الفصل الثامن

الشبكات اللاسلكية

توفر الأسلاك خيارات فعالة لتبادل البيانات والموارد عبر الشبكات، ولكن الأسلاك كوسط إرسال لا يخلو من العيوب، التى أهمها عدم مرونتها، لأنها إذا مدت وركبت يصبح من الصعب نسبياً إعادة تركيبها في مكان آخر دون بذل جهد ومضايقة للمستخدمين، كما أنها لا توفر اتصالاً للمستخدمين كثيري التنقل.

بدأت الشبكات المحلية اللاسلكية Wireless LAN تشكل خياراً فعالاً للتشبيك في الآونة الأخيرة، والسبب في ذلك يتلخص في:

1- التطورات المتلاحقة في التقنيات والمنتجات اللاسلكية.

2- الانخفاض المتواصل في الأسعار، نظراً للتنافس المتزايد بين المصنعين.

3- الطلب المتزايد على هذه الشبكات بسبب الحرية الكبيرة التي توفرها للمستخدمين في التنقل دون أن يؤثر ذلك على عملهم.

ويمكن تشبيه الشبكات اللاسلكية بشبكات الهاتف المحمول، فالمستخدم يستطيع التنقل إلى أي مكان يحلو له ويبقى مع ذلك متصلاً بشبكته ما دام يقع في المدى الذي تغطيه الشبكة. قد يكون مصطلح لاسلكي مضلل نوعاً ما فأغلب الشبكات لا تكون لاسلكية تماماً، ففي أغلب الأحيان تكون هذه الشبكات عبارة عن خليط من الأجهزة الموصلة بأسلاك وأجهزة أخرى موصلة لاسلكياً، هذا النوع من الشبكات يطلق عليها شبكات هجينة Hybrid. تستطيع المكونات اللاسلكية أداء المهام التالية:

·        توفير اتصالات مؤقتة لشبكات سلكية في حال فشل هذه الأسلاك بتوفير الاتصال المطلوب لأي سبب كان.

·        المساعدة في عمل نسخة احتياطية من البيانات على شبكة سلكية إلى جهاز متصل لاسلكياً.

·        توفير درجة من الحرية في التنقل لبعض المستخدمين في شبكة سلكية.

وتعتبر الشبكات اللاسلكية مفيدة في الحالات التالية:

·        توفير اتصالات في الأماكن المزدحمة.

·        توفير اتصالات للمستخدمين كثيري التنقل.

·        بناء شبكات في الأماكن المعزولة التي يصعب توصيلها بأسلاك.

محطة العمل اللاسلكية : وتعمل بشكل مشابه للمحطات السلكية والاختلاف الوحيد يتمثل في وسط الإرسال المستخدم. كل جهاز في الشبكات اللاسلكية يحتوي على كارت شبكة لاسلكية مع مرسل مستقبل Transceiver لاسلكي. ويقوم Transceiver بإذاعة واستقبال الإشارات من وإلى أجهزة الكمبيوتر المحيطة به. أما في الشبكات الهجينة فإن Transceiver يسمح للأجهزة اللاسلكية بالاتصال مع الأجهزة المكونة للشبكة السلكية. وهناك ثلاث تقنيات أساسية تستخدم في إرسال البيانات في الشبكات اللاسلكية المحلية:

·        موجات الراديو أحادية التردد Single-Frequency Radio وتسمى أحياناً موجات الراديو عالية التردد ضيقة النطاق Narrow-Band High-Frequency Radio.

·        موجات راديو الطيف الإنتشاري Spread-Spectrum Radio.

·        موجات الأشعة تحت الحمراء Infrared.

يعمل الاتصال بموجات الراديو في شبكات الكمبيوتر بشكل مشابه لما هو عليه في شبكات الإذاعة، فالجهاز المرسل يقوم بإرسال إشاراته باستخدام تردد معين ويقوم الجهاز المستقبل بضبط تردده ليتوافق مع تردد الجهاز المرسل لكي يتمكن من استقبال الإشارات. الاختلاف الوحيد بين شبكات كمبيوتر الراديو وشبكات الإذاعة هو أن الشبكات بموجات الراديو تقوم بإرسال البيانات وليس الرسائل الصوتية كما في شبكات الإذاعة. ويعمل Transceiver أحادي التردد كما يظهر من اسمه باستخدام تردد واحد فقط.

