إِرسال البيانات data transmission هونقل معلومات مرمزة encoded بأمانة بين مصدر source معلومات محدد ووجهة distination محددة. ويمكن حتى تمثل المعلومات المرمزة أحرفاً هجائية أوأعداداً أوأشكالاً قد تنتج من ضغط مفتاح طرفية terminal أوصورة نص أوإِشارة كهربائية صادرة عن جهاز قياس.

وساعد تزايد استخدام الحواسيب في منظومات الاتصال كثيراً في معالجة المعلومات المرمّزة وفتح مجالات واسعة لتطبيقات إِرسال البيانات ومنحها خاصية مميزة من باقي أشكال منظومات نقل البيانات. لذلك تطورت وظيفة إِرسال البيانات من الاتصال ما بين نهايتين, كما هوفي منظومة البرق (التلغراف), إِلى توفير الاتصال داخل منظومة حاسوب واحدة والاتصال ما بين عدة منظومات حواسيب لتشكل ما يسمى شبكات الحواسيب computer networks وأصبحت هذه الشبكات ضرورية لتقديم مختلف الخدمات المعلوماتية لمجالات متعددة منها الصناعية والعسكرية والمخطية وغيرها.

المفاهيم الأساسية لإِرسال البيانات

كل مصدر للبيانات يرمِّز البيانات قبل إِرسالها. ويعالج أغلب تجهيزات مصدر البيانات معلومات مرمزة ترميزاً ثنائياً binary coded كما هوفي الحواسيب والطرفيات الذكية intelegent terminal . ويتطلب إِرسال البيانات من الحاسوب إِلى أي طرفية ما أوبالعكس تبديل الترميز, ويضم هذا الترميز ترميز مختلف الأحرف الهجائية والأرقام والأحرف الخاصة وأحرف التحكم في إِرسال البيانات. وإِن أدنى وحدة لمعالجة المعلومات هي الرقم الثنائي binary digit ويطلق عليها اختصاراً حدثة «بت» (bit), ويأخذ إِحدى القيمتين المنطقيتين (0) أو(1).

وتُرمّز البيانات أوالمعلومات قبل إِرسالها بتجميع عدد من الأرقام الثنائية لتكون رمزاً لحرف. ويطلق على مجموعة مؤلفة من ثمانية أرقام ثنائية اسم بايت BYTE.

ترميز البيانات

وثمة ترميزان شائعان لإِرسال البيانات:

• الأول هوترميز التبادل الثنائي الموسع المرمز عشرياً extended binary coded decimal interchange code (EBCDIC) وهومؤلف من ثمانية أرقام ثنائية (8-bit) وبذلك يمكن حتى يُحصل على 256 رمزاً (c). وقد وضعت شركة IBM هذا الترميز وطورته.
• أما الترميز الثاني فهوالترميز المعياري الأمريكي لتبادل المعلومات American standard code for information interchange(ASCII) وهومؤلف من سبعة أرقام ثنائية (7-bit) وبذلك يتم الحصول على 128 رمزاً (c). ووضعت هذا الترميز وطورته مؤسسة المعايير الوطنية الأمريكية American National Standards Institute(ANSI), فإِذا تطلبت نتائج المعالجة في حاسوب عملية طباعة على الطابعة الموصولة به, فإِن برامجه تقوم بتبديل ترميز البيانات المراد طباعتها من الترميز الثنائي إِلى الترميز المعياري الأمريكي لتبادل المعلومات, ومن ثم يرسلها الحاسوب إِلى الطابعة التي تستقبل هذه البيانات وتقوم بانتخاب الأحرف المطابقة لهذا الترميز لطباعتها.

طرق إرسال البيانات

ويمكن حتى يتم إِرسال البيانات بإِحدى طريقتين:

• الطريقة الأولى هي إِرسال الأرقام الثنائية على التوازي Parallel- by- bit لترميز حرف دفعة واحدة[الشكل (1-آ)], ويطلق أيضاً على هذه الكيفية تعبير الإِرسال التسلسلي للأحرف serial-by-character أي إِرسال ترميز حرف تلوترميز حرف آخر.
• أما الطريقة الثانية فهي إِرسال الأرقام الثنائية لترميز حرف تسلسلياً serial-by-bit[الشكل (1- ب)] أي إِرسال رقم ثنائي (نبضة) تلورقم ثنائي آخر لترميز حرف واحد.

وأغلب منظومات إِرسال البيانات هي من النوع التسلسلي وذلك لأن الإِرسال المتوازي يحتاج عدداً أكبر من أسلاك التوصيل مما يشكل عقبة فنية واقتصادية للتوصيل ما بين نقطتين متباعدتين.

