يسمى الجهاز الذي يقوم بتبديل عدة قنوات اتصال بالمحور. الثاني والثلاثون

تبديل الدوائر والحزم - إنها طرق لحل المشكلة العامة لتبديل البيانات في أي تقنية شبكية. تتكون الحلول التقنية المعقدة لمهام التبديل العامة في مجملها من مشكلات خاصة بشبكات نقل البيانات.

من المشاكل الخاصة بشبكات البيانات ما يلي:

وتحديد التدفقات والطرق المناسبة؛
معلمات تكوين مسار التثبيت، وجداول أجهزة الشبكة؛
تدفقات التعرف ونقل البيانات بين واجهة جهاز واحد؛
تيارات تعدد الإرسال/إزالة تعدد الإرسال؛
وسط الانفصال.

من بين الطرق العديدة الممكنة لحل المشكلة العامة المتمثلة في تبديل المشتركين للشبكات، يتم تخصيص طريقتين أساسيتين، والتي تشمل تبديل القنوات وتبديل الحزم. هناك تطبيقات تقليدية لكل تقنيات التبديل، على سبيل المثال، يستمر بناء شبكات الهاتف وإنشائها باستخدام تقنية تبديل الدوائر، وتعتمد شبكات الكمبيوتر والغالبية العظمى منها على تقنية تبديل الرزم.

لذلك، كما هو الحال في تدفق المعلومات في شبكات تبديل الدوائر، يتم تبادل البيانات بين زوج من المشتركين. وعليه فإن خاصية التدفق العالمي عبارة عن زوج من العناوين (أرقام الهواتف) يتواصل بها المشتركون مع بعضهم البعض. إحدى ميزات شبكات تبديل الدارات هي مفهوم القناة الأولية.

قناة الابتدائية

قناة عنصرية (أو قناة)- هي الخصائص التقنية الأساسية لشبكة تبديل الدوائر، والتي يتم تثبيتها ضمن نوع معين من قيمة إنتاجية الشبكة. يتمتع كل رابط في شبكة تبديل الدائرة بسعة قناة متعددة أساسية معتمدة لهذا النوع من الشبكات.

وفي أنظمة الهاتف التقليدية، تساوي قيمة سرعة القناة الأولية 64 كيلوبت/ثانية، وهو ما يكفي للصوت الرقمي عالي الجودة.

للحصول على صوت عالي الجودة، يستخدم تردد اهتزازات الصوت وسعة التكميم 8000 هرتز (وقت أخذ العينات بفواصل زمنية تبلغ 125 مللي ثانية). لتمثيل مقياس السعة، يتم استخدام رمز 8 بت في أغلب الأحيان، مما يجعل تدرج 256 نغمة (من خلال قيم أخذ العينات).

في هذه الحالة، يلزم إرسال قناة صوتية واحدة بعرض نطاق قدره 64 كيلوبت/ثانية:

8000 × 8 = 64000 بت/ثانية أو 64 كيلوبت/ثانية.

تسمى هذه القناة الصوتية قناة أولية لشبكات الهاتف الرقمية. من مميزات شبكة تبديل الدائرة أن عرض النطاق الترددي لكل رابط يجب أن يكون مساوياً لعدد صحيح من القنوات الأولية.

القناة المركبة

الاتصال الذي تم إنشاؤه عن طريق تبديل (اتصال) القنوات الأولية يسمى أ قناة مركبة.

قناة مركبة

خصائص القناة المركبة:

تتكون القناة المركبة على طولها من نفس العدد من القنوات الأولية؛
تتمتع القناة المركبة بعرض نطاق ثابت وثابت طوال طولها؛
يتم إنشاء قناة مركبة مؤقتًا لمدة الدورة لمشتركين؛
في الجلسة، تدخل جميع القنوات الأساسية المضمنة في القناة المركبة للاستخدام الحصري للمشتركين، الذين تم إنشاء القناة المركبة من أجلهم؛
أثناء جلسة الاتصال يمكن للمشتركين إرسال معدل بيانات الشبكة لا يتجاوز سعة القناة المركبة؛
البيانات المستلمة في قناة مركبة، يتم ضمان تسليم المشترك المتصل دون تأخير أو خسائر وبنفس المعدل (معدل المصدر) بغض النظر عما إذا كان هناك اتصال بالشبكة الأخرى في هذا الوقت أم لا؛
بعد نهاية الجلسة، يتم إعلان القنوات الأساسية التي تم تضمينها مع القناة المركبة المقابلة مجانية وإعادتها إلى مجموعة الموارد المخصصة للاستخدام من قبل المستخدمين الآخرين.

رفض اتصال

طلبات الاتصال ليست ناجحة دائمًا.

إذا كان المسار بين المشتركين المتصلين والمتصلين لا توجد قنوات مجانية أو كانت العقدة الأساسية المسماة مشغولة، فسيحدث عطل في إعداد الاتصال.

ميزة تبديل الدائرة

تهدف تكنولوجيا تبديل الدوائر إلى تقليل الأحداث العرضية في الشبكة، أي التكنولوجيا. ومن أجل تجنب أي شك محتمل، يتم تنفيذ الكثير من العمل المتعلق بتبادل المعلومات مسبقًا، حتى قبل بدء نقل البيانات. أولاً، بالنسبة لعنوان معين، توفر القنوات الأساسية المطلوبة على طول الطريق من المرسل إلى المتلقي. ولكن في حالة الاندفاع، يكون هذا النهج غير فعال، حيث أن 80% من القناة الزمنية قد تكون خاملة.