تستطيع أنظمة الراديو أحادي التردد Single-Frequency Radio العمل باستخدام أي تردد ينتمي إلى مدى ترددات الراديو Radio Frequency Range (RF)، وبشكل عام تستخدم شبكات الكمبيوتر المدى العالي من طيف ترددات الراديو والتي تقاس بالجيجاهيرتز (GHz(10^9 Hz، وذلك لأنها توفر معدلات إرسال أعلى للبيانات.

وبشكل عام، فإن أنظمة إرسال الراديو سهلة التركيب والإعداد، ولكن استخدام أنظمة عالية الطاقة لتغطية مساحات كبيرة يعتبر أكثر تعقيداً لأنها تستخدم أجهزة عالية الجهد وتحتاج إلى صيانة مستمرة وأيدي عاملة خبيرة. وتذكر أن الإعداد السيئ لأجهزة التردد الأحادي قد يؤدي إلى:

·        إشارات مزيفة.

·        استخدام ضعيف لقوة الإرسال.

·        معدلات إرسال بيانات منخفض.

يعتمد التضعيف في إشارات الراديو على تردد وقوة الإشارة المرسلة، فكلما ارتفع التردد وقوة الإشارة كلما أصبح التضعيف أقل. وحيث أن أجهزة الراديو ذات التردد الأحادي رخيصة الثمن تعمل باستخدام تردد منخفض وقوة محدودة فإنها عادة تعاني من معدلات تضعيف عالية، ولهذا فإنها لا تستطيع تغطية مساحة كبيرة ولا تستطيع المرور خلال الأجسام الكثيفة والمصمتة. وبشكل عام تعتبر أجهزة الراديو أحادي التردد أقل تكلفة من غيرها من الوسائط اللاسلكية وتعمل بترددات أكثر انخفاضا ولا تتجاوز قوة الإشارة أكثر من وات واحد. وتتراوح سرعة نقل البيانات في شبكات الراديو أحادية التردد بين 1 ميجابت في الثانية و 10 ميجابت في الثانية.

تعتبر إشارات الراديو أحادي التردد عرضة للتداخل الكهرومغناطيسي وخاصة في مدى التردد المنخفض والذي يتداخل مع موجات أجهزة المستهلكين مثل أجهزة فتح أبواب مرآب السيارات. إن اعتراض الإشارات والتجسس عليها في هذه الأنظمة أمر غاية في السهولة إذا عرف تردد الإرسال. أما شبكات راديو الطيف الإنتشاري أو متعدد التردد Spread-Spectrum Radio فهي تعتبر التقنية الأكثر استخداماً في الشبكات اللاسلكية، وقد طورت هذه التقنية أول مرة من قبل الجيش الأمريكي خلال الحرب العالمية الثانية لمنع عمليات التجسس على إرسال الراديو.

تستخدم شبكات راديو الطيف الإنتشاري عدة ترددات معاً لنقل الإشارة مما يقلل من المشاكل المتعلقة بالإرسال أحادي التردد. وهناك تقنيتان أساسيتان تستخدمان في شبكات راديو الطيف الإنتشاري هما:

·        التتابع المباشر Direct Sequence Modulation.

·        القفزات الترددية Frequency Hopping.

تعتبر تقنية التتابع المباشر أكثر استخداما من التقنية الأخرى. بياناتها المشفرة عبر مجموعة من ترددات الراديو في نفس الوقت وتقوم أيضاً بإضافة Bits من البيانات المزورة التي ليس لها أي فائدة سوى تضليل الأجهزة المستقبلة غير المرخص لها باستقبال هذه البيانات، ويطلق على هذه الـ Bits المزورة اسم Chips.