ويبين الشكل (2) منظومة اتصال تسلسلية لإِرسال البيانات ما بين (آ) و(ب). يتم إِرسال البيانات على شكل قطار من النبضات الممثلة لترميز البيانات. هذه النبضات تكون متساوية في مطالاتها ويحتل جميع منها حيزاً زمنياً محدداً ومتساوياً مع باقي أزمنة النبضات الأخرى. وقناة الاتصال توفر الاتصال باتجاهين. أي يمكن حتىقد يكون الحاسوب في لحظة ما مرسلاً للبيانات وفي لحظة أخرىقد يكون مستقبلاً لها, وينطبق هذا أيضاًَ على الطرفية الفاعلة. ويستخدم الوصل المباشر المبين في الشكل (2) ما بين وحدات متقاربة فيما بينهما, (50) متر إِلى (1) كم في أحسن الأحوال, وهذا يعتمد على سرعة الإِرسال أومعدله من ناحية وعلى نوع الإِشارة الكهربائية الممثلة للنبضات (جهود أوتيار) من ناحية أخرى. وعندما تكون نقاط الاتصال بعيدة فيما بينها, ما بين أحياء أومدن أودول, تُستخدم خطوط أوقنوات الهاتف, وعبر مقاسم الهاتف, لتوفير قناة اتصال لإِرسال البيانات.

عناصر منظومة الاتصال

ويبين الشكل (3) الوحدات والعناصر الأساسية المكونة لمنظومة اتصال, ويطلق عليها عادة اسم رابطة البيانات data link. وتعد وحدات أوعناصر هذه المنظومة جزءاً أساسياً لا بد منه في مختلف منظومات إِرسال البيانات, وهذه الوحدات هي الوحدات الثلاث الآتية.

تجهيزات طرفية البيانات data terminal equipment (DTE)

وهي التجهيزات الطرفية التي تعالج البيانات لتهيئتها لعمليات الاتصال. وقد تكون هذه التجهيزات حاسوباً أوطابعة أوطرفية فاعلة إِضافة إِلى مختلف التجهيزات التي توفر مستلزمات إِرسال البيانات. وقد تكون بعض هذه التجهيزات في الوقت نفسه مصدراً للبيانات أي مرسلاً لها data source ومستقبلاً لها data sink. فالحاسوب مثلاً يمكن حتىقد يكون مصدراً أومونادىً للبيانات في حين تكون الطابعة مودعة أومستقبلة للبيانات فقط.

تجهيزات إِرسال البيانات data communication equipment

وهي التجهيزات اللازمة لأقلمة إِشارة البيانات, النبضية الرقمية, مع قناة الاتصال. من هذه التجهيزات المعدِّل/ مزيل التعديل modilator /demodilator ويطلق عليه اختصاراً اسم موديم modem, وهوجهاز يقوم بتعديل النبضات على حامل مستمر لإِرسالها عبر قناة مستمرة (مثلاً خطوط الهاتف) وإِزالة التعديل عند الاستقبال.

قناة الاتصال

نطقب:OSIModel

وهي أيُ وسيط نقل للإِشارات, وقد تكون سلكية مثل خطوط هاتف (شفع من الأسلاك) أوكبل محوري coaxial cable أوكبل من الألياف الضوئية fiber optic cable أوتكون قناة لاسلكية مثل قناة الترددات العالية أوقناة مكروية من خلال السواتل الصنعية.

التحكم في إِرسال البيانات

أنواع تجهيزات طرفية البيانات

تصنف تجهيزات طرفية البيانات في نوعين :

• النوع الأولقد يكون مصدراً للبيانات أومستقبلاً لها, مثلاً الحاسوب أوالطرفية الفاعلة. والنوع الثانيقد يكون مسؤولاً عن معالجة البيانات. وقد يحدث هذا الجزء متضمناً في تجهيزات النوع الأول أوقد يكون وحدة منفصلة بحد ذاته ويطلق عليه تعبير وحدة التحكم في الاتصال communication control unit (CCU) وأهم الوظائف التي ينفذها هذا النوع من التجهيزات هي:

التحكم في الخط line control, أوقواعد الخط line protocol والتزامن synchronization, وترجمة الترميز code translation وكشف الأخطاء وتسليمها وإِرسال الإِشارات واستقبالها.

ويمكن حتى تأخذ وحدة التحكم في الاتصال أحد الأشكال التالية:

• وحدات مادية hardware units:

وهي ثابتة الوظائف وغير قابلة للبرمجة. ويتطلب أي تغيير في وظائفها تغييراً جذرياً لعناصرها المادية.

• وحدات مختلطة:

وهي مادية وقابلة للبرمجة. ويمكن تعديل وظائفها بتعديل جزئي بعناصرها المادية وبتعديل البرامج.

• وحدات مبرمجة بوجه كامل:

وهي تجهيزات يمكن تعديل وظائفها بتعديل البرامج من دون الحاجة إِلى تعديل عناصرها المادية.

وهناك تجهيزات أخرى توفر الاستخدام الأفضل لخطوط إِرسال البيانات بالإِضافة إِلى توفير بعض وظائف التحكم في إِرسال البيانات وأهمها: المنضِّدات multiplexers (MUX) والمركِّزات concentrators.

