Axborot uzatishning yangi texnologiyalari

InfiniBand
InfiniBand arxitekturasi aloqa, tarmoq va saqlash quyi tizimlari uchun kiritish-chiqarish operatsiyalarini boshqarish uchun umumiy standartni belgilaydi. Ushbu yangi standart InfiniBand savdo uyushmasining (IBTA, http://www.infinibandta.org) shakllanishiga olib keldi. Oddiy qilib aytganda, InfiniBand yangi avlod I/U arxitektura standarti boʻlib, maʼlumotlar markazi serverlari, saqlash va tarmoq qurilmalarini ulash uchun tarmoq yondashuvini oladi.
InfiniBand texnologiyasi sifatida ishlab chiqilgan ochiq yechim, bu turli sohalarda boshqa barcha tarmoq texnologiyalarini almashtirishi mumkin. Bu umumiy LAN texnologiyalariga (barcha chekilgan va saqlash tarmoqlari, xususan, Fiber Channel) va ixtisoslashtirilgan klaster tarmoqlariga (Myrinet, SCI va boshqalar) va hatto PCI avtobuslarini almashtirish sifatida kiritish-chiqarish qurilmalarini shaxsiy kompyuterlarga ulashda qo'llaniladi. va SCSI kabi kiritish-chiqarish kanallari. Bundan tashqari, InfiniBand infratuzilmasi turli texnologiyalardan foydalangan holda fragmentlarni yagona tizimga birlashtirishga xizmat qilishi mumkin. InfiniBand-ning ixtisoslashtirilgan, yuqori samarali klasterga yo'naltirilgan tarmoq texnologiyalaridan ustunligi uning ko'p qirraliligidir. Masalan, Oracle korporatsiyasi InfiniBand-ni klaster yechimlarida qo'llab-quvvatlaydi. Bir yil oldin HP va Oracle Linuxda Oracle 10g boshqaruvchi ProLiant DL585 InfiniBand klasterida TPC-H unumdorligi rekordini (1TB maʼlumotlar bazalari uchun) oʻrnatdilar. 2005 yilning yozida IBM DB2 muhitida TPC-H (3 TB ma'lumotlar bazalari uchun) va xSeries 346 InfiniBand klasteridagi SuSE Linux Enterprise Server 9 uchun rekord darajadagi yuqori ko'rsatkichlarga erishdi.Shu bilan birga, har bir tranzaksiya narxi deyarli yarmini tashkil etdi. eng yaqin raqobatchilardan.
Kommutatsiya deb ataladigan texnikadan foydalanish tarmoq tuzilishi, yoki tarmoqni almashtirish, InfiniBand kirish/chiqarish trafigini server protsessorlaridan chekka qurilmalarga va korxona bo'ylab boshqa protsessorlar yoki serverlarga o'tkazadi. Jismoniy kanal sifatida har ikki yo'nalishda (InfiniBand 1x) 2,5 Gb/s ma'lumotlarni uzatish tezligini ta'minlaydigan maxsus kabel (bog'lanish) ishlatiladi. Arxitektura qatlamli arxitektura sifatida tashkil etilgan bo'lib, u to'rtta apparat qatlamini va dasturiy ta'minotda amalga oshirilgan yuqori qatlamlarni o'z ichiga oladi. Har bir jismoniy kanalda siz turli xil ustuvorliklarni belgilash orqali ko'plab virtual kanallarni tashkil qilishingiz mumkin. Tezlikni oshirish uchun InfiniBand-ning 4x va 12x versiyalari mavjud bo'lib, ular mos ravishda 16 va 48 simdan foydalanadi va ular bo'yicha ma'lumotlarni uzatish tezligi 10 Gb / s (InfiniBand 4x) va 30 Gb / s (InfiniBand 12x).
