Желілерде ақпаратты тасымалдаудың жаңа технологиялары. Ақпаратты тасымалдаудың жаңа технологиялары

1. Кіріспе

Телекоммуникация туралы түсінік

Ақпарат теориясының элементтері

1.3.1 Ақпараттың анықтамалары.

1.3.2 Ақпараттың көлемі

1.3.3 Энтропия

1.4. Хабарламалар мен сигналдар

Тақырып 2 . Ақпараттық желілер

2.2. LAN конфигурациясы.

Тақырып 3.

3.2. Анықтамалық үлгі (OSI)

Тақырып 4.

4.1. Сымды байланыс желілері

4.2. Оптикалық байланыс желілері

Тақырып 5.

Тақырып 6..

Тақырып 7.

7.2. IP желілерінде адрестеу

7.3. IP протоколы

Дәріс 1

Телекоммуникациялар. Ақпарат туралы түсінік. Ақпаратты тасымалдау жүйелері. Ақпарат көлемін өлшеу

Телекоммуникация туралы түсінік

Ақпаратты тасымалдау технологияларын қарастырмас бұрын әртүрлі ақпарат түрлері берілетін желілерді (жүйелерді) қарастырайық. Ақпарат (дыбыс, сурет, деректер, мәтін) телекоммуникациялық және компьютерлік желілер арқылы беріледі.

Телекоммуникациялар(грекше tele - алыс, алыс және лат. коммуникация - байланыс) - әртүрлі электромагниттік жүйелер (кабельдік және талшықты-оптикалық арналар, радиоарналар және т.б., сымды және сымсыз байланыс арналары).

Телекоммуникациялық жүйе- жинақ техникалық объектілер, ұйымдастыру шаралары мен субъектілері, ақпаратқа қосылу, беру, қол жеткізу процестерін жүзеге асыру.

Телекоммуникациялық жүйелер бірге байланыс құралыменпішін телекоммуникациялық желілер.

Телекоммуникациялық желілербайланыс түрлері бойынша (телефондық байланыс желілері, деректерді беру желілері және т.б.) бөлу және қажет болған жағдайда әртүрлі аспектілерде (техникалық, экономикалық, технологиялық, техникалық және т.б.) қарастырған жөн.

Телекоммуникациялық желілердің мысалдары:

– пошта қызметі;

– қоғамдық телефон байланысы (PSTN);

– ұялы телефон желілері;

- телеграфтық байланыс;

- Интернет – компьютерлік желілердің өзара әрекеттесуінің ғаламдық желісі;

– сымды хабар тарату желісі;

– кабельдік хабар тарату желісі;

– телерадио хабарларын тарату желісі;

және басқа да ақпараттық желілер.

Қашықтықта байланысты жүзеге асыру үшін телекоммуникациялық жүйелер мыналарды пайдаланады:

– коммутациялық жүйелер;

– мәліметтерді тасымалдау жүйелері;

– жіберу арналарына қол жеткізу және басқару жүйелері;

– ақпаратты түрлендіру жүйелері.

Мәліметтерді беру жүйесі- жинақ болып табылады байланыс арналары, орталықтары ауысу, телепроцессорлар, мультиплексорлар деректерді беружәне коммуникацияны орнатуға және іске асыруға арналған бағдарламалық құралдар.

астында мәліметтерді тасымалдау жүйесі ( SPD) физикалық орта (ФС) деп түсініледі, атап айтқанда: сигнал таралатын орта (мысалы, кабель, оптикалық талшық (оптикалық талшық), радио және т.б.).

Дәрістердің бұл курсы физикалық, арналық және желілік деңгейлерде ақпаратты тасымалдау технологиясын зерттеуге арналған.

Курстың ең маңызды аспектісі – ақпарат түсінігі. Қазіргі уақытта ақпараттың ғылыми термин ретіндегі бірыңғай анықтамасы жоқ.

Мұнда ақпараттың кейбір анықтамалары берілген:

1. Ақпарат(лат. ақпарат- «нақтылау, көрсету, хабардар ету») - бұл ақпарат(хабарламалар, деректер), олардың ұсынылу формасына қарамастан.

2. Ақпарат- тұлғалар, заттар, фактілер, оқиғалар, құбылыстар мен процестер туралы мәліметтер, олардың берілу формасына қарамастан.

Ақпарат белгісіздікті азайтады, білімнің толық еместігіадамдар, заттар, оқиғалар туралы және т.б.

Ақпарат теориясында белгісіздік өлшеміәртүрлі нәтижелерге ие болуы мүмкін кез келген тәжірибе (тест), демек, ақпарат көлемі энтропия деп аталады.

Бұл сөздің күнделікті өмірде жиі қолданылатын кең мағынасында, энтропия жүйедегі тәртіпсіздік өлшемін білдіреді; азырақжүйе элементтері белгілі бір тәртіпке бағынады, энтропия соғұрлым жоғары болады.

Көбірек ақпарат, жүйе неғұрлым реттелген, және керісінше, соғұрлым аз ақпарат, соғұрлым жоғарыжүйелі хаос, соғұрлым жоғарыоның энтропия.

Байланыс: ақпарат – хабарлама – сигнал

Хабар- белгілі бір формада көрсетілген ақпарат болып табылады және көзден пайдаланушыға беруге арналған ( мәтіндер, фотосуреттер, сөйлеу, музыка, теледидарлық суретжәне т.б.). Ақпарат жаңалықты білдіретін хабарламаның бір бөлігі, яғни. бұрын белгісіз нәрсе.

Сигнал- бұл кеңістікте және уақытта таралатын физикалық процесс, оның параметрлері хабарламаны көрсетуге (құрамдауға) қабілетті.

Ақпаратты тасымалдау үшін қолданылады сигнал, бұл физикалық шама және ақпарат қандай да бір түрде оның параметрлерімен байланысты.

Осылайша, сигнал – белгілі бір жолмен өзгеретін физикалық шама. Телекоммуникациялық жүйелер мен желілер сигналдардың электрлік, оптикалық, электромагниттік және басқа түрлерін пайдаланады.

Телефон желілері

Бірінші кезеңтелефон желілерін дамыту – жалпыға ортақ телефон желілері (PSTN немесе PSTN). PSTN – аналогты немесе арқылы қосылған АТС жиынтығы сандық сызықтаркоммуникациялар (магистральдар) немесе қосу желілері және абоненттік желілер арқылы АТС-ке қосылған пайдаланушы (терминал) жабдығы. PSTN схемаларын коммутациялау технологиясын пайдаланады. Тізбекті коммутациялы желілердің артықшылығы - аудио және бейне ақпаратты кідіріссіз беру мүмкіндігі. кемшілігі – арналарды пайдаланудың төмендігі, мәліметтерді жіберудің жоғары құны, басқа пайдаланушылар үшін күту уақытының ұлғаюы.

Екінші кезең- ISDN телефон желілері. Сандықтың қазіргі буыны телефон желісі- ISDN. ISDN (Integrated Services Digital Network) - Біріктірілген қызметтердің цифрлық желісі, онда абоненттік желілерді қоса алғанда, телефон арналары арқылы тек цифрлық сигналдар беріледі.

ISDN BRI желісі ретінде телефон компаниясыжалпыға ортақ коммутациялық телефон желісінің (PSTN) мыс кабелін жиі пайдаланады, осылайша ISDN желісінің соңғы құнын төмендетеді.

ISDN қызметтерінің интеграциясы бар цифрлық желілер әртүрлі салалардағы ақпаратты тасымалдау мәселелерінің кең класын шешу үшін пайдаланылуы мүмкін, атап айтқанда: телефония; деректерді беру; қашықтағы жергілікті желілерді біріктіру; ғаламдық компьютерлік желілерге (Интернет) қол жеткізу; кідірістерге сезімтал трафикті беру (бейне, дыбыс); интеграция әртүрлі түрлерітрафик.

ISDN желісінің соңғы құрылғысы мыналар болуы мүмкін: сандық телефон, ISDN адаптері орнатылған бөлек компьютер, файл немесе мамандандырылған сервер, LAN көпірі немесе маршрутизатор, дауыс интерфейстері бар терминалдық адаптер (әдеттегі аналогтық телефонды немесе факсты қосу үшін), немесе сериялық интерфейстермен (деректерді тасымалдау үшін).

Еуропада іс жүзінде ISDN стандарты EuroISDN болып табылады, оны еуропалық телекоммуникация провайдерлері мен жабдық өндірушілерінің көпшілігі қолдайды.

Қазіргі уақытта PSTN және ISDN желілеріне қосылған коммутация орталықтары ұялы байланыс (әртүрлі операторлардың ұялы желілері өзара байланысты), бұл ұялы телефондардан стационарлық телефондарға (PSTN немесе ISDN) және керісінше қоңырауларды қамтамасыз етеді.

Интернетті (IP желілері) PSTN желісіне қосу үшінарнайы аналогтық VoIP шлюздері, және ISDN арқылы қолданылады сандық VoIP шлюздері. VoIP арнасының дауыстық сигналы әдеттегі PSTN телефон желісіне қосылған аналогтық телефонға немесе ISDN біріктірілген қызметтерінің сандық желісіне қосылған сандық телефонға тікелей бара алады.

Тіркелген телефониядағы негізгі желілер ретінде мыс кабель және PDH/SDH АТС біріктіру үшін пайдаланылады..

ұялы

Ұялы байланыс — 1) жерүсті базалық қабылдағыш станциялар желісінен, 2) шағын жылжымалы станциялардан (ұялы радиотелефондар) және 3) ұялы коммутатордан (немесе ұялы байланыс коммутация орталығынан) тұратын сымсыз телекоммуникациялық жүйе. GSM (ұялы байланыстың жаһандық жүйесі)

Ұялы: 1G, 2G, 2,5G, 3G, 4G, 5G. GSM (ұялы байланыстың жаһандық жүйесі)

теледидар желілері

Теледидар желілері (жер үсті, кабельдік және спутниктік) бейнені жіберуге арналған. Кабельдік теледидар қосылмаған байланыс арналарын пайдаланады. Алдымен бейне аналогтық түрде болды, кейін кабельдік және спутниктік теледидар цифрлық сигналдарға ауыстырылды. Қазіргі уақытта аналогтық телехабар тарату жұмысын тоқтатады, телехабар таратудың барлық түрлері сигналдарды цифрлық түрде тарататын болады.

Цифрлық телехабар тарату ашық стандарттарға негізделген және DVB консорциумының бақылауымен әзірленген.

Ең көп қолданылатын жүйелер:

· сандық спутниктік хабар тарату – DVB-S (DVB-S2);

· сандық кабельдік хабар тарату – DVB-C;

· цифрлық эфирлік хабар тарату – DVB-T (DVB-T2);

мобильді құрылғыларға арналған цифрлық хабар тарату - DVB-H;

IP арқылы теледидар DVB (IPTV);

· Интернет-теледидарнемесе ағын (Интернет теледидары).

Қатысты DVB-H, DVB-IPTV және Internet-теледидар, онда бұл әртүрлі желілердің, сондай-ақ терминалдық құрылғылардың интеграциясының (конвергенциясының) нәтижесі.

Ұялы DVB-H теледидарыИнтернет арқылы цифрлық бейнені PDA сияқты мобильді құрылғыларға жіберетін мобильді хабар тарату технологиясы, ұялы телефоннемесе портативті теледидар.

IPTV (DVB арқылы IP немесе MPEG арқылы IP) интернет арқылы таратылатын теледидар емес екенін ескеру маңызды. IPTV кәдімгі кабельдік теледидарға ұқсайды, тек ол абоненттік терминалға коаксиалды кабель арқылы емес, Интернет (ADSL модемі немесе Ethernet) арқылы бірдей арна арқылы келеді.

IPTV – негізінен MPEG2/MPEG4 пішіміндегі арналардың таратылуы (әдетте спутниктерден алынады). көлік желісіпровайдер, одан кейін бейне ойнатқыштардың бірі - VLC-ойнатқышы немесе IPTV - ойнатқышы арқылы компьютерде немесе арнайы мамандандырылған Set Top Box құрылғысы арқылы теледидарда көру.

Бейне ағыны ( Интернет-теледидар). Интернет-теледидардағы хабар тарату моделі басқа концепциялардан айтарлықтай ерекшеленеді. Бейне ағыны Интернет арқылы нақты уақытта бейнені жіберуге мүмкіндік беретін деректерді қысу және буферлеу технологияларын білдіреді.

Компьютерлік желілер

Бастапқы желілер

Қазіргі уақытта Интернетте төмен жылдамдықты телефон желілерінен жоғары жылдамдықты цифрлық спутниктік арналарға дейінгі барлық дерлік белгілі байланыс желілері қолданылады.

Ғаламдық желілердің байланыс арналары FDM, PDH/SDH, DWDM технологияларының бастапқы желілерімен ұйымдастырылған.(DiDouble Diem).

Бүгінгі таңда IP трафигі кез келген деректерді беру желісінің таптырмас атрибуты болғандықтан және сапалы қызмет көрсету үшін оны қолдамау мүмкін емес. ірі жаһандық желілердің көпшілігі, әсіресе байланыс операторларының желілері төрт деңгейлі схема бойынша салынған.

Күріш. 10. Қазіргі ғаламдық желінің төрт деңгейлі құрылымы

Екі төменгі деңгей нақты пакеттік желілерге жатпайды – бұл бастапқы желінің деңгейлері.

Негізгі немесе негізгі желілер коммутацияланған инфрақұрылымды құруға арналған. Бастапқы желілермен құрылған арналар негізінде екіншілік желілер ( компьютер немесе телефон) желілер.

Төменгі деңгейде спектрлік жылдамдықтарды қалыптастыратын ең жылдам толқын ұзындығын бөлу мультиплекстеу (Tense Wavelength Division Multiplexing) DWDM технологиясы жұмыс істейді. 10 Гбит/сЖоғарыда. Толқын ұзындығын бөлу мультиплексирлеу ( WDM) - толқын ұзындығын оптикалық бөлу мультиплекстеу технологиясы, әдетте деп аталады толқын ұзындығын бөлу мультиплексирлеу. WDM (DWDM, CWDM) мультиплексорына кез келген дерлік жабдықты қосуға болады: SONET/SDH, ATM, Ethernet.

Келесі деңгейде SDH технологиясы жұмыс істейді ( синхронды цифрлық иерархия). SDH / PDH стандарттары жоғары жылдамдықты оптикалық байланыс желілері үшін әзірленді - бірінші PDH (плесиохронды цифрлық иерархия, плезиохронды цифрлық иерархия), содан кейін неғұрлым жетілдірілген SDH (синхронды цифрлық иерархия, синхронды цифрлық иерархия), Еуропада кең таралған және оның американдық аналогы SONET. SONET/SDHпайдалануды көздейді уақытты мультиплекстеу әдісіжәне желі элементтері арасындағы трафик уақыт аралығын синхрондау және деректер жылдамдығы деңгейлері мен физикалық параметрлерді анықтайды.

Үшінші деңгей банкомат желісімен қалыптасады, оның негізгі мақсаты жаһандық желінің үшінші, жоғарғы деңгейінде жұмыс істейтін IP маршрутизаторларының интерфейстерін қосатын тұрақты виртуалды арналардың инфрақұрылымын құру болып табылады.

IP деңгейі композиттік желіні құрайды және транзит кезінде WAN арқылы IP трафигін жіберетін немесе Интернетпен IP арқылы өзара әрекеттесетін соңғы пайдаланушыларға қызмет көрсетеді.

Интернетте сондай-ақ «таза» IP желілері пайдаланылады, өйткені IP деңгейінен төмен ATM сияқты пакеттік коммутацияланатын басқа желі жоқ.

«Таза» IP желісінің құрылымы күріште көрсетілген. төменде.

Күріш. 11. «Таза» IP желісінің құрылымы

Мұндай желіде сандық арналарәлі де екі төменгі қабаттың инфрақұрылымымен қалыптасады және бұл сілтемелер ешқандай аралық қабатсыз IP маршрутизаторларының интерфейстерімен тікелей пайдаланылады.

Коммуникациялық желілердің дамуы дыбысты, кескіндерді және басқа деректер түрлерін бірге жіберу мүмкіндігін алу үшін біріктіру қажеттілігін көрсетті. Дискретті байланыс арналары аналогтық байланыс арналарына қарағанда сенімді және үнемді болғандықтан, олар негізге алынды. Осыған байланысты аналогтық желілердің саны тез азайып, олардың орнына дискретті желілер басылуда.

жұмсақ қосқыш

Softswitch (soft switch) — NGN келесі буын байланыс желісін басқару деңгейінің негізгі элементтерінің бірі болып табылатын икемді жұмсақ қосқыш.

Күріш. 15. Softswitch Қоғамдық коммуникациялар желісінің бөлігі ретінде

Softswitch - басқару құрылғысы NGN желісі, қосылымды басқару функцияларын коммутациялау функцияларынан бөлуге арналған, көптеген жазылушыларға қызмет көрсетуге және қолданбалы серверлермен өзара әрекеттесуге қабілетті, ашық стандарттарды қолдайтын. SoftSwitch — IP желісінің интеллектінің тасымалдаушысы, ол бір немесе бірнеше желі арқылы қоңырау қызметін басқаруды, сигнал беруді және қосылу мүмкіндіктерін үйлестіреді.

Softswitch-тің тағы бір маңызды функциясы келесі буын NGN желілерін сигнализация (SG) және медиа шлюздер (MG) арқылы бар дәстүрлі PSTN желілерімен қосу болып табылады.

Ақпаратты тасымалдау технологиялары

Тақырып 1. Ақпарат және ақпаратты беру жүйелерінің негізгі түсініктері

1. Кіріспе

Телекоммуникация туралы түсінік

Ақпарат теориясының элементтері

1.3.1 Ақпараттың анықтамалары.

1.3.2 Ақпараттың көлемі

1.3.3 Энтропия

1.4. Хабарламалар мен сигналдар

1.5. Телекоммуникациялық технологияларды дамытудың негізгі бағыттары

Тақырып 2 . Ақпараттық желілер

2.1. Ақпараттық желілердің сипаттамасы және классификациясы

2.2. LAN конфигурациясы.

2.3. Негізгі желі топологиялары

2.4. Желілік технологиялар жергілікті желілер

2.5. Ақпараттық желілерді құру жолдары

Тақырып 3. Ақпараттық желінің архитектурасы

3.1. Ақпараттық желілердің көпқабатты архитектурасы

3.2. Анықтамалық үлгі (OSI)

Тақырып 4. Байланыс желілері және деректер арналары

4.1. Сымды байланыс желілері

4.2. Оптикалық байланыс желілері

4.3. Сымсыз байланыс арналары

4.4. Спутниктік деректер арналары

Тақырып 5. Физикалық деңгейде мәліметтерді тасымалдау технологиялары

5.1 Физикалық қабаттың негізгі функциялары

5.2. Түрлендіру әдістері дискретті сигналдар(модуляция және кодтау):

5.2.1. Дискретті сигналдардың аналогтық модуляциясы (AM, FM, FM)

5.2.2. Дискретті сигналдарды цифрлық кодтау (импульс және потенциал)

5.3. PCM аналогтық сигналдары

5.4. Мультиплекстеу әдістері:

5.4.1. FDM әдісі

5.4.2. Time Division Multiplexing TDM

5.4.3. WDM толқын ұзындығы бойынша (талшықты-оптикалық байланыс арналарында)

Тақырып 6. Деректерді байланыстыру деңгейінде деректерді тасымалдау технологиялары.

6.1. LAN және жалға алынған желілердегі деректер байланысы деңгейінде деректерді беру технологиялары (Ethernet, Token Ring, FDDI; SLIP, HDLC, PPP)

6.2. WAN байланыс деңгейі немесе магистральдық тасымалдау технологиялары (X.25, Frame Relay, ATM, MPLS, Ethernet; ISDN, PDH, SDH/SONET, WDM/DWDM)

Тақырып 7. Композиттік желілерде желі деңгейінде ақпаратты тасымалдау технологиялары (IP желілері)

7.1. Желілік деңгейге негізделген желі

7.2. IP желілерінде адрестеу

7.3. IP протоколы

7.4. Деректер желілеріндегі маршруттау.

7.5. Деректер ағынын басқару.

Курстың 108 академиялық сағаттық оқу жоспары 3 кредиттен тұратын бір мазмұндық (білім беру) модулінен (ECTS кредитінің көлемі 36 академиялық сағат) тұрады және аудиториялық жұмыстар мен студенттердің өзіндік жұмыстарынан тұрады.

Ақпаратты тасымалдау технологияларын қарастырған кезде идеалды желі архитектурасының құрылымын сипаттайтын модель OSI моделін атап өтуге болмайды. Осы дипломдық жобада талқыланатын әрбір интерфейс және беру хаттамасы осы модельде өзінің нақты деңгейін алады.