ويعرف الجهاز المرخص له بالاستقبال مسبقاً الترددات التي ستحتوي على بيانات صالحة فيقوم بجمع هذه البيانات واستبعاد الإشارات غير الصالحة. أما في تقنية القفزات الترددية Frequency Hopping فإن الإشارات تنتقل بسرعة من تردد إلى آخر، ويكون هناك تفاهم مسبق بين الجهاز المرسل والجهاز المستقبل على استخدام نموذج معين في تنظيم القفزات بين الترددات المختلفة والفترات الزمنية التي تفصل بين كل قفزة وأخرى.

يتبع كل مصنع أو منتج نموذجه الخاص في الخوارزمية المتبعة في القفزات الترددية التي يستخدمها الجهاز أن المرسل والمستقبل. وتعتبر سعة نطاق البث في تقنية القفزات الترددية أكبر منها في تقنية التتابع المباشر وذلك نتيجة لأن كل الترددات في النطاق تكون متاحة للاستخدام من قبل تقنية القفزات الترددية بعكس تقنية التتابع المباشر التي تستخدم مجموعة من الترددات ولكن ليس كلها. وتعتبر أنظمة الطيف الإنتشاري معتدلة التكلفة نسبياً وذلك وفقاً للأجهزة المستخدمة.

سرعة نقل البيانات

تتراوح سرعة نقل البيانات في هذا النظام ما بين 2 و 6 ميجابت في الثانية ولكن مع استخدام طاقة أكبر ونطاق أعلى من التردد من الممكن الحصول على سرعات أكبر بكثير. ولكن نظرا لاستخدام طاقة منخفضة للإرسال في الشبكات متواضعة التكاليف فإنها تكون عرضة للتضعيف، أما بالنسبة للتداخل الكهرومغناطيسي فنلاحظ أن نظام راديو الطيف الإنتشاري يعتبر أكثر مناعة ضد هذا التداخل من الأنظمة الأخرى، وممكن توضيح ذلك بأن الإشارات يتم بثها عبر ترددات مختلفة، وبالتالي فإن أي تداخل قد يتم مع أحد هذه الترددات دون غيرها مما لا يؤثر على الإشارة ككل والتي تكون موزعة على ترددات مختلفة مع ملاحظة أنه مع زيادة معدل نقل البيانات عبر الترددات المختلفة يزداد معدل التداخل نظراً لزيادة معدل استخدام الترددات المعرضة للتداخل في وقت معين.

إن اعتراض إشارات راديو الطيف الإنتشاري ممكن ولكن التجسس على هذه الإشارات شبه مستحيل وخاصة أن المتجسس لا يعرف الترددات المختلفة المستخدمة في الإرسال ولا يعرف التفريق بين البيانات الصالحة أو غير الطالحة. وتستخدم بعض الشبكات اللاسلكية الضوء لنقل البيانات وهي نوعان:

·        شبكات الأشعة تحت الحمراء.

·        شبكات الليزر و هي توفر سرعات عالية جداً لكن تكلفتها مرتفعة جداً أيضاً.

البيانات باستخدام الصمام الثنائى باعث للضوء Light Emitting Diode (LED) أو الصمام الثنائى قاذف الليزر Injection Laser Diode (ILD). كما أن إشارات الأشعة تحت الحمراء لا تستطيع اختراق الجدران أو الأجسام الصلبة كما أنها تضعف إذا تعرضت لإضاءة شديدة كما بالشكل (73).

شكل رقم (073)

إذا انعكست إشارات الأشعة تحت الحمراء عن الجدران فإنها تخسر نصف طاقتها مع كل انعكاس، ونظراً لمداها وثباتها المحدود فإنها تستخدم عادة في الشبكات المحلية الصغيرة. ويتراوح المدى الترددي الذي تعمل فيه الأشعة تحت الحمراء ما بين 100 جيجاهرتز و 300 تيراهرتز. ونظرياً تستطيع الأشعة تحت الحمراء توفير سرعات إرسال عالية ولكن عملياً فإن السرعة الفعلية التي ترسلها أجهزة الإرسال بالأشعة تحت الحمراء أقل من ذلك بكثير. وتعتمد تكلفة أجهزة الأشعة تحت الحمراء على المواد المستخدمة في تنقية وترشيح الأشعة الضوئية. وتستخدم شبكات الإرسال باستخدام الأشعة تحت الحمراء ثلاث تقنيات هى:

·        نقطة إلى نقطة Point To Point.