InfiniBand arxitekturasiga asoslangan yechimlar to'rtta asosiy bozorda talabga ega: korporativ ma'lumotlar markazlari (shu jumladan ma'lumotlar omborlari), yuqori samarali kompyuter klasterlari, o'rnatilgan ilovalar va aloqa. InfiniBand texnologiyasi standart serverlarni birlashtirish imkonini beradi klaster tizimlari ma'lumotlar markazlarini odatda faqat platformalar tomonidan taqdim etiladigan unumdorlik, masshtablilik va xatolarga chidamlilik qobiliyatlari bilan ta'minlash yuqori sinf millionlab dollarga teng. Bundan tashqari, InfiniBand xotirasi server klasterlariga biriktirilishi mumkin, bu esa barcha saqlash resurslarini to'g'ridan-to'g'ri hisoblash resurslari bilan bog'lash imkonini beradi. Yuqori unumdor klaster bozori har doim agressiv ravishda hisoblash imkoniyatlarini kengaytirishning yangi usullarini qidiradi va shuning uchun arzon narxlardagi InfiniBand mahsulotlari tomonidan taqdim etilgan yuqori o'tkazuvchanlik, past kechikish va mukammal miqyoslash imkoniyatlaridan katta foyda olishi mumkin. Harbiy tizimlar, real vaqtda tizimlar, video oqimlarni qayta ishlash va boshqalar kabi o'rnatilgan ilovalar InfiniBand ulanishlarining ishonchliligi va moslashuvchanligidan katta foyda keltiradi. Bundan tashqari, aloqa bozori doimiy ravishda 10 va 30 Gbit / s InfiniBand ulanishlari bilan erishiladigan ulanish o'tkazuvchanligini oshirishni talab qiladi.
InfiniBand protokolining jismoniy qatlami elektr va mexanik xususiyatlarni, jumladan, optik tolali va mis kabellarni, ulagichlarni, issiq almashtirish xususiyatlarini belgilaydigan parametrlarni belgilaydi. Ulanishlar darajasida uzatiladigan paketlar parametrlari, nuqtani nuqtaga ulash operatsiyalari, mahalliy quyi tarmoqdagi kommutatsiya xususiyatlari aniqlanadi. Tarmoq darajasida paketlarni quyi tarmoqlar o'rtasida yo'naltirish qoidalari aniqlanadi, quyi tarmoq ichida bu daraja talab qilinmaydi. Transport qatlami paketdan xabarga yig'ish, kanallarni multiplekslash va transport xizmatlarini taqdim etadi.
Keling, InfiniBand arxitekturasining ba'zi asosiy xususiyatlarini ta'kidlaymiz. I/U va klasterlash serverda bitta InfiniBand kartasidan foydalanadi, bu esa aloqa va saqlash uchun alohida kartalarga bo'lgan ehtiyojni yo'q qiladi (ammo, odatiy serverda bunday ikkita kartani zaxira qilish uchun sozlangan bo'lishi tavsiya etiladi). Har bir server, IP tarmog'i yoki SAN uchun InfiniBand kalitiga faqat bitta ulanish kerak bo'ladi (ortiqchalik shunchaki ulanishni boshqa kalitga ko'paytirishga qisqartiriladi). Nihoyat, InfiniBand arxitekturasi server ichidagi ulanish muammolari va tarmoqli kengligi cheklovlarini hal qiladi, shu bilan birga tashqi xotira tizimlari uchun kerakli tarmoqli kengligi va aloqa qobiliyatini ta'minlaydi.
