Sisteme moderne de transmitere a informațiilor - ϶ᴛᴏ rețele de calculatoare. Setul tuturor abonaților unei rețele de calculatoare se numește rețea de abonați. Mijloacele de comunicație și de transmisie a datelor formează o rețea de transmisie a datelor (Fig. 2.1).

Orez. 2.1 - Schema bloc a unei rețele de calculatoare.

Rețeaua de transmisie a datelor constă din multe noduri de comutație dispersate geografic, conectate între ele și la abonații rețelei folosind diverse canale de comunicație.

Nodul de comutare este un complex de instrumente hardware și software care asigură comutarea canalelor, mesajelor sau pachetelor. În acest caz, termenul de comutare înseamnă procedura de distribuire a informațiilor, în care fluxul de date care ajunge la nod printr-un canal de comunicație este transmis de la nod prin alte canale de comunicație, ținând cont de ruta de transmisie necesară.

Un hub într-o rețea de transmisie de date este un dispozitiv care combină încărcarea mai multor canale de transmisie a datelor pentru transmisia ulterioară pe un număr mai mic de canale. Utilizarea hub-urilor vă permite să reduceți costul organizării canalelor de comunicare care conectează abonații la rețeaua de transmisie a datelor.

Un canal de comunicare este un ansamblu de mijloace tehnice și un mediu de distribuție care asigură transmiterea unui mesaj de orice fel de la o sursă la un destinatar folosind semnale de telecomunicații.

Structura unei rețele de calculatoare, construită pe principiul organizării schimbului de informații prin nodurile de comutație ale unei rețele de transmisie de date, presupune că abonații rețelei nu au canale de comunicație directe (dedicate) între ei, ci sunt conectați la cel mai apropiat nod de comutație și prin acesta (și alte noduri intermediare) cu orice alt abonat al acestei sau chiar al altei rețele de calculatoare.

Avantajele construirii rețelelor de calculatoare cu ajutorul nodurilor de comutare ale unei rețele de transmisie de date sunt: ​​o reducere semnificativă a numărului total de canale de comunicație și a lungimii acestora din cauza lipsei de importanță maximă a organizării canalelor directe între diferiți abonați la rețea; un grad ridicat de utilizare a lățimii de bandă a canalelor de comunicație datorită utilizării acelorași canale pentru transmiterea diferitelor tipuri de informații între abonații rețelei; posibilitatea unificării soluțiilor tehnice pentru instrumentele de schimb software și hardware pentru diverși abonați de rețea, inclusiv crearea de noduri de servicii integrale capabile să comute fluxurile de informații care conțin semnale de date, voce, telefax și video.

Există trei metode de comutare utilizate astăzi în rețelele de date: comutare de circuite, comutare de mesaje și comutare de pachete.

Când comutați canalele într-o rețea, se creează o conexiune directă prin crearea unui canal de transmisie de date de la capăt la capăt (fără acumularea intermediară de informații în timpul transmisiei). Semnificația fizică a comutării canalelor este în esență că înainte de începerea transmiterii de informații în rețea prin nodurile de comutare, se stabilește o conexiune electrică directă între abonatul-emițător și destinatarul mesajului. O astfel de conexiune se stabilește prin trimiterea unui mesaj-apel special de către expeditor, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ conține numărul (adresa) abonatului apelat͵ și, la trecerea prin rețea, ocupă canale de comunicare de-a lungul întregii trasee a transmiterii ulterioare a mesajului. . În mod evident, la schimbarea canalelor, toate componentele canalului de comunicație de la capăt la capăt format trebuie să fie libere. Dacă apelul nu este furnizat în nicio parte a rețelei (de exemplu, nu există canale libere între nodurile de comutare care alcătuiesc calea de transmitere a mesajului), atunci abonatul care apelează este refuzat să stabilească o conexiune și pentru rețea apelul său este considerat pierdut.transmisia mesajului, expeditorul-abonat trebuie sa repete apelul

După stabilirea conexiunii, abonatul expeditor primește un mesaj că poate începe transferul de date. O caracteristică fundamentală a comutării circuitelor este aceea că toate canalele ocupate în timpul stabilirii unei conexiuni sunt utilizate în procesul de transfer de date simultan și sunt eliberate numai după ce transferul de date între abonați este finalizat. Un exemplu tipic de rețea cu comutare de circuite este o rețea telefonică.

La comutarea mesajelor, mesajul este primit și acumulat în nodul de comutare, iar apoi transmisia ulterioară este efectuată. Din această definiție, rezultă principala diferență dintre comutarea mesajelor și comutarea circuitelor, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ constă în esență în faptul că în timpul comutării mesajelor, mesajele sunt stocate intermediar în nodurile de comutare și procesate (determinarea priorității mesajelor, propagarea multicast, înregistrarea și arhivarea mesajelor etc. ). Pentru a procesa mesajele, acestea trebuie să aibă un format acceptat de rețea, adică același tip de aranjare a elementelor individuale ale mesajului. Mesajul de la abonat ajunge mai întâi la nodul de comutare al rețelei la care este conectat acest abonat. În plus, nodul procesează mesajul și determină direcția transmisiei ulterioare a acestuia, ținând cont de adresa. Dacă toate canalele din direcția de transmisie selectată sunt ocupate, atunci mesajul așteaptă în coadă în momentul în care canalul dorit este eliberat. După ce mesajul ajunge la nodul de rețea la care este conectat abonatul destinatar, mesajul îi este emis în totalitate prin canalul de comunicare dintre acest nod și abonat. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, atunci când trece prin rețea, un mesaj ocupă un singur canal de comunicare la un moment dat.

Comutarea de pachete este definită ca un tip de comutare de mesaje în care mesajele sunt împărțite în bucăți numite pachete și transmise, primite și stocate ca astfel de pachete de date.

Aceste pachete sunt numerotate și furnizate cu adrese, ceea ce ne permite să le transmitem prin rețea simultan și independent unul de celălalt.

Rețele de calculatoare locale și globale și tehnologii pentru utilizarea lor în predarea elevilor

Sistemul modern de învățământ secundar general, toate domeniile educaționale cuprinse în acesta, într-un fel sau altul, urmăresc dezvoltarea abilităților de lucru cu informația la școlari. Nu este o coincidență faptul că, în majoritatea programelor de stat care determină domeniile prioritare pentru dezvoltarea educației în Federația Rusă, se acordă o atenție deosebită formării abilităților educaționale generale și culturale generale pentru ca studenții să lucreze cu informații și mijloace de procesare a acesteia, care devine nucleul principal al activității profesionale a absolvenților instituțiilor de învățământ din societatea informațională, o componentă necesară a culturii informaționale. La rândul său, dorința de a forma o cultură a informației în rândul viitorilor absolvenți duce la orientarea învățământului general spre dobândirea de către studenți a cunoștințelor despre telecomunicații și mass-media, utilizarea telecomunicațiilor pentru a dobândi diverse cunoștințe și autoexprimare creativă, evaluarea fiabilitatea informațiilor, dezvoltarea gândirii critice, corelarea informațiilor și cunoștințelor, capacitatea de a organiza corect procesul informațional, de a evalua și de a asigura securitatea informațiilor.
Sistemele de telecomunicații au o importanță capitală nu numai în sistemul de învățământ secundar general, ci joacă un rol fundamental în aproape toate sferele societății. La nivelul dezvoltării spațiului informațional de telecomunicații, amprenta cea mai semnificativă este lăsată de nivelul de dezvoltare a rețelelor primare de comunicații și de nivelul de dezvoltare a tehnologiilor informaționale de rețea, care pot fi considerate pe bună dreptate ca tehnologii. transmiterea de informații.
Sub retea de comunicatii să înțeleagă totalitatea canalelor cu fir, radio, optice și alte canale de comunicații, echipamente specializate de formare a canalelor, precum și centrele și nodurile de comunicații care asigură funcționarea acestei rețele. În aproape toate rețelele de comunicații moderne utilizate în crearea sistemelor de telecomunicații informaționale, mai multe secțiuni ale rețelei care sunt diferite în caracteristicile lor sunt prezente simultan și lucrează împreună. Aceste circumstanțe determină în mare măsură strategia și tactica de creare și utilizare a tehnologiilor informaționale de rețea.
Tehnologiile informaționale de rețea dezvoltate concomitent cu dezvoltarea canalelor de comunicare. La începutul secolului trecut, baza rețelelor de comunicații telegrafice și telefonice era alcătuită din cabluri analogice și canale de comunicații radio, care apoi, odată cu dezvoltarea microelectronicii, au început să fie din ce în ce mai mult înlocuite de linii digitale de comunicații prin fibră optică, care au caracteristici semnificativ mai mari în ceea ce privește calitatea și viteza de transfer al informațiilor. A apărut conceptul de tehnologii de telecomunicații, care combină metodele de organizare rațională a muncii sistemelor de telecomunicații.
Sistemele de telecomunicații folosite astăzi în sistemul de învățământ secundar general se bazează, de regulă, pe diverse conexiuni între calculatoare. Calculatoarele conectate pot fi vizualizate din diferite perspective. Pe de o parte, integrarea computerelor este rețea de calculatoare. Pe de altă parte, este un mijloc de transmitere a informațiilor în spațiu, un mijloc de organizare a comunicării oamenilor. Datorită acestei proprietăți, rețelele de calculatoare sunt din ce în ce mai mult numite rețele de telecomunicații, subliniind astfel scopul lor, și nu caracteristicile dispozitivului lor.
Distinge