1. ось үлгісі

Желінің әртүрлі құрамдас бөліктері өзара әрекеттесу үшін олар бірдей ақпарат алмасу протоколын пайдаланып жұмыс істеуі керек, яғни бір тілде «сөйлеуі» керек. Хаттама желі объектілерінің өзара әрекеттесуінің барлық деңгейлерінде ақпарат алмасуды ұйымдастыру ережелерінің жиынтығын анықтайды. Деңгейлерді анықтау үшін «сызғыш» ретінде Халықаралық стандарттау ұйымы (ISO) әзірлеген OSI (Open System Interconnect) моделі қолданылады. OSI үлгісі желідегі құрылғылар арасында ақпарат алмасу процесін қарастыру үшін өзара әрекеттесудің жеті деңгейіне ие. Желілік деңгейлердің әрқайсысы салыстырмалы түрде автономды және бөлек қарастырылады. OSI моделі әрбір қабаттың функцияларын анықтау үшін қолданылады. Бұл модель негізінен 2 түрлі модельді қамтиды:

әртүрлі машиналардағы бағдарламалар мен процестердің өзара әрекеттесу механизмін қамтамасыз ететін көлденең хаттама негізіндегі модель;

бір машинада көрші қабаттардың бір-біріне көрсететін қызметтеріне негізделген тік үлгі.

1.1.1-сурет OSI моделі

Физикалық деңгей (физикалық деңгей) – екілік түрде берілген деректерді бір құрылғыдан (компьютерден) екіншісіне тасымалдау әдісін анықтайтын модельдің төменгі деңгейі. Электрлік немесе оптикалық сигналдарды кабельге немесе радио ауаға беру цифрлық сигналдарды кодтау әдістеріне сәйкес жүзеге асырылады. Физикалық қабаттың спецификациялары кернеу деңгейлерін, кернеу уақытын, физикалық ақпаратты беру жылдамдығын, ақпаратты тасымалдаудың максималды қашықтығын, медиа талаптарын, физикалық қосқыштарды және басқа ұқсас сипаттарды анықтайды.

Физикалық деңгей функциялары желіге қосылған барлық құрылғыларда жүзеге асырылады. Компьютер жағында физикалық деңгейдің функцияларын компьютерді тасымалдау ортасына немесе сериялық портқа қосу үшін механикалық интерфейсті қамтамасыз ететін желілік адаптер орындайды. Физикалық деңгей оптикалық талшықты, бұралған жұпты, коаксиалды кабельді, спутниктік деректер байланысын және т.б. сияқты деректерді тасымалдау құралдарының түрлерін анықтайды.

Физикалық деңгейге қатысты желілік интерфейстердің стандартты түрлері: USB, RS-232, RS-485, RJ-45, Ethernet физикалық интерфейстері (10BASE-T, 100BASE-T және 1000BASE-TX). Негізгі физикалық деңгей протоколдары: IEEE 802.15 (bluetooth), EIA RS-232, RS-485, DSL(сандық абоненттік желі), ISDN (біріктірілген қызметтердің цифрлық желісі), 802.11 Wi-Fi, GSM, RFID, 802.15.4.

Деректер байланысының деңгейі физикалық арна арқылы сенімді деректер транзитін қамтамасыз етеді. Ол битпен берілген физикалық деңгейден алынған мәліметтерді фреймдерге буып, олардың тұтастығын тексереді және қажет болған жағдайда қателерді түзетеді (зақымдалған кадрға қайталанатын сұранысты қалыптастырады) және оны желілік деңгейге жібереді. Бұл тапсырманы орындау кезінде байланыс деңгейі физикалық адрестеу, желі топологиясы, ақаулар туралы хабарлау, деректер блоктарын ретімен жеткізу және ақпарат ағынын басқару мәселелерімен айналысады. Әдетте бұл деңгей екі ішкі деңгейге бөлінеді: жоғарғы жартысында қателерді тексеруді және желі деңгейіне техникалық қызмет көрсетуді жүзеге асыратын LLC (Logical Link Control) және төменгі жартысында физикалық адресацияға жауап беретін MAC (Media Access Control) және физикалық деңгейде пакеттерді қабылдау/беру. Бұл деңгейде коммутаторлар, көпірлер және басқа құрылғылар жұмыс істейді, олар екінші деңгейлі құрылғылар деп аталады.

Сілтеме деңгейінің протоколдары: Controller Area Network (CAN), IEEE 802.3 Ethernet, Fiber Distributed Data Interface (FDDI), Frame Relay, IEEE 802.11 сымсыз LAN, 802.15.4, Point-to-Point Protocol (PPP), Token ring, x. 25, банкомат.

Бағдарламалауда бұл деңгей желілік карта драйверін білдіреді, операциялық жүйелерде арна мен желі деңгейлерінің бір-бірімен әрекеттесуі үшін бағдарламалық интерфейс бар. Бұл жаңа деңгей емес, жай ғана белгілі бір ОЖ үшін үлгіні іске асыру. Мұндай интерфейстердің мысалдары: ODI, NDIS, UDI.

Желілік деңгей (сеанс деңгейі) әртүрлі географиялық орындарда орналасуы мүмкін әртүрлі «ішкі желілерге» қосылған екі соңғы жүйе арасындағы байланыс пен бағытты таңдауды қамтамасыз етеді. Желілік деңгей логикалық мекенжайлар мен атауларды физикалық мекенжайларға аударуға, ең қысқа жолдарды анықтауға, коммутация мен маршрутизацияға, проблемаларды және желідегі «кептелуді» бақылауға жауап береді. Желілік деңгей протоколдары деректерді көзден тағайындалған жерге бағыттайды. Осы деңгейде жұмыс істейтін құрылғылар (маршрутизаторлар) шартты түрде үшінші деңгейдегі құрылғылар деп аталады (OSI моделіндегі деңгей нөміріне сәйкес).

Желілік деңгей протоколдары: IP/IPv4/IPv6 (Internet Protocol), IPX (Internetwork Packet Exchange), X.25 (2-деңгейде ішінара жүзеге асырылады), IPsec (Internet Protocol Security). Маршруттау протоколдары – RIP (Routing Information Protocol), OSPF (Open Shortest Path First).

Тасымалдау деңгейі (тасымалдау деңгейі) - деректерді тасымалдауға жауапты қабаттардың ең жоғарысы, жіберушіден алушыға деректерді сенімді тасымалдауды қамтамасыз етуге арналған. Бұл ретте сенімділік деңгейі кең ауқымда әртүрлі болуы мүмкін. Тасымалдау деңгейінің протоколдарының көптеген кластары бар, олар тек негізгі тасымалдау функцияларын қамтамасыз ететін протоколдардан бастап (мысалы, растаусыз деректерді беру функциялары), бірнеше деректер пакеттерінің тағайындалған жерге дұрыс реттілікпен жеткізілуін қамтамасыз ететін хаттамаларға дейін, бірнеше деректерді мультиплекстеу ағындар, деректер ағынын басқару механизмін қамтамасыз етеді және алынған деректердің дұрыстығына кепілдік береді.

Мысалы, UDP бір датаграммадағы деректер тұтастығын бақылаумен шектеледі және бүкіл пакетті жоғалту немесе пакеттерді көшіру немесе деректер пакеттерін алу ретін бұзу мүмкіндігін жоққа шығармайды. Ол IP-пакет тақырыбына екі өрісті қосады, олардың біреуі «порт» өрісі әртүрлі қолданбалы процестер арасында ақпаратты мультиплексирлеуді қамтамасыз етеді, ал екіншісі - «бақылау сомасы» - деректердің тұтастығын сақтауға мүмкіндік береді.

UDP қолданатын желілік қолданбалардың мысалдары NFS және SNMP болып табылады.

TCP деректердің жоғалуын немесе олардың келу немесе қайталану тәртібін бұзуды қоспағанда, сенімді үздіксіз деректерді беруді қамтамасыз етеді, ол деректердің үлкен бөліктерін фрагменттерге бөлу және керісінше фрагменттерді бір пакетке желімдеу арқылы деректерді қайта тарата алады.

Негізгі транспорттық деңгей протоколдары: SPX (Sequenced Packet Exchange), TCP (Transmission Control Protocol), UDP (User Datagram Protocol).

Сеанс деңгейі презентация деңгейінің нысандары арасындағы сөйлесуді синхрондайды және сеансты құруды/тоқтатуды, ақпарат алмасуды, деректерді тасымалдау құқығын анықтауды және қолданбаның әрекетсіздігі кезеңдерінде сеансқа қызмет көрсетуді басқарады. Сеанстар екі немесе одан да көп көрініс нысандары арасындағы диалогтан тұрады. Сеанс деңгейінің жұмысын қамтамасыз ететін бағдарламалық құралдардың мысалы ретінде Windows желілерінің NetBIOS интерфейстері және Sockets – TCP/IP желілерінің розеткалары қызмет ете алады.

Көрсетілім деңгейі бір жүйенің қолданбалы деңгейінен жіберілген ақпаратты басқа жүйенің қолданбалы деңгейі оқуға болатындығына жауап береді. Қажет болса, презентация деңгейі жалпы ақпаратты ұсыну пішімін пайдалану арқылы көптеген ақпаратты ұсыну пішімдерін аударады. Қажет болса, тек нақты деректер ғана емес, сонымен қатар бағдарламалар пайдаланатын деректер құрылымдары да түрлендіріледі. Көрсетілім деңгейі әртүрлі машиналардағы қолданбалар арасындағы диалогқа рұқсат беруге жауапты. Бұл деңгей қолданбалы деңгейдің деректердің трансформациялануын (кодтау, қысу және т.б.) транспорттық деңгейге арналған ақпараттық ағынды қамтамасыз етеді. Презентация деңгейінің протоколдары әдетте модельдің жоғарғы үш қабатының функционалдық бөлігі болып табылады.

Қолданбалы деңгей (application layer) – пайдаланушы қолданбаларының желімен әрекеттесуін қамтамасыз ететін OSI моделінің жоғарғы деңгейі:

қолданбаларға желілік қызметтерді пайдалануға мүмкіндік береді:

• файлдар мен дерекқорларға қашықтан қол жеткізу,

  электрондық поштаны қайта жіберу;

қызметтік ақпаратты беруге жауапты;

қолданбаларды қате туралы ақпаратпен қамтамасыз етеді;

презентация деңгейіне сұраныстарды жасайды.

Қолданбалы деңгей протоколдары: HTTP, SMTP, SNMP, POP3, FTP, TELNET және т.б.

Бұл модельдің құрылымын зерттеу күрделі желілік жүйеде әрбір желілік технологияның орналасуының нақты бейнесін жасауға мүмкіндік береді.

Объектілерді идентификациялау жүйелері

Автоматтандырылған нысанды тану идеясының өзі жаңа емес. Сәйкестендірудің кем дегенде бес түрі белгілі:

оптикалық: штрих-кодтарға негізделген жүйелер, таңбаларды тану;

магниттік: магниттік жолақ, магниттік тасымалдағышпен қойылған белгілерді тану;

радиожиілік сәйкестендіру (RFID) және деректерді беру: біріктірілген микрочиппен пластикалық смарт-карталар, радио тегтер;

биометриялық: тану саусақ ізі, көздің ирис үлгісін сканерлеу;

акустикалық: дыбыс параметрлері бойынша сәйкестендіру (дауыс).

Оптикалық идентификация

Оптикалық сәйкестендіру – көрінетін толқын ұзындығы диапазонында оптикалық сәулеленудің нүктелік көзін пайдалана отырып, көптеген ұқсас элементтердің арасынан жүйенің жеке құрамдастарын таңдау принципі.

Оптикалық сәйкестендіру көбінесе темір жолдарда қолданылады. Бейне-аналитикалық жабдық темір жолды, іргелес аумақты (транспортты) және басқа да инфрақұрылым объектілерін автоматтандырылған басқаруды қамтамасыз етеді. техникалық құралдарбейнебақылау.

Жабдық келесі міндеттерді шешеді:

күзетілетін объектілердегі жағдай туралы бейне ақпаратты тіркеу, беру және аналитикалық өңдеу;

авариялық (дабыл) жағдай туындаған кезде жедел дабыл сигналын автоматты түрде қалыптастыру;

кешеннің барлық құрамдас бөліктерінің өнімділігін үздіксіз бақылау және оның параметрлеріне рұқсат етілмеген өзгерістерді автоматты түрде анықтау.

Жабдықта орнатылған бейне-аналитикалық өңдеу алгоритмдері мыналарды қамтамасыз етуі керек:

темiр жолға және басқа да инфрақұрылым объектiлерiне жақындаулардағы нысаналарды автоматты түрде анықтау, қадағалау және классификациялау;

мақсаттарды мінез-құлық түрлері бойынша жіктеу, соның ішінде: берілген аймақта пайда болуы;

кескін сапасын бақылау және сапаның айтарлықтай нашарлауы жағдайында дабыл хабарламасын автоматты түрде жасау.

Сонымен қатар, оптикалық сәйкестендіру вагондарды, цистерналарды және платформаларды тіркеу нөмірі бойынша автоматты түрде анықтау және сәйкестендіру арқылы темір жол көлігінің (РТ) жылжымалы құрамының қозғалысын бақылау үшін қолданылады.

Камера тірекке, 6 метрге дейінгі биіктікте орнатылған және темір жол бойымен бағытталған. Бейне талдау объектілері камераның көру аймағында кездейсоқ қозғалатын адамдар мен көліктер болып табылады. Жабдық ONVIF (Open Network Video Interface Forum) стандартының әртүрлі профильдерін қолдайды. ONVIF — IP камералары, DVR және бейне басқару жүйелері сияқты құрылғылардың өзара әрекеттесу хаттамаларын анықтайтын салалық стандарт.

Оптикалық идентификацияның кемшілігі күрделі аумақтарда орналасқан камералардың ластану ықтималдығы, кедергінің кескін сапасына әсері және сәйкесінше сәйкестендіру және мұндай жүйелердің (камералардың және кескін анализаторларының жиынтықтарының) айтарлықтай жоғары құны болып табылады.

RFID

RFID (Radio Frequency Identification) – радиожиілік идентификациясы, транспондерлер деп аталатын немесе RFID тегтерінде сақталған деректер радиосигналдардың көмегімен оқылатын немесе жазылатын объектілерді автоматты түрде сәйкестендіру әдісі. Кез келген RFID жүйесі келесі компоненттерді қамтиды:

оқу құрылғысы (оқырман, оқырман немесе сұраушы);

транспондер (RFID тегі).

RFID тегтерінің көпшілігі екі бөліктен тұрады. Біріншісі ақпаратты сақтауға және өңдеуге, радиожиілік (РЖ) сигналын модуляциялауға және демодуляциялауға және кейбір басқа функцияларға арналған интегралды схема (IC). Екіншісі - сигналды қабылдауға және беруге арналған антенна.

1.2.2.1-сурет RFID антеннасы

RFID тегтері мен жүйелерін ұйымдастырудың бірнеше жолы бар:

Жұмыс жиілігі бойынша

• LF диапазонының белгілері (125-134 кГц). Бұл диапазондағы пассивті жүйелер төмен бағаға ие және физикалық сипаттамаларына байланысты жануарлар, адам және балық микрочиптеу кезінде тері астындағы белгілер үшін қолданылады. Дегенмен, толқын ұзындығына байланысты алыс қашықтықты оқуда проблемалар, сондай-ақ оқу соқтығыстарында проблемалар бар.

  HF диапазонының тегтері (13,56 МГц). Бұл жүйелердің артықшылықтары арзан, экологиялық және лицензиялық проблемалары жоқ, жақсы стандартталған және шешімдердің кең ауқымы бар. Олар төлем жүйелерінде, логистикада, жеке сәйкестендіруде қолданылады. 13,56 МГц жиілігі үшін ISO 14443 стандарты (А/В түрлері) әзірленді. Дегенмен, ұзақ қашықтықта, жоғары ылғалдылық жағдайында, металдың қатысуымен оқу кезінде проблемалар, сондай-ақ оқу кезінде соқтығыстардың пайда болуына байланысты проблемалар бар.

  UHF диапазонының тегтері (UHF, 860-960 МГц). Бұл диапазонның жапсырмалары тіркеудің ең үлкен диапазонына ие, осы диапазонның көптеген стандарттарында соқтығысуға қарсы механизмдер бар. UHF RFID жүйелерінде LF және HF салыстырғанда, тегтердің құны төмен, ал басқа жабдықтың құны жоғары. Қазіргі уақытта UHF жиілік диапазоны тегін пайдалану үшін ашық Ресей Федерациясы«еуропалық» деп аталатын жолақта - 863-868 МГц және «американдық» жолағында ____.

Қуат көзі бойынша

• Пассивті

  Белсенді

  жартылай пассивті

Жад түрі бойынша

• RO (Тек оқу) – тек идентификаторды қамтиды. Өндіріс кезінде деректер тек бір рет жазылады

  WORM (Бір рет оқылатын көп жазу) – идентификатор мен бір рет жазылатын жады блогын қамтиды

  RW (Read and Write) – ақпаратты бірнеше рет жазуға арналған идентификатор мен жад блогын қамтиды. Олардағы деректерді бірнеше рет қайта жазуға болады.

Оқу қашықтығы

Жақын сәйкестендіру (20 см-ге дейінгі қашықтықта оқу)

Орташа диапазонды анықтау (20 см-ден 10 м-ге дейін)

Ұзақ қашықтықты анықтау (5м-ден 300м-ге дейін)

Орындау бойынша

Пассивті RFID тегтерінде кірістірілген қуат көзі жоқ. Оқырманнан келетін электромагниттік сигнал арқылы антеннада индукцияланған электр тогы тегте орналасқан кремний чипінің жұмысы және жауап сигналын беру үшін жеткілікті қуатты қамтамасыз етеді. Іс жүзінде пассивті тегтерді оқудың максималды қашықтығы таңдалған жиілік пен антенна өлшеміне байланысты 10 см (4 дюйм) (ISO 14443 сәйкес) пен бірнеше метрге (EPC және ISO 18000-6) дейін өзгереді. Пассивті тегтер (860-960 МГц) шағылысқан тасымалдаушы сигналды модуляциялау арқылы сигналды жібереді (кері таралу модуляциясы). Оқырман антеннасы тасымалдаушы жиілік сигналын шығарады және тегтен шағылысқан модуляцияланған сигналды қабылдайды.

Белсенді RFID тегтерінің өзіндік қуат көзі бар және оқырманның энергиясына тәуелді емес, нәтижесінде олар алыс қашықтықта (300 метрге дейін) оқылады, үлкенірек және қосымша электроникамен жабдықталуы мүмкін. Дегенмен, бұл белгілер ең қымбат және батареялардың жұмыс уақыты шектеулі. Белсенді тегтер көп жағдайда сенімдірек және максималды қашықтықта ең жоғары оқу дәлдігін қамтамасыз етеді. Белсенді тегтер өздерінің қуат көзі бар, сонымен қатар пассивті тегтерге қарағанда жоғары деңгейдегі шығыс сигналын жасай алады, бұл оларды РЖ сигналы үшін агрессивті ортада: суда, ауада қолдануға мүмкіндік береді.

Жартылай белсенді тегтер деп те аталатын жартылай пассивті RFID тегтері пассивті тегтерге өте ұқсас, бірақ чипті қуаттандыратын батареясы бар. Сонымен қатар, бұл тегтердің ауқымы тек оқырман қабылдағышының сезімталдығына байланысты және олар үлкен қашықтықта және жақсы сипаттамалармен жұмыс істей алады.

Ақпаратты оқу құралдары – тегтерден ақпаратты оқитын және оларға мәліметтер жазатын құрылғылар. Бұл құрылғылар бухгалтерлік есеп жүйесіне тұрақты қосылуы немесе автономды жұмыс істеуі мүмкін. Оқырмандар стационарлық және жылжымалы болып бөлінеді.

1.2.2.2-сурет RFID оқу құралы

Халықаралық RFID стандарттарын автоматты сәйкестендіру технологиясының құрамдас бөлігі ретінде ISO халықаралық ұйымы IEC-пен бірге әзірлейді және қабылдайды.

Тегтерді сыныптарға бөлу RFID хаттамаларының көп санын оңтайландыру жөніндегі EPCglobal бастамасы пайда болғанға дейін көп уақыт бұрын қабылданған, бірақ оқырмандар мен тегтер арасында алмасудың жалпы қабылданған протоколы болған жоқ. Бұл әртүрлі өндірушілердің оқырмандары мен тегтері арасындағы сәйкессіздікке әкелді. 2004 жылы ISO/IEC 135 кГц-тен 2,45 ГГц-ке дейінгі барлық RFID жиілік диапазонында алмасу хаттамаларын (радио интерфейстер) сипаттайтын ISO 18000 бірыңғай халықаралық стандартын қабылдады. UHF диапазоны (860-960) МГц ISO 18000-6A / B стандартына сәйкес келеді. 2004 жылы EPCglobal мамандары оқырман мен UHF тегі арасында алмасу үшін жаңа хаттама жасады - 1-ші буын 2. 2006 жылы EPC Gen2 ұсынысы аздаған өзгерістермен ISO/IEC қосымша ретінде қабылданды. МЕН ISO 18000-6 стандартының қолданыстағы А және В нұсқаларына және ISO/IEC 18000-6C стандарты қазіргі уақытта UHF диапазонында ең көп қолданылатын RFID технологиясы стандарты болып табылады.