InfiniBand arxitekturasi quyidagi uchta asosiy komponentdan iborat (3-rasm). HCA (Host Channel Adapter) server yoki asosiy (host) vazifasini bajaradigan ish stantsiyasiga o'rnatiladi. U xotira kontrolleri va tashqi dunyo o'rtasidagi interfeys vazifasini bajaradi va InfiniBand texnologiyasiga asoslangan tarmoq infratuzilmasiga xost-mashinalarni ulash uchun xizmat qiladi. HCA xabar almashish protokoli va asosiy DMA mexanizmini amalga oshiradi. U bir yoki bir nechta InfiniBand kalitlariga ulanadi va bir yoki bir nechta TCA bilan bog'lanishi mumkin. TCA (Target Channel Adapter) drayvlar, disk massivlari yoki tarmoq kontrollerlari kabi qurilmalarni InfiniBand tarmog'iga ulash uchun mo'ljallangan. U, o'z navbatida, InfiniBand kaliti va periferik qurilmalarning kiritish-chiqarish kontrollerlari o'rtasida interfeys bo'lib xizmat qiladi. Ushbu kontrollerlar bir xil turdagi bo'lishi yoki bir xil sinfga tegishli bo'lishi shart emas, bu ularni bir tizimga birlashtirish imkonini beradi. turli qurilmalar. Shunday qilib, TCA InfiniBand matosining ma'lumotlar trafigini va Ethernet, SCSI va Fiber Channel kabi boshqa quyi tizimlar uchun an'anaviy I/U kontrollerlari o'rtasida oraliq jismoniy qatlam vazifasini bajaradi. Shuni ta'kidlash kerakki, TCA ham HCA bilan bevosita o'zaro ta'sir qilishi mumkin. InfiniBand kalitlari va marshrutizatorlari markaziy o'rnatish nuqtalarini ta'minlaydi va bir nechta TCA asosiy HCA ga ulanishi mumkin. InfiniBand kalitlari tarmoq infratuzilmasining yadrosini tashkil qiladi. Ko'pgina kanallar yordamida ular bir-biriga va TCA ga ulanadi; havolalarni guruhlash va yuklarni muvozanatlash kabi mexanizmlar amalga oshirilishi mumkin. Agar kalitlar to'g'ridan-to'g'ri ulangan qurilmalar tomonidan yaratilgan bir xil pastki tarmoq ichida ishlasa, InfiniBand routerlari ushbu quyi tarmoqlarni birlashtiradi va bir nechta kalitlar o'rtasida aloqa o'rnatadi.

Rasm. 3. InfiniBand asosidagi SAN tarmog'ining asosiy komponentlari.
InfiniBand tizimining ilg'or mantiqiy imkoniyatlarining aksariyati tugunlarni kiritish-chiqarish tizimiga ulaydigan adapterlarga o'rnatilgan. Har bir turdagi adapter tarmoq orqali ma'lumotlarni yetkazib berish uchun kirish/chiqarish xabarlarini paketlarga tashkil qilish uchun mas'ul bo'lgan InfiniBand kanal adapteri yordamida xostni transport vazifalaridan chiqaradi. Natijada, xostdagi OT va server protsessorlari bu vazifadan ozod qilinadi. Shuni ta'kidlash kerakki, bunday tashkilot TCP / IP protokoli asosidagi aloqalar bilan sodir bo'ladigan narsadan tubdan farq qiladi.
InfiniBand juda moslashuvchan havolalar va transport qatlami mexanizmlarini belgilaydi, bu sizga InfiniBand-ga asoslangan SAN xususiyatlarini dastur talablari asosida nozik sozlash imkonini beradi, jumladan:

• 
  o'zgaruvchan o'lchamdagi paketlar;
  
• 
  uzatish birligining maksimal hajmi: 256, 512 bayt, 1, 2, 4 KB;
  
• 
  paketlarni kerakli kanal adapteri portiga yo'naltirish uchun qatlam 2 mahalliy marshrut sarlavhalari (LRH, Local Route Header);
  
• 
  global marshrutlash uchun qo'shimcha 3-qavat sarlavhasi (GRH, Global Route Header);
  
• 
  multicast qo'llab-quvvatlash;
  
• 
  ma'lumotlar yaxlitligini ta'minlash uchun variant va o'zgarmas nazorat summalari (VCRC va ICRC).