تبديل الحزمة

إن أهم مبدأ في الشبكات هو إرسال البيانات بتبديل الرزم عبر الشبكة في شكل قطع بيانات منفصلة هيكلياً عن بعضها البعض تسمى الحزم. تحتوي كل حزمة على رأس يحتوي على عنوان الوجهة والمعلومات الداعمة الأخرى (طول حقل البيانات والمجموع الاختباري وغيرها)، ويستخدم لتسليم الحزمة إلى المرسل إليه.

يعد وجود عنوان في كل حزمة أحد أهم ميزات تقنية تبديل الحزم، حيث يمكن معالجة كل حزمة بشكل مستقل عن حزم التبديل الأخرى التي تشكل حركة مرور الشبكة. بالإضافة إلى العنوان الموجود في الحزمة، قد يكون هناك حقل إضافي واحد يتم وضعه في نهاية الحزمة ويسمى بالمقطورة. عادةً ما يتم وضع المجموع الاختباري في المقطورة، مما يسمح لك بالتحقق مما إذا كانت المعلومات تالفة أثناء النقل عبر الشبكة أم لا.

تقسيم البيانات إلى حزم

يتم تقسيم البيانات إلى حزم على عدة مراحل. تقوم عقدة المرسل المتسلسلة بإنشاء بيانات الإرسال، والتي يتم تقسيمها إلى أجزاء متساوية. بعد ذلك يتم تكوين الحزمة عن طريق إضافة رأس علوي. والمرحلة الأخيرة هي تجميع الحزم في الرسالة الأصلية إلى العقدة الوجهة.

تقسيم البيانات إلى حزم

نقل البيانات عبر الشبكة كحزمة

شبكة نقل الحزم

كما هو الحال في شبكات تبديل الدوائر، يتم تحديد شبكات تبديل الحزم لكل تدفق يدويًا أو يتم تثبيت المسار تلقائيًا في الجداول المخزنة لمفاتيح التبديل. تتم معالجة الحزم التي تدخل المحول وإرسالها على مسار معين

إن عدم اليقين والحركة غير المتزامنة للبيانات في شبكات تبديل الحزم تفرض متطلبات خاصة على المحولات في هذه الشبكات.

يتمثل الاختلاف الرئيسي بين محول الحزمة للمحولات في شبكات تبديل الدوائر في أن لديهم ذاكرة عازلة داخلية لتخزين الحزم مؤقتًا. تحتاج المخازن المؤقتة للتبديل إلى تنسيق معدلات البيانات في روابط الاتصال المتصلة بواجهاتها، بالإضافة إلى تنسيق معدل وصول الحزم مع سرعة التبديل الخاصة بها.

طرق نقل الطرود

يمكن أن يعمل المحول على أساس إحدى الطرق الثلاث لترويج الحزم:

نقل مخطط البيانات؛
الانتقال إلى إنشاء اتصال منطقي؛
الانتقال إلى إنشاء قناة افتراضية.

نقل مخطط البيانات

نقل مخطط البياناتتعتمد الطريقة على تعزيز الحزم المستقلة عن بعضها البعض. يتم تحديد إجراءات معالجة الحزم فقط من خلال قيم المعلمات التي تحملها والحالة الحالية للشبكة. وتعتبر كل شبكة حزمة واحدة بمثابة وحدة نقل مستقلة تمامًا - مخطط البيانات.

التوضيح مبدأ حزمة مخطط البيانات

نقل إلى إنشاء اتصال منطقي

يُطلق على إجراء تنسيق العقدتين النهائيتين للشبكة لبعض معلمات عملية تبادل الحزم إنشاء اتصال منطقي. الخيارات التي يتم التفاوض عليها بواسطة العقدتين المتفاعلتين، تسمى معلمات الاتصال المنطقي.

قناة افتراضية

المسار الثابت الوحيد المبطن مسبقًا الذي يربط العقد الطرفية بشبكة تبديل الحزم، ويشار إليه بالقناة الافتراضية (دائرة افتراضية أو قناة افتراضية). تم إنشاء قنوات افتراضية لتدفق المعلومات بشكل مستدام. من أجل عزل تدفق البيانات، يتم تمييز تدفق حركة المرور الإجمالي لكل حزمة بنوع خاص من العلامات - التسمية. كما هو الحال مع إنشاء اتصالات الشبكة المنطقية، تبدأ القناة الافتراضية بحشية من العقدة المصدر بحزمة خاصة - طلب الاتصال.

تختلف شبكات تبديل الجدول باستخدام القنوات الافتراضية عن جدول التبديل في شبكات مخططات البيانات. يحتوي على إدخالات تمر فقط عبر القنوات الافتراضية للمحول، وليس كل عناوين الوجهة المحتملة، كما هو الحال في الشبكات التي تحتوي على خوارزمية نقل البيانات.

مقارنة تبديل الدائرة والحزمة

تبديل القنوات	تبديل الحزمة
يجب عليك أولاً إنشاء اتصال	لا توجد مرحلة من تأسيس الاتصال (طريقة مخطط البيانات)
الموقع مطلوب فقط عند إنشاء اتصال	يتم إرسال العنوان ومعلومات الخدمة الأخرى مع كل حزمة
قد ترفض الشبكة الاتصال بالمشترك	الشبكة جاهزة دائمًا لتلقي البيانات من المشترك
عرض النطاق الترددي المضمون (عرض النطاق الترددي) للمشتركين المتفاعلين	النطاق الترددي للشبكة للمستخدمين غير معروف، وتأخيرات الإرسال عشوائية
يتم نقل حركة المرور في الوقت الحقيقي دون تأخير	يتم استخدام موارد الشبكة بشكل فعال عند إرسال حركة المرور المتقطعة
موثوقية نقل عالية	احتمال فقدان البيانات بسبب تجاوز سعة المخزن المؤقت
الاستخدام غير الرشيد لسعة القناة، مما يقلل من الكفاءة الإجمالية للشبكة	تخصيص النطاق الترددي الديناميكي التلقائي للقناة المادية بين المشتركين

عمل مستقل : ص 646-651، 720-722،
ص 67-79، 542-544، –651، ص 48-58؛ ص 408-431

مكرر (مكرر) –ينقل الإشارات الكهربائية من قسم من الكابل إلى آخر، ويقوم بتضخيمها مسبقًا واستعادة شكلها. تستخدم في الشبكات المحلية لزيادة طولها. في المصطلحات يعمل OSI في الطبقة المادية.