·        إرسال منتشر أو إذاعي Broadcast.

·        الإرسال العاكس Reflective.

تتطلب تقنية نقطة إلى نقطة خطاً مباشراً يسمح لكل من الجهاز المرسل والمستقبل رؤية أحدهما الآخر لذا يتم تصويبهما بدقة ليواجه كل منهما الآخر، فإذا لم يتوفر خط مباشر بين الجهازين فسيفشل الاتصال كما بالشكل (74).

شكل رقم (074)

ومثال على هذه التقنية هو جهاز التحكم بالتلفزيون. ونظراً للحاجة إلى التصويب الدقيق للأجهزة فإن تركيب هذه الأنظمة فيه صعوبة. وتتراوح سرعة نقل البيانات باستخدام هذه التقنية بين بضع كيلوات من Bits في الثانية وقد تصل إلى 16 ميجابت في الثانية على مدى كيلومتر واحد. ويعتمد مقدار التضعيف في إشارات الأشعة تحت الحمراء على كثافة ووضوح الأشعة المبثوثة كما يعتمد على الظروف المناخية والعقبات في طريق الأشعة، وكلما كانت الأشعة مصوبة بشكل أدق كلما قل مستوى التضعيف كما أنه يصبح من الصعب اعتراض الأشعة أو التجسس عليها.

أما تقنية الإرسال المنتشر فإن الأشعة يتم نشرها على مساحة واسعة ويطلق على شبكات الإرسال المنتشر أحياناً شبكات الأشعة تحت الحمراء المبعثرة Scatter Infrared Networks كما بالشكل (75).

شكل رقم (075)

وهنا يستطيع جهاز واحد الاتصال مع أكثر من جهاز في وقت واحد وهذا الأمر يعتبر ميزة من ناحية وعيب من ناحية أخرى حيث أنه يسمح لاعتراض الإشارة والتجسس عليها. ونجد أن سرعة نقل البيانات في هذه التقنية أقل منها في التقنية السابقة فهي لا تتجاوز 1 ميجابت في الثانية ومرشحة للزيادة في المستقبل، ولكن في المقابل فإن إعدادها أسرع وأسهل و أكثر مرونة، وهي أيضاً تتأثر سلباً بالضوء المباشر وبالعوامل الجوية، ولا يتجاوز المدى الذي تغطيه هذه التقنية إذا كانت طاقتها ضعيفة بضع عشرات من الأمتار.

أما النوع الثالث وهو العاكس Reflective فهو عبارة عن دمج للنوعين السابقين، وفيه يقوم كل جهاز بالإرسال نحو نقطة معينة وفي هذه النقطة يوجد Transceiver يقوم بإعادة إرسال الإشارة إلى الجهاز المطلوب كما هو موضح بالشكل (76).

شكل رقم (076)

الشبكات المحلية الموسعة

يمكن توسيع الشبكات المحلية LAN باستخدام أي من الطرق التالية :

·        إتصالات لاسلكية بشبكات محلية أخرى.

·        وسائل المحاسبة المحمولة.

·        الوصول أو التحكم عن بعد Remote Access.

ولتحقيق إتصال لاسلكي بين الشبكات المحلية يستخدم جهاز يسمى جسر الشبكات المحلية اللاسلكي Wireless LAN Bridge، والذي يستطيع ووفقاً للظروف المناخية ربط شبكتين محليتين تبعدان عن بعضهما مسافة قد تصل إلى 4.8 كيلومتر. وتستخدم هذه الجسور أحد وسائط الإرسال اللاسلكية التالية:

·        موجات راديو الطيف الإنتشاري Spread Spectrum Radio.

·        الأشعة تحت الحمراء Infrared.