  

Transmissiya birligining maksimal o'lchami ko'p protokolli tizimlarni loyihalashda foydalaniladigan paket jitteri, inkapsulyatsiya yuki va kechikish kabi tizim xususiyatlarini aniqlaydi. Mahalliy pastki tarmoq manziliga yo'naltirishda global marshrut ma'lumotlarini o'tkazib yuborish qobiliyati mahalliy aloqaning qo'shimcha xarajatlarini kamaytiradi. Videomagnitofon kodi har safar aloqa kanalining navbatdagi havolasi o‘tganda, ICRC kodi esa – paket belgilangan manzil tomonidan qabul qilinganda qayta hisoblab chiqiladi, bu esa havola va butun aloqa kanali bo‘ylab uzatishning yaxlitligini kafolatlaydi.
InfiniBand chiziq boshini blokirovka qilish va paket yo'qotilishining oldini olish uchun ruxsatga asoslangan oqim boshqaruvini, shuningdek, havola qatlami oqimini nazorat qilish va oxirigacha oqimni boshqarishni belgilaydi. Ruxsatga asoslangan havola qatlamini boshqarish o'z imkoniyatlari bo'yicha keng qo'llaniladigan XON/XOFF protokolidan oshib ketadi, maksimal aloqa diapazoni cheklanishini yo'q qiladi va havolalardan yaxshiroq foydalanishni ta'minlaydi. Bog'lanishning qabul qiluvchi tomoni transmitterga ishonchli qabul qilinishi mumkin bo'lgan ma'lumotlar miqdorini ko'rsatadigan ruxsatlarni yuboradi. Qabul qiluvchi mavjudligini ko'rsatuvchi ruxsatnoma yubormaguncha ma'lumotlar uzatilmaydi bo'sh joy qabul qilish buferida. Ishonchli oqim nazoratini ta'minlash uchun qurilmalar o'rtasida ruxsatni uzatish mexanizmi ulanish va ulanish protokollariga o'rnatilgan. Bog'lanish qatlami oqimini boshqarish har bir VC asosida tashkil etilgan bo'lib, bu boshqa texnologiyalar kabi uzatish ziddiyatlarining tarqalishini oldini oladi.
InfiniBand bilan masofaviy saqlash modullari, tarmoq funktsiyalari va serverlar o'rtasidagi ulanishlar bilan aloqa barcha qurilmalarni kalit va kanallarning markaziy, birlashtirilgan to'qimasi orqali ulash orqali amalga oshiriladi. InfiniBand arxitekturasi kiritish-chiqarish qurilmalarini mis sim yordamida serverdan 17 m gacha, multimodli optik tolali kabel yordamida 300 m gacha va bitta rejimli tola yordamida 10 km gacha joylashtirish imkonini beradi.
Bugungi kunda InfiniBand asta-sekin serverlar va saqlash tizimlari klasterlari uchun magistral texnologiya sifatida va serverlar va saqlash tizimlari o'rtasidagi o'zaro bog'lanishlar uchun asos sifatida ma'lumotlar markazlarida mashhurlik kasb etmoqda. Ushbu yo'nalishda OpenIB Alliance (Open InfiniBand Alliance, http://www.openib.org) deb nomlangan tashkilot tomonidan ko'plab ishlar amalga oshirilmoqda. Xususan, ushbu ittifoq standart InfiniBand qo'llab-quvvatlovchi dasturiy ta'minot to'plamini ishlab chiqishga qaratilgan ochiq manba Linux va Windows uchun. Bir yil oldin InfiniBand texnologiyasini qo'llab-quvvatlash rasman Linux yadrosiga kiritilgan edi. Bundan tashqari, 2005 yil oxirida OpenIB vakillari InfiniBand texnologiyasidan uzoq masofalarda foydalanish imkoniyatini namoyish etdilar. Namoyishning diqqatga sazovor joyi 80,5 km masofaga 10 Gb/s tezlikda ma’lumotlarni uzatish bo‘ldi. Eksperimentda bir qator kompaniyalar va ilmiy tashkilotlarning ma’lumotlarni qayta ishlash markazlari ishtirok etdi. Har bir so'nggi nuqtada InfiniBand protokoli SONET OC-192c, ATM yoki 10 Gigabit Ethernet interfeyslarida o'tkazish qobiliyatining yomonlashuvisiz inkapsulyatsiya qilingan.
