در مدل مرجع OSI (مخفف Open System Interconnection)، لایه فیزیکی به انتقال داده در شبکه اختصاص دارد. لایه فیزیکی، مشخص می‌کند که داده‌ها در چه جهتی باید هدایت شوند تا به گره مقصد برسند.
حالتهای مختلف انتقال داده در شبکه رایانه‌ای را برپایه جهت ارسال داده، هماهنگی بین فرستنده و گیرنده و تعداد مسیرهای ارسال داده یا بیت‌هایی که هم‌زمان ارسال می‌شوند، می‌توان به سه دسته تقسیم کرد:
حالتهای انتقال داده برپایه جهت تبادل داده‌ها
- یک‌طرفه (Simplex)
- نیمهدوطرفه (Half-duplex)
- کاملا دوطرفه (Full-duplex)
حالتهای انتقال داده برپایه هماهنگی بین فرستنده و گیرنده
- هم‌گام (Synchronous)
- ناهم‌گام (Asynchronous)
حالتهای انتقال داده برپایه تعداد مسیرهای ارتباطی یا تعداد بیت‌هایی که هم‌زمان در یک شبکه ارسال می‌شوند
-
خطی یا سریال (Serial)
- موازی (Parallel)
در ادامه، حالتهای انتقال داده که در بالا بدان‌ها اشاره شد، توضیح داده می‌شوند.
یک‌طرفه یا Simplex
در انتقال داده یک‌طرفه یا simplex داده‌ها فقط در یک جهت جریان می‌یابند و ارتباط یک‌سویه است. در این حالت، فرستنده فقط می‌تواند داده بفرستد اما نمی‌تواند داده‌ای دریافت کند. گره گیرنده نیز فقط داده دریافت می‌کند و نمی‌تواند داده‌ای بفرستد.
انتقال داده یک‌طرفه (simplex) در شبکه‌های رایانه‌ای چندان رایج نیست زیرا اجازه نمی‌دهد بین دو گره، ارتباط دوسویه ایجاد شود. حالت انتقال داده یک‌طرفه (simplex) را می‌توان به خیابان یک‌طرفه تشبیه کرد. برنامه‌های رادیویی و تلویزیونی بدین شیوه پخش می‌شوند. نمایشگر، موش‌واره (ماوس)، صفحه‌کلید، اسکنر، بلندگو و میکروفن نیز از جمله تجهیزاتی هستند که ارتباط‌شان با رایانه یک‌طرفه است. برای مثال موش‌واره و صفحه‌کلید فقط به رایانه سیگنال می‌فرستند و از آن سیگنالی نمی‌گیرند. نمایشگر نیز از رایانه داده دریافت می‌کند (تا آن را به‌شکل تصویر پخش کند) اما به رایانه داده‌ای نمی‌فرستد.
تصویر 1. حالت انتقال داده یک‌طرفه (simplex)
مزایا
- هنگام انتقال داده از تمام ظرفیت کانال ارتباطی بهره می‌برد.
- از حیث ترافیک داده برای شبکه مشکلی ایجاد نمی‌کند، زیرا داده‌ها فقط در یک جهت جریان می‌یابند.
معایب
- یک‌طرفه است و گره‌ها نمی‌توانند ارتباط دوسویه داشته باشند.
- چون ارتباط یک‌طرفه است، گره مقصد نمی‌تواند دریافت پیغام را به گره مبدا اطلاع دهد (اصطلاحا acknowledgement).
انتقال داده نیمهدوطرفه یا Half-duplex
در انتقال داده نیمهدوطرفه یا half-duplex، مسیر ارتباطی دوطرفه است اما داده‌ها هر بار فقط در یکی از دو جهت می‌توانند جریان داشته باشند. به عبارت دیگر، هر گره هم می‌تواند داده بفرستد و هم داده بگیرد، اما نمی‌تواند هر دو کار را هم‌زمان انجام دهد.
در ارتباط نیمهدوطرفه (half-duplex)، داده‌ها در هر جهتی که حرکت کنند، تمام ظرفیت کانال ارتباطی در همان جهت به کار گرفته می‌شود. وقتی فرستنده به‌درستی پیغام نمی‌فرستد یا گیرنده به‌درستی پیغام نمی‌گیرد، گیرنده می‌تواند از فرستنده درخواست کند تا داده مربوطه را مجددا برایش بفرستد. بی‌سیم‌های واکی‌تاکی از جمله تجهیزاتی هستند که بدین‌شیوه کار می‌کنند. در این‌گونه بی‌سیم‌ها دو طرف هم‌زمان نمی‌توانند سخن بگویند و هر بار یکی از آن‌ها فقط گوینده و طرف دیگر فقط شنونده است. ارتباط نیمهدوطرفه را می‌توان به مسیر راه‌آهن تشبیه کرد که هرچند دوطرفه است، دو قطار نمی‌توانند هم‌زمان در دو جهت مخالف روی آن حرکت کنند.
