ما هو بروتوكول Stop and Wait في شبكة الحاسوب

يُعد بروتوكول “Stop and Wait” بأنّه أبسط طريقة للتحكم في التدفق، حيث سيرسل المرسل إطاراً واحداً في كل مرة إلى جهاز الاستقبال وسيتوقف المرسل وينتظر الإقرار من المتلقي، وهذا الوقت أي وقت الانضمام إلى إرسال الرسالة واستلام الإقرار بالاستلام هو وقت انتظار المرسل ويكون المرسل خاملاً خلال هذا الوقت.

ما هو بروتوكول Stop and Wait

بروتوكول “Stop and Wait”: هو بروتوكول يُعتمد للتحكم في التدفق، حيث يرسل المرسل إطاراً واحداً إلى المتلقي وينتظر إقراراً، كما يتم إرسال الإطار التالي بواسطة المرسل فقط عند استلام إقرار بالإطار السابق، وتستمر عملية إرسال إطار وانتظار إقرار بالاستلام طالما أن لدى المرسل بيانات لإرسالها.

أساسيات بروتوكول Stop and Wait

• عندما يحصل المرسل على الإقرار “ACK”، سيرسل حزمة البيانات التالية إلى المستلم وينتظر الكشف مرة أخرى وستستمر هذه العملية طالما أن لدى المرسل البيانات لإرسالها.

• أثناء إرسال البيانات من المرسل إلى المتلقي يجب التحكم في تدفق البيانات، وإذا كان المرسل يرسل البيانات بمعدل أعلى ممّا يمكن للمستقبل استقبالها ومعالجتها، فستفقد البيانات.

• ستساعد طرق التحكم في التدفق في ضمان عدم ضياع البيانات، وستتحقق طريقة التحكم في التدفق من أن المرسلين يرسلون البيانات فقط بمعدل يمكن للمستقبل تلقيه ومعالجته.

• الميزة الرئيسية لبروتوكولات التوقف والانتظار هي دقتها،حيث يتم إرسال الإطار التالي فقط عند التعرف على الإطار الأول لذلك لا توجد فرصة لفقد الإطار.

• عيب هذا النهج هو أنه غير فعال ويجعل عملية النقل بطيئة، وينتقل الإطار الفردي من المصدر إلى الوجهة في هذه الطريقة وينتقل إقرار واحد من الوجهة إلى المصدر، ونتيجة لذلك يستخدم كل إطار يتم إرساله واستلامه الوقت الكامل اللازم لاجتياز الارتباط.

• علاوة على ذلك إذا كانت المسافة بين جهازين متباعدة فسيتم إهدار الكثير من الوقت في انتظار رسائل “ACK” ممّا يؤدي إلى زيادة إجمالي وقت الإرسال.

سمات بروتوكول Stop and Wait

• يتم استخدامه في الاتصال المهيأ للاتصال.

• يوفر التحكم في الخطأ والتدفقات.

• يمكن استخدامه في طبقات ارتباط البيانات والنقل.

• في “Stop and Wait” يقوم “ARQ” بتنفيذ بروتوكول النافذة المنزلقة بحجم النافذة 1.

مبدأ عمل بروتوكول Stop and Wait

أثناء إرسال البيانات من المرسل إلى المتلقي يجب التحكم في تدفق البيانات، وعندما يقوم فيها المرسل بإرسال البيانات بمعدل أعلى من قدرة المتلقي على تلقيها ومعالجتها فستفقد البيانات، كما ستساعد طرق التحكم في التدفق في ضمان عدم ضياع البيانات، وستحافظ طريقة التحكم في التدفق على التحقق من أنّ المرسلين يرسلون البيانات فقط بمعدل مناسب.

هناك طريقتان رئيسيتان يمكن من خلالهما تحقيق ذلك أي استخدام بروتوكول “Stop-and-wait” أو بروتوكول النافذة المنزلقة، ويوجد نوعان من التأخيرات أثناء إرسال هذه الإطارات:

1- تأخير الإرسال

الوقت الذي يستغرقه المرسل لإرسال كل أجزاء الإطار على السلك يسمى تأخير الإرسال، كما يتم حساب ذلك بقسمة حجم البيانات “D” الذي يجب إرساله بواسطة النطاق الترددي “B” للارتباط.

Td = D / B

2- تأخير الانتشار

الوقت الذي تستغرقه آخر بت من الإطار للوصول من جانب إلى الجانب الآخر يسمى تأخير الانتشار، كما يتم حسابها بقسمة المسافة بين المرسل والمستقبل على سرعة انتشار الموجة.

Tp = d / s

حيث أنّ “d” هي المسافة بين المرسل والمستقبل وأمّا “s” هي سرعة انتشار الموجة

مزايا بروتوكول Stop and Wait

• إنّه سهل التنفيذ.

• الميزة الرئيسية لهذا البروتوكول هي الدقة.

• يتم إرسال الإطار التالي فقط عند التعرف على الإطار الأول، لذلك لا توجد فرصة لفقد أي إطار.

عيوب بروتوكول Stop and Wait

• يمكن إرسال حزمة واحدة فقط في كل مرة.

