بروتوكول نقل البيانات القائم على UDP

بروتوكول نقل البيانات القائم على UDP ( UDT ) هو بروتوكول عالي الأداء لنقل البيانات، مصمم لنقل مجموعات البيانات الكبيرة عبر شبكات واسعة النطاق عالية السرعة. عادةً ما تكون هذه الإعدادات غير مواتية لبروتوكول TCP الأكثر شيوعًا .

طُوِّرت الإصدارات الأولية واختُبرت على شبكات فائقة السرعة (1  جيجابت/ثانية، 10  جيجابت/ثانية، إلخ)؛ ومع ذلك، جرى تحديث الإصدارات الحديثة من البروتوكول لدعم الإنترنت التجاري أيضًا. على سبيل المثال، يدعم البروتوكول الآن إعداد اتصال الالتقاء، وهي ميزة مرغوبة لتجاوز جدران الحماية NAT باستخدام بروتوكول UDP .

تتوفر نسخة مفتوحة المصدر من UDT على موقع SourceForge . وهي من أكثر الحلول شيوعاً لدعم نقل البيانات عالي السرعة، وتُستخدم في العديد من المشاريع البحثية والمنتجات التجارية.

طُوِّر برنامج UDT بواسطة يون هونغ غو ^{[ 1 ]} خلال دراسته للدكتوراه في المركز الوطني لاستخراج البيانات (NCDM) بجامعة إلينوي في شيكاغو، في مختبر الدكتور روبرت غروسمان. ويواصل الدكتور غو صيانة وتحسين البروتوكول بعد تخرجه.

بدأ مشروع UDT في عام 2001، عندما انتشرت الشبكات الضوئية منخفضة التكلفة، مما أدى إلى زيادة الوعي بمشاكل كفاءة بروتوكول TCP عبر الشبكات واسعة النطاق عالية السرعة. صُممت النسخة الأولى من UDT، والمعروفة أيضًا باسم SABUL (مكتبة أدوات النطاق الترددي المتاح البسيطة)، لدعم نقل البيانات بكميات كبيرة لنقل البيانات العلمية عبر الشبكات الخاصة. استخدمت SABUL بروتوكول UDP لنقل البيانات، واتصال TCP منفصل لرسائل التحكم.

في أكتوبر 2003، حقق المركز الوطني لبيانات الوسائط المتعددة (NCDM) نقل بيانات بسرعة 6.8 جيجابت في الثانية من شيكاغو في الولايات المتحدة إلى أمستردام في هولندا . وخلال الاختبار الذي استمر 30 دقيقة، تم نقل ما يقرب من 1.4 تيرابايت من البيانات.

أُعيد تسمية بروتوكول SABUL لاحقًا إلى UDT بدءًا من الإصدار 2.0 الذي صدر عام 2004. وقد أزال UDT2 اتصال التحكم TCP الموجود في SABUL، واستخدم بروتوكول UDP لنقل البيانات ومعلومات التحكم. كما قدّم UDT2 خوارزمية جديدة للتحكم في الازدحام، مما سمح للبروتوكول بالعمل بكفاءة وسلاسة مع تدفقات UDT وTCP المتزامنة.

وسّع بروتوكول UDT3 (2006) نطاق استخدامه ليشمل الإنترنت التجاري. كما تم تحسين آلية التحكم في الازدحام لدعم النطاق الترددي المنخفض نسبيًا. وقد قلّل UDT3 بشكل ملحوظ من استهلاك موارد النظام (وحدة المعالجة المركزية والذاكرة). بالإضافة إلى ذلك، يتيح UDT3 للمستخدمين تعريف وتثبيت خوارزميات التحكم في الازدحام الخاصة بهم بسهولة.

قدّمت UDT4 (2007) العديد من الميزات الجديدة لتحسين دعم التزامن العالي واختراق جدار الحماية. سمحت UDT4 بربط اتصالات UDT متعددة بنفس منفذ UDP، كما دعمت إعداد اتصال الالتقاء لتسهيل اختراق UDP .

يجري حاليًا التخطيط لإصدار خامس من البروتوكول. وتشمل الميزات المحتملة القدرة على دعم جلسات مستقلة متعددة عبر اتصال واحد.

علاوة على ذلك، ونظرًا لأن غياب ميزة أمان لتقنية UDT كان يمثل مشكلة في تطبيقها الأولي في بيئة تجارية، فقد قام برناردو (2011) بتطوير بنية أمان لتقنية UDT كجزء من دراساته للدكتوراه. وتخضع هذه البنية حاليًا للتحسين لدعم تقنية UDT في بيئات شبكية متنوعة (مثل الشبكات الضوئية).

يعتمد بروتوكول UDT على بروتوكول بيانات المستخدم (UDP)، مع إضافة آليات للتحكم في الازدحام والتحكم في الموثوقية. يُعد UDT بروتوكولًا ثنائي الاتجاه ، موجهًا للاتصال، على مستوى التطبيق، ويدعم كلاً من تدفق البيانات الموثوق والرسائل الموثوقة جزئيًا.

تُستخدم تقنية UDT على نطاق واسع في الحوسبة عالية الأداء لدعم نقل البيانات عالي السرعة عبر الشبكات الضوئية. على سبيل المثال، يوفر برنامج GridFTP ، وهو أداة شائعة لنقل البيانات في الحوسبة الشبكية، تقنية UDT كبروتوكول لنقل البيانات.

