مقارنة بين بروتوكولات TCP وUDP

شرح بروتوكول TCP و UDP: الفرق، الوظائف، واستخدامات كل منهما

تعتبر بروتوكولات النقل في شبكات الحاسوب من الأساسيات التي تشكل الجزء الأساسي من الطريقة التي تنتقل بها البيانات بين أجهزة الكمبيوتر على الشبكة. من بين البروتوكولات الأكثر شهرة التي يتم استخدامها لهذا الغرض هما بروتوكول TCP (Transmission Control Protocol) وبروتوكول UDP (User Datagram Protocol). يتمتع كلا البروتوكولين بمزايا وعيوب، ويعتمد اختيار كل منهما على متطلبات التطبيق الذي يستخدمه. في هذا المقال، سوف نتناول شرحًا مفصلاً لكلا البروتوكولين، مع التركيز على الاختلافات بينهما، واستخداماتهما المختلفة، وكيفية اختيار الأنسب حسب الحاجة.

ما هو بروتوكول TCP؟

بروتوكول التحكم في الإرسال (TCP) هو بروتوكول موثوق يعتمد على الاتصال بين الأجهزة في الشبكة. يستخدم TCP في نقل البيانات بطريقة تضمن التسليم السليم والمتسلسل للبيانات. يعني هذا أن TCP يضمن وصول البيانات إلى الوجهة المطلوبة دون فقدان أو تلف، كما يضمن ترتيب وصول البيانات كما تم إرسالها، وبالتالي فهو يُعتبر أكثر بروتوكولات النقل موثوقية.

كيف يعمل بروتوكول TCP؟

1. إقامة الاتصال (Three-Way Handshake):
   عند البدء في الاتصال عبر TCP، يتم استخدام عملية تسمى “التصافح الثلاثي” (Three-Way Handshake) لإقامة الاتصال بين العميل والخادم. هذه العملية تتضمن ثلاثة خطوات:

   • يقوم العميل بإرسال رسالة SYN (تطلب اتصال) إلى الخادم.

   • يرد الخادم برسالة SYN-ACK (اعتماد الاتصال) التي تعني أن الخادم جاهز للاتصال.

   • يرسل العميل رسالة ACK (تأكيد) لإتمام الاتصال.

2. تقسيم البيانات إلى قطع صغيرة (Segments):
   عندما يتم نقل البيانات عبر TCP، يتم تقسيم البيانات إلى أجزاء أصغر تُسمى “قطاعات” (Segments)، وكل قطعة من البيانات تحمل معلومات مثل الرقم التسلسلي الذي يساعد على ترتيب البيانات عند الوصول.

3. التحقق من وصول البيانات (Acknowledgments):
   بعد إرسال كل قطعة من البيانات، يرسل المستقبل (الخادم أو العميل) رسالة تأكيد (ACK) لتشير إلى أن البيانات تم استقبالها بنجاح. إذا لم يستقبل المرسل تأكيدًا في فترة زمنية معينة، يعيد إرسال البيانات.

4. التحكم في التدفق (Flow Control) والتحكم في الازدحام (Congestion Control):
   يتمكن TCP من إدارة سرعة إرسال البيانات عن طريق تقنيات مثل نافذة التحجيم الديناميكي (Sliding Window)، مما يضمن أن المرسل لا يرسل البيانات بسرعة أكبر من قدرة المستقبل على استقبالها. كما يستخدم TCP خوارزميات للتحكم في الازدحام مثل خوارزمية “ألينغ” و”تراجع الازدحام” لتقليل التأثيرات السلبية لحالة الازدحام في الشبكة.

5. إنهاء الاتصال (Connection Termination):
   بعد اكتمال نقل البيانات، يتم إغلاق الاتصال بين العميل والخادم باستخدام عملية “إغلاق الاتصال” التي تشمل تبادل رسائل FIN بين الطرفين.

مزايا وعيوب TCP

• المزايا:

  • موثوقية عالية: يضمن بروتوكول TCP أن البيانات ستصل بشكل صحيح، وتُحافظ على ترتيبها.

  • إعادة الإرسال التلقائي: في حال فقدان البيانات أثناء الإرسال، يقوم TCP بإعادة إرسالها.

  • التحكم في التدفق والازدحام: يساهم في تقليل التأخير في الشبكة.

• العيوب:

  • زيادة التأخير: بسبب العمليات مثل التصافح الثلاثي، وإعادة الإرسال، والتحقق من وصول البيانات، قد يواجه TCP تأخيرًا أكبر مقارنة بالبروتوكولات الأخرى.

  • استنفاد الموارد: يتطلب بروتوكول TCP مزيدًا من الذاكرة والمعالجة بسبب عمليات التحقق والتأكيد.

