شبكة الاتصالات

شبكة الاتصالات ، نظام الوصلات والمفاتيح الإلكترونية ، والضوابط التي تحكم تشغيلها ، والتي تسمح بنقل البيانات وتبادلها بين العديد من المستخدمين.

عندما يرغب العديد من مستخدمي وسائط الاتصالات في التواصل مع بعضهم البعض ، يجب تنظيمهم في شكل من أشكال الشبكة. من الناحية النظرية ، يمكن إعطاء كل مستخدم رابطًا مباشرًا من نقطة إلى نقطة لجميع المستخدمين الآخرين فيما يُعرف باسم الطوبولوجيا المتصلة بالكامل (على غرار الاتصالات المستخدمة في الأيام الأولى من الاتصالات الهاتفية) ، ولكن في الممارسة العملية غير عملي ومكلف - خاصة لشبكة كبيرة ومتفرقة. علاوة على ذلك ، فإن الطريقة غير فعالة ، لأن معظم الروابط ستكون خاملة في أي وقت. تتجنب شبكات الاتصالات الحديثة هذه المشكلات من خلال إنشاء شبكة مرتبطة من المفاتيح أو العقد ، بحيث يتم توصيل كل مستخدم بإحدى العقد. ويطلق على كل رابط في هذه الشبكة قناة اتصالات. يمكن استخدام الأسلاك وكابلات الألياف الضوئية وموجات الراديو لقنوات الاتصالات المختلفة.

أنواع الشبكات

شبكة اتصالات مبدلة

تنقل شبكة الاتصالات المحولة البيانات من المصدر إلى الوجهة من خلال سلسلة من عقد الشبكة. يمكن إجراء التبديل بإحدى طريقتين. في شبكة بتبديل الدارات ، يتم إنشاء مسار مادي مخصص من خلال الشبكة ويتم الاحتفاظ به طالما كان الاتصال ضروريًا. مثال على هذا النوع من الشبكات هو نظام الهاتف التقليدي (التناظري). من ناحية أخرى ، تقوم شبكة تبديل الحزم بتوجيه البيانات الرقمية في قطع صغيرة تسمى الحزم ، كل منها يمر بشكل مستقل عبر الشبكة. في عملية تسمى store-and-forward ، يتم تخزين كل حزمة مؤقتًا في كل عقدة وسيطة ، ثم إعادة توجيهها عندما يصبح الرابط التالي متاحًا. في مخطط الإرسال الموجه بالاتصال ، تأخذ كل حزمة نفس المسار عبر الشبكة ، وبالتالي تصل جميع الحزم عادة إلى الوجهة بالترتيب الذي أُرسلت به. على العكس من ذلك ، قد تأخذ كل حزمة مسارًا مختلفًا عبر الشبكة في مخطط بدون اتصال أو مخطط بيانات. نظرًا لأن مخططات البيانات قد لا تصل إلى الوجهة بالترتيب الذي تم إرسالها به ، يتم ترقيمها بحيث يمكن إعادة تجميعها بشكل صحيح. والأخير هو الطريقة المستخدمة لنقل البيانات عبر الإنترنت.

شبكة بث

تتجنب شبكة البث إجراءات التوجيه المعقدة لشبكة مبدلة عن طريق التأكد من تلقي إرسالات كل عقدة من قبل جميع العقد الأخرى في الشبكة. لذلك ، فإن شبكة البث لديها قناة اتصالات واحدة فقط. قد يتم إعداد شبكة محلية سلكية (LAN) ، على سبيل المثال ، كشبكة بث ، مع توصيل مستخدم واحد لكل عقدة وترتيب العقد عادةً في ناقل أو حلقة أو طبولوجيا نجوم ، كما هو موضح في الشكل. قد تبث العُقد الموصولة معًا في شبكة LAN لاسلكية عبر الراديو أو الروابط البصرية. على نطاق أوسع ، تعد العديد من أنظمة الراديو عبر الأقمار الصناعية شبكات بث ، نظرًا لأن كل محطة أرضية داخل النظام يمكنها عادةً سماع جميع الرسائل المرسلة بواسطة القمر الصناعي.

الوصول إلى الشبكة

نظرًا لأن جميع العقد يمكنها سماع كل إرسال في شبكة بث ، يجب وضع إجراء لتخصيص قناة اتصالات للعقدة أو العقد التي تحتوي على حزم لإرسالها وفي نفس الوقت منع التداخل المدمر من التصادمات (الإرسال المتزامن). يمكن إنشاء هذا النوع من الاتصالات ، الذي يسمى الوصول المتعدد ، إما عن طريق الجدولة (تقنية تتناوب فيها العقد على الإرسال بطريقة منظمة) أو عن طريق الوصول العشوائي إلى القناة.

الوصول المجدول

في طريقة الجدولة المعروفة باسم الوصول المتعدد بتقسيم الوقت (TDMA) ، يتم تخصيص فترة زمنية بدورها لكل عقدة ، والتي تستخدم الفتحة إذا كان لديها شيء لإرساله. إذا كانت بعض العقد أكثر انشغالًا من غيرها ، فقد تكون TDMA غير فعالة ، حيث لا يتم تمرير أي بيانات خلال الفترات الزمنية المخصصة للعقد الصامتة. في هذه الحالة ، يمكن تنفيذ نظام الحجز ، حيث يكون هناك فترات زمنية أقل من العقد وتحتفظ العقدة بفتحة فقط عندما تكون هناك حاجة للإرسال.

اختلاف TDMA هو عملية الاستقصاء ، حيث تسأل وحدة تحكم مركزية كل عقدة بدورها إذا كانت تتطلب الوصول إلى القناة ، وترسل العقدة حزمة أو رسالة فقط استجابة لاستطلاعها. يمكن أن تستجيب وحدات التحكم "الذكية" ديناميكيًا للعقد التي تصبح فجأة مشغولة للغاية عن طريق استطلاعها في كثير من الأحيان لعمليات الإرسال. يسمى الشكل اللامركزي من الاقتراع بتمرير الرمز المميز. في هذا النظام يتم تمرير حزمة "رمز مميز" من عقدة إلى أخرى. فقط العقدة ذات الرمز المميز مصرح لها بالإرسال ؛ كل الآخرين مستمعون.

دخول عشوائي

تحتوي مخططات الوصول المجدولة على العديد من العيوب ، بما في ذلك النفقات العامة الكبيرة المطلوبة للحجز والاقتراع وعمليات تمرير الرمز المميز وإمكانية فترات الخمول الطويلة عندما يتم إرسال عدد قليل من العقد. يمكن أن يؤدي هذا إلى تأخيرات كبيرة في معلومات التوجيه ، خاصة عندما تحدث حركة مرور مزدحمة في أجزاء مختلفة من الشبكة في أوقات مختلفة - وهي سمة من سمات العديد من شبكات الاتصالات العملية. تم تصميم خوارزميات الوصول العشوائي خصيصًا لإعطاء العقد شيئًا لنقل وصول أسرع إلى القناة. على الرغم من أن القناة عرضة لتصادم الحزمة تحت الوصول العشوائي ، فقد تم تطوير إجراءات مختلفة للحد من هذا الاحتمال.