نقل البيانات

إِرسال البيانات data transmission هو نقل معلومات مرمزة encoded بأمانة بين مصدر source معلومات محدد ووجهة distination محددة. ويمكن أن تمثل المعلومات المرمزة أحرفاً هجائية أو أعداداً أو أشكالاً قد تنتج من ضغط مفتاح طرفية terminal أو صورة نص أو إِشارة 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 هو في 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 والمكتبية وغيرها.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 المفاهيم الأساسية لإِرسال البيانات

كل مصدر للبيانات يرمِّز البيانات قبل إِرسالها. ويعالج أغلب تجهيزات مصدر البيانات معلومات مرمزة ترميزاً ثنائياً binary coded كما هو في الحواسيب والطرفيات الذكية intelegent terminal . ويتطلب إِرسال البيانات من الحاسوب إِلى أي طرفية ما أو بالعكس تبديل الترميز, ويشمل 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 كلمة «بت» (bit), ويأخذ إِحدى القيمتين المنطقيتين (0) أو (1).

وتُرمّز البيانات أو المعلومات 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 هو ترميز التبادل الثنائي الموسع المرمز عشرياً extended binary coded decimal interchange code (EBCDIC) وهو مؤلف من ثمانية أرقام ثنائية (8-bit) وبذلك يمكن أن يُحصل على 256 رمزاً (c). وقد وضعت شركة IBM هذا الترميز وطورته.
• أما الترميز الثاني فهو الترميز المعياري الأمريكي لتبادل المعلومات American standard code for information interchange(ASCII) وهو مؤلف 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

(الشكل -1) الإرسال المتوازي (آ) والإرسال التسلسلي (ب) لمعطيات مرمزة بالترميز المعياري الأمريكي (ASCll).

ويمكن أن 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 الطريقة تعبير الإِرسال التسلسلي للأحرف serial-by-character أي إِرسال ترميز حرف تلو ترميز حرف آخر.
• أما الطريقة الثانية فهي إِرسال الأرقام الثنائية لترميز حرف تسلسلياً serial-by-bit[الشكل (1- ب)] أي إِرسال رقم ثنائي (نبضة) تلو رقم ثنائي آخر لترميز حرف واحد.

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

الشكل -2 منظومة اتصال تسلسلية.

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 كل منها حيزاً زمنياً محدداً ومتساوياً مع باقي أزمنة النبضات الأخرى. وقناة الاتصال توفر الاتصال باتجاهين. أي يمكن أن يكون الحاسوب في لحظة ما مرسلاً للبيانات وفي لحظة أخرى 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 أو معدله من ناحية وعلى نوع الإِشارة الكهربائية الممثلة للنبضات (جهود أو تيار) من ناحية أخرى. وعندما تكون نقاط الاتصال بعيدة فيما بينها, ما بين أحياء أو مدن أو دول, تُستخدم خطوط أو قنوات الهاتف, وعبر مقاسم الهاتف, لتوفير قناة اتصال لإِرسال البيانات.

 عناصر منظومة الاتصال

(الشكل -3) منظومة إرسال بيانات .

ويبين الشكل (3) الوحدات والعناصر الأساسية المكونة لمنظومة اتصال, ويطلق عليها عادة اسم رابطة البيانات data link. وتعد وحدات أو عناصر 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 أو طابعة أو طرفية 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 أن يكون مصدراً أو مودعاً للبيانات في حين تكون الطابعة مودعة أو مستقبلة 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, وهو جهاز يقوم بتعديل النبضات على حامل مستمر لإِرسالها عبر قناة مستمرة (مثلاً خطوط الهاتف) وإِزالة التعديل عند الاستقبال.

 قناة الاتصال

المقالة الرئيسية: قنوات الاتصال

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

 التحكم في إِرسال البيانات

 أنواع تجهيزات طرفية البيانات

تصنف تجهيزات طرفية البيانات في نوعين :

• النوع الأول يكون مصدراً للبيانات أو مستقبلاً لها, مثلاً الحاسوب أو الطرفية الفاعلة. والنوع الثاني يكون مسؤولاً عن معالجة البيانات. وقد يكون هذا الجزء متضمناً في تجهيزات النوع الأول أو 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, أو قواعد الخط line protocol والتزامن synchronization, وترجمة الترميز code translation وكشف الأخطاء وتصحيحها وإِرسال الإِشارات واستقبالها.