عبر الإنترنت التجاري، تم استخدام UDT في العديد من المنتجات التجارية لنقل الملفات بسرعة عبر الشبكات واسعة النطاق .

نظرًا لأن بروتوكول UDT يعتمد كليًا على بروتوكول UDP، فقد استُخدم أيضًا في العديد من الحالات التي يكون فيها بروتوكول TCP أقل كفاءة من بروتوكول UDP. تشمل هذه الحالات تطبيقات الند للند ، والاتصالات الصوتية والمرئية، وغيرها الكثير.

يُعتبر بروتوكول UDT من أحدث البروتوكولات، إذ يلبي متطلبات البنية التحتية لنقل البيانات في الشبكات عالية السرعة. ومع ذلك، فإن تطويره يُنشئ ثغرات أمنية جديدة، لأنه، كغيره من البروتوكولات، يعتمد كلياً على آليات الأمان الموجودة في البروتوكولات الحالية مثل بروتوكول التحكم في الإرسال (TCP) وبروتوكول بيانات المستخدم (UDP).

حظي البحث الذي أجراه الدكتور دانيلو فاليروس برناردو من جامعة سيدني للتكنولوجيا ، وهو عضو في شبكة التكنولوجيا الأسترالية ، والذي يركز على التجارب العملية على UDT باستخدام آليات الأمان المقترحة واستكشاف استخدام آليات الأمان الأخرى الموجودة المستخدمة في TCP/UDP لـ UDT، بمراجعات مثيرة للاهتمام في مختلف المجتمعات العلمية للشبكات والأمن.

لتحليل آليات الأمان، يُجري الباحثون برهانًا رسميًا على صحتها لمساعدتهم في تحديد مدى قابليتها للتطبيق باستخدام منطق تركيب البروتوكولات (PCL). يتميز هذا النهج ببنيته المعيارية، إذ يتضمن برهانًا منفصلاً لكل قسم من أقسام البروتوكول، مما يوفر فهمًا لبيئة الشبكة التي يمكن فيها استخدام كل قسم بكفاءة. علاوة على ذلك، يظل البرهان صالحًا لمجموعة متنوعة من استراتيجيات استعادة البيانات في حالة الأعطال، بالإضافة إلى خيارات التنفيذ والتكوين الأخرى. يستمد الباحثون تقنيتهم ​​من منطق تركيب البروتوكولات (PCL) الخاص ببروتوكولي TLS وKerberos المذكورين في المراجع. ويعملون على تطوير بنية الأمان الخاصة بهم والتحقق من صحتها باستخدام أنظمة إعادة الكتابة والأتمتة.

نتيجة عملهم، وهو الأول من نوعه في الأدبيات، هو تمثيل نظري وعملي أكثر قوة لهيكل أمان UDT، وهو قابل للتطبيق للعمل مع بروتوكولات الشبكة عالية السرعة الأخرى.

لقد كان مشروع UDT بمثابة قاعدة لمشروع SRT ، الذي يستخدم موثوقية الإرسال لبث الفيديو المباشر عبر الإنترنت العام.

فاز فريق UDT بتحدي النطاق الترددي المرموق ثلاث مرات خلال مؤتمر ACM/IEEE السنوي للحوسبة الفائقة ، وهو المؤتمر الأبرز عالميًا في مجال الحوسبة عالية الأداء والشبكات والتخزين والتحليل. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

في مؤتمر SC06 (تامبا، فلوريدا)، نقل الفريق مجموعة بيانات فلكية بسرعة 8  جيجابت/ثانية من قرص إلى قرص من شيكاغو، إلينوي إلى تامبا، فلوريدا باستخدام UDT. وفي مؤتمر SC08 (أوستن، تكساس)، عرض الفريق استخدام UDT في نقل بيانات معقد وعالي السرعة يشمل تطبيقات موزعة متنوعة عبر نظام مكون من 120 عقدة، موزعة على أربعة مراكز بيانات في بالتيمور وشيكاغو (مركزان) وسان دييغو. وفي مؤتمر SC09 (بورتلاند، أوريغون)، قدم فريق تعاوني من المركز الوطني لإدارة البيانات الرقمية (NCDM) ومختبر الأبحاث البحرية ومركز أبحاث الذكاء الاصطناعي (iCAIR) عرضًا لتطبيقات الحوسبة السحابية واسعة النطاق كثيفة البيانات والمدعومة بتقنية UDT.

• بروتوكول تسونامي UDP
• بروتوكول سريع وآمن (FASP)
• كويك

• برناردو، دي في وهوانغ، دي بي؛ "دراسة تجريبية: تجارب وتنفيذات نقل بيانات البروتوكول عالي السرعة لشبكة GRID" وقائع المؤتمر الدولي الخامس والعشرين لـ IEEE حول شبكات المعلومات المتقدمة وورش العمل التطبيقية، مارس 2011، سنغافورة.
• يون هونغ غو وروبرت ل. غروسمان، UDT: نقل البيانات القائم على بروتوكول UDP لشبكات المناطق الواسعة عالية السرعة، شبكات الحاسوب (إلسيفير). المجلد 51، العدد 7. مايو 2007.

• مشروع UDT على موقع SourceForge
• غلاف UDT.Net حول مكتبة بروتوكول UDT الأصلية
• UdtSharp: مكتبة .NET مكتوبة بلغة C# مُدارة بالكامل
• مسودة IETF بتاريخ 12 أكتوبر 2010 (منتهية الصلاحية)
• تشغيل بروتوكول HTTP عبر UDP في Node.js باستخدام UDT