مفاتيح- أجهزة إعادة الإرسال متعددة المنافذ التي تقرأ عنوان الوجهة لكل حزمة واردة وترسلها فقط من خلال المنفذ المتصل بالكمبيوتر المستلم. يمكن أن تعمل على مختلفة مستويات OSI. (نسخة أخرى - قناة مستوى)

مَركَز(المحور) – جهاز متعدد المنافذ لتضخيم الإشارات أثناء نقل البيانات. يستخدم لإضافة محطات عمل إلى الشبكة أو لزيادة المسافة بين الخادم ومحطة العمل (إجمالي عرض النطاق الترددي لقنوات الإدخال أعلى من عرض النطاق الترددي لقناة الإخراج). إنه يعمل كمفتاح، ولكن بالإضافة إلى ذلك يمكنه تضخيم الإشارة.

معدد(جهاز أو برنامج) - يسمح لك بإرسال عدة إشارات مختلفة في وقت واحد عبر خط اتصال واحد.

بوابة- نقل البيانات بين الشبكات أو برامج التطبيقات التي تستخدم بروتوكولات مختلفة (طرق التشفير، الوسائط المادية لنقل البيانات)، على سبيل المثال، توصيل شبكة محلية بشبكة عالمية. يعمل على مُطبَّق مستوى.

كوبري- يربط شبكتين بنفس البروتوكولات، ويضخم الإشارة ويمرر فقط تلك الإشارات الموجهة إلى الكمبيوتر الموجود على الجانب الآخر من الجسر. طبعة أخرى : جهاز كمبيوتر مزود ببطاقتي شبكة مصمم للاتصال بالشبكات.

جهاز التوجيه- (يربط شبكات LAN مختلفة، مثل الجسر، ويمرر فقط تلك المعلومات المخصصة للمقطع الذي يتصل به.) مسؤول عن اختيار المسار لنقل الحزم بين العقد. يتم تحديد المسار بناءً على:
- بروتوكول التوجيه الذي يحتوي على معلومات حول طوبولوجيا الشبكة؛

- خوارزمية توجيه خاصة.

يعمل على شبكة مستوى OSI.

أسئلة غير واضحة :

يسمى جهاز توصيل الكمبيوتر بعدة قنوات اتصال:

- المحور/المكرر/متعدد الإرسال/المودم

يسمى الجهاز الذي يقوم بتبديل عدة قنوات اتصال:

- معدد إرسال البيانات/المحور/المكرر/المودم

الثالث والثلاثون. مفاهيم التشفير الأساسية

عمل مستقل : ص 695-699

التشفير (التشفير)– تشفير البيانات المرسلة إلى الشبكة بحيث لا يمكن قراءتها إلا من قبل الأطراف المشاركة في معاملة معينة. تعتمد موثوقية الحماية على خوارزمية التشفير وطول المفتاح بالبت.

طريقة التشفير- خوارزمية تصف الإجراء الخاص بتحويل الرسالة الأصلية إلى الرسالة الناتجة. مثال . طريقة ألعاب – استبدال الحروف بالملاحظات وفق خوارزمية معينة.

مفتاح التشفير- مجموعة من المعلمات اللازمة لتطبيق الطريقة. طبعة أخرى: – سلسلة من الأحرف المخزنة على القرص الصلب أو القرص القابل للإزالة.

مفتاح ثابت- لا يتغير عند العمل مع رسائل مختلفة.

مفتاح ديناميكي- تغييرات لكل رسالة.

أنواع طرق التشفير .

– متماثل : يتم استخدام نفس المفتاح لكل من التشفير وفك التشفير. غير مريح في التجارة الإلكترونية، حيث يجب أن يكون للبائع والمشتري حقوق مختلفة للوصول إلى المعلومات. يرسل البائع لجميع المشترين نفس الكتالوجات، لكن المشترين يعيدون معلومات بطاقة الائتمان السرية إلى البائع، ولا يمكن خلط الطلبات والمدفوعات بين المشترين المختلفين.

طرق نقل المعلومات الرقمية

يتم نقل البيانات الرقمية على طول الموصل عن طريق تغيير الجهد الحالي: لا يوجد جهد - "O"، الجهد موجود - "1". هناك طريقتان لنقل المعلومات عبر وسيط نقل مادي: الرقمية والتناظرية.

ملاحظات: 1. إذا كان جميع المشتركين في شبكة كمبيوتر ينقلون البيانات عبر قناة بنفس التردد، فإن هذه القناة تسمى النطاق الضيق (تمرر تردد واحد).

2. إذا كان كل مشترك يعمل على تردده الخاص باستخدام قناة واحدة، فإن هذه القناة تسمى النطاق العريض (تمر بعدة ترددات). يتيح لك استخدام قنوات النطاق العريض توفير كمية منها، ولكنه يعقد عملية إدارة تبادل البيانات.