RFID кемшіліктері:

ішінара механикалық зақымдану кезінде тегтің өнімділігі жоғалады;

электромагниттік өріс түріндегі кедергілерге бейімділік;

әзірленген стандарттардың жеткіліксіз ашықтығы.

Бұл бөлімде объектілерді анықтаудың негізгі технологиялары қарастырылды. Олардың ішінде RFID және оптикалық сәйкестендіруге ерекше назар аударылды, олар стационарлық диспетчерлік пунктті пойыз қозғалысын тіркеу құрылғысымен (TRDR) қосуды бастау үшін пайдаланылуы мүмкін.

Сымсыз технологиялар

ДК мен RPDP арасындағы ақпарат алмасу процесін жүзеге асыру үшін кейіннен ең қолайлысын таңдау үшін сымсыз деректерді берудің қолданыстағы технологияларын зерттеу туралы шешім қабылданды.

блютуз

BlueTooth технологиясы (IEEE 802.15 стандарты) сымсыз жеке деректер желісін (WPAN - Wireless Personal Network) ұйымдастырудың бірінші технологиясы болды. Ол лицензияланбаған 2,4 ГГц жиілік диапазонында қысқа қашықтыққа (10–100 м) радиоарна бойынша деректер мен дауысты жіберуге мүмкіндік береді және тікелей көріну болмаған кезде ДК, ұялы телефондар және басқа құрылғыларды қосады. Жасау кезінде негізгі мақсат ұялы телефондар мен сымсыз құлаққаптар арасында байланыс орнатуға мүмкіндік беретін қуатты аз тұтынатын және құны төмен радио интерфейсін жасау болды.

BlueTooth сымсыз деректерді тасымалдау протоколының стекі:

1.3.1.1-сурет Bluetooth протоколының стегі

BlueTooth технологиясы нүктеден нүктеге және нүктеден көп нүктеге қосылымдарды қолдайды. Бір арнаны пайдаланатын екі немесе одан да көп құрылғылар пиконетті құрайды. Құрылғылардың бірі шебер (мастер), ал қалғандары - құл (құл) ретінде жұмыс істейді. Бір пиконетте жеті белсенді құлға дейін болуы мүмкін, қалған құлдар шебермен синхрондалған "тұраққа қойылған" күйде қалады. Өзара әрекеттесетін пиконеттер «үлестірілген желіні» (scatternet) құрайды. Әрбір пиконеттің тек бір негізгі құрылғысы бар, бірақ қосалқы құрылғылар әртүрлі пиконеттердің бөлігі болуы мүмкін. Сонымен қатар, бір пиконеттің негізгі құрылғысы екіншісінде қосалқы құрылғы болуы мүмкін.

Көп жағдайда BlueTooth технологиясын әзірлеушілер екі құрылғы арасындағы сымды сериялық қосылымды сымсызға ауыстыру үшін пайдаланады. Қосылымды орнату және деректерді беруді орындау міндетін жеңілдету үшін BlueTooth модульдеріне арналған микробағдарлама нұсқасы әзірленді, ол бүкіл BlueTooth протокол стегінің толық бағдарламалық қамтамасыз етілуін білдіреді (1-сурет), сондай-ақ SPP (Serial Port Profile) ) және SDP (Service Discovery Profile) профильдері. Бұл шешім әзірлеушіге модульді басқаруға, сымсыз сериялық қосылымды орнатуға және арнайы таңба командалары арқылы деректерді беруді орындауға мүмкіндік береді. Дегенмен, ол BlueTooth технологиясының мүмкіндіктерін пайдалануға белгілі бір шектеулер қояды. Бұл негізінен максималды өткізу қабілетінің төмендеуіне және BlueTooth модулі қолдайтын бір мезгілде асинхронды қосылымдар санына әсер етеді.

2004 жылдың ортасында 2001 жылы жарияланған BlueTooth спецификациясының 1.1 нұсқасы BlueTooth спецификациясының 1.2 нұсқасына ауыстырылды. 1.2 және 1.1 спецификациялар арасындағы негізгі айырмашылықтар мыналарды қамтиды:

Соқтығыстарды болдырмау үшін арнаның адаптивті жиілікті секіру технологиясын енгізу (Adaptive Friquency hopping, AFH).

Екі BlueTooth модулі арасында байланыс орнатуға кететін уақытты қысқарту.

BlueTooth және Wi-Fi бірдей лицензияланбаған 2,4 ГГц диапазонын пайдаланатыны белгілі. Сондықтан, BlueTooth құрылғылары Wi-Fi құрылғыларының ауқымында болған және бір-бірімен байланысатын жағдайларда, бұл қақтығыстарға әкелуі және құрылғылардың өнімділігіне әсер етуі мүмкін. AFH технологиясы соқтығысуларды болдырмайды: кедергімен күресу үшін ақпарат алмасу кезінде BlueTooth технологиясы Wi-Fi құрылғылары байланысатын жиілік арналарын есепке алмайтын арна жиілігін жылжытуды пайдаланады.

SIG консорциумы әзірлеген BlueTooth технологиясын әзірлеу схемасы:

1.3.1.2-сурет Bluetooth технологиясының даму кезеңдері

Қазіргі уақытта нарықта BlueTooth модульдерін, сондай-ақ BlueTooth құрылғысының аппараттық құралдарын тәуелсіз іске асыруға арналған компоненттерді ұсынатын көптеген компаниялар бар. Іс жүзінде барлық өндірушілер BlueTooth спецификацияларының 1.1 және 1.2 нұсқаларын қолдайтын және 2-сыныпқа (диапазон 10 м) және 1-сыныпқа (диапазон 100 м) сәйкес келетін модульдерді ұсынады. Дегенмен, 1.1 нұсқасы 1.2 нұсқасымен толық үйлесімді болса да, жоғарыда талқыланған 1.2 нұсқасында енгізілген жақсартулардың барлығын екі құрылғы да 1.2 үйлесімді болса ғана алуға болады.

2004 жылдың қарашасында Enhanced Data Rate (EDR) технологиясын қолдайтын BlueTooth спецификациясының 2.0 нұсқасы қабылданды. EDR қолдауымен 2.0 спецификациясы 3 Мбит/с жылдамдықпен деректер алмасуға мүмкіндік береді. 2.0 нұсқасына сәйкес келетін және EDR технологиясын қолдайтын модульдердің алғашқы сериялық үлгілерін өндірушілер 2005 жылдың соңында ұсынды. Мұндай модульдердің диапазоны көру сызығы жоқ кезде 10 м құрайды, бұл 2-сыныпқа сәйкес келеді, ал көру сызығы болған кезде ол 30 м жетуі мүмкін.

Жоғарыда айтылғандай, BlueTooth технологиясының негізгі мақсаты сымды сериялық қосылымды ауыстыру болып табылады. BlueTooth технологиясы келесі профильдерді анықтайды: LAN профилі (Lan Access профилі), деректер алмасу профилі (Generic Object Exchange), деректерді тасымалдау профилі (Profile Object Push Profile), файл алмасу профилі (File Transfer Profile), синхрондау профилі (Synchronization Profile).

Жұмыс істеу үшін сымсыз желі WiFi ұялы телефондар, теледидарлар және радиолар сияқты радиотолқындарды пайдаланады. Сымсыз желі арқылы ақпарат алмасу көп жағдайда радиобайланысты пайдаланатын байланысқа ұқсас.

Көптеген Wi-Fi жабдықтарын екі үлкен топқа бөлуге болады:

WiFi маршрутизаторлары (маршрутизаторлар) және кіру нүктелері

Wi-Fi адаптерлерімен жабдықталған пайдаланушылардың терминалдық жабдықтары.

Компьютердің сымсыз адаптері деректерді радиосигналға түрлендіреді және антеннаның көмегімен оны ауа арқылы жібереді. Сымсыз маршрутизатор бұл сигналды қабылдайды және декодтайды. Маршрутизатордан ақпарат сымды Ethernet кабелі арқылы Интернетке жіберіледі.

Шын мәнінде, WiFi маршрутизаторлары да, WiFi кіру нүктелері де бірдей функцияларды орындайды - олар радиоқамту аймағын (AP режимі) жасайды, бұл ретте адаптермен жабдықталған кез келген құрылғы AP-Client режимінде желіге қосыла алады. Құрылғының ұқсастығы осы жерде аяқталады. Бұл құрылғылар көзбен де, құрылымдық жағынан да ерекшеленеді. Классикалық WiFi хотспотында бір ғана Ethernet порты бар. Классикалық WiFi маршрутизаторларыолардың 5-і бар.Бұл ретте WAN порты бөлек бөлінген, ол провайдердің кабелін қосу үшін пайдаланылады. Қалған Ethernet порттары LAN ретінде белгіленген - олар маршрутизатор жасайтын жергілікті желі клиенттерінің бұралған жұбы арқылы қосылу үшін пайдаланылады.

Зауыттық параметрлерде кіру нүктесінде өшірілген DHCP сервері бар және оған Ethernet немесе WiFi арқылы қосылу үшін желі адаптеріне статикалық IP мекенжайы тағайындалуы керек. Маршрутизаторлар үшін DHCP сервері зауыттық параметрлерде қосылған және маршрутизатордың кез келген клиенті осы серверден автоматты түрде IP мекенжайын ала алады. Ол үшін IP мекенжайларын автоматты түрде алу үшін маршрутизаторға қосылу үшін пайдаланылатын адаптердің DHCP клиенттік қызметін конфигурациялау қажет. Зауыттық параметрлерде қосылған DHCP серверіне қоса, маршрутизаторлар хакерлердің шабуылдары мен жергілікті желі клиенттерінен құпия ақпаратты ұрлау ықтималдығын азайтатын аппараттық және бағдарламалық брандмауэрмен жабдықталған, бірақ 100% кепілдік бермейді. қорғау.

Әдетте схема WiFi желілеріқұрамында кемінде бір кіру нүктесі және кем дегенде бір клиент бар. Кіру нүктесі әрбір 100 мс сайын 0,1 Мбит/с жылдамдықпен арнайы сигналдық пакеттердің көмегімен желі идентификаторын (SSID) жібереді. Желінің SSID кодын біле отырып, клиент осы кіру нүктесіне қосылу мүмкіндігін біле алады. Бірдей SSID-тері бар екі кіру нүктесі қамту аймағына кіргенде, ресивер сигнал күші деректеріне негізделген олардың арасында таңдау жасай алады.

Wi-Fi жабдығын пайдалану кезінде бірнеше негізгі жұмыс режимдерін ажыратуға болады: нүктеден нүктеге, инфрақұрылым режимі, көпір режиміндегі жұмыс және қайталағыш режимі. Осы жұмыс режимдерінің әрқайсысын толығырақ қарастырайық.

Нүктеден нүктеге режимінде сымсыз клиенттер бір-біріне тікелей қосылады, бұл жағдайда кіру нүктелері пайдаланылмайды. Бұл режимді, мысалы, Wi-Fi адаптерімен жабдықталған екі компьютерді бір-біріне қосымша құрылғыларсыз қосу үшін пайдалануға болады.

Жұмыстың инфрақұрылымдық режимінде (нүктеден-көп нүктеге) сымсыз желіге қосылған барлық құрылғылар бір-бірімен кіру нүктесі (AP, AP) деп аталатын аралық құрылғы арқылы байланысады. кіру нүктесі).

Сымсыз көпір режимі бір-бірінен қысқа қашықтықта (20-250 м) орналасқан екі сымды жергілікті желіні қосу қажет болғанда қолданылады, бірақ кабельдерді төсеу мүмкіндігі жоқ. Бұл жағдайда сымсыз клиенттер кіру нүктелеріне қосыла алмайды, ал кіру нүктелерінің өзі трафикті бір жергілікті сымды желіден екіншісіне тасымалдау үшін ғана пайдаланылады.

үшін пайдаланылады WiFi жұмысыадаптерлер (трансиверлер, трансиверлер) дуплексті портативті радиоларда, ұялы телефондарда және басқа ұқсас құрылғыларда қолданылатындарға өте ұқсас. Олар радиотолқындарды жібере және қабылдай алады, сонымен қатар цифрлық сигналдың бірліктері мен нөлдерін радиотолқындарға және керісінше түрлендіре алады. Сонымен қатар, WiFi қабылдағыштары мен таратқыштары және басқа ұқсас құрылғылар арасында айтарлықтай айырмашылықтар бар. Ең маңызды айырмашылық - олар басқа жиілік диапазонында жұмыс істейді. Көптеген заманауи ноутбуктер мен көптеген жұмыс үстелі компьютерлері кірістірілген сымсыз қабылдағыштармен сатылады. Ноутбукте мұндай құрылғы болмаса, ДК карталары үшін кеңейту ұяшығына немесе USB портына қосылатын адаптерлер бар. Адаптердің дұрыс жұмыс істеуі үшін сымсыз адаптерді және сәйкес драйверлерді орнатқаннан кейін компьютер қол жетімді желілерді автоматты түрде іздеуі мүмкін.

WiFi трансиверлері үш жиілік диапазонының бірінде жұмыс істей алады. Сондай-ақ, бір диапазоннан екіншісіне жылдам «секіру» болуы мүмкін. Бұл әдіс кедергі әсерін азайтуға және бір уақытта көптеген құрылғылардың сымсыз байланыс мүмкіндіктерін пайдалануға мүмкіндік береді. Қазіргі WiFi технологиясы стандарттарының көпшілігі 2,4 ГГц жиілік жолағын немесе дәлірек айтқанда, 2400 МГц-2483,5 МГц жиілік жолағын пайдаланады. 2,4 ГГц жиілік диапазонына қосымша, ағымдағы WiFi стандарттары 5,180-5,240 ГГц және 5,745-5,825 ГГц жиілік диапазонында 5 ГГц диапазонын пайдаланады. Бұл жиіліктер ұялы телефондарда, дуплексті портативті радиоларда және таратылатын теледидарда қолданылатын жиіліктерден әлдеқайда жоғары. Жоғары жиілікте көбірек деректерді жіберуге болады.

WiFi бірнеше нұсқада 802.11 желілік стандарттарын пайдаланады:

802.11a стандартына сәйкес деректер секундына 54 мегабитке дейінгі жылдамдықпен 5 ГГц диапазонында беріледі. Ол сондай-ақ таратқыш жағындағы бастапқы сигналды бірнеше қосалқы сигналдарға бөлетін OFDM ортогональды жиілікті бөлу мультиплексирлеуін қамтамасыз етеді. Бұл тәсіл кедергі әсерін азайтады.

802.11b - ең баяу және ең арзан стандарт. Біраз уақыттан бері оның құнына байланысты ол кең таралған, бірақ қазір оның орнын басқалары басып жатыр жылдам стандарттарөйткені олар арзандайды. 802.11b стандарты 2,4 ГГц диапазонында жұмыс істеуге арналған. Қосымша кодпен манипуляция жылдамдығын арттыру үшін пайдаланған кезде деректерді беру жылдамдығы секундына 11 мегабитке дейін (қосымша кодты енгізу, CCK).

802.11b стандарты, 802.11b сияқты, 2,4 ГГц диапазонында жұмыс істеуді қамтамасыз етеді, бірақ деректерді берудің айтарлықтай жоғары жылдамдығын қамтамасыз етеді - секундына 54 мегабитке дейін. 802.11g жылдамырақ, себебі ол 802.11a сияқты бірдей OFDM кодтауын пайдаланады.

Ең жаңа стандарт - 802.11n. Ол деректерді беру жылдамдығын айтарлықтай арттырды және жиілік диапазонын кеңейтті. Сонымен қатар, 802.11g стандарты теориялық тұрғыдан секундына 54 мегабит деректерді беру жылдамдығын қамтамасыз етуге қабілетті болса да, желідегі кептелістерге байланысты нақты жылдамдық секундына шамамен 24 мегабитті құрайды. 802.11n стандарты секундына 140 мегабит деректерді беру жылдамдығын қамтамасыз ете алады. Стандартты 2009 жылдың 11 қыркүйегінде жаңа стандарттарды әзірлеу және енгізу бойынша әлемдік көшбасшы болып табылатын Электротехника және электроника инженерлері институты (IEEE) бекітті.

Бүгінгі таңда ең кең тараған сымсыз желі стандарттары IEEE 802.11 b және 802.11 g болып табылады. Мұндай желілердің жабдығы, IEEE деректері бойынша, 2400-2483,5 МГц диапазонында жұмыс істейді және сәйкесінше 11 және 54 Мбит/с максималды жылдамдықта деректерді жіберуге қабілетті.

Қарастырылған диапазондағы толқындардың таралуы бірқатар бастапқы қасиеттерге ие. Сымсыз және сымды жабдықтың функционалдық ұқсастығына қарамастан, оларды орнату, орнату және конфигурациялаудағы айырмашылық айтарлықтай. Мұның себебі ақпаратты беру үшін қолданылатын физикалық ортаның қасиеттерінде жатыр. Сымсыз жабдық жағдайында радиотолқындардың таралу заңдарын ескеру қажет. Радио әртүрлі кедергілерге сезімталырақ. Сондықтан бөлімдердің, қабырғалардың және темірбетонды едендердің болуы деректерді беру жылдамдығына әсер етуі мүмкін. Радиосигналдарды қабылдау және беру жағдайлары физикалық кедергілерді ғана емес, сонымен қатар әртүрлі радио сәуле шығаратын құрылғыларды да нашарлатады.

Бір кездері аймақтық байланыс желілеріндегі қауіпсіздік стандарты Wired Equivalency Privacy (WEP) технологиясы болды. Дегенмен, хакерлер WEP осалдықтарын тапты, енді мұндай қорғанысы бар желілерді бұзуға арналған қолданбалар мен бағдарламаларды табу оңай. WEP жоғары жылдамдығы мен айнымалы кілт ұзындығы үшін таңдалған RC4 ағынының шифріне негізделген. CRC32 бақылау сомасын есептеу үшін пайдаланылады.

WPA WEP сымсыз қауіпсіздік технологиясын ауыстырды. WPA артықшылығы деректер қауіпсіздігінің жоғарылауы және сымсыз желілерге қатынауды қатаң бақылау болып табылады. Бүгінгі таңда сымсыз желі қауіпсіздік жүйесінің үш негізгі құрамдас бөлігінен тұратын болса, қауіпсіз болып саналады: пайдаланушының аутентификациясы, құпиялылығы және мәліметтерді жіберудің тұтастығы. WiFi қорғалған қол жеткізу (WPA) қазіргі уақытта 802.11i сымсыз желі қауіпсіздік протоколының бөлігі болып табылады. Бұл технология 802.1x протоколдарының негізгі аутентификациясын қолдайды, мысалы, кеңейтілген аутентификация хаттамасы (EAP), ол аутентификацияда үш тарапты – шақырушы (клиент), шақырылатын (кіру нүктесі) және аутентификация сервері, оның қауіпсіздігін айтарлықтай арттырады. байланыс. Сонымен қатар, WPA TKIP көмегімен уақытша кілттердің көмегімен трафикті шифрлау арқылы деректерді жіберудің құпиялығын және MIC (Хабарлардың тұтастығын тексеру) бақылау сомасын тексеру арқылы ақпараттың тұтастығын қамтамасыз етеді. WEP сияқты WPA құпия сөзбен кіруге мүмкіндік береді. Көпшілікке қолжетімді хотспоттардың көпшілігі ашық немесе WPA немесе 128 биттік WEP пайдаланады, дегенмен кейбіреулер әлі де ескі, осал WEP жүйесін пайдаланады. Қазіргі уақытта WPA және WPA2 Wi-Fi Alliance әзірлеп, алға жылжытуда.

Одан да жоғарырақ қауіпсіздікті қамтамасыз ету үшін кейде Media Access Control (MAC) мекенжай сүзгісі пайдаланылады. Ол пайдаланушыларды анықтау үшін құпия сөзді пайдаланбайды, ол компьютердің физикалық аппараттық құралдарын пайдаланады. Әрбір компьютердің өзінің бірегей MAC мекенжайы болады. MAC мекенжайын сүзгілеу тек белгілі MAC мекенжайлары бар машиналар желіге қол жеткізе алатынын қамтамасыз етеді. Маршрутизаторды конфигурациялау кезінде желіге кіруге рұқсат етілген мекенжайларды көрсету керек. Жүйе 100% сенімді емес. Тиісті білім деңгейі бар хакер MAC мекенжайын бұрмалауы мүмкін, яғни белгілі рұқсат етілген MAC мекенжайын көшіріп, жүйені өз компьютерімен сол мекенжайға еліктеп, желіге кіруге мүмкіндік береді.