وحدات التحكم في إِرسال البيانات المادية والمبرمجة

تتطلب معالجة البيانات للإِرسال أداء وظائف متعددة. تشغل هذه المعالجة حيزاً كبيراً من زمن معالجة الحاسوب وقد تكون نسبتها 25٪ من زمن معالجة الحاسوب للمعلومات, وتختلف هذه النسبة بحسب عدد الطرفيات الموصولة إِلى الحاسوب. ولهذا فإِن استخدام وحدات متخصصة بالتحكم في إِرسال البيانات يساعد الحاسوب على التحرر من أداء معالجة وظائف إِرسال البيانات مما يؤدي إِلى زيادة مردوده, الشكل (4).

كانت تجهيزات وحدات التحكم في إِرسال البيانات تبنى من دارات رقمية ذات تكامل صغير أووسط. أما في الوقت الحاضر فقد أصبحت تجهيزاتها مبنية من دارات ذات تكامل واسع large scale integration (LSI) قابلة للبرمجة لأداء وظائف محدودة ويطلق عليها اسم معالج النهاية الأمامي front end processor (FEP) غير الفعال. ويتطلب بعض شبكات إِرسال البيانات تحقيق وظائف كثيرة ومتغيرة بحسب نوع الشبكة. ويخصص في مثل هذه الحالات حاسوب يسمى معالج النهاية الأمامي (FEP) كما هومبين في الشكل (5), ومن أبرز مميزات هذا النوع من الوحدات المرونة العالية الناتجة من إِمكانية تعديل كثير من وظائفها عن طريق برامج الاتصال الخاصة بها.

المنضِّدات والمركِّزات

أدى التقدم التكنولوجي في صناعة الدارات المتكاملة إِلى هبوط مستمر في تكاليف معالجة البيانات وتخزينها. ولكن تكاليف خطوط إِرسال البيانات ازدادت عند مستثمر خطوط النقل وذلك لزيادة تكاليف المكالمات وأجور خطوط الإِرسال. وأدى ذلك إِلى تطوير تجهيزات توفر الاستخدام الأفضل لوسائل الاتصال, أهمها المنضِّدات والمركِّزات التي تزيد مردود شبكة إِرسال البيانات وتخفض تكاليف الإِرسال.

المنضِّدات

الوظيفة الأساسية للمنضدات هي دمج إِشارات قنوات متعددة منفصلة عبر قناة واحدة عند الإِرسال. أما وظيفة مفككات التنضيد demultiplexers فهي توزيع الإِشارات المستقبلة من دارة واحدة إِلى قنوات متعددة أودارات متعددة. وعند نهايتي أي خط لابد من وجود جهاز يقوم بعملية التنضيد وتفكيكه معاً وذلك لأن جميع طرفية قد تكون مرسلة أومستقبلة للبيانات. واختصاراً يطلق على الجهاز اسم «جهاز التنضيد» على الرغم من كونه يقوم بأداء جميع من عمليتي التنضيد عند الإِرسال, وإِزالته عند الاستقبال.

ويمكن حتىقد يكون التنضيد بالتقسيم الترددي frequency division multiplexing (FDM)أوبالتقسيم الزمني time division multiplexing (TDM). ويعتمد التنضيد بالتقسيم الترددي (FDM), (الشكل 6), على تقسيم حزمة تردد الإِرسال (قناة الإِرسال) إِلى عدد من حزم ترددية (قنوات).قد يكون هذا النوع من التنضيد منخفض التكاليف عندماقد يكون عدد القنوات المستخدمة قليلاً.

أما التنضيد بالتقسيم الزمني (TDM) لكل طرفية, (الشكل 7), فهويحجز حزمة قناة الإِرسال بكاملها لمدة زمنية محددة أوحيز زمني time slot محدد, بغض النظر عما إِذا كانت هذه الطرفية في حالة إِرسال أومتوقفة عن العمل (الشكل 8).

وقد أعطى التطور في تقنية المعالجات المكروية microprocessors في نهاية السبعينات تطوير منضدات ذكية بالتقسيم الزمني intelligent TDM, أوستاتيكية statical TDM. ويوفر هذا النوع من المنضدات وظائف كثيرة منها التحكم الموائم في السرعة adaptative speed control والتخصيص الدينامي dynamic للحيز الزمني لكل طرفية. وهناك مميزات أخرى لمثل هذه المنضِّدات منها زيادة تخزين البيانات وضغط البيانات data compression وتحسين كشف الأخطاء وإِدارة شبكة إِرسال البيانات وغيرها من مميزات. ويمكن حتى يعد بعض أنواع هذه المنضدات مركزِّات.

المركِّزات

وهي وحدات قابلة للبرمجة تقوم بتجميع أحمال نقل آتية من خطوط نقل منخفضة السرعة وإِرسالها في خط ذي حمل كبير وذي سرعة عالية, (الشكل 9). وتختلف المركِّزات عن المنضِّدات بأنها تطبق مبدأ التنافس أوالتنازع contention وهذا لأن عدد قنوات الدخل أكبر من عدد قنوات الخرج. ويتم هجريز الحمل بكيفية تنسيق الأرتال queueing أوالتحري المتتالي polling أوبكيفية التخزين والإِرسال store and forwarding.