Zamonaviy axborot uzatish tizimlari - sᴛᴏ kompyuter tarmoqlari. Kompyuter tarmog'ining barcha abonentlari to'plami abonent tarmog'i deb ataladi. Aloqa va ma'lumotlarni uzatish vositalari ma'lumotlarni uzatish tarmog'ini tashkil qiladi (2.1-rasm).
Rasm. 2.1- Strukturaviy sxema kompyuter tarmoqlari.
Ma'lumotlarni uzatish tarmog'i turli aloqa kanallari yordamida bir-biriga va tarmoq abonentlariga ulangan ko'plab geografik dispers kommutatsiya tugunlaridan iborat.
Kommutatsiya tugunlari - bu kanallar, xabarlar yoki paketlarni almashtirishni ta'minlaydigan apparat va dasturiy vositalar majmuasi. Bunday holda, kommutatsiya atamasi axborotni tarqatish tartibini anglatadi, bunda bitta aloqa kanali orqali tugunga kelgan ma'lumotlar oqimi zarur uzatish yo'lini hisobga olgan holda tugundan boshqa aloqa kanallari orqali uzatiladi.
Ma'lumot uzatish tarmog'idagi markaz - bu kichikroq kanallar orqali keyingi uzatish uchun bir nechta ma'lumotlarni uzatish kanallarining yukini birlashtirgan qurilma. Hublardan foydalanish abonentlarni ma'lumotlarni uzatish tarmog'iga ulaydigan aloqa kanallarini tashkil qilish xarajatlarini kamaytirish imkonini beradi.
Aloqa kanali - telekommunikatsiya signallari yordamida har qanday turdagi xabarni manbadan qabul qiluvchiga etkazishni ta'minlaydigan texnik vositalar va tarqatish vositasi.
Ma'lumotlar uzatish tarmog'ining kommutatsiya tugunlari orqali ma'lumotlar almashinuvini tashkil etish printsipi asosida qurilgan kompyuter tarmog'ining tuzilishi tarmoq abonentlari o'rtasida to'g'ridan-to'g'ri (ajratilgan) aloqa kanallariga ega emas, balki eng yaqin kommutatsiya tuguniga va orqali ulanganligini nazarda tutadi. u (va boshqa oraliq tugunlar) ushbu yoki hatto boshqa kompyuter tarmog'ining boshqa abonentlari bilan.
Ma'lumotlar uzatish tarmog'ining kommutatsiya tugunlaridan foydalangan holda kompyuter tarmoqlarini qurishning afzalliklari quyidagilardan iborat: turli xil tarmoq abonentlari o'rtasida to'g'ridan-to'g'ri kanallarni tashkil etishning eng muhim ahamiyati yo'qligi sababli aloqa kanallarining umumiy soni va ularning uzunligi sezilarli darajada qisqarishi; tarmoq abonentlari o'rtasida har xil turdagi ma'lumotlarni uzatish uchun bir xil kanallardan foydalanish hisobiga aloqa kanallarining o'tkazish qobiliyatidan yuqori darajada foydalanish; turli tarmoq abonentlari uchun dasturiy va apparat almashish vositalari uchun texnik echimlarni birlashtirish, shu jumladan ma'lumotlar, ovozli, telefaks va video signallarni o'z ichiga olgan axborot oqimlarini almashtirishga qodir bo'lgan integral xizmat ko'rsatish tugunlarini yaratish imkoniyati.
Hozirgi kunda ma'lumotlar tarmoqlarida uchta kommutatsiya usuli qo'llaniladi: kontaktlarning zanglashiga olib o'tish, xabarlarni almashtirish va paketlarni almashtirish.