Wi-Fi артықшылықтары

Кабельсіз желіні орналастыруға мүмкіндік береді, бұл желіні орналастыру және/немесе кеңейту құнын төмендетуі мүмкін. Сыртта және тарихи ғимараттар сияқты кабельді орнату мүмкін емес орындарға сымсыз желілер қызмет көрсете алады.

Мобильді құрылғылардың желіге кіруіне мүмкіндік береді.

Wi-Fi құрылғылары нарықта кең таралған. Аппараттық құралдардың үйлесімділігіне Wi-Fi логотипінің міндетті аппараттық сертификаты арқылы кепілдік беріледі.

Wi-Fi аймағында бірнеше пайдаланушылар Интернетке компьютерлерден, ноутбуктерден, телефондардан және т.б.

радиациядан WiFi құрылғыларыдеректерді беру кезінде ұялы телефонға қарағанда магнитудасы (10 есе) аз.

ZigBee сымсыз деректерді беру технологиясы BlueTooth және Wi-Fi сымсыз деректерді беру технологиялары пайда болғаннан кейін нарыққа енгізілді. ZigBee технологиясының пайда болуы, ең алдымен, кейбір қолданбалар үшін (мысалы, жарықтандыруды немесе гараж есіктерін қашықтан басқару үшін немесе сенсорлардан ақпаратты оқу үшін) сымсыз тарату технологиясын таңдаудың негізгі критерийлері электр қуатының төмен тұтынуы болып табылатындығына байланысты. аппараттық құрал және оның төмен құны. Бұл төмен өнімділікті білдіреді, өйткені көп жағдайда сенсорлар кірістірілген батареямен жұмыс істейді, оның жұмыс уақыты бірнеше айдан және тіпті жылдардан асуы керек. Сол кездегі қолданыстағы BlueTooth және Wi-Fi сымсыз деректерді беру технологиялары бұл критерийлерге сәйкес келмеді, жоғары жылдамдықта деректерді беруді қамтамасыз етеді, қуатты тұтыну деңгейі жоғары және аппараттық құралдар құны. 2001 жылы IEEE 802.15 № 4 жұмыс тобы келесі талаптарға жауап беретін жаңа стандартты құру бойынша жұмысты бастады:

деректерді сымсыз беру технологиясын жүзеге асыратын аппараттық құралдың өте төмен қуат тұтынуы (батареяның қызмет ету мерзімі бірнеше айдан бірнеше жылға дейін болуы керек);

ақпаратты беру төмен жылдамдықпен жүзеге асырылуы керек;

аппараттық құралдың төмен құны.

Нәтижесінде IEEE 802.15.4 стандарты жасалды. Суретте. 5-суретте IEEE 802.15.4 стандартының, ZigBee сымсыз деректерді беру технологиясының және соңғы пайдаланушының өзара әрекеттесу моделі көрсетілген.

1.3.3.1-сурет IEEE 802.15.4 стандартының, ZigBee сымсыз деректерді беру технологиясының және соңғы пайдаланушының өзара әрекеттесу моделі

IEEE 802.15.4 стандарты өзара әрекеттесу моделінің тек екі ең төменгі қабатының өзара әрекетін анықтайды: физикалық деңгей (PHY) және үш лицензияланбаған жиілік диапазондары үшін радиоқабылдануды басқару деңгейі: 2,4 ГГц, 868 МГц және 915 МГц.

MAC деңгейі Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA-CA) әдісі арқылы радиоарнаға қол жеткізуді басқаруға, сондай-ақ деректер желісіне қосылуды және ажыратуды басқаруға және симметриялы кілт арқылы берілетін ақпаратты қорғауды қамтамасыз етуге жауап береді. AES-128).

Өз кезегінде, ZigBee альянсы ұсынған ZigBee сымсыз деректерді беру технологиясы желі деңгейін, қауіпсіздік деңгейін, қолданба құрылымының деңгейін және қолданбалы профиль деңгейін қамтитын өзара әрекеттесу моделінің қалған деңгейлерін анықтайды. Желі деңгейі, ZigBee сымсыз деректерді беру технологиясы, құрылғыны табуға және желі конфигурациясына жауап береді және желі топологиясының үш опциясын қолдайды.

ZigBee сымсыз тарату технологиясын әртүрлі қолданбаларға біріктірудің төмен құнын қамтамасыз ету үшін IEEE 802.15.4 стандартының аппараттық іске асырылуы екі түрде келеді: Шектеулі функциялық құрылғылар (RFD) және толық функционалды құрылғылар (FFD).

Құрылғыларды RFD және FFD деп бөлумен қатар, ZigBee Alliance логикалық құрылғылардың үш түрін анықтайды: ZigBee координаторы (үйлестіруші), ZigBee маршрутизаторы және ZigBee терминалдық құрылғысы. Координатор желіні инициализациялауды, түйінді басқаруды жүзеге асырады, сонымен қатар желіге қосылған әрбір түйіннің параметрлері туралы ақпаратты сақтайды. ZigBee маршрутизаторы желі арқылы бір түйіннен екіншісіне жіберілетін хабарламаларды бағыттауға жауапты. Терминалды құрылғы желіге қосылған кез келген терминалдық құрылғыны білдіреді. Жоғарыда талқыланған RFD және FFD құрылғылары дәл терминалдық құрылғылар болып табылады. Желі құру кезінде логикалық құрылғы түрін соңғы пайдаланушы ZigBee альянсы ұсынған белгілі бір профильді таңдау арқылы анықтайды. «Әрқайсысы бар» топологиясы бар желіні құру кезінде хабарламаларды бір желі түйінінен екіншісіне жіберу әртүрлі бағыттар бойынша жүзеге асырылуы мүмкін, бұл бөлінген желілерді құруға мүмкіндік береді (бірнеше шағын желілерді бір үлкенге біріктіру – кластер). ағаш) бір түйінді екіншісінен жеткілікті үлкен қашықтыққа орнату арқылы және хабарламалардың сенімді жеткізілуін қамтамасыз етеді.

ZigBee желісі арқылы тасымалданатын трафик, әдетте, мерзімді, үзік-үзік және қайталанатын (ақпараттық хабарламаларды жіберу арасындағы аз уақыт аралығымен сипатталады) болып бөлінеді.

Мерзімді трафик сымсыз сенсорлар немесе есептегіштер сияқты ақпаратты қашықтан қабылдауды қажет ететін қолданбаларға тән. Мұндай қолданбаларда сенсорлардан немесе есептегіштерден ақпарат алу келесідей жүзеге асырылады. Бұрын айтылғандай, осы мысалда сымсыз сенсор болып табылатын кез келген терминалдық құрылғы жұмыс уақытының басым бөлігінде ұйқы режимінде болуы керек, осылайша өте төмен қуат тұтынуды қамтамасыз етеді. Ақпаратты жіберу үшін терминалдық құрылғы белгілі бір уақытта оянады және сымсыз есептегіш қосылған желіні басқару құрылғысы (ZigBee координаторы немесе ZigBee маршрутизаторы) арқылы берілетін арнайы сигналды (маяк) ауада іздейді. Егер эфирде арнайы сигнал (маяк) болса, терминалдық құрылғы ақпаратты желіні басқару құрылғысына жібереді және келесі байланыс сеансына дейін бірден «ұйқы» режиміне өтеді.

Үзіліссіз қозғалыс, мысалы, жарықтандыруды қашықтан басқару құрылғылары үшін тән. Алдыңғы есікке орнатылған қозғалыс сенсоры іске қосылғанда, дәліздегі жарықтандыруды қосу пәрменін жіберу қажет болған жағдайды елестетіп көріңіз. Бұл жағдайда команданы беру келесі түрде жүзеге асырылады. Желі менеджері қозғалыс сенсорының іске қосылғаны туралы сигнал алған кезде, ол терминалдық құрылғыға (сымсыз қосқыш) ZigBee сымсыз желісіне қосылу пәрменін береді. Содан кейін терминалдық құрылғымен (сымсыз қосқыш) байланыс орнатылады және жарықтандыруды қосу пәрмені бар ақпараттық хабарлама жіберіледі. Пәрменді алғаннан кейін қосылым ажыратылады және сымсыз қосқыш ZigBee желісінен ажыратылады. Терминалды құрылғыны ZigBee желісіне тек осы үшін қажетті сәттерде қосу және ажырату терминалдық құрылғының «ұйқы» режимінде тұру уақытын айтарлықтай арттыруға мүмкіндік береді, осылайша ең аз қуат тұтынуды қамтамасыз етеді. Арнайы сигналды (маяк) пайдалану әдісі энергияны көп қажет етеді.

Кейбір қолданбаларда, мысалы, қауіпсіздік жүйелері, сенсорлардың жұмысы туралы ақпаратты беру дереу және кідіріссіз жүзеге асырылуы керек. Бірақ біз белгілі бір уақытта бірнеше сенсорлардың желіде қайталанатын трафикті тудыруы мүмкін екенін ескеру керек. Бұл оқиғаның ықтималдығы төмен, бірақ оны қауіпсіздік жүйелерінде ескермеу мүмкін емес. ZigBee сымсыз желісінде бірнеше қауіпсіздік сенсорлары (соңғы құрылғылар) бірден іске қосылған кезде сымсыз желіге жіберілетін хабарламалар үшін әрбір сенсордан деректерді беру арнайы бөлінген уақыт аралығында қамтамасыз етіледі. ZigBee технологиясында арнайы уақыт аралығы Кепілді уақыт аралығы (GTS) деп аталады. ZigBee технологиясында жедел хабарламаларды жіберуге кепілдік берілген уақыт аралығын қамтамасыз ету мүмкіндігінің болуы ZigBee жүйесінде QoS әдісін (қызмет көрсету сапасы) енгізу туралы айтуға мүмкіндік береді. Шұғыл хабарламаларды жіберуге кепілдік берілген уақыт аралығын бөлуді желі координаторы жүзеге асырады (6-сурет, PAN координаторы).

ZigBee технологиясына негізделген сымсыз желіні (мысалы, жұлдызша топологиясы бар желі) құру үшін әзірлеушіге кем дегенде бір желі координаторы мен соңғы құрылғылардың қажетті санын сатып алу қажет. Желіні жоспарлау кезінде желі координаторына қосылған белсенді соңғы құрылғылардың максималды саны 240-тан аспауы керек екенін есте сақтаңыз. Сонымен қатар, желіні әзірлеуге, конфигурациялауға және пайдаланушы қолданбалары мен профильдерін жасауға арналған бағдарламалық құралдарды ZigBee чипінен сатып алу қажет. өндіруші.

Кез келген күрделіліктегі ZigBee сымсыз желілерін құруға арналған бағдарламалық және аппараттық құралдар кешенін қамтитын жөндеу жинағының жоғары құны ZigBee технологиясының ресейлік нарықта жаппай таралуын шектейтін факторлардың бірі болып табылады.

Бөлімде келтірілген BlueTooth, Wi-Fi және ZigBee сымсыз деректерді беру технологияларына қысқаша шолу әрбір технологияның бір мақсатқа әртүрлі тәсілдермен (әртүрлі жоғалтулармен) жетуден тұратын өзіндік ерекше қасиеттері бар екенін көрсетеді. BlueTooth, Wi-Fi және ZigBee технологияларының салыстырмалы сипаттамалары кестеде көрсетілген.

1.3.3.1-кесте

BlueTooth, Wi-Fi және ZigBee технологияларының салыстырмалы сипаттамалары

Бұл кесте Wi-Fi технологиясын пайдалану кезінде ең жылдам және ең ұзақ жіберу мүмкін екенін көрсетеді. Wi-Fi технологиясы Интернет арқылы поштаны, бейнені және басқа деректерді жіберу үшін қолданылады. ZigBee технологиясы көптеген түйіндер арасында төмен жылдамдықты, шағын өлшемді ақпарат алмасу, қашықтан бақылау және басқару үшін өте қолайлы. BlueTooth технологиясы мобильді құрылғылар арасында деректер алмасуда өзінің ең үлкен қолданбасын тапты.

Желілік технология – стандартты хаттамалардың және оларды жүзеге асыратын бағдарламалық және аппараттық құралдардың келісілген жиынтығы (мысалы, желілік адаптерлер, драйверлер, кабельдер және қосқыштар) компьютер желісін құру үшін жеткілікті. «Жеткілікті» эпитеті бұл жиынтықтың жұмыс істейтін желіні құруға болатын құралдардың ең аз жиынтығы екенін атап көрсетеді.

Негізінде белгілі бір технология желісін құрастыратын хаттамалар (тар мағынада) бірлескен жұмыс үшін арнайы әзірленген, сондықтан желіні әзірлеуші ​​олардың өзара әрекетін ұйымдастыру үшін қосымша күш салуды қажет етпейді. Кейде желілік технологияларды негізгі технологиялар деп атайды, яғни кез келген желінің негізі солардың негізінде құрылады. Негізгі желілік технологиялардың мысалдарына Ethernet, Token Ring және FDDI сияқты белгілі LAN технологиялары немесе X.25 кең ауқымды желі және кадр релесі технологиялары жатады. Бұл жағдайда жұмыс істейтін желіні алу үшін бір негізгі технологияға қатысты бағдарламалық және аппараттық құралдарды - драйверлері, концентраторлары, коммутаторлары, кабельдік жүйесі және т.б. бар желілік адаптерлерді сатып алу және оларды стандарт талаптарына сәйкес қосу жеткілікті. бұл технология.

Бүгінгі күні жергілікті желі стандарты ең кең тараған Ethernet пакеттік мәліметтерді жіберу технологиясы болып табылады. Ethernet стандарттары сымды қосылымдарды анықтайды және электрлік сигналдарфизикалық деңгейде, кадр пішімі және медиаға қол жеткізуді басқару протоколдары - OSI моделінің деректер сілтемесі деңгейінде. Ethernet негізінен IEEE 802.3 топ стандарттарымен сипатталады. Тасымалдаушы орта коаксиалды кабель, бұралған жұп немесе оптикалық кабель болып табылады. Компьютерлер типтік «жалпы шина» құрылымына сәйкес ортақ ортаға қосылған. Уақытты бөлісетін автобуспен кез келген екі компьютер байланыса алады.

Ethernet стандарттарының барлық түрлері (соның ішінде Fast Ethernet және Gigabit Ethernet) бірдей медиа бөлу әдісін пайдаланады - CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) Кездейсоқ қол жеткізу әдісінің мәні келесідей. Ethernet желісіндегі компьютер тек желі бос болса, яғни қазіргі уақытта басқа компьютер байланыспаса ғана желі арқылы деректерді жібере алады. Сондықтан Ethernet технологиясының маңызды бөлігі ортаның қолжетімділігін анықтау процедурасы болып табылады. Компьютер желі бос екеніне көз жеткізгеннен кейін тасымалдаушыны «түсіру» кезінде тасымалдауды бастайды. Бір түйіннің ортақ ортаны эксклюзивті пайдалану уақыты бір кадрды жіберу уақытымен шектеледі. Фрейм - Ethernet желісіндегі компьютерлер арасында алмасатын деректер бірлігі. Фрейм бекітілген пішімге ие және деректер өрісімен бірге алушының мекенжайы және жіберушінің мекенжайы сияқты әртүрлі қызмет ақпаратын қамтиды. Ethernet желісі кадр ортақ деректерді тасымалдау ортасына кірген кезде барлық желілік адаптерлер бір уақытта осы кадрды қабылдай бастайтындай етіп жасалған. Олардың барлығы кадрдың бастапқы өрістерінің бірінде орналасқан тағайындалған адресті талдайды және егер бұл адрес өздерінің адресіне сәйкес келсе, кадр желілік адаптердің ішкі буферіне орналастырылады. Осылайша, тағайындалған компьютер оған арналған деректерді алады. Кейде екі немесе одан да көп компьютерлер бір уақытта желі бос деп шешіп, ақпаратты жібере бастағанда жағдай туындауы мүмкін. Коллизия деп аталатын бұл жағдай желі арқылы деректердің дұрыс берілуін болдырмайды. Ethernet стандарты соқтығыстарды анықтау және дұрыс өңдеу алгоритмін қамтамасыз етеді. Соқтығыс ықтималдығы желілік трафиктің қарқындылығына байланысты. Соқтығыс анықталғаннан кейін, кадрларын жіберуге әрекеттенген NIC жіберуді тоқтатады және кездейсоқ үзілістен кейін ортаға қайтадан кіруге және соқтығысты тудырған кадрды жіберуге әрекеттенеді.

Ethernet желілерінің оларды соншалықты танымал еткен басты артықшылығы - олардың үнемділігі. Желіні құру үшін әрбір компьютер үшін бір желілік адаптер және қажетті ұзындықтағы бір физикалық кабель сегменті болса жеткілікті. Басқа да негізгі технологиялар, мысалы, Token Ring, тіпті шағын желіні құру үшін қосымша құрылғы - хабты қажет етеді. Сонымен қатар, Ethernet желілерінде тасымалдаушыға қол жеткізу, адрестеу және деректерді беру үшін жеткілікті қарапайым алгоритмдер енгізілген. Желінің қарапайым логикасы жеңілдетуге және сәйкесінше желілік адаптерлердің және олардың драйверлерінің құнын төмендетуге әкеледі. Дәл сол себепті Ethernet желілік адаптерлері өте сенімді. Және, сайып келгенде, Ethernet желілерінің тағы бір тамаша қасиеті - олардың жақсы кеңеюі, яғни жаңа түйіндерді қосудың қарапайымдылығы. Басқа негізгі желілік технологиялар – Token Ring, FDDI – олардың көптеген жеке мүмкіндіктері болғанымен, сонымен бірге Ethernet-пен ортақ қасиеттері көп. Бір технология мен екіншісінің арасындағы елеулі айырмашылықтар ортақ ортаға қол жеткізудің қолданылатын әдісінің ерекшеліктерімен байланысты. Осылайша, Ethernet технологиясы мен Token Ring технологиясы арасындағы айырмашылықтар негізінен оларға енгізілген медианы бөлу әдістерінің ерекшеліктерімен анықталады - Ethernet жүйесінде кездейсоқ қол жеткізу алгоритмі және Token Ring жүйесінде таңбалауыш беру арқылы қол жеткізу әдісі.

CAN автобусы «Витязь» пойыздарының қауіпсіздігін басқару жүйесінің барлық блоктарын біріктіру үшін қолданылады. Бұл интерфейсті толығырақ қарастырайық.

CAN (Control Area Network) – «интеллектуалды» енгізу/шығару құрылғыларының, датчиктердің және механизмнің немесе тіпті кәсіпорынның жетектерінің жергілікті желісін қамтамасыз ететін сериялық желі. Ол трассада бірнеше негізгі құрылғыларды табу мүмкіндігін қамтамасыз ететін хаттамамен сипатталады, нақты уақыт режимінде деректерді беруді және қателерді түзетуді, жоғары шу иммунитетін қамтамасыз етеді. CAN жүйесі автобусқа қосылған құрылғылардың жұмысын қамтамасыз ететін көптеген микросұлбалардан тұрады, олар алғашында автомобильдерде пайдалану үшін BOSH әзірлеген және қазір өнеркәсіптік автоматтандыруда кеңінен қолданылады. Тасымалдау жылдамдығы бағдарламалық құрал арқылы орнатылады және 1 Мбит/с дейін болуы мүмкін.

Бірақ іс жүзінде CAN желісі әдетте ISO 11898 стандартында анықталған дифференциалдық жұп түріндегі физикалық қабаты бар шиналық топология желісін білдіреді.Тасымалдау барлық желі түйіндері қабылдайтын кадрларда жүзеге асырылады. Автобусқа кіру үшін мамандандырылған чиптер шығарылады - CAN автобусының драйверлері.

CAN жүйесі өте сенімді жұмыс істейді. Қандай да бір ақаулар орын алса, олар міндетті түрде тиісті ақаулық жадына жазылады, содан кейін диагностикалық құрал арқылы оқуға болады.

1.5.1-сурет CAN жүйесі

Желі бірнеше басқару блоктарын біріктіреді. Басқару блоктары оған трансиверлер (трансиверлер) арқылы қосылады. Осылайша, желінің барлық жеке станциялары бірдей жағдайда. Яғни, барлық басқару блоктары эквивалентті және олардың ешқайсысының басымдығы жоқ. Бұл жағдайда олар көп жазылушы архитектурасы туралы айтады. Ақпарат алмасу сериялық сигналдарды беру арқылы жүзеге асырылады.