في رقميأو طريقة الإرسال ضيقة النطاق(الشكل 6.10) يتم إرسال البيانات بشكلها الطبيعي على تردد واحد. تسمح طريقة النطاق الضيق فقط بنقل المعلومات الرقمية، وتضمن أن اثنين فقط من المستخدمين يمكنهم استخدام وسيط الإرسال في أي وقت محدد، وتسمح بالتشغيل العادي فقط على مسافة محدودة (طول خط الاتصال لا يزيد عن 1000 متر). وفي الوقت نفسه، توفر طريقة النقل ذات النطاق الضيق سرعات عالية لتبادل البيانات - تصل إلى 10 ميجابت/ثانية وتتيح لك إنشاء شبكات كمبيوتر قابلة للتكوين بسهولة. تستخدم الغالبية العظمى من شبكات المناطق المحلية الإرسال ضيق النطاق.

أرز. 6.10. طريقة الإرسال الرقمي

التناظريةتوفر طريقة نقل البيانات الرقمية (الشكل 6.11) إرسالًا عريض النطاق من خلال استخدام إشارات ذات ترددات حاملة مختلفة في قناة واحدة.

باستخدام طريقة الإرسال التناظري، يتم التحكم في معلمات إشارة تردد الموجة الحاملة لنقل البيانات الرقمية عبر قناة الاتصال.

إشارة تردد الموجة الحاملة هي تذبذب توافقي توصف بالمعادلة:

Х=Х ماكس الخطيئة (ωt +φ 0)،

حيث X max هو سعة التذبذبات؛

ω - تردد التذبذب.

φ - المرحلة الأولية من التذبذبات.

يمكنك نقل البيانات الرقمية عبر قناة تناظرية من خلال التحكم في أحد معلمات إشارة تردد الموجة الحاملة: السعة أو التردد أو الطور. وبما أنه من الضروري نقل البيانات في شكل ثنائي (سلسلة من الآحاد والأصفار)، فيمكن اقتراح طرق التحكم التالية ( تعديل): السعة، التردد، المرحلة.

أسهل طريقة لفهم المبدأ هي السعةالتعديل: "0" - لا توجد إشارة، أي. لا توجد تذبذبات تردد الموجة الحاملة. "1" - وجود إشارة، أي. وجود تذبذبات تردد الموجة الحاملة. هناك تذبذبات - واحد، لا توجد تذبذبات - صفر (الشكل 6.11 أ).

تكراريتضمن التعديل إرسال الإشارات 0 و 1 بترددات مختلفة. عند الانتقال من 0 إلى 1 ومن 1 إلى 0، تتغير إشارة تردد الموجة الحاملة (الشكل 6.116).

أصعب شيء هو أن نفهم مرحلةتعديل. جوهرها هو أنه عند الانتقال من 0 إلى 1 ومن 1 إلى 0، تتغير مرحلة التذبذبات، أي. اتجاههم (الشكل 6.11 ج).

وفي الشبكات الهرمية رفيعة المستوى - العالمية والإقليمية - يتم استخدامه أيضًا نقل النطاق العريضوالتي تنص على أن يعمل كل مشترك على التردد الخاص به ضمن قناة واحدة. وهذا يضمن تفاعل عدد كبير من المشتركين بمعدلات نقل بيانات عالية.

يسمح لك النقل واسع النطاق بدمج نقل البيانات الرقمية والصور والصوت في قناة واحدة، وهو مطلب ضروري لأنظمة الوسائط المتعددة الحديثة.

مثال 6.5. القناة التناظرية النموذجية هي قناة الهاتف. عندما يرفع المشترك سماعة الهاتف، فإنه يسمع إشارة صوتية موحدة - هذه هي إشارة تردد الناقل. وبما أنها تقع في نطاق التردد الصوتي، فإنها تسمى إشارة النغمة. لنقل الكلام عبر قناة هاتفية، من الضروري التحكم في إشارة تردد الناقل - لتعديلها. يتم تحويل الأصوات التي يلتقطها الميكروفون إلى إشارات كهربائية، والتي بدورها تعدل إشارة تردد الناقل. عند نقل المعلومات الرقمية، يتم التحكم عن طريق بايتات المعلومات - سلسلة من الآحاد والأصفار.

المعدات

لضمان نقل المعلومات من جهاز كمبيوتر إلى بيئة الاتصال، من الضروري تنسيق إشارات الواجهة الداخلية للكمبيوتر مع معلمات الإشارات المرسلة عبر قنوات الاتصال. وفي هذه الحالة، يجب إجراء كل من المطابقة المادية (الشكل والسعة ومدة الإشارة) ومطابقة الكود.

تسمى الأجهزة التقنية التي تؤدي وظائف توصيل الكمبيوتر بقنوات الاتصال بالمحولات أو محولات الشبكة. يوفر محول واحد الاقتران بجهاز كمبيوتر بقناة اتصال واحدة.

أرز. 6.11. طرق نقل المعلومات الرقمية عبر إشارة تناظرية:

أ - تعديل السعة؛ ب – التردد. ج - المرحلة

بالإضافة إلى المحولات أحادية القناة، يتم أيضًا استخدام الأجهزة متعددة القنوات - معددات نقل البياناتأو ببساطة معددات.

معدد إرسال البيانات- جهاز لربط الكمبيوتر بعدة قنوات اتصال.

تم استخدام معددات إرسال البيانات في أنظمة المعالجة عن بعد - وهي الخطوة الأولى نحو إنشاء شبكات الكمبيوتر. في وقت لاحق، مع ظهور شبكات ذات تكوينات معقدة وعدد كبير من أنظمة المشتركين، بدأ استخدام معالجات الاتصالات الخاصة لتنفيذ وظائف التواصل.

