهترین روش برای اندازه‌گیری از دست رفتن بسته‌ها، ارسال تعداد زیادی Ping به مقصد و بررسی پاسخ‌های ناکام است. به عنوان مثال، اگر فردی 50 بار به یک مقصد پینگ بفرستد و تنها 49 پاسخ دریافت کند، می‌تواند حدود 2 درصد Packet Loss را تخمین بزند.

آموزش رفع پکت لاس

راه‌حل‌هایی برای رفع Packet Loss وجود دارد، اما راه‌حل یکتا برای آن وجود ندارد، زیرا این مسأله می‌تواند از مشکلات مختلفی ناشی شود. به این ترتیب، روش‌های مختلفی برای رفع این مشکل وجود دارد:

• افزایش پهنای باند: اگر مشکل اصلی ازدحام شبکه باشد، افزایش پهنای باند می‌تواند به درخواست‌های بیشتری به طور همزمان پاسخ دهد و از تأخیرهای بیشتر جلوگیری کند.
• انجام بازرسی دقیق بسته DPI: یک نوع فیلترینگ بسته است که داده‌ها یا بارکدهای خاص را مکان‌یابی، شناسایی، طبقه‌بندی، مسیریابی مجدد یا مسدود می‌کند. این کار می‌تواند با ساده‌سازی جریان ترافیک شبکه به کاهش ازدحام کمک کند.
• به‌روز‌رسانی سخت‌افزار و نرم‌افزار: سخت‌افزار و نرم‌افزار قدیمی می‌توانند باعث افزایش ترافیک شبکه شوند و باعث پکت لاس شوند. به‌روزرسانی سخت‌افزار و نرم‌افزار همچنین می‌تواند به جلوگیری از بروز باگ‌های اضافی کمک کند.
• استفاده از اتصالات سیمی: در مقایسه با شبکه‌های بی‌سیم، احتمال بروز Packet Loss در حین انتقال در شبکه‌های سیمی کمتر است، زیرا اتصال سیمی پایدارتر است. با این حال، مطمئن شوید که کابل‌های اترنت سیمی به خوبی کار می‌کنند، زیرا کابل‌های ناسالم می‌توانند تأثیر مخربی بر انتقال بسته‌ها داشته باشند.
• کاهش موانع متداخل: تداخل سیگنال‌های دستگاه‌های بلوتوث، مانند هدفون و کیبورد، می‌تواند باعث نویز شود. قطع این دستگاه‌ها ممکن است به کاهش این مشکل کمک کند.

سخن آخر

در نهایت، برای جلوگیری از ایجاد Packet Loss، اهمیت ارتقاء سیستم‌ها و شبکه‌ها را نباید فراموش کرد. با به‌روزرسانی سخت‌افزارها و نرم‌افزارها، استفاده از اتصالات سیمی به جای بی‌سیم، کاهش موانع متداخل، و به‌کارگیری فناوری‌های بازرسی دقیق بسته، می‌توان به طور قابل‌توجهی از ایجاد Packet Loss جلوگیری کرد و کارایی شبکه را بهبود بخشید. این اقدامات نه تنها به بهبود تجربه کاربران کمک می‌کنند بلکه می‌توانند هزینه‌های ناشی از این مشکلات را نیز کاهش دهند.