Ақпарат алмасу процесі жеке хабарламалармен, фреймдермен алмасудан тұрады. Бұл хабарламаларды басқару блогының әрқайсысы жіберуі және қабылдауы мүмкін. Хабарлардың әрқайсысы жүйенің кейбір физикалық параметрлері туралы деректерді қамтиды. Бұл жағдайда мән екілік түрде, яғни нөлдер мен бірліктердің немесе биттердің тізбегі ретінде көрсетіледі. Мысалы, қозғалтқыштың 1800 айн/мин айналу жиілігін 00010101 екілік саны ретінде көрсетуге болады. Сигнализацияда әрбір екілік сан сериялық импульстар (бит) ағынына түрлендіріледі. Бұл импульстар TX сымы (таратқыш сым) арқылы қабылдағыштың (күшейткіш) кірісіне беріледі. Трансивер ток импульстерінің тізбегін сәйкес кернеу сигналдарына түрлендіреді, содан кейін олар тізбекті түрде шиналық сымға беріледі. Сигналдарды қабылдау кезінде қабылдағыш кернеу импульстерін разрядтық тізбектерге түрлендіреді және оларды RX сымы (қабылдау сымы) арқылы басқару блогына жібереді. Басқару блогында екілік сигнал тізбегі қайтадан хабарлама деректеріне түрлендіріледі. Мысалы, 00010101 екілік саны 1800 айн/мин жылдамдыққа түрлендіріледі.

Жіберілген хабарламаны басқару блогының әрқайсысы қабылдай алады. Деректерді берудің бұл принципі хабар тарату деп аталады, өйткені ол сигналдарды радиожелінің әрбір пайдаланушысы қабылдайтын хабар тарататын радиостанцияның жұмыс істеу принципіне ұқсас. Бұл деректерді беру принципі желіге қосылған барлық басқару блоктарының кез келген уақытта бірдей ақпаратты алуын қамтамасыз етеді. Әрбір хабарлама қабылдағыштың мекенжайын емес, жіберілетін деректердің тағайындалуын анықтайтын идентификатормен қамтамасыз етіледі. Кез келген қабылдаушы бір идентификаторға да, бірнешеуіне де жауап бере алады. Бір идентификаторға бірнеше қабылдағыштар жауап бере алады.

1.5.2-сурет CAN хабарламасының принципі

Басқару блогы датчик сигналдарын қабылдайды, оларды өңдейді және тиісті басқару сигналдарын жетектерге жібереді. Басқару блогының ең маңызды құрамдастары кіріс және шығыс жадылары бар микроконтроллер және бағдарламалық жасақтаманы сақтауға арналған жады болып табылады. Басқару блогы қабылдайтын сенсор сигналдары, мысалы, температура сенсоры немесе иінді біліктің айналу жиілігінің сенсоры жүйелі түрде шақырылады және кіріс жадында дәйекті түрде сақталады. Микроконтроллерде кіріс сигналдары оған енгізілген бағдарламаларға сәйкес өңделеді. Осы өңдеу нәтижесінде пайда болған сигналдар шығыс сақтау құрылғысының ұяшықтарына жіберіледі, сол жерден олар сәйкес іске қосу құрылғыларына келеді. CAN шинасынан келетін және жіберілген хабарламаларды өңдеу үшін әрбір басқару блогы кіріс және шығыс хабарламаларды сақтайтын қосымша жад құрылғысымен жабдықталған.

CAN жүйелік модулі CAN шинасы арқылы деректер алмасу үшін пайдаланылады. Ол екі аймаққа бөлінеді: қабылдау аймағы және жіберу аймағы. CAN жүйелік модулі кіріс және шығыс хабарламаларға арналған пошта жәшіктері арқылы басқару блогына қосылған. Ол әдетте басқару блогының микроконтроллер чипіне салынған.

Трансивер бір уақытта күшейткіштің функцияларын орындайтын қабылдағыш құрылғы болып табылады. Ол CAN жүйесінің модулінен келетін екілік сигналдар тізбегін (логикалық деңгейде) электрлік кернеу импульстарына және керісінше түрлендіреді. Осылайша, электрлік импульстар арқылы деректерді мыс сымдар арқылы беруге болады. Трансивер CAN жүйесінің модулімен TX (таратқыш сым) және RX (қабылдағыш сым) сымдары арқылы байланысады. RX сымы CAN шинасына күшейткіш арқылы қосылады. Ол шина арқылы берілетін цифрлық сигналдарды үнемі «тыңдауға» мүмкіндік береді.

Тегін автобуспен кез келген түйін кез келген уақытта жіберуді бастай алады. Фреймдерді екі немесе одан да көп түйіндер бір мезгілде жіберген жағдайда, арбитражға қол жеткізу: Бастапқы мекенжайды беру арқылы түйін бір уақытта шинаның күйін тексереді. Рецессивті разрядты беру кезінде доминантты разряд алынса, басқа түйін басымдығы жоғары хабарды жібереді деп есептелінеді және тасымалдау шина бос болғанша кейінге қалдырылады. Осылайша, мысалы, Ethernet-тен айырмашылығы, CAN-да соқтығыстар кезінде арна өткізу қабілетінің үстеме шығыны болмайды. Бұл шешімнің құны - басымдығы төмен хабарлардың ешқашан жіберілмейтіндігі.

Автобусқа қосылған барлық станциялар басқару блогы жіберген хабарламаны алады. Бұл хабарлама RX сымдары арқылы CAN жүйесінің сәйкес модульдерінің қабылдау аймақтарына жіберіледі. Осыдан кейін олар CRC (Cycling Redundancy Check) сомасы бойынша басқару деңгейінде хабарда жіберу қателерінің бар-жоғын анықтай алады.

Артықшылықтары

Қиын нақты уақытта жұмыс істеу мүмкіндігі.

Іске асырудың қарапайымдылығы және пайдаланудың минималды құны.

Кедергіге төзімділігі жоғары.

Өткізу қабілетін жоғалтпай желіге қол жеткізуге арбитраж.

Беру және қабылдау қателерін сенімді бақылау.

Технологияның кең таралуы, әртүрлі жеткізушілердің өнімдерінің кең спектрінің болуы.

Қосымша жабдықты қосу оңайырақ.

Кемшіліктер

Бір пакетте тасымалданатын деректердің шағын көлемі (8 байтқа дейін).

Пакеттегі қызмет деректерінің үлкен өлшемі (пайдалы жүктеме деректеріне қатысты).

Жоғары деңгейлі хаттама үшін жалпы қабылданған бірыңғай стандарттың болмауы да артықшылық болып табылады. Желі стандарты түйіндер арасында деректерді іс жүзінде қатесіз тасымалдауға кең мүмкіндік береді, бұл әзірлеушіге осы стандартқа сәйкес келетін барлық нәрсені инвестициялауға еркін қалдырады.

USB интерфейсі

Осы бітіру жобасының төртінші тарауында RPDP тестілеу стендіне ТҚЖ жазу жүзеге асырылады. Бұл стенд CAN-ға USB арқылы қосылады, сондықтан USB интерфейсін зерттеу туралы шешім қабылданды.

USB (әмбебап сериялық автобус) – компьютерлік компьютердің архитектурасын кеңейтуге арналған салалық стандарт.

USB архитектурасы келесі критерийлер бойынша анықталады:

Оңай іске асырылатын ДК перифериялық кеңейтімі;

Тасымалдау жылдамдығы 12 Мбит/с дейін (1.1 нұсқасы), 480 Мбит/с дейін (2.0 нұсқасы), 4,8 Гбит/с дейін (3.0 нұсқасы);

Кез келген өлшемдегі және конфигурациядағы ДК компьютерлеріне біріктіру мүмкіндігі;

ДК-компьютерлердің құрылғыларын-кеңейтімдерін оңай құру.

Пайдаланушы көзқарасы бойынша USB-нің маңызды параметрлері мыналар:

ДК компьютеріне қосылудың қарапайымдылығы, яғни. құрылғыны қате қосу мүмкін емес;

Қосқыштардың дизайнына байланысты қосу алдында қуатты өшіру талап етілмейді;

Соңғы пайдаланушыдан электр қосылымының мәліметтерін жасыру;

Өзін-өзі анықтайтын перифериялық құрылғылар (Plug & Play);

Перифериялық құрылғыларды динамикалық қосу мүмкіндігі;

Төмен қуатты құрылғыларды (500 мА дейін) USB шинасына тікелей қосуға болады.

Құрылғылардың физикалық қосылуы көп деңгейлі жұлдыз топологиясы бойынша жүзеге асырылады. Әрбір жұлдыздың ортасы концентратор болып табылады (қосымша қосылу нүктелерін қамтамасыз етеді). Әрбір кабель сегменті екі нүктені қосады - концентратор басқа концентратормен немесе функциямен (соңғы перифериялық құрылғыны білдіреді). Жүйеде функциялар мен хабтар пирамидасының жоғарғы жағында орналасқан және бүкіл жүйенің жұмысын басқаратын бір ғана хост контроллері бар. Хост контроллері бір немесе бірнеше қосылу нүктелерін – порттарды қамтамасыз ететін түбірлік хабпен (Root Hub) біріктіріледі. Чипсеттерге кіретін USB контроллерінде әдетте кірістірілген екі портты түбірлік хабы болады.

Логикалық тұрғыдан USB хабындағы кез келген портқа қосылған құрылғыны хост контроллеріне тікелей қосылған деп санауға болады. Осылайша, құрылғының қосылу нүктесі маңызды емес.

Хост контроллері құрылғылар арасында автобус өткізу қабілеттілігін таратады. USB шинасы хост пен құрылғылардың өзі жұмыс істеп тұрған кезде құрылғыларды қосуға, конфигурациялауға, пайдалануға және ажыратуға мүмкіндік береді.

Функциялар - бұл шина арқылы деректерді жіберуге немесе қабылдауға немесе ақпаратты басқаруға қабілетті құрылғылар. Әдетте, функциялар USB кабелі арқылы хаб портына қосылған бөлек перифериялық құрылғылар болып табылады. Әрбір мүмкіндік құрылғының мүмкіндіктері мен ресурс талаптарын сипаттайтын конфигурация ақпаратын береді. Қолданар алдында функцияны хост конфигурациялауы керек - ол арнада өткізу қабілеттілігін және таңдалған конфигурация опцияларын бөлуі керек.

Концентратор кабельдік түйін болып табылады. Қосылу нүктелері хаб порттары деп аталады. Әрбір концентратор бір қосылым нүктесін көпке түрлендіреді. Архитектура бірнеше хабтарды қосуға мүмкіндік береді. Әрбір концентраторда жоғарғы деңгейдегі концентраторға қосылуға арналған бір жоғары ағын порты (Жоғарғы ағын порты) және функцияларды немесе төменгі деңгейлі концентраторларды қосуға арналған бір немесе бірнеше төменгі ағын порттары (төменгі порт) болады. Концентратор құрылғылардың қосылуы мен ажыратылуын таниды және төменгі ағындық сегменттерге қуат көзін басқарады.

Бағдарламалаушыны әдеттегі драйвер жазу жұмысынан құтқару үшін кейбір операциялық жүйелер төмен деңгейлі драйверлерді әдейі қамтиды. Windows жүйесіне мыналар кіреді:

хост контроллерінің драйвері (USB Bus Driver) транзакцияларды, қуатты және құрылғыны тануды басқаруға жауапты;

автобус драйвері (USB Bus Driver) транзакцияларды басқаруға, қуатты және құрылғыны тануға жауапты;

класс жүргізуші.

Бағдарламалаушының көзқарасы бойынша класс драйвері және осы драйверді шақыруға арналған интерфейс ең қызықты. Мұнда операциялық жүйе интерфейстерді унификациялауға қадам жасайды. Барлық USB құрылғылары ортақ қасиеттерге, орындалатын функцияларға және ресурс талаптарына сәйкес топтарға бөлінеді (хабтар, HID құрылғылары, аудио, сақтау құрылғылары, принтерлер, байланыс құрылғылары). Әрбір құрылғы тобы үшін Windows жүйесі топтардың біріне жататын құрылғы табылған кезде автоматты түрде орнатылатын бөлек драйверді қамтамасыз етеді. Осылайша, көп жағдайда драйверлер қажет емес.

USB HID (адам интерфейсі құрылғысы) класы - адамдардың өзара әрекеттесуіне арналған USB құрылғыларының класы. Бұл класқа пернетақта, тінтуір, ойын контроллері сияқты құрылғылар кіреді. Бұл операциялық жүйе қолдайтын алғашқы USB сыныптарының бірі. Windows жүйесі. HID құрылғысы деректерді компьютерге енгізуден басқа, одан да қабылдай алады. Егер сізге деректерді HID құрылғысына жіберу қажет болса, осы құрылғымен қосылымды бастау керек, содан кейін онымен кәдімгі файл сияқты жұмыс істеу керек.

Бұл тарауда деректерді берудің негізгі технологияларына шолу жасалды. Компьютер мен пойыз арасындағы ақпарат алмасу процесін жүзеге асыру үшін кейіннен ең қолайлысын таңдау үшін сымсыз деректерді берудің қолданыстағы технологияларын зерттеу туралы шешім қабылданды (2-тарау).Физикалық деңгейдің сымсыз технологияларынан басқа, байланыс деңгейінің технологиялары (Ethernet, Frame Relay, ATM) қарастырылды.

Бұл бөлімде объектілерді анықтаудың негізгі технологиялары да қарастырылды. Олардың ішінде RFID және оптикалық сәйкестендіруге ерекше назар аударылды, олар стационарлық диспетчерлік пунктті пойыз қозғалысын тіркеу құрылғысымен (TRDR) қосуды бастау үшін пайдаланылуы мүмкін.

Қазіргі қалалардың тұрғындарының көпшілігі күн сайын кез келген деректерді жібереді немесе алады. Бұл компьютерлік файлдар, теледидар суреті, радиохабар - белгілі бір бөлігін білдіретін барлық нәрсе болуы мүмкін пайдалы ақпарат. Деректерді берудің көптеген технологиялық әдістері бар. Сонымен бірге ақпараттық шешімдердің көптеген сегменттерінде сәйкес арналарды жаңғырту керемет динамикалық қарқынмен жүріп жатыр. Кәдімгі технологиялар, адам қажеттіліктерін өте жақсы қанағаттандыратын сияқты, жаңа, неғұрлым жетілдірілген технологиялармен ауыстырылады. Жақында Интернетке кіру арқылы ұялы телефондерлік экзотикалық деп саналды, бірақ бүгінгі күні бұл опция көпшілікке таныс. Интернет арқылы секундына жүздеген мегабитпен өлшенетін қазіргі заманғы файлдарды тасымалдау жылдамдығы World Wide Web-тің алғашқы пайдаланушылары үшін фантастикалық нәрсе болып көрінді. Деректерді инфрақұрылымның қандай түрлері арқылы тасымалдауға болады? Бір немесе басқа арнаны таңдауға не себеп болуы мүмкін?

Мәліметтерді тасымалдаудың негізгі механизмдері

Мәліметтерді тасымалдау түсінігін әртүрлі технологиялық құбылыстармен байланыстыруға болады. Жалпы, ол компьютерлік байланыс саласымен байланысты. Бұл аспектіде деректерді беру файлдармен (жіберу, қабылдау), қалталармен алмасу және машиналық кодтың басқа іске асырулары болып табылады.

Қарастырылып отырған термин коммуникацияның цифрлық емес саласымен де сәйкес келуі мүмкін. Мысалы, теледидар сигналын, радионы беру, телефон желілерінің жұмысы - егер біз қазіргі заманғы жоғары технологиялық құралдар туралы айтпасақ - аналогтық принциптерді қолдану арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. Бұл жағдайда деректерді беру электромагниттік сигналдарды бір немесе басқа арна арқылы беру болып табылады.

Мәліметтерді берудің екі технологиялық іске асырылуы арасындағы аралық позицияны алуы мүмкін - цифрлық және аналогтық ұялы байланыс. Мәселе мынада, кейбір сәйкес коммуникациялық технологиялар бірінші типке жатады - мысалы, GSM байланысы, 3G немесе 4G Интернет, басқалары аз компьютерленген, сондықтан аналогтық деп санауға болады - мысалы, AMPS немесе NTT стандарттарындағы дауыстық байланыс.

Дегенмен, коммуникациялық технологиялардың дамуының заманауи тенденциясы соншалық, деректерді беру арналары, олар арқылы ақпараттың қандай түрі берілсе де, белсенді түрде «цифрланған». Ресейдің ірі қалаларында аналогтық стандарттар бойынша жұмыс істейтін телефон желілерін табу қиын. AMPS сияқты технологиялар бірте-бірте өзектілігін жоғалтады және одан да озық технологиялармен ауыстырылады. Теледидар мен радио цифрлық сипатқа ие болуда. Осылайша, біз қарастыруымыз мүмкін заманауи технологиялардеректерді беру негізінен цифрлық контексте. Кейбір шешімдерді тартудың тарихи аспектісі болса да, әрине, зерттеу өте пайдалы болады.

Қазіргі мәліметтерді тасымалдау жүйелерін 3 негізгі топқа жіктеуге болады: компьютерлік желілерде енгізілген, қолданылатын ұялы желілер, олар телерадио хабарларын ұйымдастыруға негіз болып табылады. Олардың ерекшеліктерін толығырақ қарастырайық.

Компьютерлік желілердегі мәліметтерді тасымалдау технологиялары

Компьютерлік желілерде мәліметтерді тасымалдаудың негізгі пәні, біз жоғарыда атап өткеніміздей, файлдардың, қалталардың және машиналық кодты жүзеге асырудың басқа өнімдерінің жиынтығы (мысалы, массивтер, стектер және т.б.) болып табылады. Қазіргі цифрлық коммуникациялар әртүрлі стандарттар негізінде жұмыс істей алады. Ең кең таралғандардың ішінде TCP-IP. Оның негізгі принципі – деректерді беру кезінде негізгі анықтамалық нүкте ретінде пайдаланылуы мүмкін компьютерге бірегей IP мекенжайын тағайындау.

Заманауи цифрлық желілерде файл алмасу сымды немесе кабельді пайдаланбайтын технологиялар арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. Бірінші типтегі сәйкес инфрақұрылымдардың жіктелуі сымның белгілі бір түрі негізінде жүзеге асырылуы мүмкін. Қазіргі компьютерлік желілерде ең жиі қолданылатындар:

бұралған жұптар;

талшықты-оптикалық сымдар;

коаксиалды кабельдер;

USB кабельдері;

Телефон сымдары.

Кабельдердің көрсетілген түрлерінің әрқайсысының артықшылықтары мен кемшіліктері бар. Мысалы, бұралған жұп сымның арзан, әмбебап және оңай орнатылатын түрі болып табылады, бірақ өткізу қабілеті бойынша ол талшықтан айтарлықтай төмен (бұл параметрді сәл кейінірек толығырақ қарастырамыз). USB кабельдері компьютерлік желілерде деректерді тасымалдау үшін ең аз қолайлы, бірақ олар кез келген заманауи компьютермен үйлесімді - USB порттарымен жабдықталмаған ДК өте сирек кездеседі. Коаксиалды кабельдер кедергілерден жеткілікті түрде қорғалған және деректерді өте ұзақ қашықтыққа жіберуге мүмкіндік береді.

Компьютерлік деректер желілерінің сипаттамалары

Файлдар алмасуға болатын компьютерлік желілердің кейбір негізгі сипаттамаларын зерттеу пайдалы болады. арасында ең маңызды параметрлертиісті инфрақұрылым – өткізу қабілеті. Бұл сипаттама желіде берілетін деректердің жылдамдығы мен көлемінің максималды көрсеткіштері қандай болуы мүмкін екенін бағалауға мүмкіндік береді. Шын мәнінде, бұл екі параметр де маңызды. Деректерді беру жылдамдығы белгілі бір уақыт ішінде бір компьютерден екінші компьютерге қанша файлдарды тасымалдауға болатынының нақты өлшемі болып табылады. Қарастырылып отырған параметр көбінесе секундына битпен көрсетіледі (тәжірибеде, әдетте, кило-, мега-, гигабиттермен, қуатты желілерде - терабиттермен).

Компьютердің мәліметтерді беру арналарының классификациясы

Компьютерлік инфрақұрылымды пайдалану кезінде мәліметтер алмасу үш негізгі арна түрі бойынша жүзеге асырылуы мүмкін: дуплексті, симплексті және жартылай дуплексті. Бірінші типтегі арна мәліметтерді ДК-ге жіберуге арналған құрылғы да бір уақытта қабылдағыш бола алады деп болжайды. Симплексті құрылғылар, өз кезегінде, тек сигналдарды қабылдауға қабілетті. Жартылай дуплексті құрылғылар файлдарды кезекпен қабылдау және жіберу функциясын пайдалануды қамтамасыз етеді.