كما ذكرنا سابقًا، لنقل المعلومات الرقمية عبر قناة اتصال، من الضروري تحويل دفق البتات إلى إشارات تناظرية، وعند تلقي معلومات من قناة اتصال إلى جهاز كمبيوتر، قم بتنفيذ الإجراء المعاكس - تحويل الإشارات التناظرية إلى دفق من البتات التي يمكن للكمبيوتر معالجتها. يتم تنفيذ هذه التحولات بواسطة جهاز خاص - مودم.

مودم- جهاز يقوم بتعديل وإزالة تشكيل إشارات المعلومات عند إرسالها من جهاز كمبيوتر إلى قناة اتصال وعند استقبالها من قناة اتصال إلى جهاز كمبيوتر.

أغلى مكون في شبكة الكمبيوتر هو قناة الاتصال. لذلك، عند بناء عدد من شبكات الكمبيوتر، يحاولون توفير قنوات الاتصال عن طريق تحويل عدة قنوات اتصال داخلية إلى قناة خارجية واحدة. لأداء وظائف التبديل، يتم استخدام أجهزة خاصة - محاور.

مَركَز- جهاز يقوم بتحويل عدة قنوات اتصال إلى قناة واحدة من خلال تقسيم التردد.

في الشبكة المحلية (LAN)، حيث يكون وسيط النقل الفعلي عبارة عن كابل محدود الطول، يتم استخدام أجهزة خاصة لزيادة طول الشبكة - الراسبين.

مكرر- جهاز يضمن الحفاظ على شكل وسعة الإشارة عند إرسالها على مسافة أكبر من تلك التي يوفرها هذا النوع من وسائط النقل المادية.

هناك أجهزة إعادة الإرسال المحلية والبعيدة. محليتسمح لك أجهزة إعادة الإرسال بتوصيل أجزاء الشبكة الموجودة على مسافة تصل إلى 50 مترًا و بعيد- حتى 2000 م.

في هذه المقالة سننظر في الطرق الرئيسية للتبديل في الشبكات.

في شبكات الهاتف التقليدية، يتم الاتصال بين المشتركين باستخدام قنوات الاتصال التبديل. في البداية، تم تبديل قنوات الاتصال الهاتفي يدويًا، ثم تم التبديل عن طريق بدالات هاتفية آلية (ATS).

يتم استخدام مبدأ مماثل في شبكات الكمبيوتر. تعمل أجهزة الكمبيوتر البعيدة جغرافيًا في شبكة الكمبيوتر كمشتركين. من المستحيل فعليًا تزويد كل كمبيوتر بخط اتصال غير محوّل خاص به، والذي سيستخدمه في جميع الأوقات. لذلك، في جميع شبكات الكمبيوتر تقريبًا، يتم دائمًا استخدام بعض طرق تبديل المشتركين (محطات العمل)، مما يتيح للعديد من المشتركين الوصول إلى قنوات الاتصال الحالية من أجل توفير عدة جلسات اتصال في وقت واحد.

التبديلهي عملية ربط مختلف المشتركين في شبكة الاتصالات من خلال عقد النقل. يجب أن تتأكد شبكات الاتصال من أن مشتركيها يتواصلون مع بعضهم البعض. يمكن أن يكون المشتركون أجهزة كمبيوتر أو قطاعات شبكة محلية أو أجهزة فاكس أو محاورين عبر الهاتف.

يتم توصيل محطات العمل بالمحولات باستخدام خطوط اتصال فردية، يتم استخدام كل منها في أي وقت بواسطة مشترك واحد فقط مخصص لهذا الخط. ترتبط المحولات ببعضها البعض باستخدام خطوط اتصال مشتركة (مشتركة بين العديد من المشتركين).

دعونا نلقي نظرة على الطرق الثلاث الرئيسية الأكثر شيوعًا لتبديل المشتركين في الشبكات:

تبديل الدائرة الكهربية؛
تبديل الحزمة
تبديل الرسالة.

تبديل الدائرة الكهربية

يتضمن تبديل الدائرة تشكيل قناة مادية مركبة مستمرة من أقسام قناة فردية متصلة في سلسلة لنقل البيانات مباشرة بين العقد. ترتبط القنوات الفردية ببعضها البعض بواسطة أجهزة خاصة - محولات يمكنها إنشاء اتصالات بين أي عقد نهائية للشبكة. في شبكة تبديل الدوائر، قبل إرسال البيانات، من الضروري دائمًا تنفيذ إجراء إنشاء الاتصال، والذي يتم من خلاله إنشاء قناة مركبة.

يتم تحديد وقت إرسال الرسالة حسب سعة القناة وطول الاتصال وحجم الرسالة.

يجب أن تضمن المحولات، وكذلك القنوات التي تربطها، النقل المتزامن للبيانات من قنوات المشتركين المتعددة. للقيام بذلك، يجب أن تكون عالية السرعة وتدعم نوعًا من تقنية تعدد إرسال قنوات المشترك.

مزايا تبديل الدائرة:

معدل نقل البيانات ثابت ومعروف؛
التسلسل الصحيح لوصول البيانات؛
الكمون المنخفض والمستمر لنقل البيانات عبر الشبكة.

عيوب تبديل الدائرة:

قد ترفض الشبكة تلبية طلب إنشاء الاتصال؛
الاستخدام غير الرشيد لقدرة القنوات المادية، ولا سيما عدم القدرة على استخدام معدات المستخدم التي تعمل بسرعات مختلفة. تعمل الأجزاء الفردية من الدائرة المركبة بنفس السرعة لأن شبكات تبديل الدوائر لا تقوم بتخزين بيانات المستخدم مؤقتًا؛
تأخير إلزامي قبل نقل البيانات بسبب مرحلة إنشاء الاتصال.