إذا أردت الربط بين شبكات محلية تبعد عن بعضها أكثر من 4.8 كم, يمكن استخدام جسر لاسلكي طويل المدى Long Range Wireless Bridge وهو يستخدم موجات راديو الطيف الإنتشاري لتحقيق اتصال لاسلكي بين شبكتين محليتين تبعدان عن بعضهما مسافة قد تصل إلى 40 كيلومتر. وتعتبر مكونات الجسور اللاسلكية الاعتيادية وطويلة المدى مرتفعة التكلفة، ولكنها تعتبر على كل حال أرخص من تمديد الأسلاك أو الألياف البصرية بين الشبكات المحلية البعيدة عن بعضها البعض. ويحتاج مستخدمو الكمبيوتر المحمول إلى مجموعة من الخدمات تتضمن:

·        الحصول على ملفات ضرورية من شبكات مؤسساتهم.

·        الوصول إلى الإنترنت.

·        إرسال رسائل البريد الإلكتروني.

ولتوفير هذه الخدمات قامت IT Industry بتطوير تقنية جديدة تسمى المحاسبة المحمولة Mobile Computing. لكي تتمكن من استخدام هذه التقنيات المحمولة فإنك ستحتاج إلى كارت شبكة خاصة يركب في جهازك المحمول. وقد أصبحت مواصفات الجمعية الدولية لكارت ذاكرة الكمبيوتر الشخصي Personal Computer Memory Card International Association (PCMCIA) هي المقياس المستخدم لبطاقات الشبكة أو البطاقات الأخرى المستخدمة في الكمبيوتر المحمول. وهناك أنواع عديدة لكروت شبكة PCMCIA وتتضمن:

·        ISDN Adapter،

·        Fax Modem.

·        Ethernet And Fast Ethernet Cards.

ويعتبر حجم كارت الشبكة مماثلاً لحجم كارت الائتمان ويركب بسهولة في شق خاص Slot في الكمبيوتر المحمول. ولتتصل بشبكتك عن بعد باستخدام كمبيوترك المحمول فإنك ستحتاج إلى استخدام شبكة الهاتف السلكية أو أحد الوسائط اللاسلكية. في حالة استخدام شبكة الهاتف السلكية ستحتاج إلى فاكس مودم أو موائم ISDN، أما إذا كان الاتصال لاسلكياً فقد تستخدم تقنية الراديو أو تقنية الخليوي Cellular، وفي هذه الحالة ستستخدم Antenna صغير يقوم بالاتصال مع أبراج الراديو القريبة وبعدها تقوم الأقمار الصناعية التي تدور في مدار قريب بالتقاط الإشارات من أبراج الراديو المحلية وتقوم ببثها إلى الوجهة المطلوبة، وفي بعض الحالات تقوم الأقمار الصناعية بالتقاط الإشارات من الجهاز المحمول مباشرة دون الحاجة إلى تدخل أبراج الراديو وتقوم ببثها إلى وجهتها.

إرسال واستقبال إشارات الكمبيوتر المحمول اللاسلكية

تستخدم الإشارات اللاسلكية الأنظمة التالية:

·        إتصالات حزم الراديو Packet-Radio Communication.

·        الشبكات الخلوية Cellular Networks.

·        أنظمة الميكروويف Microwave Systems.

يقوم النظام الأول Packet-Radio Communication بتقسيم الإرسال إلى حزم شبيهة بالحزم في الشبكات المحلية. وتضمن هذه الحزم الأقسام التالية:

·        عنوان المرسل.

·        عنوان المستقبل.

·        معلومات تصحيح الأخطاء Error-Correction Information.

·        البيانات المرسلة.

ثم تلتقط هذه الحزم من قبل الأقمار الصناعية التي تعيد بثها مرة أخرى، ويستطيع أي جهاز يمتلك المعدات المطلوبة استلام هذه الحزم وذلك طبعاً إذا تطابق عنوانه مع عنوان المستقبل في الحزمة. ومعدل نقل البيانات باستخدام هذا النظام يتراوح بين 4 و 19.2 كيلوبت في الثانية.