Компьютерлік желілерде деректерді сымсыз жіберу көбінесе стандарттар арқылы жүзеге асырылады:

- «кіші радиус» (Bluetooth, инфрақызыл порттар);

- «орташа радиус» - Wi-Fi;

- «ұзақ диапазон» - 3G, 4G, WiMAX.

Файлдарды тасымалдау жылдамдығы сол немесе басқа байланыс стандартына, сондай-ақ қосылымның тұрақтылығына және оның кедергілерге қарсы иммунитетіне байланысты айтарлықтай өзгеруі мүмкін. Wi-Fi үйдегі корпоративтік компьютерлік желілерді ұйымдастырудың оңтайлы шешімдерінің бірі болып саналады. Ұзақ қашықтыққа деректерді беру қажет болса, 3G, 4G, WiMax немесе олармен бәсекелесетін басқа технологиялар қолданылады. Bluetooth сұранысқа ие және аз дәрежеде инфрақызыл порттар болып қала береді, өйткені олардың іске қосылуы пайдаланушыдан файлдар алмасуға болатын құрылғыларды дәл реттеуді қажет етпейді.

Ең танымал «қысқа диапазон» стандарттары мобильді құрылғылар индустриясында. Сонымен, басқа ұқсас операциялық жүйеден немесе үйлесімді Android жүйесіне деректерді беру көбінесе дәл осылай жүзеге асырылады Bluetooth арқылы. Дегенмен, мобильді құрылғылар компьютерлік желілермен, мысалы, Wi-Fi арқылы сәтті біріктіре алады.

Компьютерлік деректерді беру желісі екі ресурсты - аппараттық және қажетті бағдарламалық қамтамасыз етуді пайдалану арқылы жұмыс істейді. Екеуі де ДК арасында толыққанды файл алмасуды ұйымдастыру үшін қажет. Мәліметтерді тасымалдау бағдарламаларын әртүрлі тәсілдермен пайдалануға болады. Оларды қолдану аясы сияқты критерий бойынша шартты түрде жіктеуге болады.

Веб-ресурстарды пайдалануға бейімделген таңдамалы бағдарламалық қамтамасыз ету бар - мұндай шешімдерге браузерлер жатады. Бейне чаттарды ұйымдастыру мүмкіндігімен толықтырылған дауыстық байланыс құралы ретінде пайдаланылатын бағдарламалар бар - мысалы, Skype.

Жүйелік санатқа жататын бағдарламалық қамтамасыз ету бар. Тиісті шешімдерді қолданушы іс жүзінде қатыспауы мүмкін, алайда олардың жұмысы файлдармен алмасуды қамтамасыз ету үшін қажет болуы мүмкін. Әдетте, мұндай бағдарламалық қамтамасыз ету операциялық жүйе құрылымындағы фондық бағдарламалар деңгейінде жұмыс істейді. Бағдарламалық қамтамасыз етудің бұл түрлері компьютерді желілік инфрақұрылымға қосуға мүмкіндік береді. Мұндай қосылымдардың негізінде пайдаланушы құралдары қазірдің өзінде пайдаланылуы мүмкін - браузерлер, бейне чат бағдарламалары және т.б. Жүйелік шешімдер компьютерлер арасындағы желілік қосылымдардың тұрақтылығын қамтамасыз ету үшін де маңызды.

Қосылымдарды диагностикалауға арналған бағдарламалық құрал бар. Сонымен, егер бір немесе басқа деректерді беру қатесі ДК арасындағы сенімді байланысқа кедергі келтірсе, оны сәйкес диагностикалық бағдарлама арқылы есептеуге болады. Бағдарламалық қамтамасыз етудің әртүрлі түрлерін пайдалану цифрлық және аналогтық технологияларды ажыратудың негізгі критерийлерінің бірі болып табылады. Дәстүрлі деректер инфрақұрылымын пайдаланған кезде бағдарламалық шешімдерәдетте цифрлық концепцияларға негізделген желілерді құруға қарағанда салыстырмалы түрде аз функционалдылыққа ие.

Ұялы желілердегі мәліметтерді тасымалдау технологиялары

Енді деректерді басқа ауқымды инфрақұрылымдарда қалай тасымалдауға болатындығын зерттейік - ұялы желілер. Осы технологиялық сегментті ескере отырып, тиісті шешімдердің даму тарихына назар аудару пайдалы болады. Ұялы желілерде деректерді беру стандарттары өте қарқынды дамып келе жатқаны. Компьютерлік желілерде қолданылатын жоғарыда талқыланған кейбір шешімдер көптеген ондаған жылдар бойы өзекті болып қала береді. Бұл әсіресе сымды технологиялар мысалында айқын көрінеді - коаксиалды кабель, бұралған жұп, талшықты-оптикалық сымдар компьютерлік байланыс тәжірибесіне өте ұзақ уақыт бұрын енгізілген, бірақ оларды пайдалану ресурсы таусылған жоқ. Өз кезегінде, жыл сайын дерлік мобильді индустрияда әртүрлі қарқындылық дәрежесімен тәжірибеде қолдануға болатын жаңа тұжырымдамалар пайда болады.

Сонымен, ұялы технологиялардың эволюциясы 80-жылдардың басында NMT сияқты ең ерте стандарттарды енгізуден басталады. Оның мүмкіндіктері тек дауыстық байланысты қамтамасыз етумен шектелмегенін атап өтуге болады. NMT желілері арқылы деректерді беру де мүмкін болды, бірақ өте төмен жылдамдықта – шамамен 1,2 Кбит/с.

Ұялы байланыс нарығындағы технологиялық эволюцияның келесі қадамы GSM стандартын енгізумен байланысты болды. Оны пайдалану кезінде деректерді беру жылдамдығы NMT пайдалану жағдайына қарағанда әлдеқайда жоғары деп есептелді - шамамен 9,6 Кбит/с. Кейіннен GSM стандарты HSCSD технологиясымен толықтырылды, оның іске қосылуы ұялы байланыс абоненттеріне деректерді 57,6 Кбит/с жылдамдықпен жіберуге мүмкіндік берді.

Кейінірек GPRS стандарты пайда болды, ол арқылы ұялы байланыс арналарында берілетін әдеттегі «компьютерлік» трафикті дауыстық трафиктен бөлуге мүмкіндік туды. GPRS пайдалану кезінде деректерді беру жылдамдығы шамамен 171,2 Кбит/с жетуі мүмкін. Ұялы байланыс операторлары жүзеге асырған келесі технологиялық шешім болды EDGE стандарты. Ол 326 Кбит/с жылдамдықпен мәліметтерді жіберуді қамтамасыз етуге мүмкіндік берді.

Интернеттің дамуы ұялы байланыс технологияларын әзірлеушілерден сымды стандарттармен бәсекеге қабілетті шешімдерді енгізуді талап етті - ең алдымен деректерді беру жылдамдығы, сондай-ақ қосылым тұрақтылығы бойынша. Алға қарай елеулі қадам UMTS стандартын нарыққа енгізу болды. Бұл технологияұялы байланыс операторының абоненттері арасында 2 Мбит/с жылдамдықпен деректер алмасуды қамтамасыз етуге мүмкіндік берді.

Кейінірек HSDPA стандарты пайда болды, онда файлдарды жіберу және қабылдау 14,4 Мбит/с жылдамдықпен жүзеге асырылуы мүмкін. Көптеген цифрлық сала сарапшылары HSDPA технологиясын енгізгеннен бері ұялы байланыс операторлары кабельдік провайдерлермен тікелей бәсекелесе бастады деп есептейді.

2000 жылдардың соңында LTE стандарты және оның бәсекеге қабілетті аналогтары пайда болды, ол арқылы ұялы байланыс операторларының абоненттері бірнеше жүз мегабит жылдамдықпен файлдармен алмасу мүмкіндігіне ие болды. Айта кету керек, мұндай ресурстар қазіргі заманғы сымды арналарды пайдаланушылар үшін әрқашан қол жетімді емес. Көптеген ресейлік провайдерлер өз абоненттеріне деректерді беру арнасын 100 Мбит / с аспайтын жылдамдықпен қамтамасыз етеді, іс жүзінде - көбінесе бірнеше есе аз.

Ұялы технологияның ұрпақтары

NMT стандарты әдетте 1G буынына қатысты. GPRS және EDGE технологиялары жиі 2G, HSDPA 3G және LTE 4G ретінде жіктеледі. Айта кету керек, аталған шешімдердің әрқайсысының бәсекеге қабілетті аналогтары бар. Мысалы, кейбір сарапшылар WiMAX-ті LTE-ге қатысты деп санайды. 4G технологиялар нарығында LTE-ге қатысты басқа бәсекеге қабілетті шешімдер 1xEV-DO, IEEE 802.20 болып табылады. LTE стандартын 4G ретінде жіктеу әлі де дұрыс емес деген көзқарас бар, өйткені сәйкес жоғары жылдамдықол 4G концепциясы үшін анықталған 1 Гб/с-тан сәл төмен. Осылайша, жақын арада жаһандық ұялы байланыс нарығында 4G-ден де жетілдірілген және осындай әсерлі жылдамдықпен деректерді беруді қамтамасыз ете алатын жаңа стандарт пайда болуы мүмкін. Сонымен қатар, ең динамикалық түрде жүзеге асырылатын шешімдердің қатарында LTE бар. Жетекші ресейлік операторлар бүкіл ел бойынша өздерінің тиісті инфрақұрылымын белсенді түрде жаңғыртуда — 4G стандарты бойынша жоғары сапалы деректерді беруді қамтамасыз ету ұялы байланыс нарығындағы басты бәсекелестік артықшылықтардың біріне айналуда.

Телехабар тарату технологиялары

Цифрлық деректерді беру концепцияларын медиа индустрияда да қолдануға болады. Ұзақ уақыт ақпараттық технологиялартелерадио хабарларын таратуды ұйымдастыруға тым белсенді енгізілмеді - негізінен сәйкес жақсартулардың шектеулі рентабельділігіне байланысты. Сандық және аналогтық технологияларды біріктіретін шешімдер жиі қолданылды. Демек, телевизиялық орталықтың инфрақұрылымын толықтай «компьютерлендіруге» болар еді. Дегенмен, аналогтық бағдарламалар телевизиялық желілердің абоненттері үшін таратылды.

Интернет кеңейіп, арналар арзандаған сайын компьютерді жіберуТелерадио индустриясының бұл ойыншылары өздерінің инфрақұрылымын белсенді түрде «цифрлауды», оны IT шешімдерімен біріктіруді бастады. Әлемнің әртүрлі елдерінде цифрлық форматта телехабар тарату стандарттары бекітілген. Олардың ішінде ең кең тарағандары Еуропа нарығына бейімделген DVB, АҚШ-та қолданылатын ATSC, Жапонияда қолданылатын ISDB.

Радиоиндустриядағы цифрлық шешімдер

Ақпараттық технологиялар радио саласына да белсене араласады. Мұндай шешімдер аналогтық стандарттармен салыстырғанда белгілі бір артықшылықтармен сипатталатынын атап өтуге болады. Осылайша, сандық радиохабарларда FM арналарын пайдаланғанға қарағанда айтарлықтай жоғары дыбыс сапасына қол жеткізуге болады. Цифрлық деректер желісі теориялық тұрғыдан радиостанцияларға тек дауыстық трафикті абоненттік радиостанцияларға ғана емес, сонымен қатар кез келген басқа медиа контентті – суреттерді, бейнелерді, мәтіндерді жіберу мүмкіндігін береді. Сандық телехабар таратуды ұйымдастыру инфрақұрылымында тиісті шешімдерді енгізуге болады.

Спутниктік деректер арналары

Жеке санатта мәліметтерді жіберуге болатын спутниктік арналарды бөлу керек. Ресми түрде біз оларды сымсыз деп жіктеуге құқығымыз бар, бірақ оларды пайдалану ауқымы сәйкес шешімдерді Wi-Fi және Bluetooth арқылы бір сыныпқа біріктіру мүлдем дұрыс болмас еді. Спутниктік деректерді беру арналарын пайдалануға болады – іс жүзінде солай болады – біз жоғарыда санамалаған байланыс инфрақұрылымының кез келген түрін дерлік құру кезінде.

«Плиталар» арқылы желіге ДК қосылуын ұйымдастыруға, оларды интернетке қосуға, телерадио хабарларының жұмыс істеуін қамтамасыз етуге, ұялы байланыс қызметінің технологиялық тиімділігінің деңгейін арттыруға болады. Спутниктік арналардың басты артықшылығы - инклюзивтілік. Деректерді жіберу олар планетаның кез келген жерінде дерлік қатысқан кезде жүзеге асырылуы мүмкін - сонымен қатар әлемнің кез келген нүктесінен қабылдау. Спутниктік шешімдердің кейбір технологиялық кемшіліктері де бар. Мысалы, компьютерлік файлдарды «ыдыс» арқылы тасымалдау кезінде жауаптың айтарлықтай кешігуі болуы мүмкін немесе «пинг» - файлды бір компьютерден жіберу мен екіншісіне қабылдау арасындағы уақыт аралығы.

Әрбір дерлік заманауи компания желілер мен компьютерлік жүйелер технологияларының тиімділігін арттыру қажеттілігіне ие. Бірі қажетті жағдайларбұл үшін - серверлер, деректер қоймалары, қолданбалар мен пайдаланушылар арасында ақпаратты үздіксіз тасымалдау. Бұл деректерді беру тәсілі ақпараттық жүйелерқазіргі заманғы серверлер мен сақтау жүйелерінің барлық артықшылықтарын жоққа шығарып, өнімділік тұрғысынан жиі «тартқа» айналады. Әзірлеушілер және жүйелік әкімшілерЖүйенің бір бөлігіндегі тығырық жойылғаннан кейін басқа бөлігінде пайда болатынын білсе де, ең айқын кедергілерді жоюға тырысады.

Көптеген жылдар бойы кедергілер негізінен серверлерде болды, бірақ серверлер функционалдық және технологиялық тұрғыдан дамыған сайын олар желілерге және желілік сақтау жүйелеріне көшті. Жақында желіге кедергілерді қайтаратын өте үлкен сақтау массивтері жасалды. Деректердің өсуі және орталықтандыру, сондай-ақ келесі буын қолданбаларының өткізу қабілеттілігіне қойылатын талаптар жиі барлық қолжетімді өткізу қабілеттілігін тұтынады.

Ақпараттық қызмет менеджерінің алдында ақпаратты өңдеудің жаңа жүйесін құру немесе қолданыстағы жүйесін кеңейту міндеті тұрғанда, ол үшін маңызды мәселелердің бірі мәліметтерді тасымалдау технологиясын таңдау болады. Бұл мәселе тек желілік технологияны ғана емес, сонымен қатар әртүрлі перифериялық құрылғыларды қосу протоколын таңдауды қамтиды. SAN (сақтау аймағы желілері) құру үшін кеңінен қолданылатын ең танымал шешімдер Fiber Channel, Ethernet және InfiniBand болып табылады.

Ethernet технологиясы

Бүгінгі таңда Ethernet технологиясы жоғары өнімді LAN секторының алдыңғы қатарында. Бүкіл дүние жүзіндегі кәсіпорындар Ethernet кабельдері мен жабдықтарына және қызметкерлерді оқытуға инвестиция салуда. Бұл технологияны кеңінен қолдану сақтауға мүмкіндік береді төмен бағаларнарықта және әрбір жаңа буын желілерін енгізу құны төмендеу үрдісі бар. Заманауи желілердегі трафиктің тұрақты өсуі операторларды, әкімшілерді және сәулетшілерді мәжбүрлейді корпоративтік желілерөткізу қабілетінің тапшылығы мәселесін шешу үшін жылдамырақ желілік технологияларды іздеңіз. Ethernet тобына 10 гигабиттік Ethernet қосылуы жергілікті желілердегі ресурсты көп қажет ететін жаңа қолданбаларды қолдауға мүмкіндік береді.

Ширек ғасырдан астам уақыт бұрын пайда болған Ethernet технологиясы көп ұзамай жергілікті желілерді құруда басымдыққа ие болды. Орнату мен техникалық қызмет көрсетудің қарапайымдылығына, сенімділігіне және іске асырудың төмен құнына байланысты оның танымалдылығы соншалықты өсті, бүгінгі күні біз Интернеттегі барлық дерлік трафик Ethernet желілерінде басталып, аяқталады деп сенімді түрде айта аламыз. 2002 жылдың маусымында бекітілген IEEE 802.3ae 10-Gigabit Ethernet стандарты осы технологияның дамуындағы бетбұрысты болды. Оның пайда болуымен Ethernet қолдану аймағы қалалық (MAN) және кең аумақтық (WAN) желілерінің ауқымына дейін кеңейеді.

Салалық сарапшылардың айтуынша, 10-Гигабит Ethernet технологиясын алдыңғы қатарға шығаратын бірқатар нарықтық факторлар бар. Желілік технологияларды дамытуда негізгі міндеті жаңа желілерді ілгерілету болып табылатын әзірлеуші ​​компаниялар альянсының пайда болуы қазірдің өзінде дәстүрге айналды. 10 гигабиттік Ethernet де ерекшелік емес еді. Бұл технологияның бастауында 3Com, Cisco, Nortel, Intel, Sun және басқа да көптеген компаниялар (барлығы жүзден астам) сияқты саланың алыптары кіретін 10-Gigabit Ethernet Alliance (10 GEA) ұйымы болды. Fast Ethernet немесе Gigabit Ethernet-тің алдыңғы нұсқаларында әзірлеушілер басқа технологиялардың белгілі бір элементтерін алған болса, жаңа стандарттың техникалық сипаттамалары нөлден дерлік жасалды. Сонымен қатар, 10-Гигабиттік Ethernet жобасы ірі көліктік және магистральдық желілерге бағытталған, мысалы, бүкіл қала бойынша, ал тіпті Gigabit Ethernet тек жергілікті желілерде пайдалану үшін әзірленген.

10-Gigabit Ethernet стандарты бір және көп режимді оптикалық кабель арқылы 10 Гб/с дейінгі жылдамдықпен ақпарат ағынын беруді қамтамасыз етеді. Тасымалдау ортасына байланысты қашықтық 65 м-ден 40 км-ге дейін болуы мүмкін. Жаңа стандарт келесі негізгі техникалық талаптарға сай болуы керек еді:

• нүктеден нүктеге топология желілерінде дуплексті режимде екі бағытты деректер алмасу;
• MAC деңгейінде 10 Гб/с деректерді беру жылдамдығын қолдау;
• LAN PHY физикалық деңгейінің спецификациясы 10 Гбит/с деректер жылдамдығымен MAC деңгейінде жұмыс істейтін жергілікті желілерге қосылу үшін;
• OC-192 стандартымен үйлесімді деректер жылдамдығымен MAC деңгейінде жұмыс істейтін SONET/SDH желілеріне қосылу үшін WAN PHY физикалық деңгейінің спецификациясы;
• MAC деңгейінің деректер жылдамдығын WAN PHY деректер жылдамдығына реттеу механизмін анықтау;
• талшықты-оптикалық кабельдің екі түрін қолдау - бір режимді (SMF) және көп режимді (MMF);
• медиаға тәуелсіз интерфейс спецификациясы XGMII*;
• алдыңғы Ethernet нұсқаларымен кері үйлесімді (пакет пішімін, өлшемін және т.б. сақталуы).

* Мұндағы XG 10 гигабитті және MII медиа тәуелсіз интерфейсті білдіреді.

Еске салайық, 10/100 Ethernet стандарты екі режимді анықтайды: жартылай дуплексті және толық дуплексті. Классикалық нұсқадағы жартылай дуплекс ортақ тасымалдау ортасын және CSMA/CD (Carrier-Sense Multiple Access / Collision Detection) протоколын пайдалануды қамтамасыз етеді. Бұл режимнің негізгі кемшіліктері бір мезгілде жұмыс істейтін станциялар санының ұлғаюымен тиімділікті жоғалту және пакеттің ең аз ұзындығымен байланысты қашықтықты шектеу (ол 64 байт). Gigabit Ethernet технологиясы пакет ұзындығын мүмкіндігінше қысқа етіп, оны 512 байтқа дейін итермелеу үшін тасымалдаушыны кеңейту әдісін пайдаланады. 10-Gigabit Ethernet стандарты нүктеден нүктеге магистральдық қосылымдарға арналғандықтан, жартылай дуплексті режим оның сипаттамасына кірмейді. Демек, бұл жағдайда арна ұзындығы физикалық ортаның сипаттамаларымен, қолданылатын қабылдау/таратқыш құрылғылармен, сигнал қуатымен және модуляция әдістерімен шектеледі. Қажетті топологияны, мысалы, коммутаторларды пайдалану арқылы беруге болады. Дуплексті жіберу режимі сонымен қатар тасымалдаушының кеңейту әдістерін қолданбай-ақ ең аз пакет өлшемін 64 байт сақтауға мүмкіндік береді.

