نظام الإرسال المزدوج الكامل في شبكات الحاسوب Full/Full Duplex Mode

في نموذج طبقة ربط النظام المفتوح “OSI” تُخصص الطبقة المادية لنقل البيانات في الشبكة، كما إنّه يقرر بشكل أساسي اتجاه البيانات، والتي تحتاج البيانات إلى السفر فيها للوصول إلى نظام أو عقدة المستقبل.

ما هو نظام Full/Full Duplex Mode

نظام الازدواج “Full/Full Duplex Mode”: هو نوع من الاتصال يمكن أن تتدفق فيه البيانات بطريقتين في نفس الوقت، لذلك يمكن للأجهزة المزدوجة الكاملة الاتصال ذهاباً وإياباً في وقت واحد.

الهواتف هي أمثلة شائعة للأجهزة ثنائية الاتجاه، كما يسمحان لكلا الشخصين بسماع بعضهما البعض في نفس الوقت، وفي عالم الكمبيوتر تكون معظم بروتوكولات الشبكة ثنائية الاتجاه ممّا يتيح للأجهزة إرسال البيانات ذهاباً وإياباً في وقت واحد، فعلى سبيل المثال يمكن لجهازي كمبيوتر متصلين عبر كابل “Ethernet” إرسال البيانات واستقبالها في نفس الوقت.

تدعم الشبكات اللاسلكية أيضاً الاتصال ثنائي الاتجاه، بالإضافة إلى ذلك تًعد معايير الإدخال أو الإخراج الحديثة مثل “USB” و”Thunderbolt” ثنائية الاتجاه بالكامل، كما يمكن استخدام المصطلحين مزدوج الاتجاه وكامل الاتجاه بالتبادل لأنّ كلاهما يشير إلى اتصال ثنائي الاتجاه متزامن.

وغالباً ما يتم استخدام الازدواج الكامل على عكس أحادي الاتجاه والذي يدل على الاتصال ثنائي الاتجاه ولكن ليس في نفس الوقت، كما يُعد الاتصال البسيط أكثر محدودية ولا يدعم سوى نقل البيانات في اتجاه واحد.

• “OSI” هي اختصار لـ “Open Systems Interconnection”.

• “USB” هي اختصار لـ “Universal Serial Bus”.

أساسيات نظام الازدواج

يدل الإرسال المزدوج الكامل الإرسال والاستلام المتزامن للبيانات عبر قناة واحدة، وجهاز مزدوج الاتجاه قادر على إرسال بيانات شبكة ثنائية الاتجاه في نفس الوقت، كما يمكن للأجهزة أحادية الاتجاه الإرسال فقط في اتجاه واحد في وقت واحد، وباستعمال الوضع أحادي الاتجاه يمكن أن تنتقل البيانات في اتجاهين ولكن ليس في نفس الوقت.

ويُشير مصطلح الإزدواج في حد ذاته إلى إمكانية إرسال واستقبال البيانات، حيث غالباً ما يتم استعمال “Duplex” عند التحدث عن المحادثات عبر الهاتف أو الكمبيوتر، كما يمكن أن تستخدم بيئة “Ethernet” ثنائية الاتجاه زوجاً من الكابلات الملتوية لتلقي الحزم وزوجاً من الكابلات الملتوية للإرسال.

في اتصالات البيانات يسمح الجهاز أحادي الاتجاه للمستخدمين باختيار الوضعين الكامل أو أحادي الاتجاه ومع الأجهزة ثنائية الاتجاه نصف أو كاملة مثل أجهزة المودم، سيتم تعيين مفتاح إمّا على الوضع الكامل أو النصف، كما يمكن تعديل الوضع ليتوافق مع كل نوع محدد من برامج الاتصال، وعند التعيين على نظام أحادي الاتجاه يمكن أن تحدد الاتصالات والاستخدام البديل لقناة الاتصال والأجهزة والوقت المخصص لكل ارتباط بيانات في النظام لعمليات الإرسال.

يمكن لنظام مزدوج كامل إرسال البيانات في كلا الاتجاهين على طريق الإرسال، كما تُعتمد طريقة “Full/Full Duplex Mode” لإرسال البيانات من خلال علاقة اتصال تسلسلي، ويلزم توفر سلكين لإرسال البيانات عبر طبقة ارتباط اتصال تسلسلي وإرسال ثنائي الاتجاه، ويتم مشاركة سعة القناة من خلال كلا الجهازين المترتبطين في جميع الأوقات.

يمكن لكل من الأجهزة المرتبطة الإرسال والاستلام في نفس الوقت، لذلك فهو يُعد نظاماً ثنائي الاتجاه كما قد يتضمن الارتباط على مسارين منفصلين للإرسال، أحدهما للإرسال والآخر للاستقبال ومثال على وضع الازدواج الكامل هو تعمل شبكات الهاتف، وفي وضع الازدواج الكامل عندما يتحدث مستعملان على خط الهاتف ويمكن لكليهما الاستماع والتحدث في نفس الوقت.

مزايا Full/Full Duplex Mode

• هناك زيادة في أداء الشبكة في هذا الوضع.

• سرعة إرسال واستقبال البيانات أسرع في هذا الوضع.

• يضاعف استخدام النطاق الترددي.

• تحديد المشكلة سهل في وضع الإرسال ثنائي الاتجاه.