Tarmoqdagi kanallarni almashtirishda to'g'ridan-to'g'ri ulanish uchdan-uchgacha ma'lumot uzatish kanalini yaratish orqali yaratiladi (uzatish paytida ma'lumotni oraliq to'plashsiz). Kanal kommutatsiyasining jismoniy ma'nosi, asosan, kommutatsiya tugunlari orqali tarmoqda axborot uzatish boshlanishidan oldin, abonent-jo'natuvchi va xabarni qabul qiluvchi o'rtasida to'g'ridan-to'g'ri elektr aloqasi o'rnatiladi. Bunday aloqa jo'natuvchi tomonidan maxsus xabar-qo'ng'iroqni yuborish orqali o'rnatiladi, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ qo'ng'iroq qilinayotgan abonentning raqamini (manzilini) o'z ichiga oladi va tarmoq orqali o'tayotganda xabarni keyingi uzatishning butun yo'li bo'ylab aloqa kanallarini egallaydi. . Shubhasiz, kanallarni almashtirishda shakllangan uchdan-end aloqa kanalining barcha tarkibiy qismlari bepul bo'lishi kerak. Agar qo'ng'iroq tarmoqning biron bir qismida taqdim etilmasa (masalan, xabarni uzatish yo'lini tashkil etuvchi kommutatsiya tugunlari o'rtasida bo'sh kanallar mavjud bo'lmasa), qo'ng'iroq qiluvchi abonentga ulanish o'rnatish va tarmoq uchun uning qo'ng'irog'i rad etiladi. yo'qolgan deb hisoblanadi.xabar uzatish, jo'natuvchi-abonent qo'ng'iroqni takrorlashi kerak
Ulanish o'rnatilgandan so'ng, jo'natuvchi abonent ma'lumotlarni uzatishni boshlashi mumkinligi haqida xabar oladi. Sxemani almashtirishning asosiy xususiyati shundaki, ulanishni o'rnatish paytida egallagan barcha kanallar bir vaqtning o'zida ma'lumotlarni uzatish jarayonida ishlatiladi va faqat abonentlar o'rtasida ma'lumotlarni uzatish tugagandan so'ng chiqariladi. Kommutatsiyalangan tarmoqning tipik misoli telefon tarmog'idir.
Xabarlarni almashtirishda xabar kommutatsiya tugunida qabul qilinadi va to'planadi, so'ngra uni keyingi uzatish amalga oshiriladi. Ushbu ta'rifdan xabarni almashtirish va elektron kommutatsiya o'rtasidagi asosiy farq shundan kelib chiqadi, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ asosan xabarlarni almashtirish paytida xabarlar kommutatsiya tugunlarida oraliqda saqlanadi va qayta ishlanadi (xabar ustuvorligini aniqlash, multicast tarqatish, xabarlarni yozib olish va arxivlash va boshqalar). ). Xabarlarni qayta ishlash uchun ular tarmoq tomonidan qabul qilingan formatga, ya'ni alohida xabar elementlarini joylashtirishning bir xil turiga ega bo'lishi kerak. Abonentdan kelgan xabar birinchi navbatda u ulangan tarmoq kommutatsiya tuguniga keladi bu abonent. Bundan tashqari, tugun xabarni qayta ishlaydi va manzilni hisobga olgan holda uni keyingi uzatish yo'nalishini belgilaydi. Agar tanlangan uzatish yo'nalishidagi barcha kanallar band bo'lsa, xabar kerakli kanal chiqarilishi uchun navbatda kutadi. Xabar oluvchi abonent ulangan tarmoq tuguniga yetib borgandan so‘ng, xabar unga ushbu tugun va abonent o‘rtasidagi aloqa kanali orqali to‘liq hajmda beriladi. Masalan, tarmoqdan o'tayotganda xabar istalgan vaqtda faqat bitta aloqa kanalini egallaydi.
Paketli kommutatsiya xabarlarni almashtirish turi sifatida aniqlanadi, bunda xabarlar paketlar deb ataladigan qismlarga bo'linadi va ma'lumotlar paketlari sifatida uzatiladi, qabul qilinadi va saqlanadi.
Ushbu paketlar raqamlangan va manzillar bilan ta'minlangan, bu bizga ularni tarmoq orqali bir vaqtning o'zida va bir-biridan mustaqil ravishda uzatish imkonini beradi.