ما هو بروتوكول UDP؟

بروتوكول بيانات المستخدم (UDP) هو بروتوكول بدون اتصال، ويعمل بشكل أسرع مقارنةً بـ TCP، لكن مع مزيد من المخاطرة في فقدان البيانات أو الوصول غير المرتب. يُستخدم UDP في الحالات التي يكون فيها السرعة أكثر أهمية من الموثوقية، أو في التطبيقات التي تتعامل مع تدفق البيانات المتواصل حيث يمكن تحمل فقدان بعض البيانات.

كيف يعمل بروتوكول UDP؟

1. بدون اتصال (Connectionless):
   بروتوكول UDP لا يحتاج إلى إقامة اتصال مسبق بين العميل والخادم. يتم إرسال البيانات مباشرة إلى الوجهة دون أي تأكيد من المستقبل أو عملية تصافح. هذا يساهم في تقليل التأخير بشكل كبير.

2. إرسال البيانات في وحدات صغيرة (Datagrams):
   يتم تقسيم البيانات إلى وحدات صغيرة تُسمى “رزم” (Datagrams). تختلف هذه الوحدات في حجمها حسب حجم البيانات المرسلة، ولا تحتوي كل وحدة على معلومات تسلسلية مثل TCP.

3. لا يوجد ضمانات (No Guarantees):
   لا يضمن بروتوكول UDP وصول البيانات بشكل سليم أو في الترتيب الصحيح. لا يوجد آلية للتأكد من استلام البيانات أو لإعادة إرسال البيانات في حالة الفقدان.

4. لا توجد إدارة للتدفق أو الازدحام:
   بسبب طبيعته البسيطة، لا يتضمن بروتوكول UDP أي آليات للتحكم في التدفق أو الازدحام في الشبكة. لذلك، في الشبكات المزدحمة، قد تواجه بيانات UDP تأخيرًا أو فقدًا.

مزايا وعيوب UDP

• المزايا:

  • سرعة أكبر: حيث أن البروتوكول لا يتطلب وقتًا إضافيًا لإنشاء اتصال أو تأكيد وصول البيانات، فهو أسرع من TCP.

  • استهلاك أقل للموارد: لا يتطلب UDP الكثير من الذاكرة أو المعالجة مقارنة بـ TCP.

  • مناسب لتطبيقات البث المباشر: يُستخدم في تطبيقات مثل البث المباشر، الألعاب عبر الإنترنت، والمكالمات الصوتية، حيث تكون السرعة أهم من ضمان تسليم كل قطعة من البيانات.

• العيوب:

  • غياب الموثوقية: لا يمكن ضمان وصول البيانات أو الترتيب الصحيح لها.

  • عدم وجود إعادة إرسال تلقائي: في حالة فقدان البيانات، لن يتم إعادة إرسالها بشكل تلقائي.

  • الاختناقات في الشبكة: في حالة وجود ازدحام في الشبكة، قد تتعرض البيانات للفقد أو التأخير.

الاختلافات الرئيسية بين TCP و UDP

استخدامات TCP و UDP

• استخدامات TCP:
  يُستخدم بروتوكول TCP في الحالات التي تكون فيها الموثوقية والضمانات مهمة للغاية. من الأمثلة على التطبيقات التي تستخدم TCP:

  • تصفح الإنترنت (HTTP/HTTPS): يحتاج إلى نقل بيانات موثوق بين المتصفح والخوادم.

  • البريد الإلكتروني (SMTP/IMAP): يتطلب نقل الرسائل بشكل موثوق وسليم.

  • نقل الملفات (FTP): يجب ضمان نقل البيانات بدون فقدان أو تلف.

• استخدامات UDP:
  يُستخدم بروتوكول UDP في التطبيقات التي تتطلب سرعة أكبر من ضمان الموثوقية. من الأمثلة على التطبيقات التي تستخدم UDP:

  • البث الصوتي والفيديو (VoIP): حيث يكون التأخير في النقل أكثر أهمية من ضمان تسليم كل جزء من البيانات.

  • الألعاب عبر الإنترنت: تحتاج الألعاب إلى سرعة في الاتصال للحفاظ على تجربة لعب سلسة.

  • DNS (نظام أسماء النطاقات): يستخدم UDP لأن الاستعلامات لا تحتاج إلى ضمان تسليم كل حزمة من البيانات بشكل فردي.

الخلاصة

بروتوكولات TCP و UDP هما العمود الفقري لنقل البيانات عبر الإنترنت، ولكن الاختيار بينهما يعتمد على المتطلبات الدقيقة للتطبيق. إذا كانت الموثوقية والضمانات مهمة، فإن TCP هو الخيار الأنسب. أما إذا كانت السرعة هي الأهم ويمكن تحمل بعض الخسارة في البيانات، فإن UDP هو الخيار الأمثل.