الهندسةهندسة الاتصالات

أساسيات اتصالات البيانات Data Communications Basics

إنّ الغرض من اتصالات البيانات هو توفير القواعد واللوائح التي تسمح لأجهزة الكمبيوتر ذات أنظمة تشغيل الكابلات والمواقع بمشاركة الموارد، وتسمى القواعد واللوائح البروتوكولات والمعايير في اتصالات البيانات.

 

ما هي اتصالات البيانات

 

اتصالات البيانات: هي نقل البيانات أو المعلومات بين المصدر والمستقبل، وينقل المصدر البيانات ويستقبلها جهاز الاستقبال، كما تضمن اتصال البيانات شبكات الاتصال وخدمات الاتصال المختلفة المطلوبة ونوع الشبكات المتاحة وبنى البروتوكول ونماذج “OSI” ونماذج بروتوكول “TCP / IP”، وتهتم اتصالات البيانات بنقل البيانات وطريقة النقل والحفظ. من البيانات أثناء عملية النقل.

 

في شبكات المناطق المحلية هناك حاجة إلى الاتصال وربط أجهزة الكمبيوتر معاً لمشاركة الموارد، وعلى الرغم من أنّ أجهزة الكمبيوتر يمكن أن تحتوي على أنظمة تشغيل مختلفة وكابلات ومواقع مختلفة، إلّا أنّها لا تزال قادرة على الاتصال ببعضها البعض ومشاركة الموارد.

 

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

 

  • “TCP / IP” هي اختصار لـ “Transmission Control Protocol/Internet Protocol”.

 

ما هي أساسيات اتصالات البيانات

 

قد تختلف المسافة التي تتحرك خلالها البيانات داخل الكمبيوتر من بضعة آلاف من البوصات كما هو الحال داخل شريحة “IC” واحدة، إلى ما يصل إلى عدة أقدام على طول اللوحة الخلفية للوحة الدائرة الرئيسية وعبر هذه المسافات الصغيرة، يمكن نقل البيانات الرقمية كإشارات كهربائية مباشرة من مستويين عبر موصلات نحاسية بسيطة، وباستثناء أسرع أجهزة الكمبيوتر لا يهتم مصممو الدوائر كثيراً بشكل الموصل أو الخصائص التماثلية لنقل الإشارات.

 

ومع ذلك يجب إرسال البيانات خارج الدوائر المحلية التي تشكل جهاز كمبيوتر، وفي كثير من الحالات قد تكون المسافات التي ينطوي عليها الأمر هائلة، ولكن مع زيادة المسافة بين مصدر الرسالة ووجهتها يصبح الإرسال الدقيق أكثر صعوبة، كما ينتج هذا عن التشويه الكهربائي للإشارات التي تنتقل عبر الموصلات الطويلة ومن الضوضاء المضافة إلى الإشارة أثناء انتشارها عبر وسيط إرسال.

 

وعلى الرغم من ضرورة اتخاذ بعض الاحتياطات لتبادل البيانات داخل جهاز الكمبيوتر إلّا أنّ أكبر المشكلات تحدث عند نقل البيانات إلى أجهزة خارج دائرة الكمبيوتر، وفي هذه الحالة يمكن أن يصبح التشويه والضوضاء شديدين لدرجة أنّ المعلومات تضيع، كما تتعلق اتصالات البيانات بنقل الرسائل الرقمية إلى أجهزة خارج مصدر الرسالة.

 

كما أنّ الأجهزة “الخارجية” عبارة عن دوائر تعمل بالطاقة بشكل مستقل توجد خارج هيكل الكمبيوتر أو أي مصدر آخر للرسائل الرقمية، ويتناسب معدل الإرسال الأقصى المسموح به لرسالة ما بشكل مباشر مع قدرة الإشارة ويتناسب عكسياً مع ضوضاء القناة، والهدف من أي نظام اتصالات هو توفير أعلى معدل إرسال ممكن بأقل طاقة ممكنة وبأقل ضوضاء ممكنة.

