أنواع الإرسال في الإيثرنت Ethernet

لا تدعم العديد من المحولات عالية السرعة حالياً الاتصالات أحادية الاتجاه التي تدعمها بعض أجهزة (Ethernet) القديمة فقط، كما يمكن استخدام المحول (Half-Duplex) إلى (Full-Duplex) بالاقتران مع المحولات ثنائية الاتجاه؛ لتوفير اتصالات أحادية الاتجاه (10/100 ميجابايت) لأجهزة (Ethernet) القديمة.

ما هو الإيثرنت Ethernet؟

الإيثرنت (Ethernet): هي تقنية تربط شبكات المنطقة المحلية السلكية (LAN)، وتمكّن الجهاز من الاتصال ببعضه البعض من خلال بروتوكول هو لغة الشبكة الشائعة، وهذه الشبكة المحلية عبارة عن شبكة من أجهزة الكمبيوتر والأجهزة الإلكترونية الأخرى التي تغطي مساحة صغيرة مثل المكتب أو المنزل أو الغرفة أو المبنى، كما تغطي شبكة المنطقة الواسعة (WAN) مناطق جغرافية أكبر بكثير.

كما إنّ (Ethernet) هو بروتوكول يقوم بالتحكم في العمليات الخاصة بكيفية نقل البيانات عبر (LAN)، كما يشير إلى كيفية قيام أجهزة الشبكة بنقل حزم البيانات وتنسيقها، بحيث تتمكن أجهزة الشبكة الأخرى في نفس قطاع شبكة المنطقة من تلقيها ومعالجتها والتعرف عليها.

الإرسال أحادي الاتجاه في الإيثرنت Half duplex transmission:

أحادي الاتجاه (Half-duplex): هو نوع من الإرسال ثنائي الاتجاه، حيث يمكنك الإرسال أو الاستقبال في اتجاه واحد فقط في كل مرة، كما إنّ إرسال واستقبال البيانات في وقت واحد غير ممكن في الإرسال أحادي الاتجاه، حيث تعمل شبكة (Ethernet) في أحادي الاتجاه، عند استخدام وسيط مشترك للاتصال أي عند توصيل أجهزة الشبكة باستخدام هيكل الناقل أو عند استخدام لوحات الوصل لتوصيل الأجهزة في الشبكة.

نصف الازدواج هو سيناريو، حيث يمكن إرسال البيانات في كلا الاتجاهين على طول خط ولكن في اتجاه واحد فقط في كل مرة، كما تُعد ميزة الطباعة النصفية المزدوجة أقل كفاءة من الإرسال المزدوج الكامل، ولكنّها تُبسط النظام من حيث الأجهزة عند مقارنتها بالنظام المزدوج الكامل، حيث يتم التعامل مع اتجاه إرسال واحد فقط في أي وقت.

كما تتضمن طريقة الوصول هذه استخدام بروتوكول (Carrier-sense  multiple access with collision detection) ويرمز لها بـ (CSMA / CD) وتم تطويرها لتمكين العديد من المحطات من مشاركة نفس وسيط النقل دون الحاجة إلى تبديل أو وحدات تحكم في الشبكة أو فترات زمنية مخصصة.

كل محطة قادرة على تحديد متى تكون قادرة على الإرسال والشبكة ذاتية التنظيم، حيث ينقسم بروتوكول (CSMA / CD) المستخدم لشبكة إيثرنت ومجموعة متنوعة من التطبيقات الأخرى إلى ثلاث فئات، حيث أنّه في (Carrier Sense) تستمع كل محطة على الشبكة لحركة المرور، ويمكنها اكتشاف عندما تكون الشبكة لا يوجد فيها عمليات إرسال، أمّا في جانب الوصول المتعدد تتمكن المحطات من تحديد ما إذا كان ينبغي لها الإرسال، وعنصر كشف الاصطدام.

على الرغم من أنّ المحطات قد تجد الشبكة مجانية، فلا يزال من الممكن أن تبدأ محطتان في الإرسال في نفس الوقت تقريباً، وإذا حدث هذا فإنّ مجموعتي البيانات التي يتم إرسالها ستتعارض، حيث في حالة حدوث ذلك يمكن للمحطات اكتشاف ذلك وستتوقف عن الإرسال، ثم يتراجعون لفترة عشوائية من الوقت قبل محاولة إعادة الإرسال، كما يُعد التأخير العشوائي مهماً لأنّه يمنع المحطتين من البدء في الإرسال معاً مرة ثانية.

