لأكثر من قرن ظلت تقنية الاتصال القديمة بواسطة خطوط الهاتف الاعتيادية والتي تقوم بنقل الصوت على شكل إشارات تناظرية (Analoque) هي السائدة في العالم. وبعد أكتشاف الإنترنت والتفكير بضرورة توفيرها بالمنازل (وذلك من خلال الاستفادة من خطوط الهاتف) أتجه التفكير لتصنيع جهاز يأخذ على عاتقه تحويل الإشارات الرقمية (التي يتعامل معها الكمبيوتر) الى تناظرية ليتم نقلها بواسطة كيبلات الهاتف فظهر جهاز المودم لهذا الغرض وهو أيضاً يقوم بتحويل الإشارات التناظرية الى رقمية في الكمبيوتر المستلم.
ان استخدام شبكات الهاتف القديمة سواء للاتصال الهاتفي أو الاتصال بالإنترنت) يعاني من المشاكل التالية:
1- ضعف جودة الإشارات المنتقلة بسبب التداخل Interference الذي تعاني منه الإشارات التناظرية.
2- وجود الضوضاء مع الإشارات وهذا أيضاً من نقاط ضعف الإشارات التناظرية.
3- بطء الاتصال ونقل البيانات حيث أن سرعة الإشارات التناظرية في خطوط الهاتف القديمة لا تتجاوز 30 kbps وبفضل تقنية ضغط البيانات فأن بعض المودمات تصل سرعتها الى 56 kbps، تستغرق مثل هذه المودمات من 30 الى 60 ثانية لتحقيق الاتصال وهذا يعتبر كثير مع التطور الحاصل في أنظمة الاتصال.
4- لا يمكن استخدام خط الهاتف الواحد لاكثر من خدمة ، فإذا أردت ربط عدة أجهزة (مثل الهاتف، الفاكس، الكمبيوتر، الروتر وأجهزة الاتصال بالصوت والصورة) فيجب عندئذ توفير خط هاتف لكل خدمة.
للتغلب على العيوب أعلاه ، أتجه التفكير لتطوير الشبكات الحالية بحيث تتصف بالمواصفات التالية:
* التعامل مع الإرسال الرقمي Digital Transmission بدلاً من الإرسال التناظري وبهذا يتم تقليل الضوضاء والتداخل مع البيانات.
* استخدام خط هاتف واحد لعدة خادمات في نفس الوقت أو أوقات مختلفة. أي أمكانية نقل الاصوات، الصور، الأفلام وبيانات الكمبيوتر.
وكان نتيجة ذلك التفكير ظهور تقنية الشبكات الرقمية للخدمات المتكاملة (ISDN) والتي تستخدم نفس خطوط الهاتف الحالية الموصلة للبيوت والمؤسسات وتعتمد على الارسال الرقمي ولهذا يمكننا الاستغناء عن جهاز المودم عند استخدام تقنية ISDN لربط الكمبيوتر بالإنترنت. إن كلمة المتكاملة جاءت من الامكانية لنقل كل أنواع البيانات (الصوت والصورة والأفلام وبيانات الفاكس والكمبيوتر وغيرها).
لقد استغرق العلماء فترة طويلة لتحويل تقنية ISDN الى تقنية قياسية معتمدة من كل المؤسسات والشركات ، وبسبب التطور الكبير والسريع في مجال الشبكات والاتصالات فقد وجدت عدة تقنيات منافسة للـ ISDN مما جعل استخدام وأنتشار ISDN بطيئا مقارنة بالتقنيات الأخرى.
لقد أنتشر استخدام ISDN في الولايات المتحدة الأمريكية وخصوصاً لربط اجهزة الكمبيوتر بالإنترنت بدل أجهزة المودم.
سـرعـة البيانات في شبكات ISDN
بصورة عامة تقسم سرع البيانات في شبكات ISDN الى نوعين هما :
1- Basic Rate Interface (BRI) 2-Primary Rate Interface (PRI)
يستخدم النوع الأول (BRI) للخدمات المنزلية حيث تكون سرعة البيانات فيه 144 kbps في الخط الواحد للهاتف (كيبل نوع UTP) هذا المعدل يقسم الى ثلاث قنوات : اثنتان منها بمعدل64 kbps ويرمز لها بالحرفB مختصر Bearer وقناة ثالثة بمعدل61kbps ويرمز لها بالحرف D مختصر Delta وكل قناة B لها رقم هاتف خاص بها ويمكننا دمج قناتي B للحصول على معدل لحركة البيانات يساوي 128 kbps ويرمز لخدمات BRI عادة بالرمز 2B+D.