Ашық жүйелердің өзара байланысының (OSI) эталондық моделіне сәйкес желілік технология екі төменгі деңгеймен анықталады: физикалық (1-деңгей, физикалық) және арналық (2-деңгей, деректер сілтемесі). Бұл схемада Ethernet физикалық құрылғысы (PHY) деңгейі 1-деңгейге, ал орта қол жеткізуді басқару (MAC) деңгейі 2-деңгейге сәйкес келеді. Өз кезегінде бұл қабаттардың әрқайсысы енгізілген технологияға байланысты бірнеше ішкі қабаттарды қамтуы мүмкін.

MAC (медиа қатынасын басқару) деңгейі бірдей жұмыс станцияларының MAC клиенттері арасындағы логикалық байланысты қамтамасыз етеді. Оның негізгі функциялары инициализациялау, басқару және желілік әріптеспен байланысты қолдау болып табылады. 10 Gigabit Ethernet стандарты үшін MAC деңгейінен PHY физикалық деңгейіне қалыпты деректерді тасымалдау жылдамдығы 10 Гбит/с құрайды. Дегенмен, WAN PHY деңгейі SONET OC-192 желілерін орналастыру үшін деректерді сәл төменірек жылдамдықпен тасымалдауы керек. Бұған алдын ала белгіленген уақыт кезеңіне оның ұлғаюын қамтамасыз ететін кадраралық интервалдың динамикалық бейімделу механизмі арқылы қол жеткізіледі.

Салыстыру ішкі қабаты (1-сурет) MAC деңгейінің сериялық деректер ағыны мен XGMII ішкі қабатының параллель ағыны арасындағы интерфейс болып табылады. Ол MAC деңгейі деректерінің октеттерін параллель XGMII жолдарымен салыстырады. XGMII – медиадан тәуелсіз 10 гигабит интерфейс. Оның негізгі қызметі – байланыс және физикалық қабаттар арасындағы қарапайым және оңай іске асырылатын интерфейсті қамтамасыз ету. Ол байланыс деңгейін физикалық деңгейдің ерекшеліктерінен оқшаулайды және осылайша біріншіге екіншісінің әртүрлі іске асырылуымен бір логикалық деңгейде жұмыс істеуге мүмкіндік береді. XGMII екі тәуелсіз жіберу және қабылдау арналарынан тұрады, олардың әрқайсысы төрт 8 биттік жолдар бойынша 32 бит деректерді тасымалдайды.

Протокол стекінің келесі бөлігі 10 гигабиттік Ethernet физикалық деңгейіне қатысты. Ethernet архитектурасы физикалық деңгейді үш ішкі қабатқа бөледі. Physical Coding Sublayer PCS (Physical Coding Sublayer) деректер байланысы деңгейінен келетін және оған келетін деректер ағынын кодтауды/декодтауды орындайды. PMA (Physical Media Attachment) ішкі қабаты параллельден серияға (тура және кері) түрлендіргіш болып табылады. Ол сериялық разрядқа бағытталған жіберу және кері түрлендіру үшін кодтар тобын биттік ағынға түрлендіруді орындайды. Сол ішкі қабат қабылдау/беру синхрондауды қамтамасыз етеді. PMD (Физикалық медиаға тәуелді) ішкі қабаты берілген физикалық ортада сигнал беруге жауапты. Бұл ішкі деңгейдің типтік функциялары сигналды қалыптастыру және күшейту, модуляция. Әртүрлі PMD құрылғылары әртүрлі физикалық медианы қолдайды. Өз кезегінде, Media Dependent Interface (MDI) әртүрлі физикалық медиа және PMD құрылғылары үшін қосқыш түрлерін анықтайды.

10-Gigabit Ethernet технологиясы сатып алу және қолдау шығындарын қоса алғанда баламалармен салыстырғанда иеленудің төмен құнын қамтамасыз етеді, өйткені тұтынушылардың бар Ethernet желілік инфрақұрылымы онымен үздіксіз әрекеттеседі. Бұған қоса, 10 Gigabit Ethernet таныс басқару ұйымы және алынған сабақтарды қолдану мүмкіндігі бар әкімшілерге жүгінеді, өйткені ол бар инфрақұрылымда бұрыннан орнатылған процестерді, хаттамаларды және басқару элементтерін пайдаланады. Бұл стандарт серверлер, коммутаторлар және маршрутизаторлар арасындағы байланыстарды жобалауда икемділікті қамтамасыз ететінін еске түсірген жөн. Осылайша, Ethernet технологиясы үш негізгі артықшылықты ұсынады:

• қолданудың қарапайымдылығы,
• жоғары өткізу қабілеті,
• төмен баға.

Сонымен қатар, ол кейбір басқа технологияларға қарағанда қарапайым, себебі ол әртүрлі жерлерде орналасқан желілерді бір желінің бөліктері ретінде қосуға мүмкіндік береді. Ethernet өткізу қабілеті 1-ден 10 Гб/с-қа дейінгі қадамдармен масштабталады, бұл желі сыйымдылығын жақсырақ пайдаланады. Ақырында, Ethernet жабдығы әдетте дәстүрлі телекоммуникациялық жабдыққа қарағанда үнемді.

Технологияның мүмкіндіктерін көрсету үшін біз бір мысал келтіреміз. 10 гигабиттік Ethernet желісін пайдалана отырып, жапондық деректер қоймасы жобасында жұмыс істейтін ғалымдар тобы (http://data-reservoir.adm.su-tokyo.ac.jp) Токиодан бастапқы физиканы зерттеу орталығына деректерді жіберді. Женева.CERN бөлшектері. Деректер байланысы 17 уақыт белдеуін кесіп өтіп, 11 495 мильді (18 495 км) құрады. 10 гигабиттік Ethernet байланысы Токио мен Женевадағы компьютерлерді бір жергілікті желінің бөлігі ретінде қосады. Желіде Cisco Systems, Foundry Networks және Nortel Networks фирмаларының оптикалық жабдықтары мен Ethernet коммутаторлары пайдаланылды.

Соңғы жылдары Ethernet-ті байланыс операторлары қала ішіндегі объектілерді қосу үшін кеңінен қолдана бастады. Бірақ Ethernet желісі бүкіл континенттерді қамтитын одан әрі кеңейе алады.

талшықты арна

Fiber Channel технологиясы кез келген ірі ұйымның компьютерлік желі архитектурасын түбегейлі өзгертуге мүмкіндік береді. Өйткені, ол орталықтандырылған SAN мәліметтерін сақтау жүйесін енгізу үшін өте қолайлы, мұнда дискілер мен таспа дискілері жеке желіде, оның ішінде негізгі корпоративтік серверлерден географиялық тұрғыдан айтарлықтай алыс орналасқан. Талшықты арна – серверлер, дискілер, жұмыс станциялары, концентраторлар мен қосқыштар арасындағы жоғары жылдамдықты байланысқа арналған сериялық байланыс стандарты. Бұл интерфейс дерлік әмбебап екенін ескеріңіз, ол жеке дискілер мен деректер қоймаларын қосу үшін ғана емес қолданылады.

Бірге жұмыс істеу үшін компьютерлерді біріктіруге арналған алғашқы желілер пайда болған кезде ресурстарды жұмыс топтарына жақындату ыңғайлы және тиімді болып шықты. Осылайша, желі жүктемесін азайту әрекеті үшін сақтау медиасы бірнеше серверлер мен жұмыс үстелдері арасында біркелкі бөлінді. Желіде бір уақытта мәліметтерді тасымалдаудың екі арнасы бар: клиенттер мен серверлер арасында алмасу жүзеге асырылатын желінің өзі және компьютердің жүйелік шинасы мен сақтау құрылғысы арасында мәліметтер алмасу арнасы. Бұл контроллер мен қатты диск арасындағы немесе RAID контроллері мен сыртқы диск массиві арасындағы байланыс болуы мүмкін.

Арналардың бұлай бөлінуі көбінесе деректерді тасымалдауға қойылатын әртүрлі талаптарға байланысты. Желіде бірінші кезекте көптеген мүмкін болатындардың ішінен бір клиентке қажетті ақпаратты жеткізу болып табылады, ол үшін белгілі және өте күрделі адрестеу механизмдерін құру қажет. Оның үстіне, желілік арнаайтарлықтай қашықтықты қамтиды, сондықтан деректерді тасымалдау үшін мұнда сериялық қосылым артықшылық береді. Бірақ сақтау арнасы бұрын белгілі деректерді сақтау құрылғысымен алмасу мүмкіндігін қамтамасыз ететін өте қарапайым тапсырманы орындайды. Одан талап етілетін жалғыз нәрсе - мұны мүмкіндігінше тезірек орындау. Қашықтықтар әдетте шағын.

Дегенмен, бүгінгі желілерде көбірек деректерді өңдеу қиындықтары туындауда. Жоғары жылдамдықты мультимедиялық қолданбалар, кескінді өңдеу бұрынғыдан әлдеқайда көп енгізу/шығаруды қажет етеді. Ұйымдар көбірек сыртқы сақтау сыйымдылығын қажет ететін интернетте деректердің барған сайын көбірек көлемін сақтауға мәжбүр. Деректердің үлкен көлемін сақтандыруды көшіру қажеттілігі қайталама жад құрылғыларын өңдеу серверлерінен барған сайын үлкен қашықтықта бөлуді талап етеді. Кейбір жағдайларда, Fiber Channel көмегімен деректер орталығына арналған сервер мен сақтау ресурстарын бір пулға біріктіру стандартты Ethernet жиынтығын және SCSI интерфейсін пайдаланудан әлдеқайда тиімдірек екені белгілі болды.

ANSI институты 1988 жылы суперкомпьютерлер, жұмыс станциялары, ДК, дискілер және дисплей құрылғылары арасында жоғары жылдамдықты деректер алмасу әдісін әзірлеу үшін жұмыс тобын тіркеді. Ал 1992 жылы үш ірі компьютерлік компания - IBM (http://www. ibm.com ), Sun Microsystems (http://www.sun.com) және HP (http://www.hp.com) әдісті әзірлеу тапсырылған FSCI (талшықты арна жүйелері бастамасы) бастама тобын құрды. сандық деректерді жылдам беру үшін. Топ бірқатар алдын ала спецификацияларды - профильдерді әзірледі. Талшықты-оптикалық кабельдер ақпарат алмасудың физикалық ортасына айналуы керек болғандықтан, технология атауында талшық сөзі пайда болды. Дегенмен, бірнеше жылдан кейін мыс сымдарын пайдалану мүмкіндігі тиісті ұсыныстарға қосылды. Содан кейін ISO (Халықаралық Стандарт Ұйымы) комитеті бастапқы емлені дерлік сақтай отырып, талшықты-оптикалық ортамен байланыстарды азайту үшін ағылшын тіліндегі емле талшығын француз талшығымен ауыстыруды ұсынды. Профильдер бойынша алдын ала жұмыс аяқталғаннан кейін қолдау және дамыту бойынша одан әрі жұмыс жаңа технология ANSI комитетінің ұйымдық мүшесі болған Fiber Channel Association (FCA) өз қолына алды. FCA-дан басқа, тәуелсіз жұмыс тобы FCLC (Fibre Channel Loop Community), ол Fiber Channel технологиясының нұсқаларының бірі - FC-AL (талшықты арна арбитраждық циклі) ілгерілетуді бастады. Қазіргі уақытта FCIA (Fibre Channel Industry Association, http://www.fibrechannel.org) Fiber Channel технологиясын ілгерілету бойынша барлық үйлестіру жұмыстарын өз мойнына алды. 1994 жылы FC-PH (Fisical Connection and Data Transfer Protocol) стандартын ANSI T11 комитеті бекітіп, X3.203-1994 белгісін алды.

Fiber Channel технологиясы компьютерлер топтарында деректер алмасуды ұйымдастыру кезінде, сондай-ақ массалық сақтау құрылғыларының интерфейсі ретінде, жергілікті желілерде және ғаламдық желілерге қол жеткізу құралдарын таңдауда бұл стандартты ыңғайлы ететін бірқатар артықшылықтарға ие. Бұл технологияның басты артықшылықтарының бірі оның жоғары деректерді беру жылдамдығы болып табылады.

FC-AL әсіресе сақтау жүйелері үшін пайдаланылатын үш ықтимал талшықты арна топологияларының бірі ғана. Оған қоса қосқыштар мен концентраторларға негізделген нүктеден нүктеге топология және жұлдыз топологиясы мүмкін. Көптеген түйіндерді қосатын коммутаторлар негізінде құрастырылған желі (2-сурет) Fiber Channel терминологиясында зауыт деп аталады.

Күріш. 2. Fiber Channel негізіндегі зауыт.

FC-AL цикліне 126-ға дейін ыстық ауыстырылатын құрылғыларды қосуға болады. Коаксиалды кабельді пайдаланған кезде олардың арасындағы қашықтық 30 м жетуі мүмкін, ал талшықты-оптикалық кабель жағдайында ол 10 км-ге дейін артады. Технология осы және тек осы операцияны толық басқара отырып, таратқыш буферінен қабылдағыш буферіне деректерді жай ғана жылжыту әдісіне негізделген. FC-AL үшін деректерді буферлеуге дейін және кейін жеке хаттамалармен қалай өңдейтіні мүлдем маңызды емес, нәтижесінде жіберілетін деректер түрі (командалар, пакеттер немесе фреймдер) ешқандай рөл атқармайды.

Fiber Channel архитектуралық үлгісі қосылым параметрлерін және жеке түйіндер арасындағы алмасу хаттамаларын егжей-тегжейлі сипаттайды. Бұл модель физикалық интерфейсті, жіберу протоколын, сигнал беру протоколын, жалпы процедураларды және карталау протоколын анықтайтын бес функционалдық деңгей ретінде ұсынылуы мүмкін. Нөмірлеу физикалық қосылым параметрлеріне жауап беретін аппараттық құралдың ең төменгі FC-0 деңгейінен жоғары деңгейлі қолданбалармен әрекеттесетін FC-4 жоғарғы бағдарламалық құралына өтеді. Карталау протоколы енгізу/шығару интерфейстерімен (SCSI, IPI, HIPPI, ESCON) және желілік протоколдармен (802.2, IP) байланысты қамтамасыз етеді. Бұл жағдайда барлық қолдау көрсетілетін протоколдарды бір уақытта пайдалануға болады. Мысалы, IP және SCSI протоколдарымен жұмыс істейтін FC-AL интерфейсі жүйеден жүйеге және жүйеден перифериялық алмасуға қолайлы. Бұл қосымша енгізу/шығару контроллерлерінің қажеттілігін болдырмайды, кабельдік күрделілікті және, әрине, жалпы шығындарды айтарлықтай төмендетеді.

Fiber Channel құрамында енгізу/шығару командалары жоқ төмен деңгейлі протокол болғандықтан, сыртқы құрылғылармен және компьютерлермен байланыс SCSI және IP сияқты жоғары деңгейлі протоколдар арқылы қамтамасыз етіледі, олар үшін FC-PH тасымалдау қызметін атқарады. Желі және енгізу/шығару хаттамалары (SCSI командалары сияқты) FC-PH протоколының кадрларына түрлендіріліп, тағайындалған жерге жеткізіледі. Fiber Channel технологиясы арқылы байланыса алатын кез келген құрылғы (компьютер, сервер, принтер, сақтау құрылғысы) Түйін порты немесе жай түйін деп аталады. Осылайша, Fiber Channel-тың негізгі мақсаты әртүрлі тасымалдау құралдарын және бұрыннан бар кабельдік жүйелерді пайдалана отырып, жоғары деңгейлі протоколдарды басқару мүмкіндігі болып табылады.

Fiber Channel пайдалану кезінде алмасудың жоғары сенімділігі дискілік құрылғылардың қос портты архитектурасына, жіберілетін ақпаратты циклдік басқаруға және жылдам ауыстырылатын құрылғыларға байланысты. Протокол бүгінде қолданылатын кез келген дерлік кабельдік жүйені қолдайды. Дегенмен, екі медиа ең көп қолданылады - оптика және бұралған жұп. Оптикалық сілтемелер Fiber Channel желісіндегі құрылғылар арасында қосылу үшін пайдаланылады, ал бұралған жұп құрылғыдағы жеке құрамдастарды (мысалы, дискілік ішкі жүйедегі дискілер) қосу үшін пайдаланылады.

Стандарт бірнеше өткізу қабілеттілігін қамтамасыз етеді және 1, 2 немесе 4 Гб/с алмасу жылдамдығын қамтамасыз етеді. Әрқайсысы бір бағытта жұмыс істейтін, жазу-оқу операцияларының теңдестірілген жиынтығы бар құрылғыларды қосу үшін екі оптикалық кабель пайдаланылатынын ескере отырып, деректер алмасу жылдамдығы екі есе артады. Басқаша айтқанда, Fiber Channel толық дуплексті режимде жұмыс істейді. Мегабайт бойынша Fiber Channel төлқұжат жылдамдығы сәйкесінше 100, 200 және 400 МБ/с құрайды. Шындығында, 50% жазу-оқу қатынасымен интерфейс жылдамдығы 200, 400 және 800 МБ/с жетеді. Fiber Channel 2 Gb/s шешімдері қазіргі уақытта ең танымал болып табылады, себебі олар ақша үшін ең жақсы құндылықты ұсынады.

Fiber Channel үшін жабдықты шамамен төрт негізгі санатқа бөлуге болатынын ескеріңіз: адаптерлер, концентраторлар, қосқыштар және маршрутизаторлар, ал соңғылары әлі кең таралмаған.

Талшықты арна шешімдері әдетте ақпараттың үлкен көлемін желіде ұстауды, деректерді көп қажет ететін желілер үшін бастапқы және қосымша сыртқы жад операцияларын жылдамдатуды қажет ететін және сыртқы жады бұдан алыс серверлерден алыс орналасқан ұйымдарға арналған. SCSI стандартында рұқсат етілген. . Fiber Channel шешімдерінің типтік қолданбалары дерекқорлар мен деректер банктері, үлкен деректерді талдау және шешімдерді қолдау жүйелері, теледидар, киностудиялар үшін мультимедиялық ақпаратты сақтау және өңдеу жүйелері, сондай-ақ қауіпсіздік мақсатында дискілерді серверлерден айтарлықтай қашықтықта алып тастау керек жүйелер.

Fiber Channel пайдаланушының жергілікті желісінен кәсіпорын серверлері, деректерді мұрағаттау және т.б. арасындағы барлық деректер ағындарын бөлуге мүмкіндік береді. Бұл опцияда конфигурациялау мүмкіндіктері өте үлкен - кез келген сервер жүйелік әкімші рұқсат еткен кез келген диск ресурсына қол жеткізе алады, бірнеше құрылғылардың бір дискісіне бір уақытта және өте жоғары жылдамдықпен қол жеткізуге болады. Бұл опцияда деректерді мұрағаттау оңай және ашық тапсырмаға айналады. Кез келген Fiber Channel сақтау жүйелерінде ол үшін ресурстарды босатып, кез келген уақытта кластерді жасай аласыз. Масштабтау да анық және түсінікті - қандай мүмкіндіктердің жоқтығына байланысты серверді (тек есептеу мүмкіндіктеріне қарай сатып алынады) немесе қосуға болады. жаңа жүйесақтау.

Fiber Channel-тың маңызды және қажетті ерекшеліктерінің бірі - сегменттеу немесе олар айтқандай, жүйені аймақтарға бөлу мүмкіндігі. Аймақтарға бөлу жергілікті желідегі виртуалды желілерге (Виртуалды LAN) бөлуге ұқсас - әртүрлі аймақтарда орналасқан құрылғылар бір-бірін «көре алмайды». Аймақтарға бөлу ауыстырылған матаны (Ауыспалы матаны) пайдалану арқылы немесе WWN (World Wide Name) мекенжайын көрсету негізінде мүмкін болады. WWN мекенжайы MAC мекенжайына ұқсас Ethernet желілері, әрбір FC контроллерінде өндіруші тағайындаған өзінің бірегей WWN мекенжайы болады және кез келген дұрыс сақтау жүйесі осы құрылғымен жұмыс істеуге рұқсат етілген контроллерлердің немесе матрицалық порттардың мекенжайларын енгізуге мүмкіндік береді. Аймақтарға бөлу, ең алдымен, SAN құрылғыларының қауіпсіздігі мен өнімділігін жақсартуға арналған. Қалыпты желіден айырмашылығы, сіз сыртқы әлемнен осы аймаққа жабық құрылғыға қол жеткізе алмайсыз.

InfiniBand

InfiniBand архитектурасы байланыс, желі және сақтау ішкі жүйелері үшін енгізу/шығару операцияларын өңдеудің жалпы стандартын анықтайды. Бұл жаңа стандарт InfiniBand сауда қауымдастығының (IBTA, http://www.infinibandta.org) қалыптасуына әкелді. Қарапайым тілмен айтқанда, InfiniBand - деректер орталығының серверлерін, сақтауды және желілік құрылғыларды қосуға желілік тәсілді қабылдайтын келесі буын енгізу/шығару архитектурасы стандарты.