معدل إِرسال البيانات وسعة قناة الإِرسال

تُرسَل البيانات تسلسلياً عبر قناة الاتصال على شكل قطار من النبضات, (الشكل 10).

وإِذا كانت جميع نبضة تمثل بتاً واحداً one-bit فإِن سرعة معدل إِرسال البيانات تقاس بعدد البتات المرسلة في الثانية bit per second (BPS) في حين يراوح تردد قطار النبضات بين صفر هيرتز (مركبة مستمرة), عندما تكون قيم جميع الأرقام الثنائية, المرسلة مساوية (1), وتردد أعظمي (n/2) هيرتز, عندما تكون قيم الأرقام الثنائية المرسلة مساوية وعلى التناوب (0) و(1), حيث (n) تساوي عدد الأرقام الثنائية في الثانية. ولكل نبضة حيز زمني (ح) يطلق عليه اسم عنصر الإِشارة signal element ويساوي (1/n=ح) ثانية.

وتقاس سرعة الإِرسال بوجود البود (BAUD) واستخدمت هذه التسمية تكريماً للعالم بود J.M.E.Baud وهومن أوائل مطوري منظومات البرق, ومعدل البود لقناة اتصال هوالمعدل الأعظمي الذي ترسل عنده نبضات الإِشارة, أومعدل تعديل القناة modulation rate of the channel. وإِذا كانت جميع نبضة من النبضات تمثل رقماً ثنائياً واحداً فإِن وحدة البود تساوي عدد البتات في الثانية (BPS) وذلك لأن جميع بت يمثل بأحد المستويين 0)) أو(1). وإِذا كانت النبضة الواحدة تمثل أكثر من بت واحد فإِن معدل بود يقصد منه عدد نبضات الإِشارة المرسلة في الثانية وتمثل جميع نبضة أكثر من بت واحد. وتحدد كيفية التعديل المستخدمة لإِرسال البيانات عدد البتات في البود الواحد.

ويطلق على معدل المعلومات المرسلة في الثانية اسم سعة القناة channel capacity وتقاس سعة القناة الأعظمية بوحدة المعلومات في الثانية bit/ second, وهنا تمثل حدثة (bit) وحدة معلومات وليست اختصاراً لرقم ثنائي, وفي مثل هذه الحالة يطلق على الرقم الثنائي من نظام العد الثنائي اسم بينيت (BINIT).

ولقد وضع نيكوست H. Nyquist علاقة حدد فيها قيمة سعة القناة على النحوالتالي:

(1).C=2W LOG ­2 L BIT/SEC

حيث (L) عدد مستويات الإِشارة number of signaling levels ويساوي (2n).

(n) عدد الأرقام الثنائية في الثانية في البود bps/BAUD

وتساوي n=LOG2L

W عرض الحزمة بوحدة الهيرتز (دورة في الثانية).

ويطلق أيضاً على علاقة نيكوست تعبير سعة القناة المتبترة. ومن هذه العلاقة يُرى حتى سعة القناة يمكن حتى تتزايد لا نهائياً عند تزايد عدد مستويات الإِشارة (L). ولكن هذا غير ممكن من الناحية العملية وذلك لعدم أخذ علاقة نيكوست بالحسبان المحددات الفيزيائية للقناة.

وكذلك فقد وضع كلود شانون Claud Shannon علاقة يحدد فيها سعة القناة بدلالة نسبة الإِشارة إِلى الضجيج signal to noise ratio (S/N) وعرض حزمة القناة كما يلي:

C=W LOG2 (1+S/N) BIT/SES

وأصبحت هذه العلاقة تعهد بقانون هارتلي وشانون Hartly Shannon Law وهذه العلاقة تمثل سعة القناة المستمرة.

طرائق التعديل لإِرسال البيانات

إِن خطوط الشبكة الهاتفية مخصصة لنقل إِشارات الصوت التمثيلية المحدودة المجال الترددي. وهي غير مناسبة لنقل الإِشارات النبضية والمتبترة زمنياً, وذلك لأن جميع تجهيزات الشبكة الهاتفية من مكبرات وجسور إِرسال ونواخب نهائية مخصصة للإِشارات المحدودة المجال الترددي. في حين يرى حتى الإِشارات النبضية هي إِشارات ذات مجال عريض مما يؤدي إِلى تشوهها عند مرورها في خطوط النقل الهاتفية.

ولهذا تحوَّل إِشارة البيانات المرسلة النبضية إِلى موجات مستمرة بوساطة التعديل, وتتضمن هذه العملية تحميل الإِشارة النبضية على إِشارة تمثيلية. ويطلق على هذه العملية أحياناً اسم الإِقفال Keying بدلاً من التعديل عند التعامل مع الإِشارات غير التمثيلية. وتسمى الوحدات التي تقوم بتعديل البيانات معدات أووحدات إِرسال البيانات. ولما كانت وحدات طرفية البيانات (DTE) تعمل مُرْسِلات ومُسْتَقْبِلاتٍ للبيانات فإِنه لا بد من وجود جهازين, واحد في جميع طرف من طرفي الخط. ويعمل جميع جهاز معدلاً عند الإِرسال ومزيلاً للتعديل عند الاستقبال (موديم).