النوع الثاني (PRI) يستخدم للمؤسسات التجارية والتعليمية حيث الحاجة إلى سرع عالية. في أمريكا الشمالية واليابان توفر خدمة PRI عدداً من القنوات يصل الى 23 قناة نوع B) بسرعة 64 kbps لكل واحدة) وقناة واحدة D) بسرعة 64 kbps) ويرمز لها بـ 23B+D وتصل السرعة الكلية فيها الى 1,544 Mbps. في بقية دول العالم (أوروبا ، أستراليا وغيرها) تحتوي PRI على 30 قناة B وقناة واحدة D حيث تصل السرعة الإجمالية الى 2.048 Mbps ويرمز لها في هذه الدول بـ 30B+D
وبغض النظرعن النوع (BRI أو PRI) فأن قنوات B تستخدم لنقل البيانات بكافة أنواعها، اما قناة D فلها الوظائف التالية :
* السيطرة على البيانات المنتقلة في قناتي B.
* تستخدم لبدء الاتصال ومعرفة هل الخط مشغول أم لا.
* في بعض الحالات تستخدم لنقل البيانات غير الصوتية التي لا تحتاج إلى سرعة عالية مثل بيانات فحص بطاقات الائتمان.
مكونـات شـبكة ISDN
يمكن تقسيم مكونات شبكات ISDN الى جزءين هما :
* جزء الجهة المستفيدة (الشخص أو المؤسسة المشتركة).
* جزء الشركة المقدمة لخدمة ISDN.
والتي تشمل :
1- الجهاز الموجود عند الشخص المستفيد وهو على نوعين : إما جهاز متوافق مع خدمة ISDN ويرمز له TE1 مثل هاتف نوع ISDN أو جهاز كمبيوتر فيه كارت ISDN أو يكون جهاز غير متوافق مع خدمة ISDN ويرمز له TE2 مثل جهاز الهاتف القديم (هاتف تناظري) أو جهاز كومبيوتر فيه كارت إثرنت.
2- جهاز TA وهو جهاز يستخدم لربط الاجهزة غير المتوافقة (TE2) مع مكونات شبكة ISDN. وهذا الجهاز أما يكون داخلي (على شكل كارت) يوضع داخل جهاز TE2 أو خارجي يرتبـط مع TA بكيبل نوع RS-232.
3- جهاز NT1 والذي يربط جهاز TE1 أو TA مع المبدل الرقمي Digital Switch الموجود في جهة الشركة المقدمة للخدمة. في أمريكا الشمالية واليابان يكون NT1 من مسؤولية الشخص المستفيد، أما في بقية الدول فإنه يقع ضمن جهة الشركة ومن مسؤوليتها. ويرتبط NT1 مع TA) أو TE1) بكيبل UTP مكون من أربعة أسلاك ويمكن ربط NT1 بناقل عمومي (Bus) يمكنه من الارتباط بثمانية أجهزة ولكن يمكن فقط لجهازين العمل في نفس الوقت.
4- جهاز NT2 والذي يمكننا من ربط ثمانية كروت TA تشترك معاً في خط ISDN واحد (نوع 2B+D) ويستخدم عادة جهاز NT2 في المؤسسات التي تقدم خدمات لعدد كبير من الاجهزة . ويرتبط جهازا NT1 وNT2 بكيبل رباعي نوع UTP، بفضل وجود جهاز NT2.
5- المبدل الرقمي والذي يقع ضمن جهة الشركة ويرتبط مع جهاز NT1 بكيبل ثنائي نوع UTP. وظيفة هذا الجهاز أستلام وتسليم البيانات بأنواعها ما بين الجهة المستفيدة وبقية الشبكات على أختلاف انواعها.