تصویر 2. حالت انتقال داده نیمهدوطرفه (half-duplex)
مزایا
- داده‌ها در هر جهتی که ارسال شوند، تمام ظرفیت کانال ارتباطی به آن اختصاص می‌یابد و لذا بهره‌گیری آن از ظرفیت کانال ارتباطی، بهینه است.
- اجازه می‌دهد دو گره با هم ارتباط دوسویه داشته باشند.
معایب
- دو گره نمی‌توانند هم‌زمان ارتباط دوسویه داشته باشند.
- چون در هر لحظه ارتباط فقط یک‌سویه است، ممکن است در انتقال داده‌ها تاخیر رخ دهد.
کاملا دوطرفه یا Full-duplex
در انتقال داده دوطرفه یا کاملا دوطرفه (full-duplex) داده‌ها می‌توانند هم‌زمان در هر دو جهت جریان یابند. لذا هر دو گره می‌توانند هم‌زمان فرستنده و گیرنده باشند. کانال ارتباطی دوطرفه در مقایسه با کانال ارتباطی نیمهدوطرفه، دو برابر پهنای باند دارد. ظرفیت کانال بین دو جهت ارتباط تقسیم می‌شود. در شبکه تلفن، ارتباط کاملا دوطرفه است و هر دو طرف مکالمه می‌توانند هم‌زمان گوینده و شنونده باشند. ارتباط دوطرفه را می‌توان به خیابان دوطرفه تشبیه کرد.
تصویر 3. حالت انتقال داده دوطرفه یا کاملادوطرفه (full-duplex)
مزایا
- در حالت کاملا دوطرفه (full-duplex)، ارتباط هم‌زمان دوطرفه است.
- ارتباط کاملا دوطرفه (در مقایسه با ارتباط یک‌طرفه و ارتباط نیمهدوطرفه) سریع‌ترین حالت ارتباطی بین تجهیزات شبکه است.
معایب
- در حالت کاملا دوطرفه، ظرفیت کانال ارتباطی بین دو جهت تقسیم می‌شود.
- چون دو گره مسیر ارتباطی مجزایی دارند، از پهنای باند کانال ارتباطی، درست و بهینه استفاده نمی‌شود.
هم‌گام یا Synchronous
در حالت انتقال داده هم‌گام یا synchronous، بیت‌های داده یکی پس از دیگری، بی‌وقفه یا بدون بیت‌های آغاز و توقف ارسال می‌شوند. بیت آغاز و بیت توقف، ابتدا و انتهای هر فریم یا بلوک داده را مشخص می‌کنند و با این‌که مزیت نیز دارند اما روند انتقال داده را کمی کند می‌کنند.
در انتقال داده هم‌گام (synchronous)، هم فرستنده و هم گیرنده سرعت کارشان را طبق ساعت سیستمی یکسانی هماهنگ کرده‌اند. بایت‌ها به‌شکل بلوک‌هایی از رشته‌بیت‌های پیوسته ارسال می‌شوند و چون بلوک‌‌ها بیت آغاز و توقف ندارند، گره گیرنده پیغام پس از دریافت بیت‌ها باید آن‌ها را با ترتیب صحیح‌شان دسته‌بندی کند. گیرنده پس از دریافت بیت‌ها آن‌ها را می‌شمرد و در واحدهای هشت‌تایی دسته‌بندی می‌کند. گیرنده، داده‌ها را پیوسته با همان سرعتی دریافت می‌کند که فرستنده می‌فرستد و به همین سبب در روند ارسال داده‌ها وقفه‌ای ایجاد نمی‌شود.
در حالت هم‌گام (synchronous) چون فرستنده و گیرنده با ساعت سیستمی یکسانی کار می‌کنند، بیت‌ها پیوسته و بدون هیچ فاصله‌ای بین کاراکترها ارسال می‌شوند، لذا باید در پیغام، عناصر هم‌گام‌ساز درج شوند که این را اصطلاحا هم‌گام‌سازی در سطح کاراکتر (Character-level synchronization) می‌گویند. در تصویر 4 چند رشته داده پیاپی و بدون بیت آغاز و توقف از فرستنده به گیرنده ارسال می‌شود.
کنفرانس ویدیویی و تلویزیون آی‌پی از جمله ارتباطاتی هستند که انتقال داده‌ها در آن‌ها هم‌گام (synchronous) است.
تصویر 4. حالت انتقال داده هم‌گام (synchronous)
مزایا
- انتقال داده چنان سریع است که بین بیت‌های داده هیچ فاصله‌ای نمی‌افتد.
معایب
- پیاده‌سازی آن پرهزینه‌تر است.