وهناك أنواع كثيرة من وحدات الموديم, لكل نوع مميزاته وتطبيقاته الخاصة. وتحدد كيفية التعديل أوالإِقفال المستخدمة خواص الموديم ونوعه, ومن أبرز هذه الطرائق: التعديل المطالي (السعوي) amplitude modulation أوالإِقفال بإِزاحة المطال amplitude shift keying (ASK) , والتعديل الترددي ferequency modulation أوالإِقفال بإِزاحة التردد frequency shift keying (FSK) والتعديل الطوري phase modulation أوالإِقفال بإِزاحة الطور phase shift keying (PSK) والتعديل المطالي الرباعي quadriture- amplitude modulation (QAMI).

الإِقفال بإِزاحة المطال (ASK)

تعدل هذه الطريقة مطال التيار الحامل بحسب إِحدى قيمتي نبضة البيانات (0) أو(1). ويبين الشكل (11-آ) نوع إِغلاق /فتح (ON-OFF) وفيهقد يكون مطال الحامل مساوياً قيمة محددة من أجل قيمة (1) ومساوياً للصفر عند القيمة (0). وهناك نوع آخر لهذه الطريقة يعتمد على تغيير مطال الحامل ما بين قيمتين إِحداهما من أجل القيمة (0) والأخرى من أجل القيمة (1) لنبضة البيانات (الشكل 11- ب), ويتم اختيار هاتين القيمتين ليمكن للمستقبل حتى يفرق بينهما بسهولة طالما وجود الضجيج.

الإِقفال بإِزاحة التردد (FSK)

الإِقفال بإِزاحة التردد يغير تردد تيار الحامل ما بين قيمتين بحسب قيمة نبضة البيانات (0) أو(1) [الشكل (12)]. تستخدم هذه الطريقة في كثير من أنواع الموديم التي تعمل بمعدل إِرسال بيانات منخفض (أقل من 1200bps بت/ثانية) ولا تستخدم هذه الطريقة عند معدل عال للإِرسال, وذلك لأنها تتطلب زيادة في الفرق ما بين تردد في حامل التيار حدثا زاد معدل الإِرسال, ولأن هناك مجالات تردد لا يمكن استخدامها لإِرسال البيانات لكونها مخصصة في المقاسم الهاتفية لأغراض خاصة.

الإِقفال بإِزاحة الطور (PSK)

تستخدم طريقة الإِقفال بإِزاحة الطور لتحقيق معدل عال لإِرسال البيانات ولتفادي بعض مساوئ طريقة الإِقفال بإِزاحة التردد. وتعتمد هذه الطريقة على تغيّر طور الحامل, وذلك بتوليد إِشارتين متساويتين في التردد ومختلفتين في الطور, ويستخدم هذا الاختلاف في الطور لتمثيل إِحدى القيمتين (0) أو(1) (الشكل 13).

وتتيح هذه الطريقة استخدام إِشارات متعددة المستويات, أي تمكن من تمثيل أكثر من رقم ثنائي لكل بود تعديل واحد. مثلاً: إِذا استخدم رقمان ثنائيان لكل بود تعديل فإِنه يحتاج أربع قيم طور مختلفة, قيمة واحدة لكل رقمين ثنائيين وكما يلي:

ولذلك إِذا كان معدل إِرسال البيانات مساوياً (2400bps بت/ثا)قد يكون معدل التعديل (1200) بود.

التعديل المطالي الرباعي (QAM)

تعتمد هذه الطريقة في التعديل أوالإِقفال على تغيير جميع من المطال والطور لتمثيل البيانات المرسلة. وتستخدم هذه الطريقة غالباً في وحدات الموديم المخصصة لإِرسال بيانات ذات معدل عالٍ, قد يصل إِلى (9600bps, بت/ثا) عبر خطوط الهاتف المستأجرة. ويلاحظ مما تجاوز حتى تجميع الأرقام الثنائية لتمثيل البود يؤدي إِلى زيادة معدل إِرسال الأرقام الثنائية الممثلة للبيانات وإِلى الاستفادة من دارات القنوات الصوتية على الرغم من حتى عرض حزمتها يساوي (3100) هيرتز. وباللقاء فإِن وحدات الموديم المستخدمة لهذه الكيفية تكون معقدة التقنية وبالتالي فإِن تكلفتها تكون عالية. وإِضافة إِلى ذلك فإِن زيادة سرعة الإرسال تتطلب زيادة في عرض الحزمة الترددية للدارات الصوتية, ويبين الشكل (14) العلاقة بين معدل سرعة الإِرسال وعرض الحزمة المطلوبة.

أنماط الإِرسال

يتم التخاطب ما بين نقطتين في منظومات إِرسال البيانات بأحد أنماط الإِرسال transmission modes التالية: النمط المبسط simplex أوالمفرد. النمط نصف المزدوج half-duplex (HDX). والنمط المزودج الكامل full-duplex (FDX).