6- , و تستخدم رموز مثل U, T , S , R تمثل نقاط أرتباط الاجهزة مع بعضها وكما يلي:
* الرمز R للربط بين جهاز TA وأجهزة TE2 كيبل نوع RS-232.
* الرمز S للربط بين جهاز TE1 مع جهاز NT2) كيبل UTP بأربعة أسلاك).
* الرمز T للربط بين جهازي NT كيبل UTP بأربعة أسلاك).
* الرمز U للربط بين جهاز NT1 والمبدل الرقمي (كيبل UTP بسلكين).
ملاحظة : في الخدمات المنزلية للـ ISDN لا يوجد جهاز NT2 لعدم الاحتياج له ولهذا فإن نقطتي الارتباط T وS تصبحان نقطة واحدة وعادة يرمز له S/T.
مزيد من التفاصيل عن مكونات الجهة المستفيدة
ذكرنا بأن نقطة الارتباط S/T تقع ضمن مكونات المشترك والجهة المستفيدة وانها تستخدم كيبل UTP ذا ثمانية أسلاك. أثنان للارسال وأثنان للاستلام والبقية لاغراض أختيارية (ستمر علينا لاحقاً). وبما أن الكيبل الحالي للهاتف البيتي يتكون من سلكين فقط فهذا يعني أنه يجب تبديله بكيبل ذي 8 أسلاك، ويوضع في نهايته موصل من نوع RJ-45) يكون اكبر من RJ-11 المستخدم في الهواتف القديمة).
عند وجود جهاز واحد عند الجهة المستفيدة (مثل جهاز كمبيوتر منزلي) فإن المسافة بين ذلك الجهاز وجهاز NT1 (نقطة الارتباط S/T) يمكن ان تصل إلى كيلومتر كحد أعلى. ولكن عند وجود عدة أجهزة (مثل كمبيوتر، فاكس، هاتف ISDN، جهاز السيطرة على انارة البيت، جهاز السيطرة على حرارة البيت، جهاز أنذار الخ) فأن مسافة المسار S/T تتقلص الى حوالي 200 متر ويوصى بأن تكون المسافة بين كل جهاز والمسار S/T لاتتجاوز 10 متر.
يمكننا ربط 8 أجهزة على المسار S/T. وكل جهاز يحدد له رمز (Phone Extension) يضاف لرقم الهاتف يميزه عن غيره. ويوصى بشراء جهاز ISDN له عدة وظائف لتلافي تحديد عدة رموز ، ولا ننسى بأنه لا يمكن لأكثر من جهازين العمل في نفس الوقت في شبكات 2B+D.
وظيفة جهاز NT1
هناك ثلاث وظائف لجهاز NT1 هي :
* تجزئة البيانات الى عدد القنوات المطلوبة فمثلاً في BRI يقوم الجهاز بتكوين قناتي (B بسرعة 64 لكل منهما وقناة D بسرعة 16 kbps).
* تحويل واجهة الاتصال من كيبل بسلكين (من جهة الشركة) الى واجهة أتصال بكيبل ذي 4 أسلاك في جهة المستفيد.
* تجهيز كل الاجهزة المرتبطة به (في الجهة المستفيدة) بالطاقة.
ويحتاج جهاز NT1 الى مصدر للطاقة لكي يعمل، فإذا كان NT1 ضمن مكونات الجهة المستفيدة (كما في أمريكا الشمالبة) فإنه يأخذ الطاقة الكهربائية من البيت ويقوم NT1 بتجهيز الاجهزة المرتبطة به بالطاقة وهذا أحد الاسباب التي أدت الى استخدام كيبل ذو 8 أسلاك ، حيث تستخدم الاسلاك 7 و 8 لامرار الطاقة من NT1 الى أجهزة TE1 عند الجهة المستفيدة وتستخدم الاسلاك 3 و 6 للارسال والاسلاك 4 و 5 للاستلام ، أما السلكين 1 و 2 فإنهما (اذا تم ربطهما) ينقلان الطاقة من جهاز TE الى NT1. هذا يعني أنه اذا أنقطعت الطاقة في جهة الشخص المستفيد فأن أتصاله ينقطع بالشركة المقدمة لخدمة ISDN. أما في أوربا واستراليا وبقية الدول فأن جهاز NT1 يكون ضمن مكونات الشركة وهي مسؤولة عن أمداده بالطاقة ولهذا يمكن للشخص المستفيد الاتصال بالشركة حتى في حالة أنقطاع الطاقة لديه. ولكن الاعدادات المتبعة في مثل هذه الحالة تفترض وجود جهاز واحد لدى الشخص المستفيد وهو عادة هاتف ISDN ويقوم جهاز NT1 بأخبار بقية الاجهزة المرتبطة بالمسار S/T بعدم أمكانية أيصال الطاقة لها فتستجيب تلك الاجهزة بأطفاء نفسها.