تبديل الرسائل هو تقسيم المعلومات إلى رسائل، تتكون كل منها من رأس ومعلومات.

هذه طريقة للتفاعل يتم من خلالها إنشاء قناة منطقية عن طريق إرسال الرسائل بشكل تسلسلي عبر عقد الاتصال إلى العنوان المحدد في رأس الرسالة.

في هذه الحالة، تتلقى كل عقدة رسالة، وتكتبها في الذاكرة، وتعالج الرأس، وتختار مسارًا، وتصدر رسالة من الذاكرة إلى العقدة التالية.

يتم تحديد وقت تسليم الرسالة من خلال وقت المعالجة في كل عقدة وعدد العقد وسعة الشبكة. عندما ينتهي نقل المعلومات من العقدة أ إلى عقدة الاتصال ب، تصبح العقدة أ حرة ويمكنها المشاركة في تنظيم اتصالات أخرى بين المشتركين، وبالتالي يتم استخدام قناة الاتصال بكفاءة أكبر، لكن نظام التحكم في التوجيه سيكون معقدًا.
اليوم، لا يوجد عمليا تبديل الرسائل في شكله النقي.

يعد تبديل الحزم طريقة خاصة لتبديل عقد الشبكة، والتي تم إنشاؤها خصيصًا من أجل أفضل نقل لحركة مرور الكمبيوتر (حركة المرور النابضة). أظهرت التجارب التي أجريت على تطوير شبكات الكمبيوتر الأولى، والتي كانت تعتمد على تقنية تبديل الدوائر، أن هذا النوع من التبديل لا يوفر الفرصة للحصول على إنتاجية عالية لشبكة الكمبيوتر. ويكمن السبب في الطبيعة المتقطعة لحركة المرور التي تولدها تطبيقات الشبكة النموذجية.

عند حدوث تبديل الحزم، يتم تقسيم جميع الرسائل المرسلة بواسطة مستخدم الشبكة عند العقدة المصدر إلى أجزاء صغيرة نسبيًا تسمى الحزم. من الضروري توضيح أن الرسالة عبارة عن جزء من البيانات مكتمل منطقيًا - طلب لنقل ملف، أو استجابة لهذا الطلب تحتوي على الملف بأكمله، وما إلى ذلك. يمكن أن يكون للرسائل طول عشوائي، من عدة بايت إلى العديد من الميجابايت. على العكس من ذلك، يمكن أن يكون للحزم أيضًا طول متغير، ولكن ضمن حدود ضيقة، على سبيل المثال من 46 إلى 1500 بايت (EtherNet). يتم تزويد كل حزمة برأس يحدد معلومات العنوان المطلوبة لتسليم الحزمة إلى العقدة الوجهة، بالإضافة إلى رقم الحزمة التي ستستخدمها العقدة الوجهة لتجميع الرسالة.

تختلف محولات شبكة الحزمة عن محولات الدائرة من حيث أنها تحتوي على ذاكرة عازلة داخلية لتخزين الحزم مؤقتًا إذا كان منفذ إخراج المحول مشغولاً بإرسال حزمة أخرى عند استلام الحزمة.

مزايا تبديل الحزمة:

أكثر مقاومة للفشل.
إنتاجية عالية للشبكة بشكل عام عند إرسال حركة مرور متقطعة؛
القدرة على إعادة توزيع النطاق الترددي لقنوات الاتصال المادية ديناميكيًا.

عيوب تبديل الحزمة:

عدم اليقين بشأن سرعة نقل البيانات بين المشتركين في الشبكة؛
تأخير متغير لحزم البيانات؛
احتمال فقدان البيانات بسبب تجاوز سعة المخزن المؤقت؛
قد تكون هناك مخالفات في تسلسل وصول الحزمة.

تستخدم شبكات الكمبيوتر تبديل الحزم.

طرق نقل الحزم في الشبكات:

طريقة مخطط البيانات- يتم الإرسال كمجموعة من الحزم المستقلة. تتحرك كل حزمة عبر الشبكة على طول مسارها الخاص ويتلقى المستخدم الحزم بترتيب عشوائي.

المزايا: بساطة عملية النقل.
العيوب: موثوقية منخفضة بسبب احتمالية فقدان الحزم والحاجة إلى برامج لتجميع الحزم واستعادة الرسائل.

قناة منطقيةهو إرسال سلسلة من الحزم المرتبطة في سلسلة، مصحوبة بإنشاء اتصال أولي وتأكيد استلام كل حزمة. إذا لم يتم استلام الحزمة i، فلن يتم استلام كافة الحزم اللاحقة.
قناة افتراضية- هذه قناة منطقية يتم إرسالها عبر مسار ثابت لسلسلة من الحزم المتصلة في سلسلة.

مزايا: يتم الحفاظ على التسلسل الطبيعي للبيانات؛ طرق المرور المستدامة؛ حجز الموارد ممكن.
العيوب: تعقيد الأجهزة.

استعرضنا في هذا المقال طرق التبديل الرئيسية في شبكات الكمبيوتر، مع وصف كل طريقة تبديل مع بيان المزايا والعيوب.

محاضرة رقم 8

خصائص قنوات المعلومات

يمكن أيضًا تمييز قناة المعلومات بثلاثة معلمات مقابلة: وقت استخدام القناة تي ك، عرض النطاق الترددي الذي ترسله القناةفكوالنطاق الديناميكي للقناةد.كمما يميز قدرته على نقل مستويات الإشارة المختلفة.

الكمية تسمى سعة قناة.

لا يمكن إرسال الإشارات غير المشوهة إلا إذا كان حجم الإشارة "متناسبًا" مع سعة القناة.

