اقرأ في هذا المقال
تُعد شبكة الاتصالات ونظام الروابط والمفاتيح والقيود هي التي تحكم عملها والتي تتيح بنقل البيانات وتبادلها بين عدة مستعملين، وعندما يسعى العديد من مستعملي وسائط الاتصالات في التواصل مع بعضهم البعض يجب تنظيمهم في شكل من أشكال الشبكات، ومن الناحية النظرية يمكن جعل لكل مستعمل رابطاً مباشراً من نقطة إلى نقطة لجميع المستخدمين الآخرين فيما يُعرف باسم طوبولوجيا متصلة بالكامل.
أساسيات شبكات الاتصالات
على غرار الاتصالات المستخدمة في الأيام الأولى للاتصالات الهاتفية وفي الممارسة العملية تُعد تقنية الربط المباشر هي غير عملي ومكلف خاصةً لشبكة كبيرة ومتفرقة، وعلاوة على ذلك فإنّ الطريقة غير فعالة لأنّ معظم الروابط ستكون خاملة في أي وقت، حيث تبتعد شبكات الاتصالات السلكيةواللاسلكية الحديثة هذه المشكلات عن طريق تكوين شبكة متصلة من المحولات أو العقد، بحيث يتصل كل مستخدم بإحدى العقد.
كل اتصال في مثل هذه الشبكة يسمى قناة اتصالات، كما يمكن اعتماد الأسلاك وكابلات الألياف الضوئية وموجات الراديو لقنوات اتصالات مختلفة.
ما هي أنواع الشبكات في الاتصالات
1- شبكة اتصالات محولة
ترسل شبكة الاتصالات المحولة البيانات من المصدر إلى الوجهة خلال سلسلة من عقد الشبكة، ويمكن التبديل بإحدى أسلوبين، وفي شبكة بتبديل الدارات يتم تصميم مسار مادي معين عبر الشبكة ويتم الاحتفاظ به طالما كان الاتصال ضرورياً، ومثال على هذا النوع من الشبكات هو نظام الهاتف التقليدي ومن جهة أخرى تعمل شبكة تبديل الحزم بتوجيه البيانات الرقمية في أجزاء صغيرة تسمى الحزم، وكل منها ينتقل بشكل فردي عبر الشبكة.
وفي عملية تسمى “store-and-forward” يتم حغظ كل حزمة مؤقتاً في كل عقدة وسيطة ثم إعادة توجيهها عندما يصبح الارتباط التالي متوفراً، وفي نظام الإرسال الموجه إلى الاتصال تحمل كل حزمة نفس المسار عبر الشبكة وبالتالي تصل جميع الحزم عادةً إلى الوجهة بالتنسبق الذي تم إرسالها به، وعلى العكس من ذلك قد تحمل كل حزمة مساراً متغيراً عبر الشبكة في مخطط غير متصل أو مخطط بيانات.
ونظراً لأنّ مخططات البيانات قد لا تصل إلى الوجهة بالترتيب الذي تم إرسالها به، يتم ترقيمها بحيث يمكن إعادة تجميعها بشكل صحيح، وهذا الأخير هو الطريقة المستخدمة لنقل البيانات عبر الإنترنت.
2- شبكة البث
تبتعد شبكة البث عن الإجراءات التوجيه المعقدة لشبكة مبدلة من خلال ضمان استقبال عمليات إرسال كل عقدة بواسطة جميع العقد الأخرى في الشبكة، لذلك تحتوي شبكة البث على قناة اتصالات واحدة فقط وعلى سبيل المثال يمكن إنشاء شبكة محلية سلكية كشبكة بث، ومع مستخدم واحد متصل بكل عقدة والعقد مرتبة عادةً في هيكل ناقل أو حلقة أو نجمة.
كما يمكن للعقد المرتبطة معاً في شبكة “LAN” لاسلكية أن ترسل خلال الراديو أو الروابط البصرية وعلى نطاق كبير، وكذلك العديد من أنظمة الراديو عبر الأقمار الصناعية عبارة عن شبكات بث، حيث يمكن لكل محطة أرضية داخل النظام أن تسمع عادةً جميع الرسائل المنقولة بواسطة القمر الصناعي.
- “LAN” هي اختصار لـ “local area network”.
كيفية الوصول إلى شبكة الاتصالات
نظراً لأنّ جميع العقد تستطيع معرفة كل إرسال في شبكة البث يجب وضع عمليات لكل قناة اتصالات إلى العقدة بحيث تكون خاصة والتي تتضمن على حزم لإرسالها، وفي نفس الوقت منع التداخل المدمر من الاصطدامات عمليات الإرسال المتزامنة وكما يمكن إنشاء هذا النوع من الاتصال المسمى بالوصول المتعدد، وإمّا من خلال الجدولة أي تقنية تتعاقب فيها العقد على الإرسال بطريقة منظمة أو عن طريق الوصول العشوائي إلى القناة.
