أساسيات شبكات البيانات في الاتصالات

تُشير اتصالات البيانات إلى إرسال البيانات الرقمية بين جهازي كمبيوتر أو أكثر، حيث أنّ شبكة البيانات هي شبكة اتصالات تسمح لأجهزة الكمبيوتر بتبادل البيانات، كما يتم تصميم الاتصال المادي بين أجهزة الحواسيب المرتبطة بالشبكة من خلال وسائط من الكوابل أو وسائط لاسلكية، أمّا شبكة الكمبيوتر الأكثر استخداماً هي الإنترنت و”Wi-Fi“.

مزايا استخدام الشبكات في الاتصالات:

1. الموارد المشتركة Shared resources:

يُعد مشاركة الموارد أحد الأمور المهمة لاستخدام شبكات البيانات، حيث إذا كانت الطابعة بحاجة إلى المشاركة على سبيل المثال، فسيتعين فصلها عن جهاز كمبيوتر وتوصيلها بآخر، أمّا في الوقت الحاضر تتم مشاركة العديد من الموارد بما في ذلك الطابعات والتخزين وحتى الوصول إلى الإنترنت والتي ستحتاج إلى جدار حماية جيد.

2. الاتصال Communication:

عند الاتصال عبر شبكة بيانات، يصبح الاتصال أسهل كثيراً، كما من الممكن إرسال رسائل بريد إلكتروني داخلياً وخارجياً، ويمكن إرسال الملفات بسهولة كبيرة، وهناك العديد من الطرق الأخرى التي يكون من خلالها ربط أجهزة الكمبيوتر عبر الشبكة مفيداً.

3. العمل التعاوني Collaborative working:

باستخدام شبكة البيانات، من الممكن التعاون في العمل على مستند واحد.

4. الوصول إلى البرامج المخزنة مركزياً Access to centrally stored software:

غالباً ما يكون من الضروري الحصول على نسخة من البرامج المخزنة على مصدر مركزي حتى يتم الوصول إليها عند الحاجة، حيث عندما يلزم استخدام ترخيص يمكن تخصيصه من مصدر مركزي إلى مستخدم معين.

5. الوصول إلى قاعدة بيانات مركزية Access to a central database:

تمتلك العديد من شركات المبيعات والمؤسسات الأخرى قاعدة بيانات مركزية يمكن الوصول إليها من قبل موظفي المبيعات عبر الهاتف كما هو مطلوب، ولكونه مصدراً مركزياً يمكن الوصول إليه من قبل أي من الأشخاص المعنيين.

دارة المحول وحزم البيانات المحولة:

1. محول الدائرة Circuit switched:

كانت بيانات تبديل الدائرة هي الطريقة الأولى التي يتم بها إرسال البيانات عبر الشبكات، حيث عندما يلزم إرسال البيانات أو حتى الإشارة التماثلية من نقطة إلى أخرى، سيتم تحويل السلك بشكل فعال إلى مكانه وإرسال البيانات عبر هذه الدائرة، سواء كانت الدائرة نشطة أو ما إذا كانت هناك فترة هادئة، فإنّ هذه الدائرة ستخصص لنقل معين، ولأنّ البيانات يتم إرسالها عادةً على شكل دفعات فهذا يعني قضاء قدر كبير من الوقت عندما لا تكون هناك بيانات تمر عبر الدائرة.

2. محول الحزم Packet switched:

تعمل بيانات تحويل الحزم عن طريق وضع البيانات في حزم محددة من البيانات، وعادةً مع عناوين المصدر والوجهة المضافة، بالإضافة إلى بعض النفقات العامة الأخرى، وعلى الرغم من أنّه يجب إرسال المزيد من البيانات، فإنّ استخدام الخط أكبر بكثير، يعني أن هناك تحسناً كبيراً في استخدام الخط، وعندما يتمكن عدد كبير من المستخدمين جميعاً من مشاركة نفس المورد، فإنّ الحاجة إلى بنية تحتية أقل بكثير وهذا ينعكس في تكاليف أقل بكثير.

عناوين بروتوكول الانترنت IP addresses:

أحد المكونات الرئيسية لتكنولوجيا شبكات الكمبيوتر هو استخدام عناوين “IP“، حيث تحدد هذه العناوين وجهة حزمة البيانات وكذلك مصدرها، ومن خلال معرفة هذه العناوين تكون الشبكة قادرة على توجيه البيانات بشكل صحيح، كما أنّ عناوين “IP” أو بروتوكول الإنترنت عالمية عبر الإنترنت، وتوفر العناوين اللازمة لإعادة توجيه البيانات عبر الشبكة إلى الوجهات المطلوبة.

يتم وضع عناوين “IP” في رأس الحزمة، كما يتم تحديد هيكل حزمة البيانات ضمن معايير “IP”، حيث تم استخدام نسخة من بروتوكول الإنترنت تعرف باسم “IPv4“، وكان هذا يحتوي على عناوين “IP” التي تتكون من مجموعة من أربعة أرقام بين “1 و254” مفصولة بنقاط، وعندما بدأ عدد عناوين “IP” في التراجع وتم تقديم إصدار جديد من “IP” باسم “IPv6“، ممّا وفر عدداً كبيراً من عناوين “IP” الإضافية.