ناهم‌گام یا Asynchronous
در حالت انتقال داده ناهم‌گام یا asynchronous، پیغام‌های ارسالی بیت آغاز و توقف دارند. بیت‌های آغاز و توقف انتقال درست داده‌ها از فرستنده به گیرنده را تضمین می‌کنند.
در کل، بیت آغاز 0 و بیت توقف 1 است. منظور از ناهم‌گام (asynchronous) در اینجا ناهم‌گامی در سطح بایت است، اما بیت‌ها همچنان پیوسته و هم‌گام ارسال می‌شوند. دوره زمانی بین هر کاراکتر یکسان است و هم‌گام‌سازی شده است.
در ارتباط ناهم‌گام (asynchronous) سرعت کار فرستنده و گیرنده هماهنگ نیست و لذا پیغام‌ها در فواصل زمانی نامنظم ارسال می‌شوند و هر بار فقط یک بایت داده می‌تواند ارسال شود. این نوع انتقال داده برای مسافت‌های کوتاه مناسب‌تر است. در تصویر 5 هر بلوک داده حاوی بیت آغاز و بیت توقف است.
تصویر 5. حالت انتقال داده ناهم‌گام (asynchronous)
مزایا
- ارزان و کارآمد است.
- به‌سبب بهره‌گیری از بیت‌های آغاز و توقف، دقیق است.
معایب
- به‌علت فاصله بین بلوک‌های داده ممکن است انتقال داده کندتر شود.
ترتیبی یا سریال (Serial)
در حالت انتقال داده ترتیبی یا سریال (Serial)، بیت‌ها یکی پس از دیگری ارسال می‌شوند. ارسال داده سریال فقط یک مسیر ارتباطی نیاز دارد. بیت‌های داده پیوسته و هم‌گام با یکدیگر در مقصد دریافت می‌شوند. لذا باید فرستنده و گیرنده هم‌گام باشند. در انتقال داده سریال یکپارچگی داده‌ها حفظ می‌شود زیرا داده‌ها با ترتیب خاص و یکی پس از دیگری ارسال می‌شوند. انتقال داده سریال برای فواصل طولانی یا زمانی که دادههای نسبتا کوچکی باید ارسال شوند مناسب‌تر است.
تصویر 6. حالت انتقال داده ترتیبی یا سریال (serial)
مزایا
- برای انتقال داده به فواصل دور راه‌کار قابل اعتمادی است.
- سیم‌ها و پیچیدگی کمتری دارد.
- از نظر هزینه باصرفه است.
معایب
- نرخ انتقال داده کند است زیرا یک کانال انتقال دارد.
موازی یا Parallel
در حالت انتقال داده موازی یا parallel، بیت‌های داده هم‌زمان از چند مسیر به مقصد ارسال می‌شوند. لذا چند بایت داده می‌توانند با ساعت سیستمی یکسانی به مقصد فرستاده شوند. ارسال موازی داده‌ها در مواقعی که باید دادههای بزرگ طی مدت کوتاهی به مقصد ارسال شوند، مناسب است. انتقال داده موازی عمدتا در ارتباطات برد کوتاه به کار می‌رود. انتقال داده موازی پیچیدگی شبکه را افزایش می‌دهد اما سریع‌تر است. اگر دو یا چند مسیر ارتباطی خیلی نزدیک هم باشند، ممکن است سیگنال‌ها با هم تداخل یابند و کیفیت سیگنال‌ها کاهش یابد.
تصویر 7. حالت انتقال داده موازی (parallel)
مزایا
- پیاده‌سازی آن آسان است.
- به‌سبب بهره‌گیری از چند مسیر ارتباطی، سریع است.
معایب
- چون به چند کانال ارتباطی نیاز دارد، از نظر هزینه چندان باصرفه نیست.
- مستعد تداخل بیت‌های داده است که در مواردی مانند ویدیوکنفرانس مشکل‌آفرین می‌شود.
باتوجه به آنچه گفته شد، هنگام انتخاب حالات انتقال داده باید به موارد زیر توجه شود:
- نرخ انتقال داده
- فاصله فرستنده و گیرنده و مسافتی که داده‌ها باید بپیمایند
- هزینه و سهولت نصب
- شرایط محیطی
ماهنامه شبکه را از کجا تهیه کنیم؟
ماهنامه شبکه را می‌توانید از کتابخانه‌های عمومی سراسر کشور و نیز از دکه‌های روزنامه‌فروشی تهیه نمائید.
ثبت اشتراک نسخه کاغذی ماهنامه شبکه
ثبت اشتراک نسخه آنلاین
کتاب الکترونیک +Network راهنمای شبکه‌ها
- برای دانلود تنها کتاب کامل ترجمه فارسی +Network اینجا کلیک کنید.
کتاب الکترونیک دوره مقدماتی آموزش پایتون
- اگر قصد یادگیری برنامه‌نویسی را دارید ولی هیچ پیش‌زمینه‌ای ندارید اینجا کلیک کنید.
نظر شما چیست؟