Packet Loss در شبکه: علل، اثرات، تشخیص و راه‌حل‌ها

Packet Loss یا پکت لاس زمانی رخ می‌دهد که یک یا چند بسته داده ارسالی نتوانند به مقصد خود برسند. این مساله می‌تواند باعث مشکلات عملکردی قابل توجهی برای انواع ارتباطات دیجیتال شود.

Packet یا بسته، واحد کوچکی از داده‌ها است که توسط یک پروتکل شبکه بین مبدأ و مقصد در اینترنت یا هر شبکه‌ی 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.

اینجا بخوانید: پکت داده چیست؟

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 Packet Loss چیست؟

دلایل از دست دادن بسته شامل قدرت سیگنال ناکافی در مقصد، تداخل طبیعی یا ایجاد شده توسط انسان، نویز بیش از حد سیستم، خرابی نرم افزار یا گره‌های شبکه بیش از حد است که معمولا بیش از یکی از این عوامل دخیل هستند. علل دیگر شامل موارد زیر است:

• ازدحام شبکه: هنگامی که یک شبکه به حداکثر ظرفیت خود می‌رسد، ارتباط آن ممکن است با کندی مواجه شده و بسته‌های دریافتی را نادیده گرفته یا دور بیاندازد تا بتواند با سرعت مطلوبی ادامه دهد. در صورت ازدحام شبکه، یک برنامه ممکن است بتواند بسته‌های داده از دست رفته را دوباره ارسال کند.
• سخت افزار شبکه: زیرساخت شبکه قدیمی و نامناسب می‌تواند ترافیک شبکه را به اندازه‌ای کاهش دهد که منجر به از دست رفتن بسته‌ها شود. این مساله ممکن است برای فایروال‌ها، مودم‌ها و روترها رخ دهد. بهتر است این تجهیزات سخت افزاری به‌روز شده یا با تجهیزات جدیدتر جایگزین شوند.
• اشکالات نرم افزاری: نرم‌افزار ناکارآمد می‌تواند باگ‌هایی را وارد شبکه کند که منجر به رفتارهای غیرمنتظره از جمله پکت لاس می‌شود. در صورت امکان، نرم افزارها باید به‌روزرسانی شوند.
• نقض امنیت: حملات denial-of-service، می‌توانند باعث افزایش ناگهانی و شدید Packet Loss شوند. هدف هکر این است که یک سیستم را با درخواست‌های زیادی پر کند تا شبکه از کار بیفتد. منابع سخت افزاری سیستم قربانی به قدری مصروف به درخواست‌های غیر معمول می‌شوند که دسترسی به آنها برای دیگران دشوار یا غیرممکن می‌شود. افزایش غیرمعمول پکت لاس می‌تواند نشانه‌ای از یک حمله سایبری باشد.

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

اثرات از دست دادن بسته چیست؟

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

• عدم 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 قابل توجه 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.

اینجا بخوانید: تفاوت TCP و UDP چیست؟

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.

چگونه می‌توان Packet Loss را تشخیص داد؟

یکی از راه‌های آسان برای تشخیص پکت لاس، شناسایی آن توسط TCP است، زیرا TCP برای نفی از دست دادن بسته طراحی شده است.

اگر کاربر بخواهد Packet Loss را تشخیص بدهد، می‌تواند از یک ابزار تشخیصی مانند تست پینگ (Packet Internet or Inter-Network Groper) استفاده کند. برنامه کاربردی شبکه ping که در همه سیستم عامل ها تعبیه شده 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 راه برای اندازه‌گیری از دست رفتن بسته‌ها، ارسال تعداد زیادی Ping به مقصد و جستجوی پاسخ‌های ناموفق است. به عنوان مثال، اگر شخصی 50 بار به یک مقصد پینگ بزند و تنها 49 پاسخ دریافت کند، می‌تواند پکت لاس را در حدود 2 درصد تخمین بزند.

چگونه پکت لاس را برطرف کنید؟

یک راه حل یکتا برای Packet Loss وجود ندارد، زیرا این مسأله می‌تواند ناشی از مشکلات مختلفی باشد. به این ترتیب، روش‌های مختلفی برای رفع این رخداد وجود دارد:

• افزایش پهنای باند: اگر مشکل فقط ناشی از ازدحام شبکه باشد، افزایش پهنای باند اجازه می‌دهد تا درخواست‌های بیشتری به طور همزمان پردازش شوند و از تأخیرهای بیشتر جلوگیری شود
• انجام بازرسی دقیق بسته: DPI نوعی فیلترینگ بسته است که داده‌ها یا بارکدهای ویژه را مکان‌یابی، شناسایی، طبقه‌بندی، مسیریابی مجدد یا مسدود می‌کند. این کار می‌تواند با ساده‌سازی جریان ترافیک شبکه به کاهش ازدحام کمک کند. به عنوان مثال، بسته‌ها را می‌توان به عنوان اولویت بالا برچسب‌گذاری کرد و قبل از بسته‌های با اولویت پایین مسیردهی کرد.
• به‌روز‌رسانی سخت‌افزار و نرم‌افزار: سخت‌افزار و نرم‌افزارهای قدیمی می‌توانند ترافیک شبکه را افزایش دهند و باعث پکت لاس شوند. Microsoft Windows Task Manager می‌تواند به مدیر شبکه کمک کند تا نرم‌افزاری که پهنای باند زیادی اشغال کرده را شناسایی کند. 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.

چگونه می‌توان از Packet Loss جلوگیری کرد؟

یکی از راه‌های جلوگیری از Packet Loss یا حفظ آن در سطح قابل قبول، نظارت بر عملکرد شبکه است. برخی از ابزارهای مانیتورینگ شامل حسگرهایی هستند که از دست رفتن بسته را ایزوله و رفع می‌کنند، در‌حالی‌که برخی دیگر ابزارهای بازرسی دقیق بسته (deep packet inspection) را ارائه می‌دهند. اگر سازمانی دستگاه‌های خود را به طور منظم اسکن کند، باید بتواند بارهای شبکه را در حجم بالا مدیریت کند.