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

أجهزة الشبكة في الاتصالات:

تم إنشاء شبكات الكمبيوتر الأولى فقط من خلال توصيل أجهزة الكمبيوتر معاً، ولكن مع نمو تقنية شبكات البيانات أصبح لا يمكن ربط أجهزة الكمبيوتر معاً، حيث يجب إرسال البيانات عبر مجموعة متنوعة من المسارات بين عدد كبير من نقاط النهاية المختلفة، ويتم استخدام كيانات الشبكة التي تسمى الموزعات والمحولات وأجهزة التوجيه، حيث تختلف المحاور والمحولات والموجهات المستخدمة في شبكات البيانات.

1- محور الشبكة Network hub:

محور الشبكة: هو أبسط عناصر الشبكة الرئيسية، حيث يقوم مركز الشبكة بتمرير جميع البيانات التي يتم تلقيها على منفذ واحد لجميع المنافذ الأخرى، حيث تستخدم كنقطة اتصال مشتركة، ومع ذلك فإنّ العيب هو أنّه نظراً لإرسال جميع البيانات إلى جميع المنافذ، يمكن أن يحدث الازدحام، وبالتالي فهي لا تستخدم على نطاق واسع هذه الأيام.

2- محول الشبكة Network switch:

تُعد محولات الشبكة أكثر ذكاءً من المحاور ويتم استخدامها على نطاق واسع داخل الشبكات الكبيرة حيث تعمل محولات الشبكة على تصفية وإعادة توجيه البيانات التي تقدم البيانات؛ لإعادة توجيهها إلى المنفذ المطلوب فقط.

3- موجه الشبكة Network router:

الموجهات: هي أكثر أشكال عقدة الشبكة ذكاءً المستخدمة لتوصيل البيانات، حيث لديه ذكاء أكثر بكثير من المحاور، كما يقوم بإعادة توجيه حزم البيانات بين الشبكات، وغالباً من جهاز توجيه إلى آخر حتى يصل إلى وجهته، وعندما تصل حزمة بيانات من شبكة واحدة يقرأ جهاز التوجيه معلومات العنوان لتحديد الوجهة النهائية، وباستخدام المعلومات الموجودة في جدول التوجيه فإنّه يوجه الحزمة إلى الشبكة التالية.

تطورات شبكة البيانات في الاتصالات:

1- الشبكات المعرفة بالبرمجيات SDN:

إحدى التقنيات الرئيسية المستخدمة لتحسين أداء شبكات البيانات تسمى الشبكات المعرفة بالبرمجيات، حيث باستخدام هذه التقنية يتم فصل وظائف التحكم في الشبكة وإعادة التوجيه، ممّا يتيح إعادة تكوين الشبكة بسهولة أكبر لتلبية احتياجات اللحظة، وإذا تم إجراء مراقبة الشبكة وعرضت النتائج فيمكن إعادة التشكيل بمعرفة كاملة بأداء الشبكة.

2- المحاكاة الافتراضية لوظائف الشبكة NFV:

إلى جانب العديد من المجالات الأخرى التي تستخدم المعالجة، من الممكن استخدام مجموعة من أجهزة المعالجة القياسية عبر الشبكة ويمكن تهيئتها لتوفير الوظيفة المطلوبة، ومع تغير الاستخدام يمكن إعادة تكوين هذا لتوفير وظيفة مختلفة إذا لزم الأمر، وبهذه الطريقة يمكن لشبكة البيانات الاستجابة لاحتياجات الدقيقة بسهولة وفعالية أكبر.

• “SDN” هي اختصار لـ “Software defined networking”.

• “NFV” هي اختصار لـ “Network functions virtualization”.

شبكة المراقبة الاتصالات:

يمكن أن تحتوي شبكات البيانات الكبيرة عناصر معقدة، كما قد يكون من الصعب التنبؤ بطريقة عملها وحتى معرفة وجود مشكلة، حيث في كثير من الأحيان إذا فشلت عقدة أو عنصر آخر فسيقوم النظام تلقائياً بتوجيه البيانات عبر مسار آخر، وعلى الرغم من أنّ هذا المستوى من التشغيل الآلي جيد، إلّا أنّه ليس من السهل دائماً اكتشافه عند وجود مشكلة، وعلى الرغم من أنّ زمن الوصول أي وقت انتقال البيانات سيزداد، فإنّه من المحتمل أن تكون هناك اختناقات في البيانات.

للتغلب على هذه المشكلات، تحتوي شبكة البيانات الكبيرة عادةً على برامج مراقبة الشبكات وأجهزة مراقبة شبكة متطورة حيث عادةً ما يتم تضمين شاشات الشبكة هذه في النظام، ونتيجةً لذلك فإنّ مراقبي شبكة الاتصالات قادرين على النظر في تشغيل الشبكة واكتشاف المشكلات واكتشاف الطرق التي يمكن من خلالها إعادة تكوين الشبكة لتحسين تشغيلها، أمّا بالنسبة لشبكات البيانات الكبيرة، يُعد وجود أجهزة مراقبة الشبكة أمراً ضرورياً للغاية إذا كان من الضروري ضمان التشغيل الموثوق للشبكة.