عيوب Full/Full Duplex Mode

• جميع معدات الشبكة لا تدعم نظام الازدواج الكامل.

• يكون الأمر مكلفًا عندما نريد ترقية النظام إلى الازدواج الكامل.

• في بعض الأحيان قد يسبب عدم الاستقرار، ونتيجةً لذلك قد يكون من الصعب على المسؤولين تشخيص المشكلة في الشبكة.

مبدأ عمل Full/Full Duplex Mode

يمكن تحقيق الإرسال ثنائي الاتجاه باستخدام خط من أربعة أسلاك أو كابل متحد المحور أو نظام إرسال موجات الراديو، ونوع مألوف من الاتصالات ثنائية الاتجاه هو المكالمة العادية المحلية أو المحلية بعيدة المدى عبر شبكة الهاتف العامة “PSTN“، وخطوط “T1” الخاصة هي أيضاً ثنائية الاتجاه لأنّها مثل الشبكة العامة هي بطبيعتها خطوط بأربعة أسلاك.

ومعظم أنظمة الكابل التلفزيوني نصف مزدوج الاتجاه ولكن يتم ترقيتها سريعاً من أجل الازدواج الكامل بحيث يمكن لمشغلي الكابلات تقديم خدمات تفاعلية في الوقت الفعلي، ومن خلال أجهزة فك التشفير التلفزيونية بالإضافة إلى خدمة الهاتف في منافسة مع شركات الهاتف المحلية، وشبكات الهاتف الخلوي هي مثال على نظام إرسال موجات الراديو الذي يدعم الاتصال ثنائي الاتجاه.

الازدواج الكامل هو وضع تشغيل اختياري يسمح بالاتصال المتزامن بين زوج من المحطات، حيث يجب أن يستخدم الارتباط بين المحطات مقطع وسائط من نقطة إلى نقطة، مثل الوسائط المزدوجة الملتوية أو وسائط الألياف الضوئية لتوفير وسائل نقل بيانات منعزلة للإرسال والاستقبال، ومع تمكين وضع الإرسال المزدوج تستطيع لكلتا المحطتين الإرسال والاستقبال في وقت واحد ممّا يضاعف السعة الإجمالية للوصلة.

وعلى سبيل المثال يوفر مقطع الزوج الملتوي سريع الإيثرنت أحادي الاتجاه حدًا أقصى يبلغ “100 ميجابت في الثانية” من عرض النطاق الترددي، وعند التشغيل في ازدواج كامل يمكن أن يوفر نفس المقطع المزدوج المجدول “100BASE-TX” نطاقاً ترددياً إجمالياً يبلغ “200 ميجابت في الثانية”.

ميزة أساسية أخرى لعملية الازدواج الكامل هي أنّ الحد الأعلى لطول الكابل لم يعد مرتبطاً باحتياجات التوقيت لشبكة إيثرنت أحادية القناة ثنائية الإرسال المشتركة، وفي وضع الازدواج الكامل تكون الحدود الوحيدة هي تلك التي تم تعيينها بواسطة إمكانات نقل الإشارة لقطاع الوسائط، وهذا مفيد بشكل خاص لقطاعات الألياف الضوئية.

تم تحديد وضع الازدواج الكامل الاختياري في ملحق “802.3x للمعيار” والذي يخصص رسمياً الطرق المستعملة للتشغيل ثنائي الاتجاه، كما يعرض ملحق “802.3x” أيضاً مجموعة معينة من الآليات المستعملة للتحكم في التدفق على الارتباطات ثنائية الاتجاه، وتسمى الآليات المستخدمة لإنشاء التحكم في التدفق التحكم في “MAC” و”PAUSE”.

• “PSTN” هي اختصار لـ “Public Switched Telephone Network”.

• “MAC” هي اختصار لـ “Media Access Control “.

متطلبات تشغيل Full/Full Duplex Mode

• يجب أن يكون لنظام الوسائط مسارات بيانات مستقلة للإرسال والاستلام يمكن أن تتفعل في نفس الوقت.

• كما توجد مسارات البيانات هذه عادةً على روابط ثنائية مجدولة وألياف ضوئية.

• هناك محطتان بالضبط متصلتان بوصلة ثنائية الاتجاه من نقطة إلى نقطة، ونظراً لعدم وجود تنازع على استخدام وسيط مشترك، فإنّ خوارزميات الوصول المتعددة وعلى سبيل المثال “Carrier Sense” مع الوصول المتعدد واكتشاف الاصطدام أو “CSMA / CD” غير ضرورية.

• كلتا المحطتين على الشبكة المحلية “LAN” قادران على وضع التشغيل ثنائي الاتجاه وقد تم تكوينهما لاستخدامهما، وهذا يعني أنّ كلا واجهتي “Ethernet” يجب أن تتمتع بالقدرة على إرسال واستقبال الإطارات في وقت واحد.

• الوضع الأصلي لتشغيل “Ethernet” أحادي الاتجاه استناداً إلى “CSMA / CD”، حيث في أسلوب التشغيل أحادي الإرسال القائم على “CSMA / CD”، يمكن لمحطة واحدة فقط الإرسال في أي وقت معين، ويجب تأجيل المحطات الأخرى حتى يكتمل هذا الإرسال.

ملاحظة:“CSMA / CD” هي اختصار لـ ” Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection”.

ملاحظة:“LAN” هي اختصار لـ “local area network”.