• أما في النمط المبسط فيكون الإِرسال باتجاه واحد فقط. ويستخدم لتحقيق الوصول الفيزيائي زوج من الخطوط (دارة واحدة), الشكل (15-آ).
• وأما في النمط نصف المزدوج فيكون الإِرسال والاستقبال في اتجاهين, ولكن بالتناوب. ويتطلب هذا النمط دارة واحدة لتحقيق الوصل الفيزيائي, الشكل (15- ب).
• وأما النمط المزدوج الكامل فيحقق الإِرسال والاستقبال في اتجاهين في آن واحد ولكنه يحتاج زوجين من الخطوط أودارتين لتوفير الوصل الفيزيائي, الشكل (15- جـ).

قواعد استعمال الخط

لضمان سلامة البيانات المستقبلة وصحتها لابد من ضمان التوافق في توقيت عمل جميع من المرسل والمستقبل. وتسمى عملية التوافق هذه بالتزامن.

وهناك طرائق تزامن مختلفة أهمها مايلي:

تزامن النبضات

في كيفية تزامن النبضات bit synchronization يحدد جهاز الاستقبال بدقة لحظة استقبال نبضات البيانات في ضوء معدل نبضات ميقاتية يجب حتى تكون متطابقة مع معدل نبضات ميقاتية المرسل, (الشكل 16).

تزامن الحروف

في كيفية تزامن الحروف character synchronization يتعهد المستقبل مجموعة الأرقام الثنائية المشكلة للحرف المرسل. ويمكن تمييز طريقتين من هذا التزامن.

الإرسال المتزامن والإرسال الغير متزامن

نطقب:Misleading

الإِرسال التسلسلي غير المتزامن serial asynchronous

ويتم التزامن في هذه الطريقة بإِرسال نبضة بدء start bit, قبل إِرسال نبضات ترميز حرف ما, للدلالة على بدء الإِرسال. وفي نهاية إِرسال نبضات ترميز الحرف ترسل نبضة وقف للدلالة على نهاية إِرسال الحرف (الشكل 17). ويجب حتى يلاحظ حتى بدء إِرسال حرف هوإِرسال غير متزامن في حين حتى استقبال نبضات الحرفقد يكون متزامناً بحسب معدل الإِرسال, أوبحسب الحيز الزمني لنبضات البيانات الممثلة لترميز الحرف.

الإِرسال التسلسلي المتزامن serial synchronous

وفيها تستخدم أحرف مرمزة خاصة لعملية التزامن, (الشكل 18) كما يلي:

• عدم الإِرسال IDLE
• ترميز (ASCII) لحرف SYN للدلالة على طلب التزامن.
• ترميز (ASCII) لحرف STX للدلالة على بدء إِرسال البيانات.
• ترميز (ASCII) لحرف ETX للدلالة على نهاية إِرسال البيانات.

وفي هذه الكيفية تتم عملية التزامن فقط عند بدء إِرسال مجموعة block البيانات.

تزامن الرسائل

تزامن الرسائل message synchronization هوإِحدى وظائف قواعد الوصل link protocol. وهذه القواعد ضرورية لتحقيق تزامن إِرسال البيانات في منظومة حاسوب واحدة أوبين شبكات الحواسيب.

ويتطلب أغلب هذه القواعد نمط إِرسال تام الازدواج (FDX), وأهم هذه القواعد وأكثرها انتشاراً هي: التحكم المتزامن في وصل البيانات synchronous data- link control (SDLC) وطَورت هذه القواعد شركة (IBM), والتحكم العالي المستوى في وصل البيانات high- level data- link control (HDLC) وطورت هذه القواعد منظمة المعايير الدولية International Standards Organization (ISO).

وهناك أنواع كثيرة من هذه القواعد بحسب عدد الشركات المهتمة بالتوسع الكبير لشبكات اتصال الحواسيب. ويبين الشكل (19) مثالاً على التحكم العالي المستوى في وصل البيانات. ويطلق على رسالة البيانات المرسلة وجميع بيانات التحكم المرسلة معها تعبير إِطار الرسالة message frame ويخصص في هذا الإِطار حقول تتضمن مجموعة بتات لتوفير عملية التحكم وتسليم الأخطاء إِضافة إِلى عنوان جهة الإِرسال.

أنواع تسهيلات القنوات

تصنف قنوات الاتصال, من ناحية أنواع التسهيلات وملكيتها, في ثلاثة أنواع أساسية هي:

ملكية خاصة

وهي منظومات اتصال مبنية من شبكة خاصة وتعود ملكيتها كلها إِلى المستثمر, مثل شبكة مصنع أوشبكة جامعة وغيرها.

وملكية خاصة مستأجرة: وهي منظومات مبنية من شبكة خاصة ولكنها مستأجرة من شركات أومؤسسات الهاتف الآلي. ولكل نوع من هذه التسهيلات تعهدة بحسب نوع الخدمة المقدمة للمستثمر. وهذا النوع من التسهيلات يوفر للمشهجر اتصالاً دائماً عبر المقاسم الهاتفية.