1- الوصول المجدول
في طريقة الجدولة المعروفة باسم النفاذ المتعدد بتقسيم الوقت “TDMA” ويتم تخصيص فترة زمنية بدورها لكل عقدة والتي تستخدم الفاصل الزمني إذا كان لديها شيء لإرساله، وإذا كانت بعض العقد أكثر نشاطاً من غيرها فقد يكون “TDMA” غير فعال، حيث لا يتم السماح لأي بيانات خلال الفترات الزمنية المخصصة للعقد الصامتة، وفي هذه الحالة قد يتم استعمال نظام حجز حيث تتوفر فترات زمنية أقل من العقد وتحتفظ العقدة بفتحة فقط عند الحاجة إليها للإرسال.
تباين “TDMA” هو عملية الاستقصاء، حيث تسأل وحدة التحكم المركزية كل عقدة بدورها إذا كانت تتطلب وصولاً إلى القناة وتنقل العقدة حزمة أو رسالة فقط استجابةً لاستطلاعها، ويمكن لأجهزة التحكم “الذكية” أن تستجيب ديناميكياً للعقد التي أصبحت فجأة مشغولة للغاية عن طريق استطلاعات الرأي عليها في كثير من الأحيان لعمليات الإرسال.
يُطلق على الشكل اللامركزي من الاقتراع اجتياز الرمز المميز، وفي هذا النظام يتم تمرير حزمة “رمز مميز” خاص من عقدة إلى أخرى، وفقط العقدة ذات الرمز المميز هي المصرح لها بالإرسال وكل الآخرين مستمعون.
- “TDMA” هي اختصار لـ “Time Division Multiple Access”.
2- دخول عشوائي
أنظمة الوصول المجدولة تمتلك الكثير من العيوب بما في ذلك النفقات العامة الكبيرة المطلوبة لعمليات الحجز والاستقصاء وتمرير الرمز، وإمكانية فترات التوقف الطويلة عند إرسال عدد قليل فقط من العقد، كما يمكن أن يؤدي هذا إلى تأخيرات طويلة في توجيه المعلومات، وخاصةً عندما تحدث حركة مرور كثيفة في أجزاء مختلفة من الشبكة في أوقات مختلفة، وهي سمة من سمات العديد من شبكات الاتصالات العملية.
تم إنشاء خوارزميات الوصول العشوائي خصيصاً لمنح العقد شيئاً لنقل وصول أسرع إلى القناة، وعلى الرغم من أنّ القناة معرضة لتصادم الحزم في ظل الوصول العشوائي، فقد تم تطوير إجراءات مختلفة لتقليل هذا الاحتمال.
3- الناقل بمعنى الوصول المتعدد
تُسمى إحدى وسائل الانتقال العشوائي التي تخفض من فرصة حدوث تصادمات اسم الوصول المتعدد لاستشعار الموجة الحاملة “CSMA“، وفي هذه الوسيلة تستمع العقدة إلى القناة أولاً وتؤخر الإرسال عندما تدرك أنّ القناة مشغولة، وبسبب التأخيرات في انتشار القناة ومعالجة العقدة من الممكن أن تدرك العقدة خطأً أنّ القناة مشغولة تكون خاملة وستتسبب في حدوث تصادم إذا تم إرسالها.
ومع ذلك في “CSMA” سوف تدرك عقد الإرسال حدوث تصادم، ولن تقر الوجهات المعنية باستلام حزمة صالحة، ثم تنتظر كل عقدة وقتاً عشوائياً قبل الإرسال مرة أخرى، كما تُستعمل هذه الطريقة بشكل شائع في شبكات الحزم ذات الوصلات الراديوية مثل النظام المستخدم من قبل مشغلي الراديو الهواة.
من المهم خفض الوقت الذي تحتاجه قناة الاتصالات في حالة التصادم لأنّ هذا يؤدي إلى إغلاق القناة بشكل فعال، وإذا كانت العقدة تمتلك القدرة على الإرسال والاستقبال في وقت واحد وعادة ما يكون ذلك ممكناً على روابط الأسلاك والألياف الضوئية ولكن ليس على روابط الراديو، فيمكنها التوقف عن الإرسال بمجرد اكتشاف بداية الاصطدام وبالتالي نقل القناة من حالة التصادم في أقرب وقت بقدر الإمكان.
تسمى هذه العملية بالوصول المتعدد لاستشعار الموجة الحاملة مع اكتشاف التصادم “CSMA / CD” وهي ميزة لشبكة إيثرنت السلكية الشائعة.
- “CSMA / CD” هي اختصار لـ “Carrier-sense multiple access with collision detection”.
- “CSMA” هي اختصار لـ “Carrier-sense multiple access”.
4- انشار الطيف المتعدد
نظراً لأنّ التصادمات سيئة بالنسبة لأداء الشبكة فقد تم تطوير طرق للسماح بالإرسال المتعدد على شبكة البث دون التسبب بالضرورة في تدمير الحزمة المتبادل، مثل الوصول المتعدد للطيف المنتشر “SSMA” وفيه ستعمل عمليات الإرسال المتزامنة إلى زيادة طفيفة فقط في احتمال الخطأ في البتات لكل مستخدم إذا لم يتم تحميل القناة بشكل كبير.
كما يمكن الحصول على الحزم الخالية من الأخطاء باستخدام رمز تحكم مناسب، وتشمل عيوب “SSMA” عرض نطاق إشارة أوسع وتكلفة وتعقيد أكبر للمعدات مقارنةً بـ “CSMA” التقليدي.
- “SSMA” هي اختصار لـ “spread-spectrum multiple access”.