يمكن استخدام الشبكات الخلوية لنقل البيانات لاسلكياً باستخدام تقنية حزم البيانات الرقمية الخليوية Cellular Digital Packet Data (CDPD) وفيها يتم أيضاً تقسيم البيانات إلى حزم صغيرة ترسل عبر الشبكة الخلوية بين المكالمات الصوتية عندما يكون النظام غير مشغول. تصل سرعة نقل البيانات باستخدام هذا النظام إلى 9.8 كيلوبت في الثانية (وفي الشبكات الحديثة تكون السرعة أكبر) وهي تعاني من نوع من التأخر Delay يتراوح بين 1 إلى 5 ثوان.

أما الاتصال اللاسلكي باستخدام موجات الميكروويف فإنه يشترط توجيه مباشر لكلا الجهازين المرسل والمستقبل أحدهما نحو الآخر دون وجود عائق بينهما كما بالشكل (77).

شكل رقم (077)

تعتبر موجات الميكروويف الوسيلة المثلى لربط بنايتين معاً بوضع مستقبل Receiver على سطح كل عمارة بدلاً من مد الأسلاك تحت الأرض. كما أنها مفيدة في حالة توفير الاتصال عبر المساحات الواسعة والمفتوحة مثل الأجسام المائية أو الصحاري. ويتكون نظام الميكروويف من:

·        جهازي Transceiver واحد لإرسال الإشارة والأخر لاستقبالها.

·        طبقين لاقطين للإشارة يوجه كل منها نحو الآخر ويوضعان في مكان مرتفع مثل قمة برج أو سطح عمارة عالية.

ويمكن تعريف الوصول عن بعد Remote Access بأنها خدمة تسمح بالوصول أو الانضمام إلى شبكة محلية LAN باستخدام خطوط الهاتف عبر مزود اتصالات Communications Server كما بالشكل (78).

شكل رقم (078)

بعض برامج خدمات الوصول عن بعد مثل Novell Netware's Remote Console Utility تسمح للكمبيوتر المتصل عن بعد بالتحكم بعمليات المعالجة على الأجهزة على الشبكة. ويعمل مزود الوصول عن بعد كمدخل يفصل بين الزبون البعيد والشبكة كما يسمح بنقل البيانات بين الشبكة والزبون حتى ولو كانت البروتوكولات المستخدمة بينهما مختلفة.

وفي هذا النظام يلعب المودم في الجهاز البعيد نفس دور كارت الشبكة مع فارق السرعة فالمودم أبطأ بكثير من كارت الشبكة. كما يعتبر الوصول عن بعد مفيداً في الحالات التالية:

1- الحاجة لدخول الشبكة والحصول على بعض البيانات أثناء السفر أو الوجود بعيداً عن الشبكة.

2- الاستخدام المؤقت أو المتقطع لموارد الشبكة.

وبشكل عام تستخدم أنظمة الوصول عن بعد أحد البروتوكولين التاليين لتحقيق الاتصال:

ü بروتوكول الإنترنت الخطي المتسلسل Serial Line Internet Protocol (SLIP)، وهو مقياس يستخدم لعنونة الاتصالات باستخدام بروتوكول TCP/IP عبر خطوط متسلسلة, وهو يسمح للمستخدم عن بعد بالوصول إلى شبكة الإنترنت من خلال شبكته المحلية.

ü بروتوكول نقطة إلى نقطة Point-To-Point Protocol (PPP)، وتم تصميمه ليكون تطويراً للبروتوكول السابق SLIP، فحيث أن بروتوكول SLIP يستخدم فقط في الاتصالات الداعمة لبروتوكول TCP/IP، فإن بروتوكولPPP يستطيع التعامل مع الشبكات متعددة البروتوكولات. أما الآن فيعتبر بروتوكولPPP هو الخيار المفضل للوصول عن بعد نظراً لسرعته وموثوقيته.

تستخدم أنظمة تشغيل الشبكات مقياسين أساسين لتحقيق نوع من التفاهم بين الكمبيوتر وخطوط الهاتف، هذان المقياسان هما:

·        TAPI.