ويمكن أن 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

(الشكل -4) وحدة التحكم في إرسال البيانات.

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 أو وسط. 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 هو مبين في الشكل (5), ومن أهم مميزات هذا النوع من الوحدات المرونة العالية الناتجة من إِمكانية تعديل كثير من وظائفها عن طريق برامج الاتصال الخاصة بها.

(الشكل -5) استخدام معالج النهاية الأمامية في التحكم في إرسال البيانات.

 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

(الشكل -6) التنضيد بالتقسيم الترددي لست قنوات.

(الشكل-7) التنضيد بالتقسيم الزمني لست قنوات.

(الشكل -8) المنضدات نوع TDM.

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 أو دارات متعددة. وعند نهايتي أي خط لابد من وجود جهاز يقوم بعملية التنضيد وتفكيكه معاً وذلك لأن كل طرفية قد تكون مرسلة أو مستقبلة للبيانات. واختصاراً يطلق على الجهاز اسم «جهاز التنضيد» على الرغم من كونه يقوم بأداء كل من عمليتي التنضيد عند الإِرسال, وإِزالته عند الاستقبال.

ويمكن أن يكون التنضيد بالتقسيم الترددي frequency division multiplexing (FDM)أو بالتقسيم 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). يكون هذا النوع من التنضيد منخفض التكاليف عندما يكون عدد القنوات المستخدمة قليلاً.

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

وقد أتاح التطور في تقنية المعالجات المكروية microprocessors في نهاية السبعينات تطوير منضدات ذكية بالتقسيم الزمني intelligent TDM, أو ستاتيكية 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 أن يعد بعض أنواع هذه المنضدات مركزِّات.

 المركِّزات

(الشكل -9) المركّزات.

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 أو التنازع contention وهذا لأن عدد قنوات الدخل أكبر من عدد قنوات الخرج. ويتم تركيز الحمل بطريقة تنسيق الأرتال queueing أو التحري المتتالي polling أو بطريقة التخزين والإِرسال store and forwarding.

 معدل إِرسال البيانات وسعة قناة الإِرسال

(الشكل -10) إرسال البيانات تسلسلياً.

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

وإِذا كانت كل 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 وهو من أوائل مطوري منظومات البرق, ومعدل البود لقناة اتصال هو المعدل الأعظمي الذي ترسل عنده نبضات الإِشارة, أو معدل تعديل القناة modulation rate of the channel. وإِذا كانت كل نبضة من النبضات تمثل رقماً ثنائياً واحداً فإِن وحدة البود تساوي عدد البتات في الثانية (BPS) وذلك لأن كل 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 كل نبضة أكثر من بت واحد. وتحدد طريقة 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 كلمة (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 النحو التالي:

(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 المتقطعة. ومن هذه العلاقة يُرى أن سعة القناة يمكن أن 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 تعرف 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 والمتقطعة زمنياً, وذلك لأن جميع تجهيزات الشبكة الهاتفية من مكبرات وجسور إِرسال ونواخب نهائية مخصصة للإِشارات المحدودة المجال الترددي. في حين يرى أن 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 أو وحدات إِرسال البيانات. ولما كانت وحدات طرفية البيانات (DTE) تعمل مُرْسِلات ومُسْتَقْبِلاتٍ للبيانات فإِنه لا بد من وجود جهازين, واحد في كل طرف من طرفي الخط. ويعمل كل جهاز معدلاً عند الإِرسال ومزيلاً للتعديل عند الاستقبال (موديم).

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

 الإِقفال بإِزاحة المطال (ASK)

( 11-آ) إغلاق / فتح.

(11-ب) الاعتماد على تغيير مطال الحامل ما بين قيمتين لنبضة البيانات.

تعدل هذه الطريقة مطال التيار الحامل بحسب إِحدى قيمتي نبضة البيانات (0) أو (1). ويبين الشكل (11-آ) نوع إِغلاق /فتح (ON-OFF) وفيه 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 أن يفرق بينهما بسهولة في حال وجود الضجيج.