مـلاحظـة : ينصح في المناطق التي يحصل فيها انقطاع للطاقة باستمرار، أن تبقي الجهة المستفيدة على خط هاتف تناظري لديها والذي سوف يستمر بالعمل لانه لا يحتاج الى الطاقة أثناء عمله.
سـؤال : أين تعمل تقنية ISDN بالنسبة لموديل OSI؟
جـواب : تعمل هذه التقنية ضمن الطبقات الثلاثة الاولى لموديل OSI وهي الطبقة الفيزياوية وطبقة ربط البيانات وطبقة الشبكة .
الطبقة الفيزياوية لخدمة ISDN
أن عمل هذه الطبقة ينحصر في عملية ترميز (Encoding) قيم البتات وكيفية ربط الاسلاك بالاضافة الى تركيبة أطار البيانات. يكون الترميز هنا عكس الترميز المستخدم في التقنيات الاخرى ، حيث يمثل الواحد بفولتية مقدارها صفر ويمثل الصفر بـ +1 أو -1 على عكس الصفر الذي يسبقه.
أما طريقة ريط الاسلاك في المسار S/T فقد تكلمنا عنها عند حديثنا عن جهاز NT1 وقلنا أن عدد هذه الاسلاك هي 8 مقسمة كالاتي:
* 4 (هي 3 و 4 و 5 و 6 ) لارسال واستلام البيانات.
* 2 (هي 7 و 8 ) لإمداد الاجهزة (TE1) بالطاقة من NT1.
* 2 (هي 1 و 2 ) لإمداد NT1 بالطاقة من TE1.
أما أطار البيانات فإنه يتكون من 48 بت ، تتحرك بمعدل 4000 أطار في الثانية وعليه فأن طول الاطار الواحد يساوي 250 مايكروثانية (1/4000) . أما السرعة الكلية المتوفرة للاطار فهي :
48 / 250 X 106 = 192kbps
هذه السرعة مقسمة الى قناتي B بسرعة 64 kbps لكل منها وقناة D بسرعة 16 kbps وتبقى 48 kbps تستخدم لمعالجة أية أحمال أخرى على الشبكة وأغراض أخرى مثل تحديد عدد الاجهزة المرتبطة بالمسار S/T ومعرف كل منها. أن حجم الاطار هو 48 بت مقسمة على قناتي B) كل قناة تستوعب 16 بت) وقناة D والتي تستوعب 4 بت وهذا يعني ان الحجم المخصص لنقل البيانات من الاطار يساوي 36 بت. أما بقية بتات الاطار فهي مقسمة الى عدة حقول تحدد بداية ونهاية الاطار وعدد أطر البيانات وحقل للتحكم في حال أن بدأ أكثر من جهاز بالارسال في نفس الوقت.
طبقة ربـط البيانات لخدمة ISDN
تستخدم هذه الطبقة عبر قناة D للتأكد من حركة معلومات التحكم والاتصال بصورة صحيحة وتعتمد في ذلك على بروتوكول يسمى Link Access Procedure for D Channel (LAPD)، ويتكون الاطار في هذه الطبقة من :
* معرف لبداية ونهاية الاطار (مجموعة بتات بتسلسل فريد).
* نوع البيانات.
* حقل العنوان (يشمل معرف الجهاز ونوع الخدمة المطلوبة).
* بيانات عن الشبكة التي ينتمي لها الجهاز.
* حقل التحكم بتسلسل الاطارات.