·        Unimodem.

تم تطوير المقياس TAPI من قبل شركة Intel و Microsoft ومجموعة من كبار شركات الاتصال والكمبيوتر والبرامج. ويدعم المقياس TAPI الخدمات التالية:

·        اتصال مباشر لشبكة الهاتف.

·        الطلب التلقائي لرقم الهاتف المحدد Automatic Phone Dialing.

·        إرسال البيانات عبر خطوط الهاتف.

·        الوصول إلى البيانات على الكمبيوتر.

·        البريد الصوتي Voice-Mail.

·        التعرف على رقم المتصل Caller Identification.

·        التحكم بالكمبيوتر عن بعد.

كما يسمح المقياس TAPI لمطوري البرامج والتطبيقات بإعداد تطبيقات شبكية مستقلة، فكل ما على المطور فعله هو أن يكون برنامجه متفاعلاً ومتوافقاً مع المقياس TAPI. كما يتفاعل TAPI مع شبكة الهاتف من خلال ما يسمى طبقة مزود الخدمة Service Provider Layer وهذه الطبقة تعرف باسم Unimodem. الذى يقوم بعمليات التبديل بين خدمات البيانات والفاكس والصوت، وهو يقوم أيضاً تلقائياً بإصدار أوامر الاتصال والإجابة على المتصل وإعداد المودم ليتفاهم مع خط الهاتف.

حزم البيانات

في أغلب المؤسسات يقوم مستخدمو الشبكة باستعمالها لتبادل الملفات والبرامج والتي غالبا ما تحتوي على كثير من البيانات، وإرسال هذه الكميات الكبيرة من البيانات دفعة واحدة كفيل بإرهاق الشبكة.

لتفادي هذه المشاكل أو تقليلها فإنه يتم تقسيم البيانات إلي أجزاء صغيرة يتم إرسالها على الشبكة دون إرهاقها. هذه الأجزاء الصغيرة من البيانات يطلق عليها اسم حزم Packets أو إطارات Frames، وهي الوحدات الأساسية للاتصالات على الشبكة.

من مميزات تقسيم البيانات إلي حزم صغيرة هو أنه حتى في حالة رغبة جهاز ما بإرسال بيانات كثيرة على الشبكة فلن يؤدي ذلك إلي إرغام باقي الأجهزة على الانتظار طويلاً حتى ينتهي الجهاز الأول من إرسال بياناته الكثيرة، بل يتم التناوب على إرسال الحزم. وقبل إرسال البيانات يتم تقسيمها إلي حزم من قبل الجهاز المرسل، وعند الجهاز المستقبل فإن الحزم يتم التقاطها وإعادة تجميعها في ترتيب معين للحصول على البيانات الأساسية.

إن نظام تشغيل الشبكات في الجهاز المرسل هو المسئول عن تقسيم البيانات إلي حزم، كما أنه يضيف معلومات تحكم خاصة إلي كل حزمة يرسلها، وتسهل معلومات التحكم هذه تحقيق الأمور التالية:

1- إرسال البيانات الأصلية على شكل أجزاء صغيرة.

2- إعادة تجميع البيانات في الترتيب المناسب في الكمبيوتر المستقبل.

3- تفحص البيانات بعد تجميعها والتأكد من خلوها من أي أخطاء.

كما تحتوي الحزم على أنواع مختلفة من البيانات تشمل:

·        معلومات وهى عبارة عن الرسائل والملفات.

·        بيانات تحكم Control Data، وتتكون من معلومات توقيت وتوجيه تستخدم لتوجيه البيانات إلي وجهتها المناسبة.

·        شفرة التحكم بعملية النقل Session Control Codes، وتتضمن شفرة لتصحيح الأخطاء Error Correction Codes وهذه الشفرة هي التي تحدد الحاجة إلي إعادة إرسال البيانات من عدمه نظراً لوجود أخطاء أو الخلو منها.