· rețele de telecomunicații locale și globale. De regulă, o rețea locală este o rețea care conectează computere situate în aceeași clădire, o organizație, într-un district, oraș sau țară. Cu alte cuvinte, cel mai adesea o rețea locală este o rețea limitată în spațiu. Rețelele locale sunt comune în educație. Majoritatea școlilor și a altor instituții de învățământ au computere conectate la o rețea locală. În același timp, tehnologiile moderne fac posibilă conectarea computerelor individuale situate nu numai în camere sau clădiri diferite, ci și situate pe continente diferite. Nu întâmplător poți întâlni instituții de învățământ care au filiale în diferite țări, ale căror calculatoare sunt conectate la rețelele locale. Mai mult, rețelele locale pot uni și calculatoare ale diferitelor instituții de învățământ, ceea ce ne permite să vorbim despre existența rețelelor locale în domeniul educației.
Spre deosebire de rețelele locale, rețelele globale nu au restricții spațiale. Orice computer poate fi conectat la rețeaua globală. Oricine poate accesa informațiile postate în această rețea. Cel mai cunoscut exemplu de rețea globală de telecomunicații este Internetul (INTERNET), care este accesat de un număr tot mai mare de școli secundare. Internetul nu este singura rețea globală de telecomunicații. Există și altele, precum rețeaua FIDO sau rețeaua SPRINT.
Astfel, majoritatea școlilor și a altor instituții de învățământ din sistemul de învățământ secundar general au atât rețele locale, cât și posibilitatea de a utiliza rețele globale.
Cu toată varietatea tehnologiilor informaționale și de telecomunicații, precum și a modalităților de organizare a datelor atunci când sunt trimise prin canale de comunicație, rețeaua informatică mondială Internet ocupă un loc central. Mai mult, astăzi este practic singura rețea globală de telecomunicații utilizată pe scară largă în sistemul de învățământ secundar general. Acest lucru este facilitat în mare măsură de viteza mare și fiabilitatea transmisiei de date prin Internet în diferite formate (text, grafică, sunet, video etc.). Internetul oferă o oportunitate de acces colectiv la materiale educaționale, care pot fi prezentate atât sub formă de manuale simple (texte electronice), cât și sub forma unor sisteme interactive complexe, modele computerizate, medii virtuale de învățare etc.
Numărul utilizatorilor și surselor de informații de pe Internet este în continuă creștere. În plus, se constată o îmbunătățire constantă a calității serviciilor de telecomunicații furnizate. Datorită acestui fapt, accesul de înaltă calitate la Internet este primit nu numai de întreprinderile și organizațiile care operează în domeniul economic și de altă natură, ci și de instituțiile de învățământ secundar general.
Internetul modern se caracterizează prin prezența unei probleme serioase de organizare a unei căutări globale de informații. Au fost dezvoltate așa-numitele motoare de căutare care, prin cuvântul sau combinația dorită de cuvinte, găsesc link-uri către acele pagini din rețea în care este prezentat acest cuvânt sau combinație. În același timp, în ciuda existenței motoarelor de căutare existente, utilizatorul trebuie să petreacă mult timp atât procesului de căutare a informațiilor, cât și procesării și sistematizării datelor primite.
În educație, această problemă este resimțită în mod deosebit acut: dacă resursele informaționale educaționale sunt prezentate în rețea, atunci, de regulă, acestea sunt prezentate nesistematic. Lipsa unei abordări sistematice a plasării unor astfel de resurse, precum și lipsa uniformității în soluționarea problemelor psihologice, pedagogice, tehnologice, estetice, ergonomice și a unui număr de alte probleme în dezvoltarea și funcționarea resurselor educaționale pe Internet duce la neutilizarea practică a avantajelor telecomunicaţiilor în vederea îmbunătăţirii calităţii procesului de învăţământ.
Cea mai comună tehnologie de comunicare și serviciul corespunzător în rețelele de calculatoare a devenit tehnologia unei metode computerizate de trimitere și procesare a mesajelor informaționale, care asigură o comunicare operațională între oameni. E-mail (E-mail) - un sistem de stocare și redirecționare a mesajelor între persoanele care au acces la o rețea de calculatoare. Prin intermediul e-mailului, orice informație (documente text, imagini, date digitale, înregistrări audio etc.) poate fi transmisă prin rețele de calculatoare. Acest serviciu oferă:

• editarea documentelor înainte de transmitere,
• stocarea documentelor și a mesajelor,
• redirecționarea corespondenței,
• verificarea și corectarea erorilor care apar în timpul transmiterii,
• eliberarea confirmării de primire a corespondenței de către destinatar,
• primirea și stocarea informațiilor,
• vizualizarea mesajelor primite.

E-mailul poate fi folosit pentru a comunica cu participanții la procesul educațional și pentru a trimite materiale educaționale și metodologice. O proprietate importantă a e-mailului, atractivă pentru învățământul secundar general, este posibilitatea implementării schimbului de informații asincron. Pentru a utiliza e-mailul, este suficient să stăpânești câteva comenzi ale clientului de e-mail pentru trimiterea, primirea și procesarea informațiilor. Rețineți că atunci când comunicați prin e-mail, există mai multe probleme psihologice și pedagogice decât cele tehnice. Cert este că în comunicarea umană directă, informația se transmite nu numai prin vorbire, aici sunt incluse și alte forme de comunicare: expresii faciale, gesturi etc. Desigur, emoticoanele pot fi folosite pentru a transmite emoții în timpul corespondenței, dar acest lucru nu rezolvă problema depersonalizării comunicării. Cu toate acestea, trecerea la limbajul scris aduce în evidență trăsături pozitive precum acuratețea, concizia exprimării gândirii și acuratețea.

E-mailul poate fi folosit de educatori pentru consultare, trimitere de teste și comunicare profesională cu colegii. De asemenea, este recomandabil să îl utilizați pentru desfășurarea unei lecții electronice în mod asincron, atunci când textul lecției în formă electronică, extrase din literatura recomandată și alte materiale educaționale sunt trimise în prealabil studenților, iar apoi consultările sunt susținute de e- Poștă.
O caracteristică distinctivă și comoditate a e-mailului este capacitatea de a trimite același mesaj unui număr mare de destinatari simultan.
Un principiu similar de distribuție este utilizat de un alt serviciu de Internet numit lista de e-mail-uri . Acest serviciu funcționează în modul de abonament. Prin abonarea la lista de corespondență, abonatul cu o anumită frecvență primește în căsuța sa poștală o selecție de mesaje electronice pe tema selectată. Listele de corespondență îndeplinesc funcțiile periodicelor de pe Internet.
În sistemul de învățământ general, folosind liste de corespondență, puteți organiza așa-numitele „săli de clasă virtuale” . În grupul de studiu creat de școlari, sunt explicate regulile și metodele de abonament și se pune la treabă. Fiecare mesaj adresat grupului de către oricare dintre membrii acestuia este trimis automat tuturor membrilor grupului. Unul dintre membrii unui astfel de grup poate fi profesor.
Principalele posibilități didactice de utilizare a listelor de corespondență sunt distribuirea automată a materialelor educaționale și metodologice și organizarea de săli de clasă virtuale.
Teleconferințele sunt un alt serviciu popular oferit de rețelele moderne de telecomunicații și care implementează schimbul de informații între oameni uniți de interese comune.
teleconferinta este un forum online organizat pentru discuții și schimb de știri pe o anumită temă.
Teleconferința vă permite să publicați mesaje de interes pe computere speciale din rețea. Mesajele pot fi citite conectându-se la un computer și selectând un subiect pentru discuție. În plus, dacă doriți, puteți răspunde autorului articolului sau puteți trimite propriul mesaj. Astfel, se organizează o discuție în rețea, care este de natură știri, deoarece mesajele sunt stocate pentru o perioadă scurtă de timp.
Prezența echipamentelor audio și video (microfon, cameră video digitală etc.) conectate la un computer face posibilă organizarea de conferințe audio și video pe computer, care devin din ce în ce mai răspândite în sistemul de învățământ secundar general.
Spre deosebire de listele de corespondență bazate pe e-mail, unele grupuri de știri și grupuri de știri sunt în timp real. Diferența constă în faptul că în cazul unei liste de corespondență, schimbul de informații se realizează off-line prin trimiterea automată de e-mail-uri. Serverul de știri publică imediat toate mesajele la panoul public și le păstrează pentru o perioadă de timp. Astfel, teleconferințele vă permit să organizați o discuție atât on-line, cât și în mod întârziat. La organizarea sesiunilor de instruire este recomandabil să folosiți grupuri de știri moderate de profesor.
Odată cu dezvoltarea mijloacelor tehnice ale rețelelor de calculatoare, viteza de transfer de date crește. Acest lucru permite utilizatorilor conectați la rețea nu numai să schimbe mesaje text, ci și să transmită sunet și video pe o distanță considerabilă. Unul dintre reprezentanții programelor care implementează comunicarea prin rețea este programul NetMeeting, care face parte din kitul Internet Explorer. MS NetMeeting este un instrument de informatizare care implementează posibilitatea comunicării directe prin Internet.
Trebuie remarcat faptul că pentru implementarea comunicației sonore este nevoie de echipamente tehnice adecvate: o placă de sunet, un microfon și sisteme acustice. Pentru a transmite video, aveți nevoie de o placă video și o cameră sau doar o cameră care acceptă standardul Video pentru Windows.
Principalele domenii de utilizare a MS NetMeeting în procesul educațional sunt:

• organizare de sesiuni de instruire virtuală și consultări în timp real, inclusiv comunicare vocală și transmitere de imagini video ale participanților;
• schimb de informații în mod text și grafic;
• organizarea de lucru în comun cu informații educaționale în modul on-line;
• transmiterea in timp real a informatiilor educationale si metodologice sub forma de fisiere.

Una dintre cele mai importante tehnologii de telecomunicații este prelucrare distribuită a datelor. În acest caz, calculatoarele personale sunt utilizate la locurile de origine și aplicarea informațiilor. Dacă sunt conectați prin canale de comunicare, atunci acest lucru face posibilă distribuirea resurselor lor pe domenii funcționale separate de activitate și schimbarea tehnologiei de prelucrare a datelor în direcția descentralizării.
În cele mai complexe sisteme distribuite de prelucrare a datelor se realizează o conexiune la diverse servicii de informare și sisteme de uz general (servicii de știri, sisteme naționale și globale de regăsire a informațiilor, baze de date și bănci de cunoștințe etc.).
Un serviciu extrem de important pentru învăţământul secundar general implementat în reţele de calculatoare este căutare automată de informații. Folosind instrumente specializate - sisteme de recuperare a informațiilor, puteți găsi rapid informații de interes în sursele de informații ale lumii.
Principalele scopuri didactice ale utilizării unor astfel de resurse primite prin canalele de telecomunicații în predarea școlarilor sunt comunicarea informațiilor, formarea și consolidarea cunoștințelor, formarea și perfecționarea deprinderilor, controlul asimilării și generalizării.
Utilizarea resurselor de informații educaționale disponibile în prezent, dintre care majoritatea sunt publicate pe Internet, permite:

• organizează diverse forme de activități ale școlarilor pentru extragerea independentă și prezentarea cunoștințelor;
• „să aplice întreaga gamă de capabilități ale tehnologiilor moderne de informare și telecomunicații în procesul de realizare a diferitelor tipuri de activități educaționale, inclusiv înregistrarea, colectarea, stocarea, prelucrarea informațiilor, dialogul interactiv, modelarea obiectelor, fenomenelor, proceselor, funcționarea laboratoarelor; (virtual, cu acces de la distanță la echipamente reale), etc.;
• utilizarea în procesul educațional a posibilităților tehnologiilor multimedia, sistemelor hipertext și hipermedia;
• să diagnosticheze capacitățile intelectuale ale școlarilor, precum și nivelul cunoștințelor, aptitudinilor, nivelului de pregătire pentru o anumită lecție;
• gestionează învățarea, automatizează procesele de monitorizare a rezultatelor activităților educaționale, instruire, testare, generează sarcini în funcție de nivelul intelectual al unui anumit elev, nivelul cunoștințelor acestuia, aptitudinile, caracteristicile motivației acestuia;
• crearea condițiilor pentru realizarea activităților educaționale independente ale școlarilor, pentru autoeducare, autodezvoltare, autoperfecționare, autoeducare, autorealizare;
• lucrează în medii moderne de telecomunicații, asigură managementul fluxurilor de informații.

Astfel, telecomunicațiile computerizate nu sunt doar un instrument puternic de învățare care permite predarea modului de lucru cu informația, ci, pe de altă parte, telecomunicațiile computerizate reprezintă un mediu special pentru ca oamenii să comunice între ei, un mediu de interacțiune interactivă între reprezentanții diverselor utilizatorii naționali, de vârstă, profesionale și alte grupuri, indiferent de locația lor.
Din păcate, multe metode existente pentru utilizarea eficientă a tehnologiilor de telecomunicații în procesul de predare a școlarilor nu sunt încă utilizate pe deplin de către profesori. Un profesor modern ar trebui, pe lângă faptul că poate lucra cu cele mai noi tehnologii informatice, să aibă o idee despre posibilele modalități de utilizare a acestora în procesul educațional. Experiența de stăpânire teoretică și practică de către profesori a diferitelor metode de utilizare a tehnologiilor de telecomunicații în procesul de învățare ar putea deveni baza pentru îmbunătățirea eficienței și calității predării, formarea și îmbunătățirea ulterioară a competențelor lor profesionale.

Aproape fiecare companie modernă are nevoia de a îmbunătăți eficiența rețelelor și a tehnologiilor sistemelor informatice. Una dintre premisele pentru aceasta este transferul fără întreruperi de informații între servere, depozite de date, aplicații și utilizatori. Este metoda de transfer de date în sistemele informaționale care devine adesea un „gât de sticlă” în ceea ce privește performanța, anulând toate avantajele serverelor și sistemelor de stocare moderne. Dezvoltatorii și administratorii de sistem încearcă să elimine cele mai evidente blocaje, chiar dacă știu că, după ce remediază un blocaj într-o parte a sistemului, acesta apare în alta.

De mulți ani, blocajele au apărut în principal în servere, dar pe măsură ce serverele au evoluat funcțional și tehnologic, acestea s-au mutat în rețele și sisteme de stocare în rețea. Recent, au fost create matrice de stocare foarte mari, ceea ce aduce blocaje înapoi în rețea. Creșterea și centralizarea datelor, precum și cerințele de lățime de bandă ale aplicațiilor de ultimă generație, consumă adesea toată lățimea de bandă disponibilă.

Atunci când un manager de servicii de informare se confruntă cu sarcina de a crea un nou sau de a extinde un sistem de procesare a informațiilor existent, una dintre cele mai importante probleme pentru el va fi alegerea tehnologiei de transmisie a datelor. Această problemă include alegerea nu numai a tehnologiei de rețea, ci și a protocolului pentru conectarea diferitelor dispozitive periferice. Cele mai populare soluții utilizate pe scară largă pentru a construi SAN-uri (Storage Area Networks) sunt Fibre Channel, Ethernet și InfiniBand.

Tehnologia Ethernet

Astăzi, tehnologia Ethernet este în fruntea sectorului LAN de înaltă performanță. Întreprinderile din întreaga lume investesc în cablarea și echipamentele Ethernet și în formarea personalului. Utilizarea pe scară largă a acestei tehnologii menține prețurile scăzute pe piață, iar costul implementării fiecărei noi generații de rețele tinde să scadă. Volumul din ce în ce mai mare de trafic pe rețelele actuale îi obligă pe operatorii, administratorii și arhitecții de rețele de întreprindere să caute tehnologii de rețea mai rapide pentru a rezolva blocajele de lățime de bandă. Adăugarea de 10-Gigabit Ethernet la familia Ethernet face posibilă suportarea de noi aplicații care necesită mult resurse pe rețele LAN.

Apărând cu mai bine de un sfert de secol în urmă, tehnologia Ethernet a devenit curând dominantă în construirea rețelelor locale. Datorită ușurinței instalării și întreținerii, fiabilității și costului redus de implementare, popularitatea sa a crescut atât de mult încât astăzi putem spune cu siguranță că aproape tot traficul de pe Internet începe și se termină în rețele Ethernet. Standardul IEEE 802.3ae 10-Gigabit Ethernet, aprobat în iunie 2002, a marcat un punct de cotitură în dezvoltarea acestei tehnologii. Odată cu apariția sa, aria de utilizare a Ethernetului se extinde la scara rețelelor de oraș (MAN) și de zonă largă (WAN).

Există o serie de factori de piață despre care analiștii din industrie spun că conduc tehnologia 10-Gigabit Ethernet în prim-plan. În dezvoltarea tehnologiilor de rețea, apariția unei alianțe de companii de dezvoltare, a cărei sarcină principală este promovarea rețelelor noi, a devenit deja tradițională. 10-Gigabit Ethernet nu a făcut excepție. La originile acestei tehnologii a fost organizația 10-Gigabit Ethernet Alliance (10 GEA), care includea giganți ai industriei precum 3Com, Cisco, Nortel, Intel, Sun și multe alte companii (peste o sută în total). Dacă în versiunile anterioare de Fast Ethernet sau Gigabit Ethernet dezvoltatorii au împrumutat anumite elemente ale altor tehnologii, atunci specificațiile noului standard au fost create aproape de la zero. În plus, proiectul 10 Gigabit Ethernet s-a concentrat pe rețele mari de transport și backbone, de exemplu, la nivelul întregului oraș, în timp ce chiar și Gigabit Ethernet a fost dezvoltat exclusiv pentru utilizarea în rețelele locale.

Standardul Ethernet de 10 Gigabit asigură transmiterea fluxului de informații la viteze de până la 10 Gb/s prin cablu optic monomod și multimod. În funcție de mediul de transmisie, distanța poate fi de la 65 m până la 40 km. Noul standard trebuia să îndeplinească următoarele cerințe tehnice de bază:

• schimb de date bidirecțional în mod duplex în rețele de topologie punct la punct;
• suport pentru rate de transfer de date de 10 Gb/s la nivel MAC;
• Specificația stratului fizic LAN PHY pentru conectarea la rețelele locale care operează la nivelul MAC cu o rată de date de 10 Gbps;
• specificarea stratului fizic WAN PHY pentru conectarea la rețele SONET/SDH, care funcționează la nivelul MAC cu o rată de date compatibilă cu standardul OC-192;
• determinarea unui mecanism pentru ajustarea ratei de date a stratului MAC la rata de date WAN PHY;
• suport pentru două tipuri de cablu de fibră optică - single-mode (SMF) și multi-mode (MMF);
• specificația interfeței independente de media XGMII*;
• compatibil cu versiunile anterioare de Ethernet (păstrarea formatului pachetului, dimensiunea etc.).

* XG înseamnă aici 10 Gigabit și MII înseamnă Media Independent Interface.

Amintiți-vă că standardul Ethernet 10/100 definește două moduri: half-duplex și full-duplex. Half-duplex în versiunea clasică prevede utilizarea unui mediu de transmisie partajat și a protocolului CSMA / CD (Carrier-Sense Multiple Access / Collision Detection). Principalele dezavantaje ale acestui mod sunt pierderea eficienței cu creșterea numărului de stații care funcționează simultan și restricțiile de distanță asociate cu lungimea minimă a pachetului (care este de 64 de octeți). Tehnologia Gigabit Ethernet folosește o tehnică de extensie a operatorului pentru a menține lungimea pachetului cât mai scurtă posibil, împingându-l până la 512 octeți. Deoarece standardul Ethernet de 10 Gigabit este proiectat pentru conexiuni backbone punct la punct, modul semi-duplex nu este inclus în specificațiile sale. Prin urmare, în acest caz, lungimea canalului este limitată doar de caracteristicile mediului fizic, dispozitivele utilizate pentru recepție/transmitere, puterea semnalului și metodele de modulare. Topologia necesară poate fi furnizată, de exemplu, folosind comutatoare. Modul de transmisie duplex face, de asemenea, posibilă păstrarea unei dimensiuni minime a pachetului de 64 de octeți fără utilizarea tehnicilor de extensie a transportatorului.

În conformitate cu modelul de referință al interconectarii sistemelor deschise (OSI), tehnologia rețelei este definită de două straturi inferioare: fizic (Layer 1, Physical) și canal (Layer 2, Data Link). În această schemă, stratul de dispozitiv fizic Ethernet (PHY) corespunde stratului 1, iar stratul de control al accesului mediu (MAC) corespunde stratului 2. La rândul său, fiecare dintre aceste straturi, în funcție de tehnologia implementată, poate conține mai multe substraturi.

Nivelul MAC (Media Access Control) oferă o conexiune logică între clienții MAC ai stațiilor de lucru egale. Principalele sale funcții sunt inițializarea, gestionarea și menținerea unei conexiuni cu un peer de rețea. Evident, rata normală de transfer de date de la nivelul MAC la nivelul fizic PHY pentru standardul 10 Gigabit Ethernet este de 10 Gbps. Cu toate acestea, stratul WAN PHY trebuie să transfere date la o rată puțin mai mică pentru a găzdui rețelele SONET OC-192. Acest lucru se realizează folosind mecanismul de adaptare dinamică a intervalului intercadre, care asigură creșterea acestuia cu o perioadă de timp predeterminată.

Substratul de reconciliere (Figura 1) este interfața dintre fluxul de date serial al stratului MAC și fluxul paralel al substratului XGMII. Mapează octeții de date din stratul MAC către căi XGMII paralele. XGMII este o interfață de 10 Gigabit independentă de media. Funcția sa principală este de a oferi o interfață simplă și ușor de implementat între straturile de legătură și fizice. Izolează stratul de legătură de specificul celui fizic și astfel îi permite primului să lucreze la un singur nivel logic cu implementări diferite ale celui de-al doilea. XGMII constă din două canale de transmisie și recepție independente, fiecare transportând 32 de biți de date pe patru căi de 8 biți.

Orez. 1. Straturi Ethernet de 10 Gigabit.

Următoarea parte a stivei de protocoale este legată de stratul fizic de 10 Gigabit Ethernet. Arhitectura Ethernet împarte stratul fizic în trei substraturi. Physical Coding Sublayer PCS (Physical Coding Sublayer) realizează codificarea/decodificarea fluxului de date care vine de la și către stratul de legătură de date. Substratul PMA (Physical Media Attachment) este un convertor paralel-serial (înainte și invers). Ea realizează transformarea unui grup de coduri într-un flux de biți pentru transmisie serială orientată pe biți și transformare inversă. Același substrat asigură sincronizarea recepției/transmisiei. Substratul PMD (Physical Media Dependent) este responsabil pentru semnalizarea într-un mediu fizic dat. Funcțiile tipice ale acestui subnivel sunt modelarea și amplificarea semnalului, modularea. Diferite dispozitive PMD acceptă medii fizice diferite. La rândul său, interfața dependentă de media (MDI) definește tipurile de conector pentru diferite medii fizice și dispozitive PMD.

Tehnologia 10-Gigabit Ethernet oferă un cost scăzut de proprietate în comparație cu alternativele, inclusiv costurile de achiziție și de suport, deoarece infrastructura Ethernet existentă a clienților interoperează perfect cu aceasta. În plus, 10 Gigabit Ethernet atrage administratorii cu o organizație familiară de management și capacitatea de a aplica lecțiile învățate, deoarece valorifică procesele, protocoalele și controalele deja implementate în infrastructura existentă. Merită să ne amintim că acest standard oferă flexibilitate în proiectarea conexiunilor între servere, comutatoare și routere. Astfel, tehnologia Ethernet oferă trei avantaje principale:

• ușurință în utilizare,
• debit mare,
• cost scăzut.

În plus, este mai simplu decât alte tehnologii, deoarece permite rețelelor situate în locuri diferite să fie conectate ca părți ale unei singure rețele. Lățimea de bandă Ethernet este scalabilă în trepte de la 1 la 10 Gb/s, ceea ce face o mai bună utilizare a capacității rețelei. În cele din urmă, echipamentele Ethernet sunt în general mai rentabile decât echipamentele tradiționale de telecomunicații.

Pentru a ilustra posibilitățile tehnologiei, vom da un exemplu. Folosind o rețea Ethernet de 10 Gigabit, o echipă de oameni de știință care lucrează la proiectul japonez Data Reservoir (http://data-reservoir.adm.su-tokyo.ac.jp) a transmis date de la Tokyo către Centrul de Cercetare pentru Fizica Elementară din Geneva Particule CERN. Legătura de date a traversat 17 fusuri orare și s-a întins pe 11.495 mile (18.495 km). O legătură Ethernet de 10 Gigabit a conectat computere din Tokyo și Geneva ca parte a aceleiași rețele locale. Rețeaua a folosit echipamente optice și switch-uri Ethernet de la Cisco Systems, Foundry Networks și Nortel Networks.

În ultimii ani, Ethernet a devenit, de asemenea, utilizat pe scară largă de către operatorii de telecomunicații pentru a conecta obiecte din oraș. Dar rețeaua Ethernet se poate extinde și mai mult, acoperind continente întregi.

canal de fibră

Tehnologia Fibre Channel face posibilă schimbarea fundamentală a arhitecturii rețelei de calculatoare a oricărei organizații mari. Faptul este că este foarte potrivit pentru implementarea unui sistem de stocare a datelor SAN centralizat, în care unitățile de disc și bandă sunt situate în propria lor rețea separată, inclusiv destul de îndepărtată din punct de vedere geografic de principalele servere corporative. Fibre Channel este un standard de comunicații seriale conceput pentru comunicații de mare viteză între servere, unități de stocare, stații de lucru și hub-uri și comutatoare. Rețineți că această interfață este aproape universală, ci este folosită nu numai pentru a conecta unități individuale și stocări de date.

Când au apărut primele rețele, concepute pentru a aduce computerele împreună pentru a lucra împreună, s-a dovedit a fi convenabil și eficient să aducă resursele mai aproape de grupurile de lucru. Astfel, în încercarea de a minimiza încărcarea rețelei, mediile de stocare au fost împărțite în mod egal între mai multe servere și desktop-uri. Există două canale de transmisie a datelor simultan în rețea: rețeaua însăși, prin care are loc schimbul între clienți și servere și canalul prin care se fac schimb de date între magistrala de sistem a computerului și dispozitivul de stocare. Aceasta poate fi o legătură între un controler și un hard disk sau între un controler RAID și o matrice de discuri externe.

Această separare a canalelor se datorează în mare măsură cerințelor diferite pentru transferul de date. În rețea, în primul rând este livrarea informațiilor necesare unui singur client din multe posibile, pentru care este necesară crearea unor mecanisme de adresare certe și foarte complexe. În plus, legătura de rețea implică distanțe semnificative, așa că aici este preferată o conexiune serială pentru transferul de date. Însă canalul de stocare îndeplinește o sarcină extrem de simplă, oferind posibilitatea de a face schimb cu un dispozitiv de stocare a datelor cunoscut anterior. Singurul lucru care i se cere este să o facă cât mai repede posibil. Distanțele sunt de obicei mici.

Cu toate acestea, rețelele de astăzi se confruntă cu provocările de a procesa tot mai multe date. Aplicațiile multimedia de mare viteză, procesarea imaginilor necesită mult mai multe I/O decât oricând. Organizațiile sunt nevoite să stocheze cantități din ce în ce mai mari de date online, necesitând mai multă capacitate de stocare externă. Necesitatea copierii asigurate a unor cantități uriașe de date necesită separarea dispozitivelor de memorie secundare la distanțe tot mai mari de serverele de procesare. În unele cazuri, se dovedește că combinarea resurselor de server și de stocare într-un singur pool pentru un centru de date folosind Fibre Channel este mult mai eficientă decât utilizarea unui set standard de rețea Ethernet plus interfață SCSI.

Institutul ANSI a înregistrat un grup de lucru pentru a dezvolta o metodă de schimb de date de mare viteză între supercalculatoare, stații de lucru, PC-uri, unități și dispozitive de afișare încă din 1988. Și în 1992, cele mai mari trei companii de calculatoare - IBM (http://www. ibm.com ), Sun Microsystems (http://www.sun.com) și HP (http://www.hp.com) au creat grupul de inițiativă FSCI (Fibre Channel Systems Initiative), care a fost însărcinat cu dezvoltarea unei metode pentru transmiterea rapidă a datelor digitale . Grupul a elaborat o serie de specificații preliminare - profile. Deoarece cablurile de fibră optică trebuiau să devină mediul fizic pentru schimbul de informații, cuvântul fibră a apărut în numele tehnologiei. Cu toate acestea, câțiva ani mai târziu, la recomandările relevante a fost adăugată posibilitatea de a folosi fire de cupru. Apoi, comitetul ISO (International Standard Organization) a propus înlocuirea fibrei de ortografie engleză cu fibra franceză pentru a reduce cumva asocierile cu mediul de fibră optică, păstrând în același timp aproape ortografia originală. La finalizarea lucrărilor preliminare asupra profilelor, FCA (Fibre Channel Association), care a intrat din punct de vedere organizatoric în comitetul ANSI, a preluat lucrările ulterioare de susținere și dezvoltare a noii tehnologii. Pe lângă FCA, a fost creat și un grup de lucru independent FCLC (Fibre Channel Loop Community), care a început să promoveze una dintre opțiunile pentru tehnologia Fibre Channel - FC-AL (Fibre Channel Arbitrate Loop). În prezent, FCIA (Fibre Channel Industry Association, http://www.fibrechannel.org) și-a asumat întreaga activitate de coordonare pentru a promova tehnologia Fibre Channel. În 1994, standardul FC-PH (Physical Connection and Data Transfer Protocol) a fost aprobat de comitetul T11 al ANSI și a primit denumirea X3.203-1994.

Tehnologia Fibre Channel are o serie de avantaje care fac ca acest standard să fie convenabil atunci când se organizează schimbul de date în grupuri de calculatoare, precum și atunci când este utilizată ca interfață pentru dispozitive de stocare în masă, în rețelele locale și atunci când se alege mijloace de acces la rețele globale. Unul dintre principalele avantaje ale acestei tehnologii este rata mare de transfer de date.

FC-AL este doar una dintre cele trei topologii posibile Fibre Channel care sunt utilizate în special pentru sistemele de stocare. În plus, sunt posibile o topologie punct la punct și o topologie stea bazată pe comutatoare și hub-uri. O rețea care este construită pe baza comutatoarelor care conectează multe noduri (Fig. 2) este numită fabrică în terminologia Fibre Channel.

Orez. 2. Fabrică bazată pe Fibre Channel.

Într-o buclă FC-AL pot fi incluse până la 126 de dispozitive care pot fi schimbate la cald. La utilizarea unui cablu coaxial, distanța dintre ele poate ajunge la 30 m, în timp ce în cazul unui cablu cu fibră optică, aceasta crește la 10 km. Tehnologia se bazează pe metoda pur și simplu de mutare a datelor din buffer-ul emițătorului în buffer-ul receptor, cu control deplin asupra acestei și numai a acestei operațiuni. Pentru FC-AL, este complet neimportant modul în care sunt procesate datele de către protocoalele individuale înainte și după buffering, drept urmare tipul de date transmise (comenzi, pachete sau cadre) nu joacă niciun rol.

Modelul arhitectural Fibre Channel descrie în detaliu parametrii de conectare și protocoalele de schimb între nodurile individuale. Acest model poate fi reprezentat ca cinci straturi funcționale care definesc interfața fizică, protocolul de transmisie, protocolul de semnalizare, procedurile generale și protocolul de mapare. Numerotarea merge de la cel mai scăzut nivel hardware FC-0, care este responsabil pentru parametrii conexiunii fizice, până la software-ul de vârf FC-4, care interacționează cu aplicațiile de nivel superior. Protocolul de mapare asigură comunicarea cu interfețe I/O (SCSI, IPI, HIPPI, ESCON) și protocoale de rețea (802.2, IP). În acest caz, toate protocoalele acceptate pot fi utilizate simultan. De exemplu, interfața FC-AL, care funcționează cu protocoale IP și SCSI, este potrivită atât pentru schimburi de sistem la sistem, cât și de la sistem la periferic. Acest lucru elimină nevoia de controlere I/O suplimentare, reduce foarte mult complexitatea cablajului și, desigur, costul total.

Deoarece Fibre Channel este un protocol de nivel scăzut care nu conține comenzi I/O, comunicarea cu dispozitive externe și computere este asigurată de protocoale de nivel superior, cum ar fi SCSI și IP, pentru care FC-PH servește ca transport. Protocoalele de rețea și I/O (cum ar fi comenzile SCSI) sunt convertite în cadre de protocol FC-PH și livrate la destinație. Orice dispozitiv (calculator, server, imprimantă, dispozitiv de stocare) care poate comunica folosind tehnologia Fibre Channel se numește port Node sau pur și simplu nod. Astfel, scopul principal al Fibre Channel este capacitatea de a manipula protocoale la nivel înalt folosind diverse medii de transmisie și sisteme de cablu deja existente.

Fiabilitatea ridicată a schimbului atunci când se utilizează Fibre Channel se datorează arhitecturii cu două porturi a dispozitivelor de disc, controlului ciclic al informațiilor transmise și dispozitivelor hot-swappable. Protocolul acceptă aproape orice sistem de cablare utilizat în prezent. Cu toate acestea, cele mai utilizate sunt două medii - optica și perechea răsucită. Legăturile optice sunt folosite pentru a conecta dispozitive dintr-o rețea Fibre Channel, în timp ce perechea răsucită este utilizată pentru a conecta componente individuale într-un dispozitiv (de exemplu, unități dintr-un subsistem de discuri).

Standardul prevede lățimi de bandă multiple și oferă un curs de schimb de 1, 2 sau 4 Gb/s. Având în vedere că pentru conectarea dispozitivelor se folosesc două cabluri optice, fiecare dintre ele funcționând în aceeași direcție, cu un set echilibrat de operații de scriere-citire, rata de schimb de date se dublează. Cu alte cuvinte, Fibre Channel funcționează în modul full duplex. În ceea ce privește megaocteții, viteza pașaportului Fibre Channel este de 100, 200 și, respectiv, 400 MB/s. În realitate, cu un raport scriere-citire de 50%, viteza interfeței ajunge la 200, 400 și 800 MB/s. Soluțiile Fibre Channel 2 Gb/s sunt în prezent cele mai populare, deoarece oferă cel mai bun raport calitate-preț.

Rețineți că echipamentele Fibre Channel pot fi împărțite aproximativ în patru categorii principale: adaptoare, hub-uri, comutatoare și routere, iar acestea din urmă nu au primit încă o distribuție largă.

Soluțiile Fibre Channel sunt de obicei concepute pentru organizațiile care au nevoie să păstreze cantități mari de informații online, să accelereze operațiunile de stocare externă primară și secundară pentru rețelele cu consum mare de date și pentru cele care au stocare externă departe de servere mai departe decât aceasta este permisă în standardul SCSI. . Aplicațiile tipice pentru soluțiile Fibre Channel sunt bazele de date și băncile de date, sistemele de analiză și suport decizional big data, sistemele de stocare și procesare a informațiilor multimedia pentru televiziune, studiouri de film, precum și sistemele în care discurile trebuie îndepărtate la distanțe considerabile de servere din motive de securitate.

Fibre Channel face posibilă separarea tuturor fluxurilor de date între serverele întreprinderii, arhivarea datelor etc. din rețeaua locală a utilizatorului. În această opțiune, posibilitățile de configurare sunt uriașe - orice server poate accesa orice resursă de disc permisă de administratorul de sistem, este posibil să accesați același disc de mai multe dispozitive simultan și la o viteză foarte mare. În această opțiune, arhivarea datelor devine, de asemenea, o sarcină ușoară și transparentă. Puteți crea un cluster în orice moment, eliberând resurse pentru acesta pe oricare dintre sistemele de stocare Fibre Channel. Scalarea este, de asemenea, destul de clară și de înțeles - în funcție de caracteristicile care lipsesc, puteți adăuga fie un server (care va fi achiziționat exclusiv pe baza capacităților sale de calcul), fie un nou sistem de stocare.

Una dintre caracteristicile foarte importante și necesare ale Fibre Channel este capacitatea de a segmenta sau, după cum se spune, zonarea sistemului. Împărțirea în zone este similară cu împărțirea în rețele virtuale (Virtual LAN) într-o rețea locală - dispozitivele situate în zone diferite nu se pot „vedea” între ele. Împărțirea în zone este posibilă fie folosind o țesătură comutată (Switched Fabric), fie pe baza indicației unei adrese WWN (World Wide Name). Adresa WWN este similară cu adresa MAC Ethernet, fiecare controler FC are propria sa adresă WWN unică, care este atribuită de producător, iar orice sistem de stocare corect vă permite să introduceți adresele acelor controlere sau porturi matrice cu care se află acest dispozitiv. permis să lucreze. Zonarea este destinată în primul rând să îmbunătățească securitatea și performanța SAN-urilor. Spre deosebire de o rețea normală, nu puteți accesa un dispozitiv care este închis în această zonă din lumea exterioară.

Tehnologia FICON Tehnologia FICON (Fiber Connection) oferă performanță sporită, funcționalitate îmbunătățită și comunicare pe distanțe lungi. Ca protocol de transfer de date, se bazează pe standardul ANSI pentru sistemele Fibre Channel (FC-SB-2). Primul standard de uz general al IBM pentru comunicarea între mainframe și dispozitive externe (cum ar fi discuri, imprimante și unități de bandă) se baza pe conexiuni paralele, nu prea diferite de cablurile multi-core și conectorii multi-pini care erau utilizați în acei ani. pentru a conecta imprimante desktop la computere. Multe fire paralele au servit pentru a transporta mai multe date „la un moment dat” (în paralel); în mainframe se numea bus and tag. Conectorii fizici uriași și cablurile au fost singura modalitate de a comunica până la apariția pieței în anii 1990. tehnologii ESCON. A fost o tehnologie fundamental diferită: pentru prima dată, în loc de cupru, a fost folosită fibră optică și datele au fost transmise nu în paralel, ci în serie. Toată lumea știa că ESCON era mult mai bun și mult mai rapid, cel puțin pe hârtie, dar a fost nevoie de multă testare și de a convinge cumpărătorii înainte ca tehnologia să fie adoptată pe scară largă. Se crede că tehnologia ESCON a apărut în timpul unei piețe lente; în plus, dispozitivele care suportă acest standard au fost introduse cu o întârziere vizibilă, astfel că tehnologia a avut o recepție caldă și a fost nevoie de aproape patru ani pentru ca aceasta să fie adoptată pe scară largă. Cu FICON, istoria s-a repetat în mare măsură. IBM a introdus pentru prima dată această tehnologie pe serverele S/390 în 1997. Mulți analiști au fost imediat clar că aceasta era în multe privințe o soluție mai avansată din punct de vedere tehnic. Cu toate acestea, de câțiva ani FICON a fost folosit aproape exclusiv pentru conectarea unităților de bandă (o soluție mult îmbunătățită pentru scopuri de backup și recuperare) și imprimante. Abia în 2001, IBM și-a echipat în sfârșit Enterprise Storage Server, cu numele de cod Shark, cu FICON. Acest eveniment a coincis din nou cu o criză economică severă, când adoptarea noilor tehnologii în întreprinderi a încetinit. Literal, un an mai târziu, au apărut o serie de circumstanțe care au contribuit la adoptarea accelerată a FICON. De data aceasta, conceptul de fibră nu mai era nou, iar tehnologiile rețelei de stocare (SAN) erau omniprezente atât în ​​lumea mainframe-urilor, cât și nu numai. Piața de depozitare continuă să crească constant. Dispozitivele de astăzi, numite directori, concepute de la început pentru a susține ESCON, acceptă acum standardul Fibre Channel și implementează soluții FICON bazate pe aceleași dispozitive. Potrivit dezvoltatorilor, FICON oferă mult mai multe funcționalități decât Fibre Channel.

InfiniBand

Arhitectura InfiniBand definește un standard comun pentru gestionarea operațiunilor I/O pentru comunicații, rețele și sisteme de stocare. Acest nou standard a condus la formarea Asociației Comerciale InfiniBand (IBTA, http://www.infinibandta.org). Mai simplu spus, InfiniBand este un standard de arhitectură I/O de ultimă generație care adoptă o abordare în rețea pentru conectarea serverelor centrelor de date, a dispozitivelor de stocare și a rețelei.

Tehnologia InfiniBand a fost dezvoltată ca o soluție deschisă care ar putea înlocui toate celelalte tehnologii de rețea într-o mare varietate de domenii. Acest lucru s-a aplicat tehnologiilor LAN obișnuite (toate tipurile de rețele Ethernet și de stocare, în special, Fibre Channel) și rețelelor de cluster specializate (Myrinet, SCI etc.), și chiar conectarea dispozitivelor I/O la computere ca posibile magistrale PCI de înlocuire. și canale I/O, cum ar fi SCSI. În plus, infrastructura InfiniBand ar putea servi la combinarea fragmentelor folosind diferite tehnologii într-un singur sistem. Avantajul InfiniBand față de tehnologiile de rețea specializate, de înaltă performanță orientate spre cluster este versatilitatea sa. Oracle Corporation, de exemplu, acceptă InfiniBand în soluțiile sale de cluster. Acum un an, HP și Oracle au stabilit un record de performanță TPC-H (pentru baze de date de 1 TB) pe un cluster ProLiant DL585 InfiniBand care rulează Oracle 10g pe Linux. În vara anului 2005, IBM a atins niveluri record pentru TPC-H (pentru baze de date de 3 TB) într-un mediu DB2 și SuSE Linux Enterprise Server 9 pe un cluster InfiniBand xSeries 346. În același timp, costul pe tranzacție realizat a fost de aproape jumătate decât de la cei mai apropiați concurenți.

Folosind o tehnică numită țesătură de rețea comutată sau rețea de comutare, InfiniBand mută traficul I/O de la procesoarele server la periferice și alte procesoare sau servere în întreaga întreprindere. Un cablu special (link) este folosit ca canal fizic, oferind o rată de transfer de date de 2,5 Gb/s în ambele direcții (InfiniBand 1x). Arhitectura este organizată ca o arhitectură stratificată, include patru straturi hardware și straturi superioare implementate în software. În fiecare canal fizic, puteți organiza mai multe canale virtuale atribuindu-le priorități diferite. Pentru a crește viteza, există versiuni 4x și 12x ale InfiniBand, care folosesc 16 și, respectiv, 48 de fire, iar ratele de transfer de date pe acestea sunt de 10 Gb/s (InfiniBand 4x) și 30 Gb/s (InfiniBand 12x).

Soluțiile bazate pe arhitectura InfiniBand sunt solicitate pe patru piețe principale: centre de date pentru întreprinderi (inclusiv depozite de date), clustere de computere de înaltă performanță, aplicații încorporate și comunicații. Tehnologia InfiniBand permite ca serverele standard să fie grupate împreună pentru a oferi centrelor de date performanța, scalabilitatea și toleranța la erori, care se găsesc în mod normal doar în platformele high-end, de milioane de dolari. În plus, stocarea InfiniBand poate fi atașată la clustere de servere, permițând ca toate resursele de stocare să fie conectate direct la resursele de calcul. Piața clusterelor de înaltă performanță caută mereu în mod agresiv noi modalități de a extinde capacitățile de calcul și, prin urmare, poate beneficia foarte mult de debitul ridicat, latența scăzută și scalabilitatea excelentă oferite de produsele InfiniBand cu costuri reduse. Aplicațiile încorporate precum sistemele militare, sistemele în timp real, procesarea fluxului video etc. vor beneficia foarte mult de fiabilitatea și flexibilitatea conexiunilor InfiniBand. În plus, piața de comunicații solicită în mod constant o lățime de bandă sporită a conexiunii, ceea ce se realizează cu conexiuni InfiniBand de 10 și 30 Gbps.

Stratul fizic al protocolului InfiniBand definește caracteristicile electrice și mecanice, inclusiv cablurile de fibră optică și de cupru, conectorii, parametrii care definesc proprietățile hot swap. La nivelul conexiunilor sunt definiți parametrii pachetelor transmise, operațiuni de conectare punct la punct, caracteristici de comutare în subrețeaua locală. La nivel de rețea, sunt definite regulile de rutare a pachetelor între subrețele; în cadrul unei subrețele, acest nivel nu este necesar. Stratul de transport oferă asamblare pachet la mesaj, multiplexare de canale și servicii de transport.

Să notăm câteva caracteristici cheie ale arhitecturii InfiniBand. I/O și clustering folosesc un singur card InfiniBand în server, eliminând nevoia de carduri separate pentru comunicații și stocare (totuși, într-un server tipic, se recomandă să aveți două astfel de carduri configurate pentru redundanță). Aveți nevoie de o singură conexiune la un comutator InfiniBand per server, rețea IP sau SAN (redundanța se reduce la simpla duplicare a unei conexiuni la un alt comutator). În cele din urmă, arhitectura InfiniBand rezolvă problemele de conectivitate și limitările de lățime de bandă din cadrul serverului, oferind în același timp lățimea de bandă și conectivitatea necesare pentru sistemele de stocare externe.

Arhitectura InfiniBand constă din următoarele trei componente principale (Figura 3). HCA (Host Channel Adapter) este instalat în interiorul serverului sau stației de lucru care acționează ca principal (gazdă). Acesta acționează ca o interfață între controlerul de memorie și lumea exterioară și servește la conectarea mașinilor gazdă la o infrastructură de rețea bazată pe tehnologia InfiniBand. HCA implementează protocolul de mesagerie și mecanismul de bază DMA. Se conectează la unul sau mai multe switch-uri InfiniBand și poate comunica cu unul sau mai multe TCA-uri. TCA (Target Channel Adapter) este proiectat pentru a conecta dispozitive precum unități, matrice de discuri sau controlere de rețea la rețeaua InfiniBand. La rândul său, servește ca o interfață între comutatorul InfiniBand și controlerele I/O ale dispozitivelor periferice. Aceste controlere nu trebuie să fie de același tip sau clasă, ceea ce permite combinarea diferitelor dispozitive într-un singur sistem. În acest fel, TCA acționează ca un strat fizic intermediar între traficul de date al fabricii InfiniBand și controlerele I/O mai tradiționale pentru alte subsisteme, cum ar fi Ethernet, SCSI și Fibre Channel. Trebuie remarcat faptul că TCA poate interacționa direct cu HCA. Switch-urile și routerele InfiniBand oferă puncte de andocare centrale, iar mai multe TCA-uri pot fi conectate la un HCA principal. Switch-urile InfiniBand formează nucleul infrastructurii de rețea. Cu ajutorul multor canale, acestea sunt conectate între ele și la TCA; pot fi implementate mecanisme precum gruparea legăturilor și echilibrarea sarcinii. Dacă comutatoarele funcționează în cadrul aceleiași subrețele formate din dispozitive conectate direct, atunci routerele InfiniBand combină aceste subrețele, stabilind o conexiune între mai multe switch-uri.

Orez. 3. Principalele componente ale rețelei SAN bazate pe InfiniBand.

Multe dintre capabilitățile logice avansate ale sistemului InfiniBand sunt încorporate în adaptoarele care conectează nodurile la sistemul I/O. Fiecare tip de adaptor descarcă gazda din sarcinile de transport utilizând un adaptor de canal InfiniBand care este responsabil pentru organizarea mesajelor I/O în pachete pentru a livra date prin rețea. Ca rezultat, sistemul de operare de pe gazdă și procesorul serverului sunt eliberați de această sarcină. Este de remarcat faptul că o astfel de organizație este fundamental diferită de ceea ce se întâmplă cu comunicațiile bazate pe protocolul TCP / IP.

InfiniBand definește un set extrem de flexibil de legături și mecanisme de nivel de transport care vă permite să reglați caracteristicile unui SAN bazat pe InfiniBand pe baza cerințelor aplicației, inclusiv:

• pachete de dimensiuni variabile;
• dimensiunea maximă a unității de transfer: 256, 512 octeți, 1, 2, 4 KB;
• antete de rută locală de strat 2 (LRH, Local Route Header) pentru a direcționa pachetele către portul adaptorului de canal dorit;
• antet suplimentar de nivel 3 pentru rutare globală (GRH, Global Route Header);
• suport multicast;
• sume de control variante și invariante (VCRC și ICRC) pentru a asigura integritatea datelor.

Dimensiunea maximă a unității de transmisie determină caracteristicile sistemului, cum ar fi jitterul pachetelor, supraîncărcarea și latența, care sunt utilizate la proiectarea sistemelor multiprotocol. Capacitatea de a omite informații despre rută globală atunci când sunt redirecționate către o destinație de subrețea locală reduce supraîncărcarea comunicației locale. Codul VCRC este recalculat de fiecare dată când este trecută următoarea legătură a canalului de comunicație, iar codul ICRC este recalculat atunci când pachetul este primit de către destinație, ceea ce garantează integritatea transmisiei pe legătură și pe întreg canalul de comunicație.

InfiniBand definește controlul fluxului bazat pe permisiuni pentru a preveni blocarea capului de linie și pierderea pachetelor, precum și controlul fluxului de strat de legătură și controlul fluxului de la capăt la capăt. Controlul stratului de legătură bazat pe permisiuni depășește protocolul XON/XOFF utilizat pe scară largă în ceea ce privește capabilitățile sale, eliminând limitarea maximă a intervalului de comunicare și oferind o utilizare mai bună a conexiunii. Capătul de recepție al legăturii trimite permisiuni către transmițător indicând cantitatea de date care pot fi primite în mod fiabil. Datele nu sunt transmise până când receptorul trimite un acord care indică faptul că există spațiu liber în memoria tampon de primire. Mecanismul de transfer de permisiuni între dispozitive este încorporat în protocoalele de conexiune și legătură pentru a asigura un control fiabil al fluxului. Controlul fluxului pe stratul de legătură este organizat pe bază de VC, ceea ce previne propagarea conflictelor de transmisie pe care o fac alte tehnologii.

Cu InfiniBand, comunicarea cu modulele de stocare la distanță, funcțiile de rețea și conexiunile între servere vor fi realizate prin conectarea tuturor dispozitivelor printr-o țesătură centrală, unificată de comutatoare și canale. Arhitectura InfiniBand permite ca dispozitivele I/O să fie plasate la până la 17 m de server folosind fir de cupru, până la 300 m folosind cablu de fibră optică multimod și până la 10 km folosind fibră monomod.

Astăzi, InfiniBand câștigă treptat din nou popularitate ca tehnologie de bază pentru clustere de servere și sisteme de stocare și în centrele de date ca bază pentru interconexiunile dintre servere și sistemele de stocare. Se lucrează mult în această direcție de către o organizație numită OpenIB Alliance (Open InfiniBand Alliance, http://www.openib.org). În special, această alianță își propune să dezvolte o stivă de suport standard open source InfiniBand pentru Linux și Windows. În urmă cu un an, suportul pentru tehnologia InfiniBand a fost inclus oficial în nucleul Linux. În plus, la sfârșitul anului 2005, reprezentanții OpenIB au demonstrat posibilitatea utilizării tehnologiei InfiniBand pe distanțe lungi. Punctul culminant al demonstrației a fost transferul de date de 10 Gb/s pe o distanță de 80,5 km. La experiment au participat centre de prelucrare a datelor ale unui număr de companii și organizații științifice. La fiecare punct final, protocolul InfiniBand a fost încapsulat pe interfețe SONET OC-192c, ATM sau 10 Gigabit Ethernet fără nicio degradare a debitului.

1. Subiectul disciplinei academice, sarcina și scopul predării disciplinei
Disciplina „Tehnologii de transmitere a informațiilor” este una dintre disciplinele normative, care se încadrează în ciclul de pregătire (fundamentală) în științe naturale a specialiștilor din domeniul „Informatică”.

Disciplina prevede luarea în considerare a principalelor tehnologii de transmitere a informațiilor în rețelele de calculatoare la nivel fizic, de canal și de rețea.

Materialul de curs tratează tehnologii de telecomunicații, elemente de bază ale teoriei informației, caracteristicile și clasificarea rețelelor informaționale, modelul de referință (OSI), liniile de comunicație și canalele de transmisie a datelor, tehnologiile de transmitere a datelor la nivel fizic, tehnologiile de transmisie a datelor la nivel de legătură de date. în rețelele locale și globale, tehnologii de transmitere a informațiilor la nivel de rețea în rețele IP.

Scopul disciplinei:

• familiarizarea cu elementele de bază ale teoriei informației și tehnologiilor de telecomunicații;
• formare de cunoștințe teoretice în domeniul tehnologiilor de transfer de informații în rețele de calculatoare;
• să învețe să facă o alegere rezonabilă a tehnologiilor și mijloacelor de transmitere a informațiilor necesare în dezvoltarea rețelelor de calculatoare și a aplicațiilor Web;
• dobândiți abilități practice în lucrul cu mijloacele de transmitere a informațiilor în rețelele de calculatoare la nivel fizic, de canal și de rețea.

Obiectivul studiului cursului „Tehnologii de transfer al informației” este pregătirea teoretică și practică a viitorilor specialiști pe probleme precum:

• tehnologii de transfer de informaţii în reţele de calculatoare;
• protocoale de transfer de informații în LAN, linii de comunicații închiriate (seriale) și rețele globale cu comutare de circuite și pachete;
• mijloace de transmitere a informațiilor în rețele de informații;
• arhitectura rețelelor informaționale.

2. Ce ar trebui să cunoască elevul, să fie capabil și cu ce să fie familiarizat ca urmare a studierii disciplinei Ca urmare a studierii disciplinei, elevul trebuie
ȘTII:

• elemente de bază ale teoriei informației;
• tehnologii moderne de bază pentru transmiterea informațiilor la nivel fizic, de canal și de rețea;
• tipuri și caracteristici ale liniilor de comunicație și canalelor de transmitere a informațiilor;
• metode de conversie a semnalului și metode de multiplexare a canalelor de comunicație;
• metode moderne de transmitere a informaţiei în reţele compuse.

• justificați alegerea tehnologiilor de transfer de informații pentru rezolvarea problemelor practice în procesul de proiectare a rețelelor de calculatoare;
• efectuați proiectarea structurii de cabluri a unei rețele de calculatoare;
• efectuați alegerea echipamentelor sistemului de cablu pentru construirea infrastructurii LAN.

FI CONȘTIENT:

• cu principalele tendințe în dezvoltarea tehnologiilor de transmitere a informațiilor;
• cu perspective de dezvoltare a tehnologiilor de telecomunicații;
• cu mijloace moderne de schimb și prelucrare a informațiilor în rețelele locale și teritoriale;

Curriculum-ul de 150 de ore academice constă din două module de fond (educaționale) de 5 credite (volumul unui credit ECTS este de 30 de ore academice) și constă din studii la clasă și munca independentă a studenților.

Surse de informare utilizate:

1. Retele de calculatoare. Principii, tehnologii, protocoale: un manual pentru universități. a 4-a ed. / V.G. Olifer, N.A. Olifer - Sankt Petersburg. Peter, 2010. - 944 p.
2. Broido V.L. Sisteme de calcul, rețele și telecomunicații: manual pentru universități. a 2-a ed. - Sankt Petersburg: Peter, 2006 - 703 p.
3. Tkachenko V.A. că în. Comp "yuternі merezhi și telecommunіkatsії : navch. posіbnik / V. A. Tkachenko, O. V. Kasіlov, V. A. Ryabik. - Harkiv: NTU "KhPI", 2011. - 224 p.
4. A. L. DMITRIEV Sisteme optice pentru transmiterea informatiilor / Tutorial. - Sankt Petersburg: SPbGUITMO, 2007. - 96 p.