 

  • “IC” هي اختصار لـ “integrated circuit”.

 

مكونات اتصالات البيانات

 

1- المصدر

 

إنّه منشئ البيانات الذي سيمرر إلى الوجهة باستخدام الشبكات، وبدون أي طلب مصدر لا يمرر البيانات إلى الوجهة، لذلك إذا كان المصدر يمرر البيانات فهذا يعني أنّ أياً من الوجهات تطلب البيانات باستخدام بعض لغات الاستعلام.

 

2- المرسل

 

إنّه ببساطة جهاز يستخدم لتحويل البيانات حسب متطلبات الوجهة، وعلى سبيل المثال يقوم المودم بتحويل الإشارة التماثلية إلى إشارات رقمية، وبدلاً من ذلك تحويل الإشارات الرقمية إلى الإشارات التماثلية أيضاً.

 

3- نظام النقل

 

لنقل البيانات على أنظمة متصلة مختلفة تستخدم أنظمة إرسال مختلفة، ويعني نقل البيانات باستخدام نظام الإرسال النقل المادي للبيانات عبر قنوات الاتصال من نقطة إلى نقطة، أو من نقطة إلى عدة نقاط ومن الأمثلة على هذه القنوات الأسلاك النحاسية والألياف الضوئية وحتى قنوات الاتصال اللاسلكية.

 

4- المتلقي

 

هذا يستقبل الإشارات من نظام الإرسال ويحولها إلى شكل مناسب لجهاز الوجهة، وعلى سبيل المثال يقبل المودم الإشارة التماثلية من قناة الإرسال، ويحولها إلى تدفق بتات رقمي مقبول من قبل نظام الكمبيوتر.

 

5- الوجهة

 

إنّه ببساطة جهاز يرسل من أجله الجهاز المصدر البيانات.

 

مهام نظام اتصالات البيانات

 

1- توليد الإشارة

 

لنقل البيانات عبر نظام الإرسال يجب أن يكون جهاز الاتصال قادراً على توليد واستقبال هذه الإشارات ويجب أن يكون توليد الإشارات بطريقة يمكن من خلالها قبول الإشارة الناتجة بواسطة وسائط الإرسال.

 

2- واجهه المستخدم

 

يجب أن يتفاعل الجهاز مع نظام الإرسال للتواصل أو نقل البيانات عبر الشبكة.

 

3- تزامن البيانات

 

إنّها عملية إنشاء التناسق بين البيانات من المصدر إلى الأجهزة الوجهة والعكس والتنسيق المستمر للبيانات بمرور الوقت.

 

4- إدارة الصرف

 

للحصول على معاملة بيانات ذات هدف يجب أن يكون هناك بعض إدارة البيانات التي يتم تبادلها، كما يجب أن يلتزم كل من المرسل والمستقبل ببعض الاصطلاحات الشائعة حول تنسيق البيانات، وكمية البيانات والوقت المطلوب وتنسيق البيانات.

 

5- استخدام نظام النقل

 

نظراً لأهمية عمليات نقل البيانات دون انقطاع أو أعطال وعادة ما تكون أنظمة النقل ذات أبعاد جيدة ويتم تشغيلها بهوامش تقلل من إمكانية الانقطاعات، وتتوفر تقنيات مختلفة لتخصيص السعة الإجمالية لقناة الإرسال بين الأجهزة المتصلة، مثل الرقمية والتماثلية والمضاعفة والبساطة والمزدوجة ونصف المزدوجة.

 

5- كشف الأخطاء وتصحيحها

 

في أي نظام اتصال تكون البيانات المرسلة عرضة للخطأ، إمّا أن يكون ذلك بسبب تشوه الإشارة المرسلة في وسط الإرسال ممّا يؤدي إلى سوء تفسير الإشارة أو الأخطاء التي تحدثها الأجهزة الوسيطة، ويلزم اكتشاف الأخطاء وتصحيحها في الحالات التي لا يوجد فيها مجال للخطأ في معاملة البيانات.