• إذا كانت المسافة بين المرسل والمستقبل كبيرة، فإنّ تأخير الانتشار سيكون أكبر من تأخير الإرسال، ومن ثم ستصبح الكفاءة منخفضة للغاية.

• بعد كل إرسال يجب على المرسل انتظار الإقرار وستزيد هذه المرة من إجمالي وقت الإرسال وهذا يجعل عملية النقل بطيئة.

خصائص بروتوكول Stop and Wait

• في هذه الطريقة للتحكم في التدفق يرسل المرسل إطاراً واحداً إلى جهاز الاستقبال وينتظر إقراراً بالاستلام.

• يتم إرسال الإطار التالي بواسطة المرسل فقط عند استلام إقرار بالإطار السابق.

• تستمر عملية إرسال إطار وانتظار إقرار بالاستلام طالما أن لدى المرسل بيانات لإرسالها.

• لإنهاء إرسال مرسل الإرسال بنهاية إطار الإرسال “EOT”.

• يتم إرسال الإطار التالي فقط عند التعرف على الإطار الأول، لذلك لا توجد فرصة لضياع الإطار.

• العيب الرئيسي لهذه الطريقة أنّها غير فعالة ويجعل عملية النقل بطيئة، وفي هذه الطريقة ينتقل الإطار الفردي من المصدر إلى الوجهة وينتقل الإقرار الفردي من الوجهة إلى المصدر.

• ونتيجة لذلك يستخدم كل إطار يتم إرساله واستلامه الوقت الكامل اللازم لاجتياز الارتباط، حيث علاوة على ذلك إذا كان جهازان متباعدان عن بعضهما البعض، فسيتم إهدار الكثير من الوقت في انتظار رسائل “ACK” التي تؤدي إلى زيادة إجمالي وقت الإرسال.

• المرسل يضع حزمة البيانات على ارتباط الإرسال.

• تنتشر حزمة البيانات باتجاه نهاية المتلقي.

• تصل حزمة البيانات إلى جهاز الاستقبال وتنتظر في المخزن المؤقت الخاص بها.

• يعالج المتلقي حزمة البيانات.

• يضع المتلقي الإقرار على رابط الإرسال.

• ينتشر الإقرار في نهاية المرسل.

• يصل الإقرار إلى المرسل وينتظر في المخزن المؤقت الخاص به.

• المرسل يعالج الإقرار.

كيفية تصميم بروتوكول Stop and Wait

تنتظر طبقة “Datalink” الموجودة على جانب المرسل طبقة الشبكة الخاصة بها لإرسال حزمة البيانات وبعد ذلك يتحقق ارتباط البيانات من أنّه يمكنه إرسال الإطار أم لا، وفي حالة تلقي إشعار إيجابي من الطبقة المادية تقوم طبقة ارتباط البيانات بإخراج الإطار من البيانات التي توفرها طبقة الشبكة ثم إرسالها إلى الطبقة المادية، وبعد إرسال البيانات سينتظر بعد ذلك الإقرار قبل إرسال الإطار التالي.

كما تنتظر طبقة ارتباط البيانات على جانب المستقبل وصول الإطار، حيث عندما يصل الإطار يقوم المستقبِل بمعالجة الإطار ثم يسلمه إلى طبقة الشبكة، وبعد ذلك سيرسل الإقرار أو إطار “ACK” يعود إلى المرسل.

تطور عمل بروتوكول Stop and Wait

يُستخدم بروتوكول “Stop-and-wait” في طبقة ارتباط البيانات للإرسال في القنوات الصامتة، كما أنّه هناك سيناريو تصل فيه إطارات البيانات، وإلى موقع جهاز الاستقبال بشكل أسرع ممّا يمكن معالجته وممّا يعني أنّ معدل الإرسال أكبر من معدل معالجة الإطارات، ومن الطبيعي ألّا يحتوي جهاز الاستقبال على مساحة كافية وكما أنّ البيانات تأتي من مصادر متعددة، وقد يحدث تجاهل الإطارات أو رفض الخدمة.

من أجل منع المستقبِل من الإرهاق هناك حاجة لإخبار المرسل بإبطاء إرسال الإطارات ويمكن الاستفادة من الملاحظات من المستلم إلى المرسل، كما يستخدم هذا البروتوكول أثناء الإرسال ويرسل المرسل إطاراً واحداً ثم يتوقف حتى يتلقى التأكيد من المتلقي وبعد استلام المرسل التأكيد يرسل الإطار التالي.

يوجد اتصال أحادي الاتجاه لإطارات البيانات لكن إطارات الإقرار أو “ACK” تنتقل من الاتجاه الآخر وبالتالي يتم إضافة التحكم في التدفق، وبالتالي فإنّ التوقف والانتظار هو أحد بروتوكول التحكم في التدفق الذي يستخدم خدمة التحكم في التدفق التي توفرها طبقة ارتباط البيانات، ولكل إطار تم إرساله يلزم الإقرار بالاستلام ويستغرق نفس القدر من الوقت للنشر من أجل الرجوع إلى المرسل.