 الإِقفال بإِزاحة التردد (FSK)

(الشكل -12) الإقفال بإزاحة التردد.

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 كلما زاد معدل الإِرسال, ولأن هناك مجالات تردد لا يمكن استخدامها لإِرسال البيانات لكونها مخصصة في المقاسم الهاتفية لأغراض خاصة.

 الإِقفال بإِزاحة الطور (PSK)

(الشكل -13) الإقفال بإزاحة الطور P S K.

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 يتطلب أربع قيم طور مختلفة, قيمة واحدة لكل رقمين ثنائيين وكما يلي:

تغير الطور ـ خيار (2)	تغير الطور ـ خيار (1)	زوج الأرقام الثنائية
45ْ	0ْ	00ْ
135ْ	90ْ	01ْ
225ْ	180ْ	10ْ
315ْ	270ْ	11ْ

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

 التعديل المطالي الرباعي (QAM)

عرض الحزمة الضوئية بحسب CCITT الشكل (14) بيان العلاقة بين معدل سرعة الإرسال وعرض الحزمة المطلوبة.

تعتمد هذه الطريقة في التعديل أو الإِقفال على تغيير كل 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 سبق أن تجميع الأرقام الثنائية لتمثيل البود يؤدي إِلى زيادة معدل إِرسال الأرقام الثنائية الممثلة للبيانات وإِلى الاستفادة من دارات القنوات الصوتية على الرغم من أن عرض حزمتها يساوي (3100) هيرتز. وبالمقابل فإِن وحدات الموديم المستخدمة لهذه الطريقة 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

(الشكل -15)أنماط الإرسال.

يتم التخاطب ما بين نقطتين في منظومات إِرسال البيانات بأحد أنماط الإِرسال transmission modes التالية: النمط المبسط simplex أو المفرد. 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 يتطلب زوجين من الخطوط أو دارتين لتوفير الوصل الفيزيائي, الشكل (15- جـ).

 قواعد استعمال الخط

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

وهناك طرائق تزامن مختلفة أهمها مايلي:

 تزامن النبضات

(الشكل -16) تمثيل تزامن النبضات.

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

 تزامن الحروف

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

 الإرسال المتزامن والإرسال الغير متزامن

المقالة الرئيسية: المقارنة بين الإشارات المتزامنة وغير المتزامنة

 الإِرسال التسلسلي غير المتزامن serial asynchronous

(الشكل -17) إرسال تسلسلي غير متزامن.

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 أن يلاحظ أن بدء إِرسال حرف هو إِرسال غير متزامن في حين أن استقبال نبضات الحرف يكون متزامناً بحسب معدل الإِرسال, أو بحسب الحيز الزمني لنبضات البيانات الممثلة لترميز الحرف.

 الإِرسال التسلسلي المتزامن serial synchronous

(الشكل -18) تمثيل الإرسال التسلسلي المتزامن.

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 الطريقة تتم عملية التزامن فقط عند بدء إِرسال مجموعة block البيانات.

 تزامن الرسائل

(الشكل -19) مثال على إطار التحكم العالي المستوى في وصل البيانات (HDLC).

تزامن الرسائل message synchronization هو إِحدى وظائف قواعد الوصل link protocol. وهذه القواعد ضرورية لتحقيق تزامن إِرسال البيانات في منظومة حاسوب واحدة أو بين شبكات الحواسيب.

ويتطلب أغلب هذه القواعد نمط إِرسال كامل 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 وتصحيح 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 أو شبكة جامعة وغيرها.

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

 ملكية عامة

وهي منظومات شبكات الهاتف العائدة ملكيتها إِلى شركات أو مؤسسات 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

(التوزيع الطبولوجي)آ - بين نقطتين من دون تحويل.

(التوزيع الطبولوجي)ب ـ بين نقاط متعددة بدون تحويل.

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

ويمكن أن يكون التنظيم الطبولوجي بحسب الأشكال الثلاثة التالية:

• بين نقطتين point-to-point:

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

• بين نقاط متعددة multipointor, multidrop:

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

• الشبكات networks:

(الشكل -21) تنظيم الشبكات.