ملكية عامة

وهي منظومات شبكات الهاتف العائدة ملكيتها إِلى شركات أومؤسسات عامة. في هذا النوع من التسهيلات لا يوفر الاتصال عبر المقاسم إِلا عند طلب رقم الاتصال كما هي الحال في المكالمات الهاتفية العادية.

تنظيم منظومات إِرسال البيانات

هناك طرائق مميزة وكثيرة لتنظيم منظومات إِرسال البيانات. وتحدد هذه الطرائق بحسب نوع التوزيع الطبولوجي (المكاني) topology وبحسب نوع الاستخدام.

ويمكن حتىقد يكون التنظيم الطبولوجي بحسب الأشكال الثلاثة التالية:

• بين نقطتين point-to-point:

وهوأبسط أنواع التنظيم, ويستخدم في العادة عندما تكون قناة الاتصال من النوع المستأجر الخاص, (الشكل 20-آ).

• بين نقاط متعددة multipointor, multidrop:

وهوتنظيم يتيح لأي محطة الاتصال مع المحطات الأخرى بحسب عناوينها. وتستقبل جميع محطة رسائلها بحسب عنوانها وتهمل باقي الرسائل العائدة إِلى المحطات الأخرى (الشكل 20- ب).

• الشبكات networks:

وهي مجموعة تضم ثلاث محطات فأكثر وتستطيع جميع محطة منها حتى ترسل إِلى المحطات الأخرى وأن تستقبل منها رسائلها, ويطلق عليها في مثل هذه الحالة تعبير شبكات تحويل الرسائل message switching networks. ويطلق على جميع محطة اسم العقدة node. ويصنف تنظيم الشبكات بحسب توزعها الطبولوجي, فيمكن حتى تكون شبكة مركزية أونجمية star network أوشبكة غير مركزية decentralized أوموزعة distributed أوشبكة دائرية (حلقية) loop (الشكل 21).

ويطلق تعبير تحويل الرسائل بالرزم packet-switched message على التنظيم الذي ينتخب الطريقة المثلى في إِرسال البيانات بين عقد الشبكة. ويوفر كثير من مقاسم الهاتف الحديثة مثل هذه التسهيلات لزبائنها.

أما التنظيم من حيث الاستخدام فيمكن حتىقد يكون من النوع المحوِّل أوغير المحوِّل. وعندماقد يكون تنظيم المنظومة محوِّلاَ فإِن قناة الاتصال تتحقق فقط عند طلب الخط. وعندماقد يكون التنظيم غير محوِّل (الشكل 20), أومن دون تبديل, فإِن قناة الاتصال تظل محققة بوجه دائم ولولم يكن هناك إِرسال. وهذا التمييز ضروري ولا سيما عند دراسة تكاليف قنوات الاتصال وعامل الاستخدام utilization factor بالمقارنة مع حركة الرسائل message traffic.

شبكات الحواسيب

كان استثمار منظومات الحواسيب لإِرسال البيانات مبنياً على مبدأ المركزية أوالشبكة النجمية. وتكون الوحدات الخارجية في هذا النوع من شبكات الحواسيب موصولة إِلى حاسوب مركزي سواء كانت وحدات إِدخال عن بعد أوطرفيات فعالة. وقد شجع انخفاض تكاليف الوحدات المادية لمنظومات الحواسيب فيما يخص تكاليف متطلبات منظومات إِرسال البيانات, على استثمار منظومات حواسيب كاملة في مواقع خارجية وبعيدة عن المنظومة المركزية, لمعالجة المعلومات محلياً وفي جميع مسقط لأن أغلب المعلومات المعالجة ذات طبيعة محلية, ونادراً ما بحاجة المعالجة إِلى معلومات إِضافية من مركز المعلومات. ولذلك فإِن التوجه الحديث هونحوحفظ المعلومات والبيانات أوتخزينها ومعالجتها محلياً, ويُسمى هذا النوع من المنظومات منظومات معالجة البيانات الموزَّعة distributed data processing. وقد يرغب أحد المواقع في هذه المنظومات في الوصول access إِلى المعلومات أوالبرامج في مواقع أخرى, ومثال ذلك قد يرغب موظف في مخط المبيعات في إِرسال معلومات تفصيلية عن تجهيزات طلبها زبون من مخط الخدمات, وقد بحاجة بعض البرامج إِلى ذاكرات إِضافية أووحدات تخزين مساعدة غير متوافرة في منظومة الحاسوب المحلي. تبرز الحاجة في مثل هذه الأحوال إِلى ربط منظومات الحواسيب في المواقع المتنوعة فيما بينها لإِنشاء ما يسمى الشبكات الموزَّعة distributed networking ويمكن تصنيفها في صنفين:

شبكات المناطق الواسعة wide area networks (WAN)

وهي شبكات توفر ربط مجموعة منظومات حواسيب متباعدة وموزعة جغرافياً (الشكل 22), وتنتمي إِلى هذا الصنف أيضاً شبكة المدينة المركزية metropolitan area network (MAN).

شبكات المناطق المحلية local area networks (LAN)

وهي شبكات توفر ربط منظومات حواسيب ووحداتها معاً, في مسقط واحد, مثل مشفى وكليَّة وغيرها, (الشكل 23).