يكون منفذ إيثرنت أحادي الاتجاه أبطأ بشكل كبير من الاتصال ثنائي الاتجاه، وهذا يعمل على إظهار الفرق بين النطاق الترددي والسرعة، حيث لا تزال سرعة (100 ميجابت في الثانية) نصف اتصال مزدوج (100 ميجابت في الثانية)، ولكن شريط التمرير يساوي أقصى عرض نطاق ترددي الذي يبلغ حوالي (60 ميجابت في الثانية)، كما تميل إلى التباين وفقاً للتطبيق، حيث تعمل الإطارات الصغيرة بشكل جيد بينما تكون الإطارات الكبيرة أبطأ في نصف مزدوج، وفي كلتا الحالتين لن تتمكن من نقل أكبر قدر من البيانات مثل اتصال مزدوج كامل.

ملاحظة:وفقاً للقسم 3.3 من معيار (IEEE 802.3)، يتم إرسال كل 8 بتات من إطار الإيثرنت، باستثناء إطار تسلسل الاختيار (Frame Check Sequence)، حيث تكون البت المنخفضة هي الترتيب الأول.

إرسال الازدواج الكامل في الإيثرنت Full duplex transmission:

الازدواج الكامل (Full duplex): هو مخطط يسمح بالإرسال في كلا الاتجاهين في وقت واحد وهو مخطط مزدوج رئيسي يستخدم لشبكات المنطقة المحلية (LAN) وشبكات المنطقة الواسعة (WAN) وما شابه ذلك.

يسمح الازدواج الكامل بتفاعلات نقل بيانات أعلى بكثير، حيث لا يتعين على النظام الانتظار حتى اكتمال الإرسال في الاتجاه الآخر، كما يتم الآن استخدام الازدواج الكامل في جميع عمليات إرسال (Ethernet) ممّا يتيح سرعات بيانات إجمالية أعلى بكثير، وعلى الرغم من إمكانية وجود قيود معينة في (Ethernet) لاستخدام الازدواج الكامل، فقد أصبحت الآن هي المعيار وتوفر مستويات أعلى من الكفاءة.

يتحكم (Ethernet MAC) في استخدام ثنائي الاتجاه نصف أو كامل ويكتشف ما إذا كان مسموحاً به لأي سيناريو معين، حيث لا يُسمح بالإرسال المزدوج الكامل إلّا على الروابط من نقطة إلى نقطة، وهو أبسط بكثير في التنفيذ من استخدام نهج بروتوكول (CSMA / CD) وهو اختصار لـ (Carrier-sense multiple access with collision detection)، بالإضافة إلى توفير معدلات نقل نقل أعلى بكثير عند استخدام الشبكة.

كما أنّ شبكات المنطقة المحلية الحالية (LAN) وكذلك شبكات المنطقة الواسعة (WAN)، تتكون من العديد من الروابط من نقطة إلى نقطة التي يتم ربطها ببعضها بواسطة محولات إيثرنت والمحاور والموجهات، حيث لا يقتصر الأمر على عدم وجود حاجة؛ لجدولة عمليات الإرسال في حالة عدم وجود عمليات إرسال أخرى جارية، كما لا توجد سوى محطتين في الوصلة ولكن باستخدام رابط مزدوج كامل، حيث يمكن إجراء عمليات إرسال كاملة السرعة في كلا الاتجاهين، وبالتالي مضاعفة عرض النطاق الفعال.

في شبكة التبديل الكامل، تتواصل العقد فقط مع المحول ولا تتواصل مع بعضها مباشرة أبداً، كما تُستخدم الشبكات المحولة إمّا زوجاً ملتوياً أو كابلات ألياف الضوئية، وكلاهما يستخدم موصلات منفصلة لإرسال البيانات واستقبالها، في هذا النوع من البيئة يمكن لمحطات (Ethernet) التخلي عن عملية اكتشاف التصادم وإرسالها حسب الرغبة، ونظراً لأنّها الأجهزة المحتملة الوحيدة التي يمكنها الوصول إلى الوسيط يسمح هذا للمحطات النهائية بالإرسال إلى المحول في نفس الوقت الذي يرسل فيه المحول إليها، ممّا يحقق بيئة خالية من التصادم.

الفرق بين الإرسال المزدوج والإرسال أحادي الاتجاه:

في الوضع أحادي الاتجاه، يتم عرض كل حرف تم إرساله على الفور على الشاشة، حيث إذا كان الجهاز يعمل في وضع الازدواج الكامل، فلن تظهر البيانات المرسلة على الشاشة حتى يتم استلامها وإعادتها حيث توفر (Ethernet) ثنائية الاتجاه الوقت عند مقارنتها بالنصف المزدوج؛ لأنّها تخفف من التصادمات وإعادة إرسال الإطارات، كما يُعد الإرسال والاستلام وظيفتين منفصلتين ممّا يؤدي إلى إنشاء نظام تتوفر فيه سعة بيانات كاملة في كل اتجاه، وفي المقابل يمكن استخدام أحادي الاتجاه للحفاظ على عرض النطاق الترددي.