وهي مجموعة تضم ثلاث محطات فأكثر وتستطيع كل محطة منها أن ترسل إِلى المحطات الأخرى وأن تستقبل منها رسائلها, ويطلق عليها في مثل هذه الحالة تعبير شبكات تحويل الرسائل message switching networks. ويطلق على كل محطة اسم العقدة node. ويصنف تنظيم الشبكات بحسب توزعها الطبولوجي, فيمكن أن تكون شبكة مركزية أو نجمية star network أو شبكة غير مركزية decentralized أو موزعة distributed أو شبكة 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 أن يكون من النوع المحوِّل أو غير المحوِّل. وعندما يكون تنظيم المنظومة محوِّلاَ فإِن قناة الاتصال تتحقق فقط عند طلب الخط. وعندما يكون التنظيم غير محوِّل (الشكل 20), أو من دون تبديل, فإِن قناة الاتصال تبقى محققة بوجه دائم ولو لم 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

(الشكل -24) شبكة المناطق الواسعة WAN وشبكة المناطق المحلية LAN مربوطتان من القاعدة X25.

كان استثمار منظومات الحواسيب لإِرسال البيانات مبنياً على مبدأ المركزية أو الشبكة النجمية. وتكون الوحدات الخارجية في هذا النوع من شبكات الحواسيب موصولة إِلى حاسوب مركزي سواء كانت وحدات إِدخال عن بعد أو طرفيات 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 كل موقع لأن أغلب المعلومات المعالجة ذات طبيعة محلية, ونادراً ما تحتاج المعالجة إِلى معلومات إِضافية من مركز المعلومات. ولذلك فإِن التوجه الحديث هو نحو حفظ المعلومات والبيانات أو تخزينها 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 أو البرامج في مواقع أخرى, ومثال ذلك قد يرغب موظف في مكتب المبيعات في إِرسال معلومات تفصيلية عن تجهيزات طلبها زبون من مكتب الخدمات, وقد تحتاج بعض البرامج إِلى ذاكرات إِضافية أو وحدات تخزين مساعدة غير متوافرة في منظومة الحاسوب المحلي. تبرز الحاجة في مثل هذه الأحوال إِلى ربط منظومات الحواسيب في المواقع المختلفة فيما بينها لإِنشاء ما يسمى الشبكات الموزَّعة distributed networking ويمكن تصنيفها في صنفين:

 شبكات المناطق الواسعة wide area networks (WAN)

(الشكل -22) شبكة المناطق الواسعة.

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)

(الشكل -23) شبكة المناطق المحلية LAN.

وهي شبكات توفر ربط منظومات حواسيب ووحداتها معاً, في موقع 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 هو منظومات الوصل التبادلي المفتوحة open systems interconnection (OSI) وطورت هذا المعيار المنظمة الدولية للمعايير (ISO).
• والثاني هو قاعدة أو بروتوكول (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 فهو قاعدة 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 أو الشبكات الخاصة أو الشبكات الخاصة المستأجرة.

أما معيار إِثرنت Ethernet للشبكات المحلية فيوفر إِرسال البيانات ما بين الحواسيب والطرفيات الفعالة بوساطة كبلات محورية ويسمح بإِرسال بيانات بمعدل يصل إِلى 10 ميغابت /ثانية 10m-bit /sec. وتوفر قواعد هذا المعيار التحسس باتجاه الحامل carrier sense والوصول المتعدد multiple access مع كشف التصادم أو التعارض (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 كتنفيذ أوامر خاطئة من الحاسوب أو الوحدات المستقبلة. ويلجأ عادة لتجنب حدوث مثل هذه الأخطاء إِلى ترميز البيانات المراد إِرسالها, بطريقة معروفة في كل من طرفي الإِرسال والاستقبال, فيوفر لوحدات الاستقبال إِمكانية كشف الأخطاء وتصحيحها. 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 تصحيحه.

 تعمية البيانات وكشفها

(الشكل -25) تعمية البيانات.

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 أو متجسس 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 كل 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, أو يمكن 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

 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