ويتطلب كثير من التطبيقات كلا النوعين من الشبكات ويتم الوصل ما بين مختلف المنظومات ببوابات اتصال gateways.

وقد وضع أغلب الشركات المصنِّعة لمنظومات الحواسيب برامج خاصة لإِرسال البيانات عبر هذه الأنواع من الشبكات تحقق المعايير الدولية لكل من شبكات المناطق الواسعة (WAN) وشبكات المناطق المحلية (LAN) وأهم هذه المعايير الدولية ثلاثة.

• الأول هومنظومات الوصل التبادلي المفتوحة open systems interconnection (OSI) وطورت هذا المعيار المنظمة الدولية للمعايير (ISO).
• والثاني هوقاعدة أوبروتوكول (X25) لشبكات البيانات بتحويل الرزم packet switching network وقد طورته اللجنة الاستشارية للبرق والهاتف International Telegraph and Telephone Consultative Commitee (CCITT) وهي تغطي متطلبات شبكات المناطق الواسعة.
• أما الثالث فهوقاعدة إِثرنت EthernetTEEE (802.3) الخاصة بالشبكات المحلية والتي طورها معهد المهندسين الكهربائيين والإِلكترونيين في الولايات المتحدة الأمريكية Institute Electrical and Electronics Engineers (TEEE) ويبين الشكل (24) شبكة حواسيب من نوع المناطق الواسعة مربوطة مع شبكة من نوع المناطق المحلية عبر مقسم يوفر تحويل الرزم packet switched exchange. والقاعدة (X25) اعتمدت معياراً لشبكة منطقة واسعة لإِرسال البيانات ما بين منظومات الحواسيب عبر الشبكات العامة public data networks أوالشبكات الخاصة أوالشبكات الخاصة المستأجرة.

أما معيار إِثرنت Ethernet للشبكات المحلية فيوفر إِرسال البيانات ما بين الحواسيب والطرفيات الفعالة بوساطة كبلات محورية ويسمح بإِرسال بيانات بمعدل يصل إِلىعشرة ميغابت /ثانية 10m-bit /sec. وتوفر قواعد هذا المعيار التحسس باتجاه الحامل carrier sense والوصول المتعدد multiple access مع كشف التصادم أوالتعارض (CSMA/CD) collision detection

التحكم في الأخطاء

قد ينتج من إِرسال البيانات بقناة الاتصال استقبال بيانات خاطئة, وقد يؤدي أي خطأ في البيانات إِلى نتائج غير حميدة كتطبيق أوامر خاطئة من الحاسوب أوالوحدات المستقبلة. ويلجأ عادة لتجنب حدوث مثل هذه الأخطاء إِلى ترميز البيانات المراد إِرسالها, بطريقة معروفة في جميع من طرفي الإِرسال والاستقبال, فيوفر لوحدات الاستقبال إِمكانية كشف الأخطاء وتسليمها. ومن أبسط طرائق ترميز البيانات إِضافة بيانات فائضة على الرسائل قبل إِرسالها تسمى بخانات الفحص. وفي حال حدوث خطأ في المعلومات المرسلة ينعكس ذلك في تغيير قيم هذه الخانات مما يسهل عملية كشف الخطأ ومن ثم تسليمه.

تعمية البيانات وكشفها

من الأمور المهمة في منظومات إِرسال البيانات ضمان سرية البيانات المرسلة. لذلك يجب تعميتها قبل تعديلها وإِرسالها عبر قناة الإِرسال لمنحها مناعة كبيرة إِزاء أي فضولي أومتجسس على خطوط إِرسال البيانات.

وتعتمد درجة المناعة هذه على خوارزمية التعمية المستخدمة, وعلى درجة العشوائية المولدة للبيانات المعماة, وعلى طول مفاتيح التعمية المستخدمة. ولما كان إِرسال البيانات تسلسلياً وباتجاهين فإِنه لابد من إِجراء جميع من عمليتي التعمية encryption وحل التعمية dencryption عند نهايتي خطوط الإِرسال.

ويمكن تحقيق عمليتي تعمية البيانات وحل البيانات المعماة عن طريق برامج تعالج في الوقت نفسه خوارزمية التعمية وحلَّ التعمية, أويمكن تحقيق ذلك باستخدام تجهيزات مادية توضع ما بين أجهزة الموديم وأجهزة نهاية البيانات DTE, (الشكل 25).

انظر أيضا

• Computer networking
• Information theory
• Media (communication)
• Signal processing
• اتصال عن بعد
• Transmission

الهوامش

مراجع للإستزادة

• أحمد أزرق, نظم الاتصالات النبضية والرقمية (جامعة دمشق 1981).
• أحمد أزرق, نظرية المعلومات (جامعة دمشق 1984).
• ROBERT TECHO,Data Communications and Introduction to Concepts and Design (Plenum 1980).
• DAVIES BARBER, Communication Networks for Computers (J.Wiley 1980)

وصلات خارجية

• Asynchronous serial data example