InfiniBand технологиясы ретінде әзірленді ашық шешім, ол әртүрлі салалардағы барлық басқа желілік технологияларды алмастыра алады. Бұл жалпы LAN технологияларына (Ethernet және сақтау желілерінің барлық түрлеріне, атап айтқанда, Fiber Channel) және мамандандырылған кластерлік желілерге (Myrinet, SCI және т.б.), тіпті PCI шинасын ауыстыру мүмкіндігі ретінде енгізу/шығару құрылғыларын дербес компьютерлерге қосуға қатысты. және SCSI сияқты енгізу/шығару арналары. Сонымен қатар, InfiniBand инфрақұрылымы әртүрлі технологияларды қолданатын фрагменттерді бір жүйеге біріктіруге қызмет ете алады. Мамандандырылған, өнімділігі жоғары кластерге бағытталған желілік технологиялардан InfiniBand артықшылығы оның әмбебаптығы болып табылады. Мысалы, Oracle корпорациясы кластерлік шешімдерінде InfiniBand жүйесін қолдайды. Бір жыл бұрын HP және Oracle Linux жүйесінде Oracle 10g жұмыс істейтін ProLiant DL585 InfiniBand кластерінде TPC-H сынақтарында (1 ТБ дерекқорлар үшін) өнімділік рекордын орнатты. 2005 жылдың жазында IBM xSeries 346 негізіндегі InfiniBand кластерінде DB2 және SuSE Linux Enterprise Server 9 жүйелерінде TPC-H (3 ТБ дерекқорлар үшін) үшін рекордтық жоғары көрсеткіштерге қол жеткізді.Сонымен бірге, бір транзакция құнының жартысы дерлік болды. ең жақын бәсекелестерден.

Ауыстырмалы деп аталатын әдісті қолдану желі құрылымы, немесе торды ауыстырып InfiniBand енгізу/шығару трафигін сервер процессорларынан шеткі құрылғыларға және кәсіпорынның басқа процессорларына немесе серверлеріне жылжытады. Физикалық арна ретінде екі бағытта (InfiniBand 1x) 2,5 Гб/с деректерді беру жылдамдығын қамтамасыз ететін арнайы кабель (сілтеме) пайдаланылады. Архитектура қабаттық архитектура ретінде ұйымдастырылған, ол төрт аппараттық қабат пен бағдарламалық жасақтамада жүзеге асырылатын жоғарғы қабаттарды қамтиды. Әрбір физикалық арнада әртүрлі басымдықтарды тағайындау арқылы көптеген виртуалды арналарды ұйымдастыруға болады. Жылдамдықты арттыру үшін InfiniBand бағдарламасының 4x және 12x нұсқалары бар, олар сәйкесінше 16 және 48 сымды пайдаланады және олар бойынша деректерді беру жылдамдығы 10 Гб/с (InfiniBand 4x) және 30 Гб/с (InfiniBand 12x) құрайды.

InfiniBand архитектурасына негізделген шешімдер төрт негізгі нарықта сұранысқа ие: кәсіпорынның деректер орталықтары (соның ішінде деректер қоймалары), өнімділігі жоғары компьютерлік кластерлер, ендірілген қолданбалар мен коммуникациялар. InfiniBand технологиясы стандартты серверлерді біріктіруге мүмкіндік береді кластерлік жүйелердеректер орталықтарын өнімділік, масштабтау және ақауларға төзімділік мүмкіндіктерімен қамтамасыз ету, әдетте тек платформалар қамтамасыз етеді. жоғарғы сыныпмиллиондаған долларды құрайды. Бұған қоса, InfiniBand қоймасын сервер кластерлеріне қосуға болады, бұл барлық сақтау ресурстарын есептеу ресурстарымен тікелей байланыстыруға мүмкіндік береді. Өнімділігі жоғары кластер нарығы әрқашан есептеу мүмкіндіктерін кеңейтудің жаңа жолдарын іздейді, сондықтан құны төмен InfiniBand өнімдері ұсынатын жоғары өткізу қабілеттілігі, төмен кідіріс және тамаша масштабтау мүмкіндігінен үлкен пайда көре алады. Әскери жүйелер, нақты уақыттағы жүйелер, бейне ағынын өңдеу және т.б. сияқты ендірілген қолданбалар InfiniBand қосылымдарының сенімділігі мен икемділігінен үлкен пайда көреді. Сонымен қатар, байланыс нарығы 10 және 30 Гбит/с InfiniBand қосылымдары арқылы қол жеткізілетін қосылым өткізу қабілеттілігін арттыруды үнемі талап етеді.

InfiniBand протоколының физикалық қабаты электрлік және механикалық сипаттамаларды, соның ішінде талшықты-оптикалық және мыс кабельдерді, қосқыштарды, ыстық ауыстырылатын қасиеттерді анықтайтын параметрлерді анықтайды. Қосылымдар деңгейінде жіберілетін пакеттердің параметрлері, нүктені нүктеге қосу операциялары, жергілікті ішкі желідегі коммутацияның ерекшеліктері анықталады. Желі деңгейінде ішкі желілер арасында пакеттерді бағыттау ережелері анықталған, ішкі желі ішінде бұл деңгей талап етілмейді. Транспорттық деңгей пакеттен хабарламаға жинақтауды, арналарды мультиплекстеуді және тасымалдау қызметтерін қамтамасыз етеді.

InfiniBand архитектурасының кейбір негізгі мүмкіндіктерін атап өтейік. Енгізу/шығару және кластерлеу серверде бір InfiniBand картасын пайдаланады, бұл байланыс пен сақтау үшін бөлек карталардың қажеттілігін болдырмайды (бірақ әдеттегі серверде артық болу үшін конфигурацияланған осындай екі картаның болуы ұсынылады). Әр серверге, IP желісіне немесе SAN үшін InfiniBand қосқышына бір ғана қосылым қажет (артық болу жай ғана қосылымды басқа қосқышқа көшірумен байланысты). Соңында, InfiniBand архитектурасы сыртқы жад жүйелері үшін қажетті өткізу қабілеттілігі мен байланыс мүмкіндігін қамтамасыз ете отырып, сервердегі қосылу мәселелерін және өткізу қабілеті шектеулерін шешеді.

InfiniBand архитектурасы келесі үш негізгі компоненттен тұрады (3-сурет). HCA (хост арна адаптері) сервер немесе негізгі (хост) ретінде әрекет ететін жұмыс станциясының ішінде орнатылған. Ол жад контроллері мен сыртқы әлем арасындағы интерфейс ретінде әрекет етеді және InfiniBand технологиясына негізделген желілік инфрақұрылымға хост машиналарын қосу үшін қызмет етеді. HCA хабар алмасу протоколын және негізгі DMA механизмін жүзеге асырады. Ол бір немесе бірнеше InfiniBand қосқыштарына қосылады және бір немесе бірнеше TCA-мен байланыса алады. TCA (мақсатты арна адаптері) жетектер, диск массивтері немесе желі контроллері сияқты құрылғыларды InfiniBand желісіне қосуға арналған. Ол, өз кезегінде, InfiniBand қосқышы мен перифериялық құрылғылардың енгізу-шығару контроллері арасындағы интерфейс ретінде қызмет етеді. Бұл контроллерлердің бір типті болуы немесе бір сыныпқа жатуы міндетті емес, бұл оларды бір жүйеге біріктіруге мүмкіндік береді. әртүрлі құрылғылар. Осылайша, TCA InfiniBand матасының деректер трафигі мен Ethernet, SCSI және Fiber Channel сияқты басқа ішкі жүйелер үшін дәстүрлі енгізу/шығару контроллері арасындағы аралық физикалық деңгей ретінде әрекет етеді. Айта кету керек, TCA сонымен қатар HCA-мен тікелей әрекеттесе алады. InfiniBand қосқыштары мен маршрутизаторлары орталық қондыру нүктелерін қамтамасыз етеді және бірнеше TCA негізгі HCA-ға қосылуы мүмкін. InfiniBand коммутаторлары желілік инфрақұрылымның өзегін құрайды. Көптеген арналардың көмегімен олар бір-бірімен және ТКА-ға қосылады; сілтемелерді топтастыру және жүктемені теңестіру сияқты механизмдер жүзеге асырылуы мүмкін. Егер қосқыштар тікелей қосылған құрылғылармен құрылған бір ішкі желіде жұмыс істесе, онда InfiniBand маршрутизаторлары бірнеше қосқыштар арасында байланыс орнатып, осы ішкі желілерді біріктіреді.

Күріш. 3. InfiniBand негізіндегі SAN желісінің негізгі компоненттері.

InfiniBand жүйесінің кеңейтілген логикалық мүмкіндіктерінің көпшілігі түйіндерді енгізу/шығару жүйесіне қосатын адаптерлерге салынған. Адаптердің әрбір түрі деректерді желі арқылы жеткізу үшін енгізу/шығару хабарламаларын пакеттерге ұйымдастыруға жауапты InfiniBand арна адаптерін пайдалану арқылы хостты тасымалдау тапсырмаларынан босатады. Нәтижесінде хосттағы ОЖ және сервер процессоры бұл тапсырмадан босатылады. Айта кету керек, мұндай ұйым TCP / IP хаттамасына негізделген байланыстармен болатын нәрседен түбегейлі ерекшеленеді.

InfiniBand қолданба талаптарына негізделген InfiniBand SAN өнімділігін дәл баптау үшін жоғары икемді байланыстар жинағын және тасымалдау деңгейі механизмдерін анықтайды, соның ішінде:

• өзгермелі көлемдегі пакеттер;
• тасымалдау бірлігінің максималды өлшемі: 256, 512 байт, 1, 2, 4 КБ;
• дестелерді қажетті арна адаптерінің портына бағыттау үшін 2-ші деңгейдің жергілікті маршрут тақырыптары (LRH, Local Route Header);
• жаһандық маршруттау үшін қосымша 3 деңгей тақырыбы (GRH, Global Route Header);
• мультикастты қолдау;
• деректердің тұтастығын қамтамасыз ету үшін нұсқа және инварианттық бақылау сомасы (VCRC және ICRC).

Тасымалдау бірлігінің максималды өлшемі мультипротоколдық жүйелерді жобалау кезінде қолданылатын пакеттік діріл, инкапсуляцияның үстеме шығыны және кешігу сияқты жүйе сипаттамаларын анықтайды. Жергілікті ішкі желі тағайындалған орнына қайта жіберу кезінде жаһандық маршрут ақпаратын өткізіп жіберу мүмкіндігі жергілікті байланыстың үстеме шығынын азайтады. Бейнемагнитофонның коды байланыс арнасының келесі буыны өткен сайын қайта есептеледі, ал ICRC коды – десте межелі орынға түскенде, бұл сілтеме бойынша және бүкіл байланыс арнасы бойынша жіберудің тұтастығына кепілдік береді.

InfiniBand желі басының блокталуын және пакеттердің жоғалуын болдырмау үшін рұқсат негізіндегі ағынды басқаруды, сондай-ақ сілтеме қабатының ағынын басқаруды және ақырғы ағынды басқаруды анықтайды. Рұқсат негізіндегі сілтеме деңгейін басқару мүмкіндігі бойынша кең қолданылатын XON/XOFF протоколынан асып түседі, байланыс ауқымының максималды шектеуін жояды және сілтемені жақсырақ пайдалануды қамтамасыз етеді. Сілтеменің қабылдағыш ұшы таратқышқа сенімді түрде алуға болатын деректер көлемін көрсететін рұқсаттарды жібереді. Қабылдаушы бар екенін көрсететін рұқсатты жібермейінше деректер берілмейді бос орынқабылдау буферінде. Құрылғылар арасында рұқсат беру механизмі ағынды сенімді басқаруды қамтамасыз ету үшін қосылым және сілтеме протоколдарына енгізілген. Байланыс деңгейіндегі ағынды басқару әр VC негізінде ұйымдастырылады, бұл басқа технологиялар жасайтын тасымалдау қайшылықтарының таралуына жол бермейді.

InfiniBand көмегімен қашықтағы сақтау модульдерімен, желі функцияларымен және серверлер арасындағы қосылымдармен байланыс барлық құрылғыларды қосқыштар мен арналардың орталық, біртұтас құрылымы арқылы қосу арқылы қол жеткізіледі. InfiniBand архитектурасы енгізу/шығару құрылғыларын мыс сым арқылы серверден 17 м, мультимодалы талшықты-оптикалық кабельді пайдалану арқылы 300 м дейін және бір режимді талшықты пайдалану арқылы 10 км-ге дейін орналастыруға мүмкіндік береді.

Бүгінгі күні InfiniBand серверлер мен сақтау жүйелері кластерлері үшін магистральдық технология ретінде және серверлер мен сақтау жүйелері арасындағы қосылымдар үшін негіз ретінде деректер орталықтарында біртіндеп танымал бола бастады. Бұл бағытта OpenIB Alliance (Open InfiniBand Alliance, http://www.openib.org) деп аталатын ұйым көп жұмыс атқаруда. Атап айтқанда, бұл альянс стандартты InfiniBand қолдау бағдарламалық қамтамасыз ету стегін әзірлеуге бағытталған ашық дереккөз Linux және Windows үшін. Бір жыл бұрын InfiniBand технологиясын қолдау ресми түрде Linux ядросына қосылды. Сонымен қатар, 2005 жылдың соңында OpenIB өкілдері InfiniBand технологиясын ұзақ қашықтыққа пайдалану мүмкіндігін көрсетті. Демонстрацияның ерекшелігі 80,5 км қашықтыққа 10 Гб/с деректерді беру болды. Экспериментке бірқатар компаниялар мен ғылыми ұйымдардың деректерді өңдеу орталықтары қатысты. Әрбір соңғы нүктеде InfiniBand протоколы SONET OC-192c, ATM немесе 10 Gigabit Ethernet интерфейстерінде өткізу қабілетінің нашарлауысыз инкапсуляцияланған.

Қазіргі заманғы ақпаратты беру жүйелері – ϶ᴛᴏ компьютерлік желілер. Компьютерлік желінің барлық абоненттерінің жиынтығы абоненттік желі деп аталады. Байланыс және мәліметтерді тасымалдау құралдары мәліметтерді тасымалдау желісін құрайды (2.1-сурет).

Күріш. 2.1- Құрылымдық схемакомпьютерлік желілер.

Мәліметтерді тасымалдау желісі бір-бірімен және әртүрлі байланыс арналарын пайдаланатын желі абоненттерімен байланысқан көптеген географиялық дисперсті коммутациялық түйіндерден тұрады.

Коммутация түйіні арналарды, хабарламаларды немесе пакеттерді ауыстыруды қамтамасыз ететін аппараттық және бағдарламалық құралдар кешені болып табылады. Бұл жағдайда коммутация термині бір байланыс арнасы арқылы түйінге келетін деректер ағыны қажетті жіберу маршрутын ескере отырып, түйіннен басқа байланыс арналары арқылы берілетін ақпаратты тарату процедурасын білдіреді.

Мәліметтерді тасымалдау желісіндегі концентратор — арналардың азырақ саны бойынша кейіннен жіберу үшін бірнеше деректерді беру арналарының жүктемесін біріктіретін құрылғы. Концентраторларды пайдалану абоненттерді деректерді беру желісіне қосатын байланыс арналарын ұйымдастыру шығындарын азайтуға мүмкіндік береді.

Байланыс арнасы – телекоммуникациялық сигналдар арқылы көзден алушыға кез келген түрдегі хабарламаны беруді қамтамасыз ететін техникалық құралдар мен таратушы ортаның жиынтығы.

Мәліметтерді беру желісінің коммутация түйіндері арқылы ақпарат алмасуды ұйымдастыру принципіне құрылған компьютерлік желінің құрылымы желі абоненттерінің арасында тікелей (бөлінген) байланыс арналары жоқ, бірақ жақын маңдағы коммутациялық түйінге және арқылы қосылады деп болжайды. ол (және басқа аралық түйіндер) осы немесе тіпті басқа компьютерлік желінің кез келген басқа абонентімен.

Мәліметтерді беру желісінің коммутация түйіндерін пайдалана отырып, компьютерлік желілерді құрудың артықшылықтары мынада: әртүрлі желі абоненттері арасында тікелей арналарды ұйымдастырудың аса маңыздылығының болмауына байланысты байланыс арналарының жалпы санының және олардың ұзындығының айтарлықтай қысқаруы; желі абоненттері арасында ақпараттың әртүрлі түрлерін беру үшін бірдей арналарды пайдалану есебінен байланыс арналарының өткізу қабілеттілігін пайдаланудың жоғары дәрежесі; әртүрлі желі абоненттері үшін бағдарламалық-аппараттық құралдармен алмасу құралдарының техникалық шешімдерін біріздендіру мүмкіндігі, оның ішінде деректер, дыбыстық, телефакс және бейне сигналдары бар ақпараттық ағындарды ауыстыруға қабілетті интегралды сервистік түйіндерді құру.

Қазіргі уақытта деректер желілерінде коммутацияның үш әдісі қолданылады: тізбекті коммутациялау, хабарламаларды ауыстыру және пакеттік коммутация.

Желідегі арналарды ауыстырған кезде тікелей байланыс мәліметтерді жіберудің түпкілікті арнасын құру арқылы (тасымалдау кезінде ақпараттың аралық жинақталуынсыз) жасалады. Арналарды ауыстырудың физикалық мағынасы, мәні бойынша, коммутациялық түйіндер арқылы желіде ақпаратты беру басталғанға дейін абонент-жіберуші мен хабарламаны қабылдаушы арасында тікелей электрлік байланыс орнатылады. Мұндай байланыс жіберушінің арнайы хабарлама-қоңырауын жіберу арқылы орнатылады, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ шақырылатын абоненттің нөмірін (мекен-жайын) қамтиды және желі арқылы өткенде хабарламаны кейінгі жіберудің бүкіл жолында байланыс арналарын алады. . Әлбетте, арналарды ауыстырған кезде қалыптасқан түпкі байланыс арнасының барлық құрамдас бөліктері бос болуы керек. Егер қоңырау желінің кез келген бөлігінде қамтамасыз етілмесе (мысалы, хабарламаны беру жолын құрайтын коммутация түйіндері арасында бос арналар болмаса), онда қоңырау шалушы абонент байланыс орнатудан және желі үшін оның қоңырауынан бас тартылады. жоғалған болып саналады.хабарламаны жіберу, жіберуші-абонент қоңырауды қайталауы керек

Қосылым орнатылғаннан кейін жіберуші абонент деректерді тасымалдауды бастауға болатыны туралы хабарлама алады. Схеманы коммутациялаудың іргелі ерекшелігі қосылымды орнату кезінде алатын барлық арналар деректерді беру процесінде бір мезгілде пайдаланылады және абоненттер арасында деректерді беру аяқталғаннан кейін ғана босатылады. Тізбекті коммутациялық желінің типтік мысалы телефон желісі болып табылады.

Хабарламаларды ауыстырған кезде хабарлама коммутациялық түйінде қабылданады және жинақталады, содан кейін оның кейінгі берілуі жүзеге асырылады. Бұл анықтамадан хабарламаларды ауыстыру мен тізбекті ауыстыру арасындағы негізгі айырмашылық мынада: ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ, негізінен, хабарламаларды ауыстыру кезінде хабарламалар коммутация түйіндерінде аралық сақталады және өңделеді (хабарламаның басымдылығын анықтау, мультикастты тарату, хабарламаны жазу және мұрағаттау және т.б.). ). Хабарламаларды өңдеу үшін олардың желіде қабылданған пішімі, яғни жеке хабарлама элементтерінің орналасуының бір түрі болуы керек. Абоненттің хабарламасы алдымен ол қосылған желілік коммутация түйініне келеді бұл жазылушы. Әрі қарай түйін хабарламаны өңдейді және адресті ескере отырып, оны әрі қарай жіберу бағытын анықтайды. Таңдалған тарату бағытында барлық арналар бос емес болса, хабарлама қажетті арна шығарылған сәтте кезекте күтеді. Хабарлама алушы абонент қосылған желі түйініне жеткеннен кейін оған хабарлама осы түйін мен абонент арасындағы байланыс арнасы арқылы толық көлемде беріледі. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, желі арқылы өткен кезде хабарлама кез келген уақытта тек бір байланыс арнасын алады.

Пакеттік коммутация хабарламалар пакеттер деп аталатын бөліктерге бөлінген және осындай деректер пакеттері ретінде берілетін, қабылданатын және сақталатын хабарламаларды ауыстыру түрі ретінде анықталады.

Бұл пакеттер нөмірленген және адрестермен қамтамасыз етілген, бұл оларды желі арқылы бір уақытта және бір-бірінен тәуелсіз жіберуге мүмкіндік береді.