وتعتمد البنية الأساسية للحزمة على البروتوكول المستخدم بين الأجهزة المتصلة فيما بينها. ولكن بشكل عام فإن هناك أموراً مشتركة بين مختلف الحزم وتتضمن:

·        عنوان الكمبيوتر المرسل Source Address،

·        البيانات المرسلة.

·        عنوان الكمبيوتر المستقبل Destination Address.

كما أن كل حزمة يجب أن تحتوي على معلومات توفر الأمور التالية:

·        إعطاء تعليمات لمكونات الشبكة لتبيان كيفية تمرير البيانات.

·        إخبار الجهاز المستلم بكيفية التقاط الحزم وإعادة تجميعها لتكوين البيانات الأصلية.

·        تفحص البيانات والتأكد من خلوها من الأخطاء.

وتوزع جميع مكونات الحزمة على أقسام ثلاث:

1- الرأس The Header ويتكون من:

·        إشارة تنبيه تبين أن الحزمة يتم إرسالها.

·        عنوان المرسل.

·        عنوان المستقبل.

·        ساعة توقيت.

2- البيانات The Data، ويتكون قسم البيانات من المعلومات التي يتم إرسالها والتي يتراوح مقدارها بين 512 بايت و 4 كيلوبايت.

3- الذيل The Tail، المحتوى الأساسي لقسم الذيل يعتمد كثيراً على البروتوكول المستخدم في الإرسال وهو عادة يحتوي على مكون للتحقق من وجود أخطاء يسمى Cyclical Redundancy Check (CRC).

CRC هو عبارة عن رقم يتم توليده باستخدام حسابات رياضية محددة يتم تحميله على الحزمة من قبل الكمبيوتر المرسل، عندما تصل الحزمة إلي وجهتها يتم إعادة إجراء هذه الحسابات، فإذا كانت نتيجة هذه الحسابات عند الكمبيوتر المرسل مطابقة لنتيجة الحسابات عند الكمبيوتر المستقبل فهذا يعني أن البيانات قد تم إرسالها بدون أخطاء، فإذا اختلفت نتيجة هذه الحسابات فهذا يعني أن البيانات لم تصل سليمة ولابد من إعادة إرسالها. ومعظم الحزم على الشبكة تكون موجهة إلي كمبيوتر محدد.

ويرى كارت الشبكة كل الحزم التي تمر على السلك الموصل إليها ولكنها تقاطع الإرسال فقط إذا كانت الحزمة معنونة إليها. ومن الممكن أيضاً أن تكون الحزمة معنونة إلي أكثر من جهاز في وقت واحد وفي هذه الحالة فإن هذا العنوان يسمى عنواناً انتشاري النوع Broadcast Type Address. وعندما تكون الشبكات كبيرة فإن الحزم قد تكون مضطرة للانتقال عبر مجموعة من الموجهات قبل أن تصل إلي وجهتها.

مكونات الاتصال والتبديل تكون هي المسئولة عن اختيار الموجه الأنسب وفقا لمعلومات العنونة في الحزمة المرسلة لإيصالها للوجهة المطلوبة كما بالشكل (79).

شكل رقم (079)

هناك مهمتان أساسيتان تعملان على تأكيد وصول الحزم إلي وجهتها المطلوبة، هما:

·        توجيه الحزمة Packet Forwarding.

·        فلترة الحزمة Packet Filtering.

ويقصد بتوجيه الحزمة : نقل الحزم بين المكونات المختلفة للحزمة، فبقراءة المعلومات في رأس الحزمة يتم توجيه الحزمة إلي مكون الشبكة الأنسب والذي يقوم بدوره بإيصال الحزمة إلي وجهتها مستخدماً أقصر الطرق.

أما فلترة الحزمة فهي القرار الذي يتخذه الكمبيوتر بالتقاط الحزمة أو تركها تتابع طريقها ويتم ذلك باختبار عنوان المستقبل في الحزمة فإن كان مطابقا لعنوان الكمبيوتر الذي مرت عليه الحزمة فإنه يقوم بالتقاطها ونسخ محتواها، وإلا فإنه يقوم بإهمالها بكل بساطة.