وبالتالي، فإن الشرط العام لمطابقة الإشارة مع قناة نقل المعلومات يتم تحديده من خلال العلاقة

ومع ذلك، فإن العلاقة تعبر عن شرط ضروري ولكنه غير كاف لمطابقة الإشارة مع القناة. الشرط الكافي هو الاتفاق على جميع المعايير:

بالنسبة لقناة المعلومات، يتم استخدام المفاهيم التالية: سرعة إدخال المعلومات، وسرعة نقل المعلومات، وسعة القناة.

في ظل سرعة إدخال المعلومات (تدفق المعلومات) أنا ( X ) فهم متوسط كمية المعلومات المدخلة من مصدر الرسالة إلى قناة المعلومات لكل وحدة زمنية. يتم تحديد هذه الخاصية الخاصة بمصدر الرسالة فقط من خلال الخصائص الإحصائية للرسائل.

معدل نقل المعلومات أنا ( ز , ي ) - متوسط كمية المعلومات المرسلة عبر القناة لكل وحدة زمنية. يعتمد ذلك على الخصائص الإحصائية للإشارة المرسلة وعلى خصائص القناة.

عرض النطاق الترددي ج - أعلى معدل إرسال معلومات يمكن تحقيقه نظرياً لقناة معينة. وهذه إحدى خصائص القناة ولا تعتمد على إحصائيات الإشارة.

يتم تحديد إنتاجية قناة المعلومات بواسطة معلمتين: عمق البت والتردد. إنه يتناسب مع منتجاتهم.

عمق بت هو الحد الأقصى لكمية المعلومات التي يمكن وضعها في نفس الوقت في القناة.

تكرار يوضح عدد المرات التي يمكن فيها وضع المعلومات في القناة خلال وحدة زمنية.

قدرة قناة البريد هائلة. لذلك، عند إرسال قرص ليزر، على سبيل المثال، عن طريق البريد، يمكنك وضع أكثر من 600 ميغابايت من المعلومات في القناة في نفس الوقت. في الوقت نفسه، يكون تردد قناة البريد منخفضًا جدًا - تتم إزالة البريد من الصناديق بما لا يزيد عن خمس مرات في اليوم.

قناة معلومات الهاتف هي بت واحد: وفي نفس الوقت يمكن إرسال وحدة (تيار، نبضة) أو صفر عبر سلك الهاتف. يمكن أن يصل تردد هذه القناة إلى عشرات ومئات الآلاف من الدورات في الثانية. تسمح خاصية شبكة الهاتف هذه باستخدامها للاتصال بين أجهزة الكمبيوتر.

من أجل استخدام قناة المعلومات بشكل أكثر فعالية، من الضروري اتخاذ تدابير لضمان أن تكون سرعة نقل المعلومات قريبة قدر الإمكان من سعة القناة. وفي الوقت نفسه، يجب ألا تتجاوز سرعة إدخال المعلومات سعة القناة، وإلا فلن يتم نقل جميع المعلومات عبر القناة.

هذا هو الشرط الرئيسي للتنسيق الديناميكي لمصدر الرسالة وقناة المعلومات.

إحدى القضايا الرئيسية في نظرية نقل المعلومات هي تحديد مدى اعتماد سرعة وقدرة نقل المعلومات على معلمات القناة وخصائص الإشارات والتداخل. تمت دراسة هذه الأسئلة بعمق لأول مرة بواسطة ك. شانون.

1. طرق زيادة مناعة الضوضاء

أساس جميع الطرق لزيادة مناعة الضوضاء لأنظمة المعلومات هو استخدام بعض الاختلافات بين الإشارة المفيدة والتداخل. ولذلك، لمكافحة التداخل، من الضروري الحصول على معلومات مسبقة حول خصائص التداخل والإشارة.

يوجد حاليًا عدد كبير من الطرق لزيادة مناعة الأنظمة ضد الضوضاء. من الملائم تقسيم هذه الطرق إلى مجموعتين.

أناالمجموعة - بناءً على اختيار طريقة إرسال الرسالة.

ثانياالمجموعة – المرتبطة ببناء أجهزة الاستقبال المقاومة للضوضاء.

هناك طريقة بسيطة وقابلة للتطبيق لزيادة مناعة الضوضاء زيادة في نسبة الإشارة إلى الضوضاء عن طريق زيادة قوة الارسال. ولكن هذه الطريقة قد لا تكون مربحة اقتصاديا، لأنها ترتبط بزيادة كبيرة في تعقيد وتكلفة المعدات. بالإضافة إلى ذلك، فإن الزيادة في قدرة الإرسال تكون مصحوبة بزيادة في تأثير التداخل لقناة معينة على القنوات الأخرى.

هناك طريقة مهمة لزيادة مناعة الضوضاء للإرسال المستمر للإشارة الاختيار العقلاني لنوع التعديل إشارات. باستخدام أنواع التعديل التي توفر توسعًا كبيرًا في نطاق تردد الإشارة، من الممكن تحقيق زيادة كبيرة في مناعة ضوضاء الإرسال.

هناك طريقة جذرية لزيادة مناعة الضوضاء لنقل الإشارات المنفصلة وهي الاستخدام رموز خاصة لمكافحة التشويش . في هذه الحالة، هناك طريقتان لزيادة مناعة الضوضاء للرموز:

1. اختيار طرق النقل التي توفر احتمالية أقل لفساد التعليمات البرمجية؛

2. زيادة الخصائص التصحيحية لمجموعات التعليمات البرمجية. يرتبط هذا المسار باستخدام الأكواد التي تسمح باكتشاف التشوهات في مجموعات الأكواد وإزالتها. وترتبط طريقة التشفير هذه بإدخال رموز إضافية زائدة عن الحاجة في الكود، والتي تكون مصحوبة بزيادة في وقت الإرسال أو تردد إرسال رموز الكود.