هذا الاطار لا يحتوي على بيانات حقيقية (مثل التي تحملها قنوات B) وانما على حقول وظيفتها أعداد الاتصال وأدامته.
طبقة الشبكة في خدمة ISDN
هذه الطبقة مسؤولة عن إعداد وإدامة وقطع الاتصال المنطقي بين المستخدم والشبكة وهي تتعامل مع البرمجيات مقارنة بالطبقات الاخرى التي تتعامل مع المعدات (Hardware) أن أهم المتغيرات التي تتعامل معها هذه الطبقة هي :
* نوع الاتصال Call Reference Value (CRV) وهو معرف فريد لكل نوع أتصال.
* نوع الرسالة Message Type: هل هي رسالة إعداد للاتصال أم بدء الاتصال أم إنهائه.
وتوجد عدة نقاط لتأمين الاتصال بين جهازين. أدناه الخطوات التي سوف تحصل بين ثلاثة مواقع تتحرك عليها الرسائل: هي المتصل (نرمز له A ومبدل ISDN والمتصل به (نرمز له B).
1- يبدأ الجهاز A بأرسال رسالة أعداد Setup الى المبدل وهي تحتوي عدة معلومات مثل تحديد القناة (B1 أو B2 أو D)، رقم الجهاز A، رقم الجهاز B وغيرها.
2- إذا كانت معلومات الرسالة وافية فإن المبدل يبلغ الجهاز A عن أستلامها وتقوم بنفس الوقت بأرسالها الى الجهاز B.
3- يستلم الجهاز B رسالة الاعداد ، فإذا كانت عائدة اليه ، هنا يبدأ جهاز الهاتف بالرنين.
4- المبدل يخبر الجهاز A بأن الهاتف عند الجهاز B بدأ بالرنين.
5- عندما يقوم شخص بالاجابة عند الجهاز B فإن الأخير يرسل رسالة أتصال للمبدل.
6- يقوم المبدل بتمرير رسالة الاتصال إلى الجهاز A.
7- الجهاز A يخبر المبدل عن أستلامه لرسالة الاتصال.
8- المبدل يخبر الجهاز B عن أستلام A لرسالة الاتصال.
9- هنا يبدأ الاتصال بين الجهازين وتبدأ عملية نقل البيانات بينهما.
سـؤال : مـاذا يقصد بخدمة B-ISDN؟
جـواب : أن خدمة ISDN لم تجد أنتشاراً واسعاً في العالم وذلك يرجع للاسباب التالية
* أن سرعة البيانات في خدمة ISDN جيدة مقارنة بسرعة المودم ولكنها قليلة مقارنة بالتقنيات الاخرى مثل ASDL و Cable Modem.
* تعتمد خدمة ISDN على مبدأ Circuit Switching والذي يعني وجود مسار فيزياوي مستمر بين الجهازين ، أي أن يبقى الخط مشغولاً طيلة فترة الاتصال وبما أن الكلفة في هذه الخدمة التقنية تعتمد على فترة الاتصال فهذا يعني كلفة عالية خصوصاً عند الاتصال بالإنترنت.
لذا فكر العلماء والذين اخترعوا خدمة ISDN بتطوير هذه الخدمة لتلافي المشكلتين أعلاه فتم الوصول الى خدمة B-ISDN الحرف B مختصر (Broadband وهذه الخدمة تعتمد الى حد كبير على تقنية ATM) .في خدمة B-ISDN تصل السرعة الى 1.544 Mbps وتعتمد على مبدأ Packet Switching والاخير يعني تحديد المسار بين الجهازين (بما فيها الروترات) ومن ثم تحريك الحزم وفق ذلك المسار من دون أن يكون هناك مسار أتصال فيزياوي ثابت بين الجهازين. هنا تعتمد الكلفة على كمية البيانات المرسلة وليس على الوقت. ولكن تقنية B-ISDN تحتاج الى التغيرات التالية :
* تبديل الكيبلات الحالية إلى UTP Cat 5 أو كيبل ضوئي.
* تبديل كل المبدلات الحالية لأنها تتعامل مع مبدأ Circuit Switching بمبدلات تقوم وتتعامل مع مبدأ Packet Switching .
المصدر : مجلة الكمبيوتر