 

6- التحكم في التدفق

 

في وقت نقل البيانات يقوم الكمبيوتر المصدر بتوليد البيانات بشكل أسرع من جهاز الاستقبال القادر على استقبالها، وللتعامل مع مثل هذه المشكلة هناك نوع من آلية التحكم في التدفق المستخدمة وقبل البدء في نقل البيانات يجب الاتفاق على جهازي اتصال.

 

7- المعالجة

 

عندما يشترك أكثر من جهازين في منشأة إرسال يجب أن يشير نظام المصدر بطريقة ما إلى هوية أو عنوان الوجهة، والعناوين في شكل “IP” أو عنوان بروتوكول نقل الملفات “ftp” وهناك الكثير من بيانات الاعتماد المستخدمة.

 

  • “IP” هي اختصار لـ “Internet Protocol”.

 

  • “ftp” هي اختصار لـ “File Transfer Protocol”.

 

8- التوجيه

 

التوجيه: هو إرسال البيانات إلى الوجهات المناسبة، وفي هذه العملية يضمن الكمبيوتر المتطور أن البيانات يتم إرسالها على نظام الوجهة فقط أو أي اختراق آخر يحدث، وللقضاء على مثل هذه المشكلة يستخدم المطورون مستوى أمان “SSL”.

 

  • “SSL” هي اختصار لـ “Secure Sockets Layer”.

 

شبكة الاتصالات والخدمات في اتصالات البيانات

 

شبكة الاتصالات عبارة عن مجموعة من المعدات أو المرافق التي توفر خدمات اتصال مثل نقل البيانات بين عقدتين أو أكثر تقع في أي نقطة جغرافية، وتشمل الأمثلة على هذه الشبكات شبكات الكمبيوتر وشبكات الإنترنت وشبكات الهاتف وشبكات البث التلفزيوني والشبكات الخلوية.

 

1- شبكات الإذاعة والتلفزيون

 

هذه الشبكات شائعة جداً في استخدام الشبكات المختلفة لمحطات مختلفة لنقل مجموعة من الإشارات في وقت واحد عبر شبكة الكابلات، كما إنّ دور المستخدم في هذه الخدمات هو دور سلبي ويُتوقع جودة صوت وفيديو عالية نسبياً، ولكن يمكن تحمل قدر كبير من التأخير حتى في البث المباشر.

 

2- شبكات الهاتف

 

هذه الخدمة هي خدمة في الوقت الحقيقي تقدمها شبكة، ويمكن لشخصين التواصل عن طريق نقل صوتهما عبر الشبكة، وتسمى هذه الخدمات الخدمة الموجهة للاتصال لأنّه لإنشاء مثل هذا الاتصال يجب على المستخدمين التفاعل أولاً مع الشبكة.

 

3- الشبكات الخلوية

 

تعمل هذه الشبكات على توسيع خدمة الهاتف العادية لمستخدمي الهواتف المحمولة الذين يتمتعون بحرية التنقل داخل منطقة إقليمية، ومغطاة بمصفوفة مترابطة من المناطق الجغرافية الأصغر تسمى الخلايا، كما تحتوي كل خلية على نظام إرسال لاسلكي يسمح لها بالتواصل مع المستخدمين في منطقتها ويوفر “Cellular” دعماً لخدمة التجوال، حيث يمكن للمشترك إجراء مكالمات أثناء زيارته لمنطقة إقليمية أخرى غير المنزل.

المصدر
Introduction to Analog and Digital Communications/ Simon HaykinData Communication and Computer NetworkWIRELESS COMMUNICATIONS/ Andreas F. MolischTheory and Problems of Signals and Systems/ Hwei P. Hsu, Ph.D./ JOHN M. SENIOR Optical Fiber Communications Principles and Practice Third Edition

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى