تقنيات شبكات نقل المعلومات. تقنيات نقل المعلومات في تقنيات SAN لنقل البيانات والمعلومات

توجد تقنيات نقل المعلومات التالية في شبكات الكمبيوتر: Fast Ethernet و IEEE 1394 / USB والقناة الليفية و FDDI و X.25 و Frame Relay و ATM و ISDN و ADSL و SONET. أول أربع تقنيات لنقل البيانات: Fast Ethernet و IEEE 1394 / USB والقناة الليفية و FDDI يشار إليها بالتقنيات الشبكات المحلية... تم إنشاء الباقي لقنوات الاتصال العالمية. دعنا نفكر في بعض تقنيات نقل البيانات الشائعة - Fast Ethernet ، والقناة الليفية ، و FDDI ، و ISDN.

إيثرنت سريعأو " 100Base-T"هي تقنية نقل بيانات عالية السرعة في الشبكات المحلية. يتم تحديد قواعد نقل البيانات باستخدام هذه التقنية بواسطة معيار IEEE 802.3u. يصف هذا المعيار قواعد تشغيل بروتوكولات الطبقة الثانية لنموذج OSI (طبقة ارتباط البيانات) ويوفر القدرة على نقل البيانات بمعدل 100 ميجابت في الثانية.

تستخدم تقنية 100Base-T CSMA / CD كبروتوكول للتحكم في الوصول إلى الوسائط. يعتمد 100Base-T على قابلية التوسع التي توفرها طريقة CSMA / CD. التحجيم يعني القدرة على زيادة أو تقليل حجم الشبكة بشكل مستمر دون التقليل بشكل كبير من أدائها وموثوقيتها وإدارتها. تستخدم تقنية 100Base-T كبل UTP5 (زوج ملتوي غير محمي من الفئة 5).

تحتوي تقنية 100Base-T على الميزات التالية.

• 1. نظرًا لاستخدام نفس بروتوكول التحكم في الوصول إلى الوسائط - يتم نقل شبكات CSMA / CD ، باستخدام تقنية 10Base-T Ethernet ، بسهولة إلى تقنية 100Base-T عالية السرعة. لذلك ، ينتج العديد من الشركات المصنعة بطاقات الشبكةدعم تقنيتي نقل البيانات: 10Base-T Ethernet و 100Base-T. تتمتع بطاقات الشبكة هذه بإمكانيات مضمنة كشف أليسرعة نقل البيانات في الشبكة والضبط التلقائي لوضع التشغيل المناسب. نظرًا لأن 10Base-T Ethernet و 100Base-T يمكن أن يتعايشا بسهولة على نفس الشبكة ، يتمتع المسؤولون بدرجة عالية جدًا من المرونة في ترحيل المحطات من 10Base-TEthernet إلى 100Base-T.
• 2. يتم حاليًا إنتاج كبل UTP5 وبطاقات شبكة 100Base-T بواسطة عدد كبير من الشركات المصنعة.

تعتبر عيوب استخدام تقنية 100Base-T قيودًا أكبر بكثير على طول مقاطع الكابلات مقارنة بتقنية 10Base-T Ethernet. مقارنة بـ 10Base-T Ethernet ، الذي يسمح للشبكات التي يبلغ قطرها الأقصى 500 متر ، فإن 100Base-T يحد هذا القطر إلى 205 متر. ستتطلب الشبكات الحالية التي تتجاوز هذا الحد أجهزة توجيه إضافية.

وعد تقنية 10Base-T هو تطوير تقنية Gigabit Ethernet الجديدة (المعروفة أيضًا باسم 1000Base-T أو IEEE 802.3z) لاستيعاب أنظمة الكابلات UTP5 الحالية. باستخدام هذه التقنية ، يتم زيادة سرعة نقل البيانات في الشبكة إلى 1000 ميجابت في الثانية ، وهو أسرع عشر مرات من نقل البيانات باستخدام تقنية 100Base-T.

إحدى التقنيات الجديدة نسبيًا لنقل البيانات هي القناة الليفية.

تقنية القناة الليفيةيعتمد على استخدام الألياف الضوئية كوسيلة لنقل البيانات. التطبيق الأكثر شيوعًا لهذه التقنية اليوم هو في شبكات مناطق التخزين عالية السرعة (SANs). تستخدم هذه الأجهزة لبناء أنظمة عنقودية عالية الأداء. تم إنشاء تقنية القناة الليفية في الأصل كواجهة تتيح تبادل البيانات بسرعة عالية بين محركات الأقراص الثابتة ومعالج الكمبيوتر. في وقت لاحق ، تم استكمال المعيار وهو الآن يحدد آليات التفاعل ليس فقط بين أنظمة تخزين البيانات ، ولكن أيضًا طرق التفاعل بين عدة عقد لنظام الكتلة مع بعضها البعض ومرافق تخزين البيانات.

تتمتع تقنية القناة الليفية بالعديد من المزايا مقارنة بالوسائط الأخرى ، وأهمها السرعة. توفر تقنية القناة الليفية معدلات نقل بيانات تصل إلى 100 ميجابت في الثانية. الميزة الثانية المهمة هي القدرة على نقل الإشارة عبر مسافات طويلة جدًا. يتيح تبادل البيانات باستخدام إشارة ضوئية بدلاً من الإشارة الكهربائية نقل المعلومات عبر مسافات تصل إلى 10-20 كم دون استخدام مكررات (عند استخدام كابل أحادي الموجة). الميزة الثالثة لتكنولوجيا القناة الليفية هي الحصانة الكاملة للتداخل الكهرومغناطيسي. هذه الجودة تجعل من الممكن استخدام وسيط الإرسال البصري بنشاط حتى في المباني الصناعية مع وجود قدر كبير من التداخل الكهرومغناطيسي. الميزة الرابعة هي الغياب التام لانبعاث الإشارة إلى البيئة ، مما يجعل من الممكن استخدام القناة الليفية في الشبكات ذات المتطلبات الأمنية المتزايدة للبيانات المعالجة والمخزنة.

العيب الرئيسي لتقنية القناة الليفية هو تكلفتها: الكبل البصري مع جميع الموصلات وطرق التثبيت المصاحبة لها أغلى بكثير من الكابلات النحاسية.

لتنظيم شبكات المنطقة المحلية عالية السرعة ، يتم استخدام FDDI (واجهة البيانات الموزعة بالألياف).

تقنية FDDIليس المقصود منه الاتصال المباشر لأجهزة الكمبيوتر ، ولكن لبناء قنوات اتصال أساسية عالية السرعة (العمود الفقري) ، وتوحيد عدة قطاعات من الشبكة المحلية. أبسط مثال على هذا العمود الفقري هو خادمان متصلان بقناة اتصال عالية السرعة تعتمد على بطاقتي شبكة وكابل. تمامًا مثل تقنية 100Base-T ، يوفر FDDI معدلات نقل بيانات تصل إلى 100 ميجابت في الثانية.

تستخدم شبكة FDDI طوبولوجيا حلقة فعلية مزدوجة. تتحرك الإشارات المرسلة على طول الحلقات في اتجاهين متعاكسين. واحدة من الحلقات تسمى الابتدائية والأخرى تسمى الثانوية. مع الأداء الصحيح للشبكة ، يتم استخدام الحلقة الأساسية لنقل البيانات ، وتعمل الحلقة الثانوية كحلقة احتياطية.

في شبكة FDDI ، يعمل كل جهاز شبكة (عقدة شبكة) كمكرر. يدعم FDDI أربعة أنواع من العقد: المحطة ذات اتصال مزدوج(DAS - محطات ثنائية التوصيل) ، ومحطات أحادية التوصيل (SAS) ، ومركّز ثنائي التوصيل (DAC) ، ومركّز أحادي التوصيل (SAC). يتصل DAS و DAC دائمًا بكلتا الحلقتين ، بينما يتصل SAS و SAC بالحلقة الأساسية فقط.

في حالة حدوث انقطاع للكبل أو أي عطل آخر في أي نقطة في الشبكة ، مما يجعل من المستحيل نقل البيانات بين عقد الشبكة المجاورة ، تستعيد أجهزة DAS و DAC إمكانية تشغيل الشبكة عن طريق إعادة توجيه الإشارة التي تتجاوز المقطع غير الفعال باستخدام حلقة ثانوية.

يستخدم FDDI رمز وصول كبروتوكول للتحكم في الوصول إلى الوسائط وكابل بصري كوسيط إرسال.

تتمتع تقنية FDDI بالمزايا التالية.

يضمن الهيكل الدائري المادي المزدوج نقلًا موثوقًا للبيانات عن طريق الحفاظ على الشبكة وتشغيلها في حالة انقطاع الكابل. يحتوي معيار FDDI على وظائف إدارة الشبكة. بالإضافة إلى المزايا المذكورة ، هناك مواصفات (CDDI - واجهة البيانات الموزعة بالنحاس) لبناء شبكة باستخدام تقنية FDDI باستخدام زوج مجدول نحاسي. تقلل هذه المواصفات من تكلفة نشر الشبكة باستخدام نحاس أقل تكلفة بدلاً من الألياف.

العيب الرئيسي في FDDI هو تكلفة بناء الشبكة. تعد بطاقات الشبكة والكابلات الضوئية لـ FDDI أغلى بكثير من التقنيات الأخرى التي توفر نفس معدل نقل البيانات. تتطلب تفاصيل تركيب الكبل البصري تدريبًا إضافيًا للمتخصصين الذين يعملون مع الكبل. على الرغم من أن بطاقات NIC الخاصة بـ CDDI أرخص من بطاقات NIC الخاصة بـ FDDI ، إلا أنها مع ذلك أغلى من بطاقات NIC 100Base-T.

تقنية تبادل البيانات الرقمية باستخدام خطوط الهاتف الشبكة الرقمية للخدمات المتكاملة (ISDN)يوفر القدرة على تبادل البيانات في شكل إرسال إشارة رقمية عبر خطوط الهاتف الرقمية. يمكن أن تكون هذه البيانات مزيجًا من الفيديو والصوت والبيانات الأخرى. ISDN لديها العديد من الحلول التكنولوجية التي تزود العميل بالأداء المطلوب لقناة الاتصال. بالنسبة للأفراد والمكاتب الصغيرة ، يتم توفير الخطوط ذات واجهة السعر الأساسي (BRI) بشكل أساسي. بالنسبة للشركات الكبيرة ، يتم توفير واجهة السعر الأساسي - خطوط PRI. يستخدم BRI رابطين للحامل (B) بسرعة 64 كيلوبت في الثانية لتلقي البيانات وإرسالها وقناة تحكم واحدة (دلتا - D) لإنشاء اتصال والحفاظ عليه. PRI عبارة عن مجموعة من عدة خطوط رقمية تستخدم بالتوازي لاستقبال ونقل البيانات. استقبلت هذه المجموعات من الخطوط الرموز T1 و E1. في الولايات المتحدة ، المعيار هو استخدام خطوط Tl. يتكون T1 من 23 قناة B وقناة D واحدة بعرض نطاق ترددي إجمالي يبلغ 1.544 ميجابت في الثانية.

تستخدم خطوط E1 في أوروبا. يتكون E1 من 30 قناة B وقناة D واحدة بعرض نطاق ترددي إجمالي يبلغ 2.048 ميجابت في الثانية.

تتطلب ISDN معدات خاصة ، بما في ذلك خطوط الهاتف الرقمية ووحدات إنهاء الشبكة (NT-1). يقوم NT-1 بتحويل إشارة الإدخال إلى رقمية ، وتوزيعها بالتساوي عبر قنوات الإرسال وإجراء تحليل تشخيصي لحالة خط البيانات بأكمله. NT-1 هي أيضًا نقطة اتصال بالشبكة الرقمية لمختلف المعدات: الهواتف وأجهزة الكمبيوتر وما إلى ذلك. كما يمكن أن يعمل NT-1 كمحول لتوصيل المعدات التي لا تدعم ISDN بشكل مستقل.

مزايا ISDN هي كما يلي.

• 1. تم زيادة سرعة تبادل البيانات مع قدرات إضافية لدمج البيانات والصوت والفيديو في تيار واحد.
• 2. باستخدام ISDN ، لديك القدرة على نقل البيانات وحركة الصوت في وقت واحد عبر خط هاتف واحد.

عيب ISDN هو توسعها البطيء بسبب الحاجة إلى تحويل البنية التحتية لشبكة الهاتف الحالية ، الأمر الذي يستلزم حتماً تكاليف كبيرة.

1. موضوع الانضباط ، مهمة والغرض من تدريس الانضباط
يعد تخصص "تقنيات نقل المعلومات" أحد التخصصات المعيارية التي يتم تضمينها في دورة تدريب العلوم الطبيعية (الأساسية) للمتخصصين في اتجاه "علوم الكمبيوتر".

ينص الانضباط على النظر في التقنيات الأساسية لنقل المعلومات في شبكات الكمبيوتر على المستوى المادي والقناة والشبكة.

تناقش مادة المحاضرة تقنيات الاتصالات ، والعناصر الرئيسية لنظرية المعلومات ، وخصائص وتصنيف شبكات المعلومات ، ونموذج مرجعي (OSI) ، وخطوط الاتصال وقنوات نقل البيانات ، وتقنيات نقل البيانات في الطبقة المادية ، وتقنيات نقل البيانات على رابط البيانات. طبقة في الشبكات المحلية والعالمية ، وتقنيات نقل المعلومات على مستوى الشبكة في شبكات IP.

الغرض من الانضباط:

• التعرف على العناصر الأساسية لنظرية المعلومات وتقنيات الاتصالات ؛
• تكوين المعرفة النظرية في مجال تقنيات نقل المعلومات في شبكات الكمبيوتر ؛
• تعليم القيام باختيار معقول للتقنيات والوسائل المطلوبة لنقل المعلومات في تطوير شبكات الكمبيوتر وتطبيقات الويب ؛
• لاكتساب المهارات العملية في العمل مع وسائل نقل المعلومات في شبكات الكمبيوتر على المستوى المادي والقناة والشبكة.

تتمثل مهمة دراسة دورة "تقنيات نقل المعلومات" في التدريب النظري والعملي للمتخصصين المستقبليين في قضايا مثل:

• تقنيات نقل المعلومات في شبكات الكمبيوتر ؛
• بروتوكولات نقل المعلومات في الشبكة المحلية وخطوط الاتصال (التسلسلية) المخصصة والشبكات العالمية مع تبديل الدارات والحزم ؛
• وسائل نقل المعلومات في شبكات المعلومات ؛
• هندسة شبكات المعلومات.

2. ما يجب أن يعرفه الطالب ، وأن يكون قادرًا على ذلك ، وما يجب أن يكون على دراية به نتيجة دراسة الانضباطبسبب دراسة الانضباط ، يجب على الطالب
أعرف:

• العناصر الأساسية لنظرية المعلومات ؛
• أساسي التقنيات الحديثةنقل المعلومات على المستوى المادي والقناة والشبكة ؛
• أنواع وخصائص خطوط الاتصال وقنوات نقل المعلومات ؛
• طرق تحويل الإشارات وطرق تعدد إرسال قنوات الاتصال ؛
• الأساليب الحديثةنقل المعلومات في الشبكات المركبة.

• إثبات اختيار تقنيات نقل المعلومات لحل المشكلات العملية في عملية تصميم شبكات الكمبيوتر ؛
• لتصميم هيكل الكابلات لشبكة الكمبيوتر ؛
• لتحديد معدات نظام الكابلات لبناء البنية التحتية للشبكة المحلية.

كن حذرا:

• مع الاتجاهات الرئيسية في تطوير تقنيات نقل المعلومات ؛
• مع آفاق تطوير تقنيات الاتصالات ؛
• بالوسائل الحديثة لتبادل المعلومات ومعالجتها في الشبكات المحلية والإقليمية ؛

يتكون منهج الدورة المكونة من 150 ساعة أكاديمية من وحدتين إعلاميتين (تربويتين) بحجم 5 ساعات معتمدة (مقدار رصيد ECTS هو 30 ساعة أكاديمية) ويتكون من دراسات الفصول الدراسية والعمل المستقل للطلاب.

مصادر المعلومات المستخدمة:

1. شبكات الحاسب. المبادئ والتقنيات والبروتوكولات: كتاب مدرسي للجامعات. الطبعة الرابعة. / ف. أوليفر ، ن. أوليفر - سانت بطرسبرغ. بيتر ، 2010. - 944 ص.
2. برودو ف. أنظمة الحوسبة والشبكات والاتصالات: كتاب مدرسي للجامعات. الطبعة الثانية. - SPb .: بيتر ، 2006 - 703 ص.
3. Tkachenko V.A. أنه في. شركات "Uterine Merezhi والاتصالات السلكية واللاسلكية: Navch. Prosecutor / V. A. Tkachenko، O. V. Kasilov، V. A. Ryabik. - Kharkiv: NTU" KhPI "، 2011. - 224 p.
4. A. L. دميترييف. نظم نقل المعلومات البصرية / كتاب مدرسي. - SPb: SPbGUITMO ، 2007. - 96 ص.

شبكات وتقنيات الكمبيوتر المحلية والعالمية لاستخدامها في تعليم أطفال المدارس

يهدف النظام الحديث للتعليم الثانوي العام ، بكل المجالات التعليمية المتضمنة فيه ، بشكل أو بآخر ، إلى تنمية مهارات الطلاب في التعامل مع المعلومات. ليس من قبيل المصادفة أنه في معظم برامج الدولة التي تحدد الاتجاهات ذات الأولوية لتطوير التعليم في الاتحاد الروسي ، يتم إيلاء اهتمام خاص لتكوين المهارات التعليمية والثقافية العامة للطلاب الذين يعملون مع المعلومات ووسائل معالجتها ، والتي يصبح جوهر النشاط المهني لخريجي المؤسسات التعليمية في مجتمع المعلومات ، مكونًا ضروريًا لثقافة المعلومات ... بدورها ، تؤدي الرغبة في تكوين ثقافة معلومات بين خريجي المستقبل إلى توجيه التعليم العام نحو اكتساب الطلاب للمعرفة حول الاتصالات والإعلام ، واستخدام الاتصالات السلكية واللاسلكية لاكتساب مختلف المعارف والتعبير الإبداعي ، وتقييم موثوقية المعلومات ، وتطوير التفكير النقدي ، وربط المعلومات والمعرفة ، والقدرة على تنظيم عملية المعلومات بشكل صحيح ، وتقييمها وتقديمها أمن المعلومات.
تعتبر أنظمة الاتصالات ذات أهمية قصوى ليس فقط في نظام التعليم الثانوي العام ، ولكنها تلعب دورًا أساسيًا في جميع مجالات المجتمع تقريبًا. على مستوى تطوير فضاء معلومات الاتصالات ، فإن أهم بصمة يفرضها مستوى تطور شبكات الاتصال الأولية ومستوى تطور تقنيات معلومات الشبكة ، والتي يمكن اعتبارها بحق تقنيات. نقل المعلومات.
تحت شبكة اتصاليفهمون مجمل قنوات الاتصال السلكية والراديوية والبصرية وغيرها ، ومعدات تشكيل القنوات المتخصصة ، فضلاً عن مراكز الاتصال والعقد التي تضمن عمل شبكة معينة. في جميع شبكات الاتصالات الحديثة تقريبًا المستخدمة في إنشاء أنظمة اتصالات المعلومات ، توجد عدة أقسام شبكة مختلفة في خصائصها وتعمل معًا في نفس الوقت. تحدد هذه الظروف إلى حد كبير استراتيجية وتكتيكات إنشاء واستخدام تقنيات معلومات الشبكة.
شبكة الاتصال تكنولوجيا المعلوماتتم تطويره بالتزامن مع تطور قنوات الاتصال. في بداية القرن الماضي ، كان أساس شبكات الاتصالات البرقية والهاتفية مكونًا من قنوات اتصالات سلكية وراديو تمثيلية ، والتي بدأت بعد ذلك ، مع تطور الإلكترونيات الدقيقة ، في الاستعاضة عنها بشكل متزايد بخطوط اتصالات الألياف الضوئية الرقمية بشكل كبير. خصائص أعلى من حيث جودة وسرعة نقل المعلومات. ظهر مفهوم تكنولوجيا الاتصالات السلكية واللاسلكية الذي يوحد أساليب التنظيم العقلاني لعمل أنظمة الاتصالات.
تعتمد أنظمة الاتصالات المستخدمة اليوم في نظام التعليم الثانوي العام ، كقاعدة عامة ، على اتصالات أجهزة الكمبيوتر المختلفة مع بعضها البعض. يمكن عرض أجهزة الكمبيوتر المتصلة من وجهات نظر مختلفة. من ناحية ، التوصيل البيني لأجهزة الكمبيوتر شبكة الكمبيوتر... من ناحية أخرى ، فهي وسيلة لنقل المعلومات في الفضاء ، ووسيلة لتنظيم الاتصال بين الناس. بفضل هذه الخاصية ، أصبحت شبكات الكمبيوتر تسمى بشكل متزايد شبكات الاتصالات ، وبالتالي التأكيد على الغرض منها ، وليس ميزات أجهزتها.
يميز

· شبكات الاتصالات المحلية والعالمية. كقاعدة عامة ، تسمى الشبكة المحلية الشبكة التي تربط أجهزة الكمبيوتر الموجودة في مبنى واحد أو مؤسسة واحدة داخل منطقة أو مدينة أو بلد. بمعنى آخر ، غالبًا ما تكون الشبكة المحلية مساحة محدودة. الشبكات المحلية شائعة في مجال التعليم. تحتوي معظم المدارس والمؤسسات التعليمية الأخرى على أجهزة كمبيوتر متصلة بشبكة محلية. في الوقت نفسه ، تتيح التقنيات الحديثة إمكانية ربط أجهزة الكمبيوتر الفردية الموجودة ليس فقط في غرف أو مباني مختلفة ، ولكن تقع في قارات مختلفة. ليس من قبيل المصادفة أن تجد مؤسسات تعليمية لها فروع في بلدان مختلفة ، وأجهزة الكمبيوتر الخاصة بها مدمجة في الشبكات المحلية. علاوة على ذلك ، يمكن للشبكات المحلية أيضًا توحيد أجهزة الكمبيوتر الخاصة بالمؤسسات التعليمية المختلفة ، مما يتيح لنا التحدث عن وجود شبكات محلية في قطاع التعليم.
على عكس الشبكات المحلية ، لا توجد قيود مكانية على الشبكات العالمية. يمكن توصيل أي كمبيوتر بالشبكة العالمية. يمكن لأي شخص الوصول إلى المعلومات المنشورة على هذه الشبكة. أشهر مثال على شبكة اتصالات عالمية هو الإنترنت (INTERNET) ، والذي يتم الوصول إليه من قبل عدد متزايد من المدارس الثانوية. الإنترنت ليس شبكة الاتصالات العالمية الوحيدة. هناك شبكات أخرى مثل شبكة FIDO أو شبكة SPRINT.
وبالتالي ، فإن معظم المدارس والمؤسسات التعليمية الأخرى في نظام التعليم الثانوي العام لديها شبكات محلية والقدرة على استخدام الشبكات العالمية.
مع مجموعة متنوعة من تقنيات المعلومات والاتصالات ، فضلاً عن طرق تنظيم البيانات عند إرسالها عبر قنوات الاتصال ، تحتل شبكة الكمبيوتر المعلوماتية العالمية ، الإنترنت ، مكانًا مركزيًا. علاوة على ذلك ، فهي اليوم عملياً شبكة الاتصالات العالمية الوحيدة المستخدمة عالمياً في نظام التعليم الثانوي العام. ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى السرعة العالية والموثوقية في نقل البيانات عبر الإنترنت بتنسيقات مختلفة (نصوص ورسومات وصوت وفيديو وما إلى ذلك). يوفر الإنترنت فرصة للوصول الجماعي إلى المواد التعليمية ، والتي يمكن تقديمها في شكل كتب مدرسية بسيطة (نصوص إلكترونية) وفي شكل أنظمة تفاعلية معقدة ، ونماذج كمبيوتر ، وبيئات تعلم افتراضية ، إلخ.
يتزايد باستمرار عدد المستخدمين ومصادر المعلومات على الإنترنت. بالإضافة إلى ذلك ، تتحسن جودة خدمات الاتصالات المقدمة باستمرار. بفضل هذا ، لا يتم تلقي الوصول عالي الجودة إلى الإنترنت فقط من قبل الشركات والمنظمات العاملة في المجالات الاقتصادية وغيرها ، ولكن أيضًا من قبل مؤسسات التعليم الثانوي العام.
يتميز الإنترنت الحديث بوجود مشكلة خطيرة تتعلق بتنظيم بحث عالمي عن المعلومات. وقد تم تطوير ما يسمى بمحركات البحث ، والتي بواسطتها كلمة الحقأو مجموعة من الكلمات تجد روابط لتلك الصفحات على الشبكة التي يتم فيها تقديم هذه الكلمة أو المجموعة. في الوقت نفسه ، على الرغم من وجود محركات البحث الحالية ، يتعين على المستخدم قضاء الكثير من الوقت في كل من عملية البحث عن المعلومات ومعالجة وتنظيم البيانات التي تم الحصول عليها.
في التعليم هذه المشكلةشعرت بشكل حاد بشكل خاص: إذا تم تقديم موارد المعلومات التعليمية على الشبكة ، فعندئذٍ ، كقاعدة عامة ، يتم تقديمها بشكل غير منهجي. يؤدي الافتقار إلى نهج منظم لوضع مثل هذه الموارد ، فضلاً عن عدم الاتساق في حل المشكلات النفسية والتربوية والتكنولوجية والجمالية والمريحة وعدد من المشكلات الأخرى في تطوير وتشغيل الموارد التعليمية للإنترنت إلى عدم الاستخدام العملي لمزايا الاتصالات من أجل تحسين جودة العملية التعليمية.
أصبحت تقنية الاتصال الأكثر انتشارًا والخدمات المقابلة لها في شبكات الكمبيوتر هي تقنية طريقة الكمبيوتر لإرسال رسائل المعلومات ومعالجتها ، والتي توفر الاتصال التشغيلي بين الأشخاص. البريد الإلكتروني (البريد الإلكتروني) - نظام لتخزين وإرسال الرسائل بين الأشخاص الذين يمكنهم الوصول إلى شبكة الكمبيوتر. أي معلومات ( مستندات نصية، الصور ، البيانات الرقمية ، التسجيلات الصوتية ، إلخ). ينفذ قسم الخدمة هذا:

• تحرير المستندات قبل الإرسال ،
• تخزين الوثائق والرسائل ،
• إرسال المراسلات ،
• فحص وتصحيح أخطاء الإرسال ،
• إصدار تأكيد استلام المراسلات من قبل المرسل إليه ،
• تلقي وتخزين المعلومات ،
• عرض المراسلات الواردة.

يمكن استخدام البريد الإلكتروني للتواصل مع المشاركين في العملية التعليمية وإرسال المواد التعليمية. من الخصائص المهمة للبريد الإلكتروني ، والتي تعتبر جذابة للتعليم الثانوي العام ، إمكانية تنفيذ تبادل المعلومات غير المتزامن. لاستخدام البريد الإلكتروني ، يكفي إتقان العديد من أوامر عميل البريد لإرسال المعلومات واستلامها ومعالجتها. لاحظ أنه عند التواصل عبر البريد الإلكتروني ، تنشأ مشاكل نفسية وتربوية أكثر من المشاكل التقنية. الحقيقة هي أنه في الاتصال البشري المباشر ، يتم نقل المعلومات ليس فقط بمساعدة الكلام ، يتم تضمين أشكال أخرى من الاتصال هنا: تعبيرات الوجه ، والإيماءات ، إلخ. بالطبع ، يمكنك استخدام "الرموز" للتعبير عن المشاعر أثناء المراسلات ، لكن هذا لا يحل مشكلة التواصل غير الشخصي. ومع ذلك ، فإن الانتقال إلى اللغة المكتوبة يعزز السمات الإيجابية مثل الدقة وقصر التعبير والدقة.

يمكن للمعلمين استخدام البريد الإلكتروني للتشاور وتقديم الاختبارات والتواصل المهني مع الزملاء. يُنصح أيضًا باستخدامه لإجراء درس إلكتروني في الوضع غير المتزامن ، عند إرسال نص الدرس في شكل إلكتروني ومقتطفات من الأدبيات الموصى بها ومواد تدريبية أخرى إلى الطلاب ، ثم يتم إجراء الاستشارات عن طريق البريد الإلكتروني .
السمة المميزة والراحة للبريد الإلكتروني هي القدرة على إرسال نفس الرسالة إلى عدد كبير من المستلمين دفعة واحدة.
يتم استخدام مبدأ توزيع مشابه بواسطة خدمة إنترنت أخرى تسمى القوائم البريدية ... تعمل هذه الخدمة في وضع الاشتراك. بالاشتراك في القائمة البريدية يتلقى المشترك على فترات منتظمة صندوق بريدمجموعة مختارة من رسائل البريد الإلكتروني حول الموضوع المحدد. تؤدي القوائم البريدية وظائف الدوريات على الإنترنت.
في نظام التعليم العام ، باستخدام القوائم البريدية ، من الممكن تنظيم ما يسمى ب "فصول دراسية افتراضية" ... في المجموعة الدراسية التي تم إنشاؤها لتلاميذ المدارس ، يتم شرح قواعد وطرق الاشتراك وتبدأ في العمل. يتم إرسال كل رسالة موجهة إلى مجموعة بواسطة أي من أعضائها تلقائيًا إلى جميع أعضاء المجموعة. قد يكون أحد أعضاء هذه المجموعة مدرسًا.
تتمثل الإمكانيات التعليمية الرئيسية لاستخدام القوائم البريدية في التوزيع التلقائي للمواد التعليمية وتنظيم الفصول الدراسية الافتراضية.
المؤتمرات عن بعد هي خدمة شائعة أخرى تقدمها شبكات الاتصالات الحديثة وتنفذ تبادل المعلومات بين الناس الذين تجمعهم المصالح المشتركة.
مؤتمر عبر الهاتفهو منتدى عبر الإنترنت منظم للمناقشة وتبادل الأخبار حول موضوع معين.
تتيح لك المؤتمرات عن بعد إرسال الرسائل التي تهمك إلى أجهزة الكمبيوتر المخصصة على الشبكة. يمكن قراءة الرسائل عن طريق الاتصال بجهاز كمبيوتر واختيار موضوع للمناقشة. علاوة على ذلك ، إذا كنت ترغب في ذلك ، يمكنك الرد على كاتب المقال أو إرسال رسالتك الخاصة. وبالتالي ، يتم تنظيم مناقشة الشبكة ، وهي ذات طبيعة إخبارية ، حيث يتم تخزين الرسائل لفترة قصيرة من الوقت.
إن وجود أجهزة الصوت والفيديو (ميكروفون ، وكاميرا فيديو رقمية ، وما إلى ذلك) متصلة بجهاز كمبيوتر يجعل من الممكن تنظيم مؤتمرات صوتية ومرئية بالكمبيوتر ، والتي تنتشر بشكل متزايد في نظام التعليم الثانوي العام.
بخلاف قوائم التوزيع المستندة إلى البريد الإلكتروني ، فإن بعض مجموعات الأخبار ومجموعات الأخبار تعمل في الوقت الفعلي. الفرق هو أنه في حالة وجود قائمة بريدية ، يتم تبادل المعلومات خارج الإنترنت عن طريق البريد التلقائي رسائل البريد الإلكتروني... ينشر خادم الأخبار جميع الرسائل على السبورة العامة على الفور ويخزنها لبعض الوقت. وبالتالي ، تسمح المؤتمرات عن بعد بتنظيم المناقشة عبر الإنترنت وفي الوضع المتأخر. عند تنظيم دورات تدريبية ، من المستحسن استخدام مجموعات الأخبار التي يديرها المعلم.
مع التطور الوسائل التقنيةتعمل شبكات الكمبيوتر على زيادة سرعة نقل البيانات. يتيح ذلك للمستخدمين المتصلين بالشبكة ليس فقط تبادل الرسائل النصية ، ولكن أيضًا لنقل الصوت والفيديو عبر مسافة كبيرة. أحد ممثلي البرامج التي تنفذ الاتصال عبر الشبكة هو برنامج NetMeeting المضمن في المجموعة متصفح الانترنت... MS NetMeeting هو وسيلة للمعلومات التي تنفذ إمكانية الاتصال المباشر عبر الإنترنت.
وتجدر الإشارة إلى أن تنفيذ الاتصالات الصوتية يتطلب معدات تقنية مناسبة: بطاقة صوت وميكروفون وأنظمة صوتية. لنقل الفيديو ، تحتاج إلى بطاقة فيديو وكاميرا ، أو كاميرا تدعم معيار الفيديو لنظام التشغيل Windows.
الاتجاهات الرئيسية لاستخدام MS NetMeeting في العملية التعليمية هي:

• تنظيم دورات تدريبية افتراضية ومشاورات في الوقت الحقيقي ، بما في ذلك الاتصالات الصوتية ونقل الفيديو للمشاركين ؛
• تبادل المعلومات في وضع النص والرسوم ؛
• منظمة العمل سويامع المعلومات التعليمية على الإنترنت ؛
• إرسال المعلومات التعليمية والمنهجية في شكل ملفات في الوقت الحقيقي.

واحدة من أهم تقنيات الاتصالات هي معالجة البيانات الموزعة... في هذه الحالة حواسيب شخصيةتستخدم في أماكن المنشأ وتطبيق المعلومات. إذا كانت متصلة عن طريق قنوات الاتصال ، فإن هذا يجعل من الممكن توزيع مواردها لفصل المجالات الوظيفية للنشاط وتغيير تقنية معالجة البيانات في اتجاه اللامركزية.
في أكثر أنظمة معالجة البيانات الموزعة تعقيدًا ، يتم الاتصال بخدمات وأنظمة المعلومات المختلفة هدف عام(الخدمات الإخبارية ، وأنظمة استرجاع المعلومات الوطنية والعالمية ، وقواعد البيانات وبنوك المعرفة ، إلخ).
خدمة مهمة للغاية للتعليم الثانوي العام ، يتم تنفيذها في شبكات الكمبيوتر ، هي استرجاع المعلومات الآلي... باستخدام الأدوات المتخصصة - أنظمة استرجاع المعلومات ، يمكنك العثور بسرعة على المعلومات ذات الأهمية في مصادر المعلومات العالمية.
تتمثل الأهداف التعليمية الرئيسية لاستخدام هذه الموارد التي يتم الحصول عليها من خلال قنوات الاتصالات في تعليم أطفال المدارس في توصيل المعلومات ، وتكوين المعرفة وتعزيزها ، وتكوين المهارات والقدرات وتحسينها ، والتحكم في الاستيعاب والتعميم.
يسمح استخدام مصادر المعلومات التعليمية المتاحة اليوم ، والتي يُنشر معظمها على الإنترنت ، بما يلي:

• تنظيم أشكال مختلفة من نشاط تلاميذ المدارس من أجل الاستخراج المستقل للمعرفة وعرضها ؛
• "تطبيق مجموعة كاملة من إمكانيات تكنولوجيا المعلومات والاتصالات الحديثة في عملية أداء أنواع مختلفة من الأنشطة التعليمية ، بما في ذلك التسجيل ، والتجميع ، والتخزين ، ومعالجة المعلومات ، والحوار التفاعلي ، ونمذجة الأشياء ، والظواهر ، والعمليات ، وعمل المختبرات (الافتراضية ، مع إمكانية الوصول عن بعد إلى معدات حقيقية) ، وما إلى ذلك ؛
• لاستخدام إمكانيات تقنيات الوسائط المتعددة والنص التشعبي وأنظمة الوسائط التشعبية في العملية التعليمية ؛
• تشخيص القدرات الفكرية لأطفال المدارس ، وكذلك مستوى معرفتهم وقدراتهم ومهاراتهم ومستوى التحضير لدرس معين ؛
• إدارة التعلم ، وأتمتة عمليات مراقبة نتائج الأنشطة التعليمية ، والتدريب ، والاختبار ، وتوليد المهام اعتمادًا على المستوى الفكري لطالب معين ، ومستوى معرفته ، وقدراته ، ومهاراته ، وخصائص دوافعه ؛
• تهيئة الظروف لتنفيذ الأنشطة التعليمية المستقلة لأطفال المدارس ، من أجل الدراسة الذاتية ، والتنمية الذاتية ، وتحسين الذات ، والتعليم الذاتي ، وتحقيق الذات ؛
• العمل في بيئات الاتصالات الحديثة ، وتوفير إدارة تدفق المعلومات.

وبالتالي ، فإن اتصالات الكمبيوتر ليست فقط أداة تعليمية قوية تسمح لك بتدريس كيفية التعامل مع المعلومات ، ولكن من ناحية أخرى ، تعد اتصالات الكمبيوتر بيئة خاصة للأشخاص للتواصل مع بعضهم البعض ، وبيئة للتفاعل التفاعلي بين الممثلين. من مختلف الفئات الوطنية والعمرية والمهنية وغيرها من المستخدمين بغض النظر عن موقعهم.
لسوء الحظ ، لا تزال العديد من الأساليب الحالية للاستخدام الفعال لتقنيات الاتصالات السلكية واللاسلكية في عملية تعليم تلاميذ المدارس غير مستخدمة بالكامل من قبل المعلمين. يجب أن يكون لدى المعلم الحديث ، بالإضافة إلى القدرة على العمل بأحدث تقنيات الكمبيوتر ، فكرة عن الطرق الممكنة لاستخدامها في العملية التعليمية. يمكن أن تصبح خبرة الإتقان النظري والعملي من قبل المعلمين للطرق المختلفة لاستخدام تقنيات الاتصالات السلكية واللاسلكية في عملية التعلم أساسًا لزيادة كفاءة وجودة التعليم ، لتشكيل وتحسين مهاراتهم المهنية.

نظم نقل المعلومات الحديثة - ϶ᴛᴏ شبكات الحاسب. يُطلق على مجموع جميع المشتركين في شبكة الكمبيوتر اسم شبكة المشتركين. تشكل مرافق الاتصال ونقل البيانات شبكة نقل البيانات (الشكل 2.1).

أرز. 2.1 - رسم تخطيطي لشبكة الكمبيوتر.

تتكون شبكة نقل البيانات من العديد من عقد التبديل المنتشرة جغرافيًا والمتصلة ببعضها البعض وبمشتركي الشبكة الذين يستخدمون قنوات اتصال مختلفة.

عقدة التبديل هي مجموعة معقدة من الأجهزة والبرامج التي توفر تبديل القنوات أو الرسائل أو الحزم. في هذه الحالة ، يعني مصطلح "التبديل" إجراء توزيع المعلومات ، حيث يتم إرسال تدفق البيانات الذي يصل إلى العقدة عبر قنوات اتصال واحدة من العقدة عبر قنوات اتصال أخرى ، مع مراعاة مسار الإرسال المطلوب.

المحور في شبكة نقل البيانات هو جهاز يجمع بين تحميل عدة قنوات لنقل البيانات من أجل الإرسال اللاحق عبر عدد أقل من القنوات. يتيح لك استخدام المحاور تقليل تكلفة تنظيم قنوات الاتصال التي توفر اتصال المشتركين بشبكة نقل البيانات.

قناة الاتصال هي مجموعة من الوسائل التقنية ووسط انتشار يضمن إرسال أي نوع من الرسائل من مصدر إلى مستلم باستخدام إشارات الاتصالات.

يفترض هيكل شبكة الكمبيوتر ، المبني على مبدأ تنظيم تبادل المعلومات من خلال عقد التبديل لشبكة نقل البيانات ، أن مشتركي الشبكة ليس لديهم قنوات اتصال مباشرة (مخصصة) فيما بينهم ، ولكنهم يتصلون بأقرب عقدة تحويل ومن خلاله (وعقد وسيطة أخرى) مع أي مشترك آخر في هذه الشبكة أو حتى شبكة كمبيوتر أخرى.

تتمثل مزايا بناء شبكات الكمبيوتر باستخدام عقد التبديل لشبكة نقل البيانات في: انخفاض كبير في العدد الإجمالي لقنوات الاتصال وطولها بسبب عدم وجود تنظيم بالغ الأهمية للقنوات المباشرة بين مختلف المشتركين في الشبكة ؛ درجة عالية من الاستفادة من عرض النطاق الترددي لقنوات الاتصال بسبب استخدام نفس القنوات لنقل أنواع مختلفة من المعلومات بين مشتركي الشبكة ؛ القدرة على توحيد الحلول التقنية لتبادل البرامج والأجهزة لمختلف مشتركي الشبكة ، بما في ذلك إنشاء عقد خدمة متكاملة قادرة على تبديل تدفقات المعلومات التي تحتوي على إشارات البيانات والصوت والتلفاكس والفيديو.

اليوم ، تستخدم شبكات نقل البيانات ثلاث طرق للتبديل: تبديل الدائرة وتبديل الرسائل وتبديل الحزمة.

عند تبديل القنوات ، يتم إنشاء اتصال مباشر في الشبكة عن طريق إنشاء قناة نقل بيانات من طرف إلى طرف (بدون تراكم وسيط للمعلومات أثناء الإرسال). المعنى المادي لتبديل القنوات هو ، في الواقع ، أنه قبل بدء نقل المعلومات في الشبكة من خلال عقد التبديل ، يتم إنشاء اتصال كهربائي مباشر بين المشترك المرسل ومتلقي الرسالة. يتم إنشاء مثل هذا الاتصال عن طريق إرسال رسالة مكالمة خاصة من قبل المرسل ، "تحتوي على رقم (عنوان) المشترك المسمى" ، وعند المرور عبر الشبكة ، تحتل قنوات الاتصال على طول المسار الكامل لإرسال الرسالة اللاحقة. من الواضح أنه عند تبديل القنوات ، يجب أن تكون جميع مكونات قناة الاتصال من طرف إلى طرف مجانية. في حالة عدم ضمان مرور المكالمة في أي جزء من الشبكة (على سبيل المثال ، لا قنوات مجانيةبين عقد التبديل التي تشكل مسار إرسال الرسائل) ، ثم المتصلرفض إنشاء اتصال وتعتبر مكالمته مفقودة بالنسبة للشبكة.

بعد إنشاء الاتصال ، يتلقى المشترك المرسل رسالة مفادها أنه يمكنه بدء نقل البيانات. الميزة الأساسية لتبديل القنوات هي أن جميع القنوات المشغولة عند إنشاء اتصال تُستخدم في عملية نقل البيانات في وقت واحد ولا يتم إصدارها إلا بعد اكتمال نقل البيانات بين المشتركين. مثال نموذجي لشبكة تبديل الدارات هي شبكة الهاتف.

عندما يتم تبديل الرسائل ، يتم استلام الرسالة وتجميعها في عقدة التبديل ، ثم يتم نقلها لاحقًا. يشير هذا التعريف إلى الاختلاف الرئيسي بين تبديل الرسائل وتبديل الدائرة ، يتكون أساسًا من حقيقة أنه عندما يتم تبديل الرسائل ، يتم تخزين الرسائل بشكل وسيط في عقد التبديل ومعالجتها (تحديد أولوية الرسالة ، الضرب للبث المتعدد ، تسجيل الرسائل والأرشيف ، إلخ. .). لمعالجة الرسائل ، يجب أن يكون لها تنسيق مقبول في الشبكة ، أي نفس نوع ترتيب عناصر الرسائل الفردية. تذهب الرسالة من المشترك أولاً إلى عقدة تبديل الشبكة التي يتصل بها المشترك. علاوة على ذلك ، تعالج العقدة الرسالة وتحدد اتجاه إرسالها الإضافي ، مع مراعاة العنوان. إذا كانت جميع القنوات في اتجاه الإرسال المحدد مشغولة ، تنتظر الرسالة في قائمة الانتظار للحظة التي يتم فيها تحرير القناة المرغوبة. بعد وصول الرسالة إلى عقدة الشبكة التي يتصل بها المشترك المستلم ، يتم إرسال الرسالة إليه كاملة عبر قناة الاتصال بين هذه العقدة والمشترك. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ ، رسالة أثناء المرور عبر الشبكة في أي وقت تشغل قناة اتصال واحدة فقط.

يتم تعريف تبديل الحزم على أنه نوع من تبديل الرسائل يتم فيه تقسيم الرسائل إلى أجزاء تسمى الحزم وإرسالها واستلامها وتجميعها كحزم بيانات.

يتم ترقيم هذه الحزم وتزويدها بالعناوين ، مما يسمح بإرسالها عبر الشبكة بشكل متزامن ومستقل عن بعضها البعض.

تحتاج كل شركة حديثة تقريبًا إلى تحسين كفاءة تقنية الشبكات وأنظمة الكمبيوتر. أحد المتطلبات الأساسية لذلك هو النقل السلس للمعلومات بين الخوادم ومخازن البيانات والتطبيقات والمستخدمين. غالبًا ما تصبح طريقة نقل البيانات في أنظمة المعلومات عقبة في الأداء ، مما يلغي جميع مزايا الخوادم وأنظمة التخزين الحديثة. يحاول المطورون ومسؤولو النظام إزالة الاختناقات الأكثر وضوحًا ، على الرغم من أنهم يعرفون أنه بمجرد إزالة عنق الزجاجة في جزء واحد من النظام ، فإنه يحدث في جزء آخر.

على مر السنين ، ظهرت الاختناقات في الغالب على الخوادم ، ولكن مع تطور الخوادم تقنيًا ووظيفيًا ، بدأت في الانتقال إلى الشبكات وأنظمة التخزين المتصلة بالشبكة. في الآونة الأخيرة ، تم إنشاء مصفوفات تخزين كبيرة جدًا ، مما يؤدي إلى عودة الاختناقات إلى الشبكة. غالبًا ما يستهلك نمو البيانات ومركزيتها ، فضلاً عن متطلبات النطاق الترددي لتطبيقات الجيل التالي ، جميع النطاق الترددي المتاح.

عندما يواجه مدير خدمة المعلومات مهمة إنشاء نظام جديد أو توسيع نظام معالجة المعلومات الحالي ، فإن أحد أهم الأسئلة بالنسبة له سيكون اختيار تقنية نقل البيانات. لا تشمل هذه المشكلة اختيار تقنية الشبكة فحسب ، بل تشمل أيضًا بروتوكول توصيل الأجهزة الطرفية المختلفة. أشهر حلول شبكات منطقة التخزين (SAN) هي القنوات الليفية وشبكة إيثرنت و InfiniBand.

تقنية إيثرنت

اليوم ، تعد تقنية Ethernet في طليعة قطاع LAN عالي الأداء. تستثمر الشركات في جميع أنحاء العالم في كابلات ومعدات إيثرنت وفي تدريب الموظفين. الاستخدام الواسع لهذه التكنولوجيا يجعل من الممكن الحفاظ عليها أسعار منخفضةفي السوق ، وتتجه تكلفة تنفيذ كل جيل جديد من الشبكات إلى الانخفاض. يؤدي النمو المستمر في حجم حركة المرور في الشبكات الحديثة إلى إجبار المشغلين والإداريين والمهندسين المعماريين شبكات الشركاتالتطلع إلى تقنيات الشبكة الأسرع لحل مشكلة نقص النطاق الترددي. أضف إلى الأسرة معيار إيثرنتتتيح شبكة 10-Gigabit Ethernet دعم تطبيقات LAN الجديدة.

أدخلت تكنولوجيا Ethernet منذ أكثر من ربع قرن ، وسرعان ما سيطرت على شبكات المنطقة المحلية. نظرًا لسهولة التثبيت والصيانة ، والموثوقية والتكلفة المنخفضة للتنفيذ ، فقد نمت شعبيتها كثيرًا لدرجة أنه يمكننا اليوم أن نقول بأمان أن كل حركة المرور على الإنترنت تقريبًا تبدأ وتنتهي في شبكات Ethernet. يمثل معيار IEEE 802.3ae 10-Gigabit Ethernet ، المعتمد في يونيو 2002 ، نقطة تحول في تطوير هذه التقنية. مع تقديمها ، تتوسع Ethernet لتشمل شبكات العاصمة (MAN) والشبكات الواسعة (WAN).

هناك عدد من عوامل السوق التي يقول محللو الصناعة إنها تدفع تقنية 10 جيجابت إيثرنت إلى المقدمة. في تطوير تقنيات الشبكة ، أصبح ظهور تحالف لشركات التطوير أمرًا تقليديًا بالفعل ، وتتمثل مهمته الرئيسية في تعزيز الشبكات الجديدة. 10-جيجابت إيثرنت ليست استثناء. في بداية هذه التقنية ، كان تحالف 10 جيجابت إيثرنت (10 GEA) ، والذي تضمن عمالقة الصناعة مثل 3Com و Cisco و Nortel و Intel و Sun والعديد من الشركات الأخرى (أكثر من مائة). بينما في الإصدارات السابقة من Fast Ethernet أو Gigabit Ethernet ، استعار المطورون عناصر معينة من التقنيات الأخرى ، تم إنشاء مواصفات المعيار الجديد عمليا من الصفر. بالإضافة إلى ذلك ، ركز مشروع 10-Gigabit Ethernet على شبكات النقل والعمود الفقري الكبيرة ، على سبيل المثال ، على مستوى المدينة ، بينما تم تطوير Gigabit Ethernet حصريًا للاستخدام في الشبكات المحلية.

يوفر معيار 10 جيجابت إيثرنت نقل تدفقات المعلومات بسرعات تصل إلى 10 جيجابت في الثانية عبر كابل بصري أحادي ومتعدد الأوضاع. اعتمادًا على وسيط الإرسال ، يمكن أن تتراوح المسافة بين 65 مترًا و 40 كيلومترًا. كان من المفترض أن يلبي المعيار الجديد المتطلبات الفنية الأساسية التالية:

• تبادل البيانات ثنائي الاتجاه في وضع الازدواج الكامل في الشبكات من نقطة إلى نقطة ؛
• دعم معدل نقل بيانات 10 جيجابت في الثانية على مستوى MAC ؛
• مواصفات الطبقة المادية LAN PHY للاتصال بالشبكات المحلية العاملة في طبقة MAC بمعدل نقل بيانات يبلغ 10 جيجابت / ثانية ؛
• مواصفات WAN PHY لاتصال SONET / SDH ، التي تعمل في طبقة MAC بمعدل بيانات متوافق مع معيار OC-192 ؛
• تحديد آلية لتكييف معدل بيانات طبقة MAC مع معدل بيانات WAN PHY ؛
• دعم نوعين من كبلات الألياف الضوئية - الوضع الفردي (SMF) والوضع المتعدد (MMF) ؛
• XGMII * مواصفات الواجهة المستقلة للوسائط ؛
• متوافق مع الإصدارات السابقة الإصدارات السابقةإيثرنت (حفظ تنسيق الحزمة والحجم وما إلى ذلك).

* XG هنا تعني 10 جيجابت و MII تعني واجهة الوسائط المستقلة.

تذكر أن معيار 10/100 Ethernet يحدد وضعين: نصف مزدوج و مزدوج كامل. يوفر الإصدار الكلاسيكي أحادي الاتجاه استخدام وسيط إرسال مشترك وبروتوكول CSMA / CD (الوصول المتعدد بحساس الناقل / كشف التصادم). تتمثل العيوب الرئيسية لهذا الأسلوب في فقدان الكفاءة مع زيادة عدد محطات التشغيل المتزامنة وقيود المسافة المرتبطة بالحد الأدنى لطول الحزمة (64 بايت). تستخدم شبكة جيجابت إيثرنت تقنية توسيع الناقل للحفاظ على طول الحزمة عند الحد الأدنى ، مما يوسعها إلى 512 بايت. نظرًا لأن 10-Gigabit Ethernet تركز على الأعمدة الأساسية من نقطة إلى نقطة ، فإن أحادي الاتجاه ليس جزءًا من المواصفات. لذلك ، في هذه الحالة ، يقتصر طول القناة فقط على خصائص الوسيط المادي الذي تستخدمه أجهزة الإرسال / الاستقبال ، وقوة الإشارة وطرق التشكيل. يمكن توفير الهيكل المطلوب ، على سبيل المثال ، باستخدام المفاتيح. يسمح الإرسال المزدوج الكامل أيضًا بالحفاظ على حجم رشقة بحد أدنى 64 بايت بدون استخدام تقنيات تمديد الموجة الحاملة.

وفقًا للنموذج المرجعي للربط البيني للأنظمة المفتوحة (OSI) ، يتم تعريف تقنية الشبكة من خلال طبقتين سفليتين: المادية (الطبقة 1 ، المادية) والقناة (الطبقة 2 ، ارتباط البيانات). في هذا المخطط ، تتوافق طبقة الأجهزة المادية Ethernet (PHY) مع الطبقة الأولى ، وطبقة التحكم في الوصول إلى الوسائط (MAC) - الطبقة 2. بدورها ، يمكن أن تحتوي كل طبقة من هذه الطبقات ، اعتمادًا على التقنية التي يتم تنفيذها ، على العديد من طبقات فرعية.

توفر طبقة MAC (التحكم في الوصول إلى الوسائط) اتصالًا منطقيًا بين عملاء MAC لمحطات عمل نظير إلى نظير (نظير إلى نظير). وتتمثل وظائفه الرئيسية في تهيئة اتصال نظير إلى نظير وإدارته وصيانته. من الواضح أن معدل نقل البيانات العادي من طبقة MAC إلى PHY لـ 10 Gigabit Ethernet هو 10 جيجابت في الثانية. ومع ذلك ، تحتاج طبقة WAN PHY إلى نقل البيانات بمعدل أقل قليلاً لاستيعاب شبكات SONET OC-192. يتم تحقيق ذلك باستخدام آلية للتكيف الديناميكي للفاصل الزمني بين الإطارات ، والذي يوفر زيادته بفترة زمنية محددة مسبقًا.

الطبقة الفرعية للتسوية (الشكل 1) هي الواجهة بين دفق البيانات التسلسلي لطبقة MAC والتيار المتوازي للطبقة الفرعية XGMII. يقوم بتعيين ثماني بتات من بيانات طبقة MAC لمسارات XGMII المتوازية. XGMII عبارة عن واجهة مستقلة عن بيئة 10 جيجابت. وتتمثل مهمتها الرئيسية في توفير واجهة بسيطة وسهلة التنفيذ بين الارتباط والطبقات المادية. إنه يعزل طبقة الارتباط عن الخصائص المادية وبالتالي يسمح للطبقة الأولى بالعمل على مستوى منطقي واحد مع تطبيقات مختلفة للأخير. يتكون XGMII من قناتين مستقلتين للإرسال والاستقبال ، تحمل كل منهما 32 بتة من البيانات عبر أربعة مسارات من 8 بتات.

أرز. 1. طبقات 10 جيجابت إيثرنت.

يرتبط الجزء التالي من حزمة البروتوكول بالطبقة المادية لـ 10 Gigabit Ethernet. تقسم بنية إيثرنت الطبقة المادية إلى ثلاث طبقات فرعية. تقوم الطبقة الفرعية للتشفير المادي (PCS) بترميز / فك تشفير دفق البيانات القادم من وإلى طبقة الارتباط. الطبقة الفرعية لمرفق الوسائط المادية (PMA) عبارة عن محول متوازي إلى تسلسلي (أمامي وعكسي). يقوم بتحويل مجموعة من الأكواد إلى تيار بتات من أجل الإرسال الموجه نحو البتات التسلسلي والتحويل العكسي. توفر نفس الطبقة الفرعية مزامنة الإرسال / الاستقبال. تعد الطبقة الفرعية المعتمدة على الوسائط المادية (PMD) مسؤولة عن إرسال الإشارات في وسط مادي معين. الوظائف النموذجية لهذا المستوى الفرعي هي تشكيل الإشارة وتضخيمها وتعديلها. تدعم أجهزة PMD المختلفة الوسائط المادية المختلفة. بدورها ، تحدد الواجهة المعتمدة على الوسائط (MDI) أنواع الموصل للوسائط المادية المختلفة وأجهزة PMD.

توفر تقنية 10-Gigabit Ethernet تكلفة منخفضة للملكية مقارنة بالبدائل ، بما في ذلك تكاليف الشراء والصيانة ، حيث يمكن تشغيل البنية التحتية Ethernet الحالية للعملاء بسهولة معها. بالإضافة إلى ذلك ، تناشد 10 Gigabit Ethernet المسؤولين الذين لديهم مؤسسة إدارة مألوفة والقدرة على الاستفادة من الدروس المستفادة لأنها تستفيد من العمليات والبروتوكولات والضوابط التي تم نشرها بالفعل في البنية التحتية الحالية. تجدر الإشارة إلى أن هذا المعيار يوفر المرونة في تصميم الاتصالات بين الخوادم والمحولات وأجهزة التوجيه. وبالتالي ، تقدم تقنية Ethernet ثلاث مزايا رئيسية:

• سهولة الاستعمال،
• إنتاجية عالية ،
• منخفض الكلفة.

بالإضافة إلى ذلك ، فهو أبسط من بعض التقنيات الأخرى ، لأنه يسمح لك بربط الشبكات الموجودة في أماكن مختلفة ، كجزء من شبكة واحدة. عرض النطاق الترددي لشبكة إيثرنت قابل للتطوير بزيادات من 1 جيجابت في الثانية إلى 10 جيجابت في الثانية للاستفادة بشكل أفضل من سعة الشبكة. أخيرًا ، تعد معدات Ethernet أكثر فعالية من حيث التكلفة بشكل عام من معدات الاتصالات السلكية واللاسلكية التقليدية.

لتوضيح قدرات التكنولوجيا ، سنقدم مثالًا واحدًا. باستخدام شبكة 10 جيجابت إيثرنت ، قام فريق من العلماء الذين يعملون في مشروع خزان البيانات الياباني (http://data-reservoir.adm.su-tokyo.ac.jp) بنقل البيانات من طوكيو إلى مركز أبحاث الفيزياء الأولية في جنيف الجسيمات سيرن. عبر خط البيانات 17 منطقة زمنية وكان طوله 11495 ميلاً (18495 كم). أجهزة كمبيوتر متصلة بخط 10 جيجابت إيثرنت في طوكيو وجنيف كجزء من نفس شبكة المنطقة المحلية. استخدمت الشبكة معدات بصرية ومفاتيح إيثرنت من أنظمة Cisco و Foundry Networks و Nortel Networks.

في السنوات الأخيرة ، أصبح استخدام الإيثرنت أيضًا على نطاق واسع من قبل مشغلي الاتصالات - لتوصيل الأشياء داخل المدينة. لكن يمكن لشبكة إيثرنت أن تمتد إلى أبعد من ذلك ، بحيث تمتد عبر قارات بأكملها.

القناة الليفية

تتيح تقنية القناة الليفية إمكانية تغيير بنية شبكة الكمبيوتر بشكل أساسي لأي مؤسسة كبيرة. الحقيقة هي أنها مناسبة تمامًا لتنفيذ نظام تخزين بيانات SAN مركزي ، حيث توجد محركات الأقراص والأشرطة على شبكتها المنفصلة ، بما في ذلك بعيدًا جغرافيًا عن خوادم الشركة الرئيسية. القناة الليفية هي معيار ارتباط تسلسلي مصمم للاتصالات عالية السرعة بين الخوادم والتخزين ومحطات العمل والمحاور والمحولات. لاحظ أن هذه الواجهة عالمية تقريبًا ؛ فهي لا تستخدم فقط لتوصيل محركات الأقراص الفردية ومخازن البيانات.

عندما بدا أن الشبكات الأولى تجمع أجهزة الكمبيوتر معًا من أجل التعاون ، كان من الملائم والفعال تقريب الموارد من مجموعات العمل. وبالتالي ، في محاولة لتقليل حمل الشبكة ، تم تقسيم وسائط التخزين بالتساوي عبر العديد من الخوادم وأجهزة سطح المكتب. توجد قناتان لنقل البيانات في وقت واحد في الشبكة: الشبكة نفسها ، والتي يتم من خلالها التبادل بين العملاء والخوادم ، والقناة التي يتم من خلالها تبادل البيانات نظام الحافلاتجهاز الكمبيوتر والتخزين. يمكن أن يكون هذا ارتباطًا بين وحدة التحكم والقرص الصلب ، أو بين وحدة تحكم RAID ومجموعة أقراص خارجية.

هذا الفصل بين القنوات يرجع إلى حد كبير إلى المتطلبات المختلفة لنقل البيانات. في الشبكة ، المقام الأول هو تسليم المعلومات الضرورية لعميل واحد من بين العديد من العملاء المحتملين ، والتي من الضروري إنشاء آليات عنونة معينة ومعقدة للغاية. بالإضافة إلى ذلك ، تتطلب قناة الشبكة مسافات كبيرة ، لذلك يُفضل الاتصال التسلسلي هنا لنقل البيانات. لكن قناة التخزين تؤدي مهمة بسيطة للغاية ، حيث توفر القدرة على التبادل مع جهاز تخزين بيانات معروف سابقًا. الشيء الوحيد المطلوب منه هو القيام بذلك في أسرع وقت ممكن. عادة ما تكون المسافات هنا قصيرة.

ومع ذلك ، تواجه شبكات اليوم تحديات معالجة المزيد والمزيد من البيانات. تطبيقات الوسائط المتعددة عالية السرعة ، تتطلب معالجة الصور سرعة إدخال / إخراج أعلى بكثير من أي وقت مضى. تضطر المؤسسات إلى تخزين المزيد والمزيد من البيانات عبر الإنترنت ، الأمر الذي يتطلب المزيد من سعة التخزين الخارجية. تتطلب الحاجة إلى النسخ التأميني لكميات ضخمة من البيانات فصل أجهزة التخزين الثانوية على مسافات أكبر من خوادم المعالجة. في بعض الحالات ، اتضح أن تجميع الخادم وموارد التخزين في تجمع واحد لمركز بيانات باستخدام القناة الليفية يعد أكثر فاعلية من استخدام مجموعة قياسية من Ethernet بالإضافة إلى SCSI.

سجل معهد ANSI مجموعة عمل حول تطوير طريقة لتبادل البيانات عالية السرعة بين أجهزة الكمبيوتر العملاقة ومحطات العمل وأجهزة الكمبيوتر وأجهزة التخزين وأجهزة العرض في عام 1988. وفي عام 1992 ، أكبر ثلاث شركات كمبيوتر - IBM (http: / /www.ibm.com) و Sun Microsystems (http://www.sun.com) و HP (http://www.hp.com) شكلت مبادرة أنظمة القنوات الليفية (FSCI) المكلفة بتطوير طريقة سريعة نقل البيانات الرقمية ... طورت المجموعة عددًا من المواصفات الأولية - الملفات الشخصية. نظرًا لأن كبلات الألياف الضوئية ستصبح الوسيط المادي لتبادل المعلومات ، ظهرت كلمة الألياف باسم التكنولوجيا. ومع ذلك ، بعد بضع سنوات ، تمت إضافة القدرة على استخدام الأسلاك النحاسية إلى التوصيات المقابلة. ثم اقترحت لجنة ISO (المنظمة الدولية للمعايير) استبدال التهجئة الإنجليزية للألياف بالألياف الفرنسية ، من أجل تقليل الارتباطات بطريقة أو بأخرى مع بيئة الألياف الضوئية ، مع الحفاظ على التهجئة الأصلية تقريبًا. عندما يتم الانتهاء من العمل التمهيدي على الملفات الشخصية ، مزيد من العمل على الدعم والتطوير تكنولوجيا جديدةتم الاستيلاء عليها من قبل جمعية القناة الليفية (FCA) ، والتي أصبحت عضوًا تنظيميًا في لجنة ANSI. بالإضافة إلى FCA ، وهي مؤسسة مستقلة فريق العمل FCLC (مجتمع حلقة القناة الليفية) ، الذي بدأ في الترويج لأحد متغيرات تقنية القناة الليفية - FC-AL (حلقة تحكيم قناة ليفية). حاليًا ، تتولى FCIA (رابطة صناعة القنوات الليفية ، http://www.fibrechannel.org) جميع أعمال التنسيق لتعزيز تقنية القناة الليفية. في عام 1994 ، تمت الموافقة على معيار FC-PH (الاتصال المادي وبروتوكول نقل البيانات) من قبل لجنة ANSI T11 وحصل على التعيين X3.203-1994.

تتمتع تقنية القناة الليفية بعدد من المزايا التي تجعل هذا المعيار مناسبًا لتنظيم تبادل البيانات بين مجموعات أجهزة الكمبيوتر ، وكذلك عند استخدامها كواجهة لأجهزة التخزين كبيرة السعة ، في الشبكات المحلية وعند اختيار وسيلة الوصول إلى شبكات WAN. إحدى المزايا الرئيسية لهذه التقنية هي معدل نقل البيانات المرتفع.

FC-AL هي واحدة فقط من ثلاثة طبولوجيا ممكنة للقنوات الليفية المستخدمة في التخزين ، على وجه الخصوص. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام طوبولوجيا من نقطة إلى نقطة وطوبولوجيا نجمية استنادًا إلى المحولات والمحاور. تسمى الشبكة المبنية على أساس المحولات التي تربط العديد من العقد (الشكل 2) النسيج في مصطلحات القناة الليفية.

أرز. 2. المصنع على أساس القناة الليفية.

يمكن توصيل ما يصل إلى 126 جهازًا قابلاً للتبديل السريع بحلقة FC-AL. عند استخدام كبل متحد المحور ، يمكن أن تصل المسافة بينهما إلى 30 مترًا ، بينما في حالة كبل الألياف الضوئية ، تزيد المسافة إلى 10 كيلومترات. تعتمد التقنية على تقنية نقل البيانات ببساطة من المخزن المؤقت لجهاز الإرسال إلى المخزن المؤقت للمستقبل مع التحكم الكامل في هذه العملية فقط. بالنسبة لـ FC-AL ، ليس من المهم تمامًا كيفية معالجة البيانات بواسطة البروتوكولات الفردية قبل وبعد وضعها في المخزن المؤقت ، ونتيجة لذلك لا يلعب نوع البيانات المرسلة (أوامر أو حزم أو إطارات) أي دور.

يصف النموذج المعماري للقناة الليفية بالتفصيل معلمات الاتصال وبروتوكولات الاتصال بين العقد الفردية. يمكن تمثيل هذا النموذج بخمس طبقات وظيفية تحدد الواجهة المادية وبروتوكول الإرسال وبروتوكول التشوير والإجراءات العامة وبروتوكول العرض. ينتقل الترقيم من أدنى مستوى للأجهزة FC-0 ، وهو المسؤول عن معلمات الاتصال المادي ، إلى البرنامج الأعلى FC-4 ، الذي يتفاعل مع التطبيقات بشكل أكبر مستوى عال... يوفر بروتوكول العرض الاتصال بواجهات الإدخال / الإخراج (SCSI ، IPI ، HIPPI ، ESCON) وبروتوكولات الشبكة (802.2 ، IP). في هذه الحالة ، يمكن استخدام جميع البروتوكولات المدعومة في وقت واحد. على سبيل المثال ، تعد واجهة FC-AL ، التي تعمل مع بروتوكولات IP و SCSI ، مناسبة للتبادل من نظام إلى نظام ومن نظام إلى طرف. هذا يلغي الحاجة إلى وحدات تحكم I / O إضافية ، مما يقلل بشكل كبير من تعقيد الكابلات والتكلفة الإجمالية بالطبع.

نظرًا لأن Fibre Channel عبارة عن بروتوكول منخفض المستوى لا يحتوي على أوامر I / O ، يتم توفير الاتصال بالأجهزة الخارجية وأجهزة الكمبيوتر من خلال بروتوكولات ذات مستوى أعلى مثل SCSI و IP ، حيث تعمل FC-PH كوسيلة نقل. يتم تحويل بروتوكولات الشبكة والإدخال / الإخراج (مثل أوامر SCSI) إلى إطارات FC-PH ويتم تسليمها إلى الوجهة. يُطلق على أي جهاز (كمبيوتر ، أو خادم ، أو طابعة ، أو وحدة تخزين) يمكنه الاتصال باستخدام تقنية القناة الليفية اسم منفذ العقدة ، أو ببساطة عقدة. وبالتالي ، فإن الغرض الرئيسي للقناة الليفية هو القدرة على معالجة البروتوكولات عالية المستوى باستخدام وسائط نقل مختلفة وأنظمة كابلات موجودة مسبقًا.

ترجع الموثوقية العالية للتبادل عند استخدام القناة الليفية إلى بنية المنفذ المزدوج لأجهزة القرص والتحكم الدوري في المعلومات المرسلة والأجهزة القابلة للتبديل السريع. يدعم البروتوكول تقريبًا أي نظام كبل قيد الاستخدام اليوم. ومع ذلك ، فإن الأكثر انتشارًا هما الناقلان - البصريات والزوج الملتوي. تُستخدم الروابط البصرية للاتصال بين الأجهزة الموجودة على شبكة القنوات الليفية ، بينما تُستخدم الكابلات الملتوية المزدوجة لتوصيل المكونات الفردية في الجهاز (على سبيل المثال ، الأقراص الموجودة في النظام الفرعي للقرص).

يوفر المعيار عدة نطاقات ترددي ويوفر سعر صرف يبلغ 1 أو 2 أو 4 جيجابت في الثانية. مع الأخذ في الاعتبار حقيقة استخدام كبلين بصريين لتوصيل الأجهزة ، يعمل كل منهما في نفس الاتجاه ، مع مجموعة متوازنة من عمليات القراءة والكتابة ، يتضاعف معدل تبادل البيانات. بمعنى آخر ، تعمل القناة الليفية في وضع الازدواج الكامل. من حيث الميجابايت ، فإن السرعة المقدرة للقناة الليفية هي 100 و 200 و 400 ميجابايت / ثانية على التوالي. في الواقع ، مع نسبة 50٪ من عمليات القراءة والكتابة ، تصل سرعة الواجهة إلى 200 و 400 و 800 ميجابايت / ثانية. حاليًا ، تعد حلول القنوات الليفية بسرعة 2 جيجابت في الثانية هي الأكثر شيوعًا لأنها تقدم أفضل نسبة سعر / أداء.

لاحظ أنه يمكن تقسيم معدات القناة الليفية تقريبًا إلى أربع فئات رئيسية: المحولات والمحاور والمفاتيح وأجهزة التوجيه ، وهذه الأخيرة لم تستخدم على نطاق واسع بعد.

تم تصميم حلول القنوات الليفية عادةً للمؤسسات التي تحتاج إلى الاحتفاظ بكميات كبيرة من المعلومات عبر الإنترنت ، وتسريع التخزين الأساسي والثانوي للشبكات كثيفة البيانات ، وإزالة التخزين من الخوادم عبر مسافات أطول. مسموح به في معيار SCSI. التطبيقات النموذجية لحلول القنوات الليفية هي قواعد البيانات وبنوك البيانات وأنظمة التحليل ودعم القرار التي تعتمد على كميات كبيرة من البيانات وأنظمة التخزين والمعالجة لمعلومات الوسائط المتعددة للتلفزيون واستوديوهات الأفلام وكذلك الأنظمة التي يجب أن تكون الأقراص فيها بعيدة عن الخوادم. أسباب.

تتيح القناة الليفية فصل جميع تدفقات البيانات بين خوادم المؤسسة وأرشفة البيانات وما إلى ذلك من الشبكة المحلية للمستخدم. في هذا الإصدار ، تكون إمكانيات التكوين هائلة - يمكن لأي خادم الوصول إلى أي مورد قرص يسمح به مسؤول النظام ، ومن الممكن الوصول إلى نفس القرص لعدة أجهزة في وقت واحد ، وبسرعة عالية جدًا. يجعل هذا الخيار أيضًا أرشفة البيانات مهمة سهلة وشفافة. في أي وقت ، يمكنك إنشاء مجموعة ، وتحرير الموارد لها على أي من أنظمة تخزين القنوات الليفية. القياس أيضًا واضح ومفهوم تمامًا - اعتمادًا على القدرات المفقودة ، يمكنك إضافة خادم (سيتم شراؤه بناءً على قدراته الحاسوبية فقط) أو نظام تخزين جديد.

إحدى الميزات المهمة والضرورية للغاية للقناة الليفية هي القدرة على تقسيم النظام أو تقسيمه ، كما يقولون. تتشابه المناطق مع الشبكات المحلية الظاهرية على شبكة المنطقة المحلية - لا تستطيع الأجهزة الموجودة في مناطق مختلفة "رؤية" بعضها البعض. التقسيم ممكن إما من خلال Switched Fabric أو WWN (الاسم العالمي). عنوان WWN مشابه لعنوان MAC في شبكات Ethernet ، ولكل وحدة تحكم FC عنوان WWN الفريد الخاص بها ، والذي يتم تعيينه من قبل الشركة المصنعة ، وأي نظام تخزين صحيح يسمح لك بإدخال عناوين وحدات التحكم أو منافذ المصفوفة التي يستخدمها هذا الجهاز يسمح للعمل مع. يهدف تقسيم المناطق بشكل أساسي إلى تحسين أمان وأداء شبكات SAN. على عكس الشبكة العادية ، من المستحيل الوصول إلى جهاز مغلق لمنطقة معينة من العالم الخارجي.

تقنية FICON توفر تقنية FICON (FIber CONnection) أداءً متزايدًا وممتدًا وظائفوالتواصل عبر مسافات طويلة. كبروتوكول لنقل البيانات ، فإنه يعتمد على معيار القناة الليفية ANSI (FC-SB-2). اعتمد أول معيار للأغراض العامة لشركة IBM للاتصال بين الأجهزة المركزية والأجهزة الخارجية (مثل الأقراص والطابعات ومحركات الأشرطة) على اتصالات متوازية ، لا تختلف كثيرًا عن الكابلات متعددة النواة والموصلات متعددة الأطراف التي تم استخدامها في تلك السنوات للاتصال طابعات سطح المكتب إلى أجهزة الكمبيوتر ... تم استخدام العديد من الأسلاك المتوازية لنقل المزيد من البيانات "في وقت واحد" (بالتوازي) ؛ في الحاسبات المركزية كان يطلق عليه اسم الحافلة والعلامة. كانت الموصلات والكابلات كبيرة الحجم هي الطريقة الوحيدة للتواصل حتى وصلت إلى السوق في التسعينيات. تكنولوجيا ESCON. كانت تقنية مختلفة اختلافًا جوهريًا: لأول مرة ، تم استخدام الألياف الضوئية بدلاً من النحاس ، ولم يتم نقل البيانات بشكل متوازٍ ، ولكن في سلسلة. كان الجميع يدرك جيدًا أن ESCON كانت أفضل بكثير وأسرع بشكل ملحوظ ، على الأقل على الورق ، ولكن قبل الاعتماد العام للتكنولوجيا ، استغرق الأمر الكثير من الاختبار والجهد لإقناع المشترين. يُعتقد أن تقنية ESCON قد ظهرت خلال سوق راكد ؛ بالإضافة إلى ذلك ، تم تقديم الأجهزة التي تدعم هذا المعيار بتأخير ملحوظ ، لذلك لاقت التكنولوجيا استقبالًا رائعًا ، واستغرق اعتمادها على نطاق واسع ما يقرب من أربع سنوات. مع FICON ، كرر التاريخ نفسه إلى حد كبير. لأول مرة تم تقديم هذه التقنية من قبل شركة IBM على خوادم S / 390 في عام 1997. وكان من الواضح على الفور للعديد من المحللين أن هذا يعد من نواح كثيرة حلاً أكثر تقدمًا من الناحية الفنية. ومع ذلك ، لعدة سنوات ، تم استخدام FICON بشكل حصري تقريبًا لتوصيل محركات الأشرطة (حل محسّن بشكل كبير لغرض إنشاء النسخ الاحتياطيةوالاسترداد) والطابعات. لم يكن الأمر كذلك حتى عام 2001 عندما قامت شركة IBM أخيرًا بتجهيز FICON بخادم Enterprise Storage Server ، والذي يحمل الاسم الرمزي Shark. تزامن هذا الحدث مرة أخرى مع الانكماش الاقتصادي الحاد حيث تباطأ إدخال التقنيات الجديدة في الشركات. بعد مرور عام ، ظهر عدد من الظروف التي ساهمت في التعجيل باعتماد FICON. هذه المرة ، لم يعد مفهوم الألياف جديدًا ، وانتشرت تقنيات شبكة منطقة التخزين (SAN) في كل من عالم الحاسوب المركزي وخارجه. يستمر سوق التخزين في النمو بشكل مطرد. أجهزة اليوم تسمى المخرجين ، المصممة أصلاً لدعم ESCON ، تدعم الآن معيار القناة الليفية وتستخدم لنشر حلول FICON. وفقًا للمطورين ، يوفر FICON وظائف أكثر بكثير من القناة الليفية.

InfiniBand

تحدد بنية InfiniBand معيارًا مشتركًا للتعامل مع الاتصالات والشبكات والتخزين I / O. أدى هذا المعيار الجديد إلى تشكيل InfiniBand Trade Association (IBTA ، http://www.infinibandta.org). ببساطة ، InfiniBand هو معيار هندسة الإدخال / الإخراج من الجيل التالي الذي يتخذ نهجًا شبكيًا لتوصيل خوادم مركز البيانات وأنظمة التخزين وأجهزة الشبكات.

تم تصميم InfiniBand كحل مفتوح يمكن أن يحل محل جميع تقنيات الشبكات الأخرى في مجموعة متنوعة من المجالات. ينطبق هذا أيضًا على تقنيات LAN الشائعة (جميع أنواع شبكات الإيثرنت والتخزين ، على وجه الخصوص ، القنوات الليفية) ، وشبكات المجموعات المتخصصة (Myrinet ، SCI ، إلخ) ، وحتى توصيل أجهزة الإدخال / الإخراج بجهاز كمبيوتر كبديل محتمل حافلات PCI وقنوات I / O مثل SCSI. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تعمل البنية التحتية InfiniBand على دمج الأجزاء باستخدام تقنيات مختلفة في نظام واحد. تكمن ميزة InfiniBand على تقنيات الشبكات العنقودية المتخصصة عالية الأداء في تعدد استخداماتها. Oracle ، على سبيل المثال ، تدعم InfiniBand في حلول التجميع الخاصة بها. قبل عام ، قامت HP و Oracle بتعيين سجل أداء TPC-H (لقواعد بيانات 1 تيرابايت) على مجموعة InfiniBand المستندة إلى ProLiant DL585 والتي تعمل بنظام Oracle 10g على Linux. في صيف 2005 ، حققت شركة IBM ارتفاعات قياسية لـ TPC-H (لقواعد بيانات 3 تيرابايت) في بيئة DB2 و SuSE Linux Enterprise Server 9 في مجموعة InfiniBand المستندة إلى xSeries 346. وفي الوقت نفسه ، كانت التكلفة المحققة لكل معاملة تقريبًا نصف أقرب المنافسين.

باستخدام تقنية تسمى نسيج الشبكة المحول ، أو الشبكة ، يقوم InfiniBand بتحويل حركة مرور الإدخال / الإخراج من معالجات الخادم إلى الأجهزة الطرفية والمعالجات أو الخوادم الأخرى في جميع أنحاء المؤسسة. يتم استخدام كبل خاص (رابط) كقناة مادية ، مما يوفر معدل نقل بيانات يبلغ 2.5 جيجابت في الثانية في كلا الاتجاهين (InfiniBand 1x). تم تنظيم العمارة على أنها بنية متعددة المستويات مع أربع طبقات للأجهزة والطبقات العليا مطبقة في البرنامج. في كل قناة مادية ، يمكنك تنظيم العديد من القنوات الافتراضية ، مع تخصيص أولويات مختلفة لها. لزيادة السرعة ، هناك إصدارات 4x و 12x من InfiniBand ، والتي تستخدم 16 و 48 سلكًا ، على التوالي ، ومعدلات نقل البيانات فوقها هي 10 جيجابت / ثانية (InfiniBand 4x) و 30 جيجابت / ثانية (InfiniBand 12x).

هناك طلب على الحلول القائمة على بنية InfiniBand في أربعة أسواق رئيسية: مراكز بيانات الشركات (بما في ذلك مستودعات البيانات) ومجموعات الكمبيوتر عالية الأداء والتطبيقات والاتصالات المضمنة. تسمح تقنية InfiniBand بتجميع الخوادم المتوافقة مع معايير الصناعة لتوفير أداء مركز البيانات وقابلية التوسع والمرونة - وهي إمكانات لا توجد عادةً إلا في الأنظمة الأساسية المتطورة التي تبلغ قيمتها ملايين الدولارات. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن توصيل تخزين InfiniBand بمجموعات الخوادم ، مما يسمح بربط جميع موارد التخزين مباشرة بحساب الموارد. يبحث سوق المجموعات عالية الأداء بقوة عن طرق جديدة لتوسيع القدرات الحسابية وبالتالي يمكنه الاستفادة بشكل كبير من الإنتاجية العالية وزمن الانتقال المنخفض وقابلية التوسع الفائقة التي توفرها منتجات InfiniBand منخفضة التكلفة. ستستفيد التطبيقات المضمنة مثل الأنظمة العسكرية وأنظمة الوقت الفعلي وتدفق الفيديو وغير ذلك بشكل كبير من موثوقية ومرونة اتصالات InfiniBand. بالإضافة إلى ذلك ، يطالب سوق الاتصالات باستمرار بزيادة عرض النطاق الترددي ، والذي يتم تحقيقه من خلال اتصالات InfiniBand بسرعة 10 جيجابت في الثانية و 30 جيجابت في الثانية.

في الطبقة المادية لبروتوكول InfiniBand ، يتم تحديد الخصائص الكهربائية والميكانيكية ، بما في ذلك كابلات الألياف والنحاس والموصلات والمعلمات التي تحدد خصائص التبديل السريع. على مستوى الروابط ، يتم تحديد معلمات الحزم المرسلة والعمليات التي تربط نقطة بنقطة وميزات التبديل في الشبكة الفرعية المحلية. تحدد طبقة الشبكة قواعد توجيه الحزم بين الشبكات الفرعية ؛ داخل الشبكة الفرعية ، هذه الطبقة غير مطلوبة. توفر طبقة النقل تجميع الرزم في رسالة وتعدد إرسال للقنوات وخدمات النقل.

دعونا نلاحظ بعض دلائل الميزاتبنية InfiniBand. يستخدم الإدخال / الإخراج والتجميع بطاقة InfiniBand واحدة في الخادم ، مما يلغي الحاجة إلى بطاقات اتصال وتخزين منفصلة (ومع ذلك ، بالنسبة لخادم نموذجي ، يوصى بتثبيت اثنتين من هذه البطاقات تم تكوينهما للتكرار). يكفي اتصال واحد فقط بمحول InfiniBand لكل خادم أو شبكة IP أو نظام SAN (يتم تقليل التكرار إلى تكرار بسيط للاتصال بمحول آخر). أخيرًا ، تعمل بنية InfiniBand على حل قيود الاتصال وعرض النطاق الترددي داخل الخادم مع الاستمرار في توفير النطاق الترددي وإمكانية الاتصال المطلوبة الأنظمة الخارجيةتخزين.

تتكون بنية InfiniBand من المكونات الثلاثة الرئيسية التالية (الشكل 3). يتم تثبيت HCA (Host Channel Adapter) داخل خادم أو محطة عمل تعمل كمضيف رئيسي (مضيف). يعمل كواجهة بين وحدة التحكم في الذاكرة والعالم الخارجي ويعمل على توصيل الأجهزة المضيفة بالبنية التحتية للشبكة القائمة على تقنية InfiniBand. يقوم HCA بتنفيذ بروتوكول المراسلة والآلية الأساسية الوصول المباشرللذاكرة. يتصل بمحول InfiniBand واحد أو أكثر ويمكنه تبادل الرسائل مع واحد أو أكثر من TCAs. تم تصميم مهايئ القناة الهدف (TCA) لتوصيل أجهزة مثل محركات الأقراص أو صفيفات الأقراص أو وحدات تحكم الشبكة بشبكة InfiniBand. وهي بدورها بمثابة واجهة بين مفتاح InfiniBand ووحدات تحكم الإدخال / الإخراج الطرفية. لا يجب أن تكون وحدات التحكم هذه من نفس النوع أو تنتمي إلى نفس الفئة ، مما يسمح بدمج أجهزة مختلفة في نظام واحد. وبالتالي ، يعمل TCA كبرنامج وسيط مادي بين حركة البيانات في نسيج InfiniBand ووحدات تحكم الإدخال / الإخراج الأكثر تقليدية للأنظمة الفرعية الأخرى مثل Ethernet و SCSI والقناة الليفية. وتجدر الإشارة إلى أن TCA يمكن أن تتفاعل مع HCA مباشرة. توفر محولات وأجهزة توجيه InfiniBand نقاط إرساء مركزية ، ويمكن توصيل العديد من TCAs بـ HCA للإدارة. تشكل محولات InfiniBand جوهر البنية التحتية للشبكة. بمساعدة قنوات متعددة ، يتم توصيلهم ببعضهم البعض ومع TCA ؛ في هذه الحالة ، يمكن تنفيذ آليات مثل تجميع القنوات وموازنة الحمل. إذا كانت المحولات تعمل داخل شبكة فرعية واحدة مكونة من أجهزة متصلة مباشرة ، فإن أجهزة توجيه InfiniBand تجمع بين هذه الشبكات الفرعية ، مما يؤدي إلى إنشاء اتصال بين محولات متعددة.

أرز. 3. المكونات الرئيسية لشبكة SAN القائمة على InfiniBand.

تم تضمين معظم الإمكانات المنطقية المتقدمة لنظام InfiniBand في المحولات التي تربط العقد بنظام الإدخال / الإخراج. يقوم كل نوع محول بإلغاء تحميل المضيف من أداء مهام النقل باستخدام محول ارتباط InfiniBand ، وهو المسؤول عن تنظيم رسائل الإدخال / الإخراج في حزم لتسليم البيانات عبر الشبكة. نتيجة لذلك ، يتم تحرير نظام التشغيل على المضيف ومعالج الخادم من هذه المهمة. تجدر الإشارة إلى أن مثل هذه المنظمة تختلف اختلافًا جوهريًا عما يحدث في الاتصالات القائمة على بروتوكول TCP / IP.

تحدد InfiniBand مجموعة مرنة للغاية من روابط الاتصالات وآليات طبقة النقل لضبط خصائص InfiniBand SAN بناءً على متطلبات التطبيق ، بما في ذلك:

• حزم متغيرة الحجم
• الحجم الأقصى لوحدة الإرسال: 256 ، 512 بايت ، 1 ، 2 ، 4 كيلوبايت ؛
• Layer 2 Local Route Headers (LRH) لتوجيه الحزم إلى المنفذ الصحيح على محول القناة ؛
• رأس طبقة 3 إضافية للتوجيه العالمي (GRH ، رأس المسار العالمي) ؛
• دعم متعدد؛
• المجاميع الاختبارية المتغيرة والثابتة (VCRC واللجنة الدولية للصليب الأحمر) لضمان سلامة البيانات.

يحدد الحجم الأقصى لوحدة الإرسال خصائص النظام مثل اهتزاز توقيت الحزم ، والتعبئة العامة للتغليف ، والكمون المستخدم عند تصميم أنظمة ببروتوكولات متعددة. تعمل القدرة على حذف معلومات التوجيه العام عند إعادة التوجيه إلى وجهة شبكة فرعية محلية على تقليل عبء الاتصال المحلي. يتم إعادة حساب رمز VCRC في كل مرة يمر فيها الارتباط التالي لقناة الاتصال ، ويتم حساب رمز اللجنة الدولية للصليب الأحمر عندما تتلقى الوجهة الحزمة ، مما يضمن سلامة الإرسال على طول الرابط وعلى طول قناة الاتصال بأكملها.

يحدد InfiniBand التحكم في التدفق المستند إلى الإذن - لمنع رأس الخط وفقدان الحزمة - بالإضافة إلى التحكم في تدفق طبقة الارتباط والتحكم في التدفق من طرف إلى طرف. يتفوق التحكم في طبقة الارتباط المستند إلى الأذونات على بروتوكول XON / XOFF المستخدم على نطاق واسع ، مما يلغي الحد الأقصى من قيود النطاق ويوفر استخدامًا أفضل للرابط. يرسل الطرف المستلم لخط الاتصال إذنًا إلى جهاز الإرسال يشير إلى مقدار البيانات التي يمكن تلقيها بشكل موثوق. لا يتم إرسال أي بيانات حتى يرسل جهاز الاستقبال إذنًا يشير إلى وجود مساحة خالية في المخزن المؤقت للاستقبال. تم تضمين آلية لنقل الأذونات بين الأجهزة في بروتوكولات الاتصال والارتباط لضمان التحكم الموثوق به في التدفق. يتم تنظيم التحكم في تدفق طبقة الارتباط على أساس كل VC لمنع تصادمات الإرسال الشائعة في التقنيات الأخرى.

باستخدام InfiniBand ، سيتم التواصل مع وحدات التخزين عن بُعد والشبكات والتوصيلات من خادم إلى خادم عن طريق توصيل جميع الأجهزة من خلال هيكل مركزي ومحول وموحد. تسمح بنية InfiniBand بوضع أجهزة الإدخال / الإخراج على مسافة تصل إلى 17 مترًا من الخادم باستخدام الأسلاك النحاسية ، وما يصل إلى 300 متر باستخدام كابل الألياف البصرية متعدد الأوضاع ، وما يصل إلى 10 كيلومترات باستخدام الألياف أحادية الوضع.

اليوم ، تكتسب InfiniBand شعبية ببطء مرة أخرى باعتبارها تقنية العمود الفقري لمجموعات الخوادم والتخزين ، وفي مراكز البيانات كأساس للاتصالات بين الخوادم وأنظمة التخزين. تقوم منظمة تسمى تحالف OpenIB (Open InfiniBand Alliance ، http://www.openib.org) بالكثير في هذا الاتجاه. على وجه التحديد ، يهدف التحالف إلى تطوير حزمة دعم برامج InfiniBand قياسية مفتوحة المصدر لنظامي Linux و Windows. قبل عام ، تم تضمين دعم تقنية InfiniBand رسميًا في Linux kernel. بالإضافة إلى ذلك ، في نهاية عام 2005 ، أظهر ممثلو OpenIB إمكانية استخدام تقنية InfiniBand عبر مسافات طويلة. كان أفضل إنجاز خلال العرض التوضيحي هو نقل البيانات بسرعة 10 جيجابت في الثانية على مسافة 80.5 كم. شملت التجربة مراكز بيانات لعدد من الشركات والمؤسسات العلمية. عند كل نقطة نهاية ، تم تغليف InfiniBand على واجهات SONET OC-192c أو ATM أو 10 Gigabit Ethernet دون التضحية بالنطاق الترددي.