يمكن أيضًا تحقيق زيادة مناعة ضوضاء الإرسال عن طريق إعادة إرسال نفس الرسالة. على الجانب المتلقي، تتم مقارنة الرسائل المستلمة ويتم قبول الرسائل التي تحتوي على أكبر عدد من التطابقات على أنها صحيحة. لإزالة عدم اليقين عند معالجة المعلومات المستلمة وضمان الاختيار وفقا لمعيار الأغلبية، يجب تكرار الرسالة ثلاث مرات على الأقل. ترتبط هذه الطريقة لزيادة مناعة الضوضاء بزيادة وقت الإرسال.

تنقسم الأنظمة ذات الإرسال المتكرر للمعلومات المنفصلة إلى أنظمة ذات جمع جماعي، حيث تتم المقارنة عن طريق مجموعات الأكواد، وأنظمة ذات جمع حرف على حدة، حيث تتم المقارنة عن طريق رموز مجموعات الأكواد. يعد التحقق من كل حرف على حدة أكثر كفاءة من التحقق من المجموعة.

أحد أنواع الأنظمة التي يتم فيها تحقيق زيادة مناعة الضوضاء عن طريق زيادة وقت الإرسال هو أنظمة التغذية المرتدة. إذا كانت هناك تشوهات في الرسائل المرسلة، فإن المعلومات التي تصل عبر القناة العكسية تضمن تكرار الإرسال. يؤدي وجود قناة العودة إلى تعقيد النظام. ومع ذلك، على عكس الأنظمة ذات تكرار الإرسال، في الأنظمة ذات التغذية المرتدة، لن يحدث تكرار الإرسال إلا في حالة اكتشاف تشوهات في الإشارة المرسلة، أي. يبدو أن التكرار أقل بشكل عام.

استقبال مقاوم للضوضاء يتكون من استخدام التكرار، بالإضافة إلى معلومات مسبقة حول الإشارات والتداخل، لحل مشكلة الاستقبال بطريقة مثالية: اكتشاف إشارة أو تمييز الإشارات أو استعادة الرسائل. حاليًا، يتم استخدام جهاز نظرية القرار الإحصائي على نطاق واسع لتجميع أجهزة الاستقبال المثالية.

تنخفض أخطاء جهاز الاستقبال مع زيادة نسبة الإشارة إلى الضوضاء عند دخل جهاز الاستقبال. وفي هذا الصدد، غالبًا ما تتم معالجة الإشارة المستقبلة مسبقًا من أجل زيادة نسبة المكون المفيد إلى التداخل. تتضمن طرق المعالجة المسبقة للإشارة طريقة SHOW (مزيج من مضخم النطاق العريض والمحدد ومضخم النطاق الضيق)، واختيار الإشارة حسب المدة، وطريقة تعويض التداخل، وطريقة الترشيح، وطريقة الارتباط، وطريقة التراكم، وما إلى ذلك.

2. الوسائل التقنية الحديثة لتبادل البيانات ومعدات تشكيل القنوات

يمكن أن يكون جهاز الاستقبال جهاز كمبيوتر أو محطة طرفية أو أي نوع من الأجهزة الرقمية.

لضمان نقل المعلومات من الكمبيوتر إلى الاتصالات

يمكن أن يكون هذا ملف قاعدة بيانات أو جدول أو استجابة لاستعلام أو نص أو صورة.

تُستخدم أنواع مختلفة من قنوات الاتصال لنقل الرسائل في شبكات الكمبيوتر. الأكثر شيوعًا هي القنوات الهاتفية المخصصة والقنوات الخاصة لنقل المعلومات الرقمية. وتستخدم أيضا قنوات الراديو وقنوات الاتصال الفضائية.

تتميز الشبكات المحلية (LAN) في هذا الصدد، حيث يتم استخدام الأسلاك المزدوجة الملتوية والكابلات المحورية وكابلات الألياف الضوئية كوسيلة نقل.

تسمى الأجهزة التقنية التي تؤدي وظائف ربط الكمبيوتر بقنوات الاتصال محولاتأو محولات الشبكة. يوفر محول واحد الاقتران بجهاز كمبيوتر بقناة اتصال واحدة. بالإضافة إلى المحولات أحادية القناة، يتم أيضًا استخدام الأجهزة متعددة القنوات - معددات نقل البياناتأو ببساطة معددات.

معدد إرسال البيانات - جهاز لربط الكمبيوتر بعدة قنوات اتصال.

كما ذكرنا سابقًا، من أجل نقل المعلومات الرقمية عبر قناة اتصال، من الضروري تحويل دفق البتات إلى قنوات تناظرية، وعند تلقي معلومات من قناة اتصال إلى جهاز كمبيوتر، قم بتنفيذ الإجراء المعاكس - تحويل الإشارات التناظرية إلى تدفق من البتات التي يمكن للكمبيوتر معالجتها. يتم تنفيذ هذه التحولات بواسطة جهاز خاص - مودم.

مودم- جهاز يقوم بتعديل وإزالة تشكيل إشارات المعلومات عند إرسالها من جهاز كمبيوتر إلى قناة اتصال وعند استقبالها إلى جهاز كمبيوتر من قناة اتصال.

مَركَز- جهاز يقوم بتحويل عدة قنوات اتصال إلى قناة واحدة من خلال تقسيم التردد.

مكرر- جهاز يضمن الحفاظ على شكل الإشارة واتساعها عند إرسالها على مسافة أكبر من تلك التي يوفرها هذا النوع من وسائط الإرسال المادية.