Компьютерлік желі

 

3  Негізгі  желінің  топологиясы

 

Сызба-құрылымы  (құрылымдық  белгісі) бойынша тораптар   «құрсым»,  «сақина»,  «жұлдыз»,  «бұтақ»,  «тор»  тәрізді  және  ұялық   (гибридті)  тораптар  деген  бірнеше    түрге   бөлінеді.

Тораптың  сызба-құрылымы  (топология,  topology)    деп  тораптың  геометриялық  нысанын  немесе   есептеу    машиналарының  бір-біріне   қарағандағы    орналасуын    айтады.    Тораптың  сызба-құрлымы  тораптық   тасымалдау   ортасының    және   қосылған   құрылғылардың    физикалық   орналасуын  сипаттайды. 

«Тор»   сызба-құрылымы   («Mesh»),  «Тор»  тәрізді   сызба-құрылым  деп  тораптағы  барлық     түйіндері   арасында     өзара   тікелей  байланысы  бар   сызба-құрылымды   айтады.  Екі  түйін   арасында   көптеген  жол   құруға  мүмкіндік   береді,    бұл  өз   кезегінде,   тораптың   жұмыс  істеу     орнықтылығын    арттырады   және   деректер   тасымалдаудағы   кідірісті    қысқартады         (3-сурет).

Бірақ,  егер  әрбір  бекет   қалған  жұмыс  бекеттеріне   жиі-жиі   хабар   жібермейтін    болса,   онда   тораптың   өткізу   жолағы  толық    пайдаланылмайды.  Бұндай  сызба-құрылым  сирек   қолданылады. 

«Құрсым»  сызба-құрылымы    («Bus»).   Барлық  жұмыс  бекеттері   бірыңғай  кәбілге  қосылатын   есептеу  торабының  сызба-құрылымы.  Бұндай   торапта    кез  келген     бекеттен    шыққан  деректер    қалғандарының   барлығына  бір    уақытта    жетеді.    Келген   хабардың     ішіндегі   мекендік  ақпаратты    пайдалана  отырып   әрбір  жұмыс   бекеті   өзіне    тиісті   деректерді   таңдап  алады.  «Құрсым»   (немесе   «құр»)  тәрізді   құрылымы   бар  торап  - ең  қарапайым   және  ең  көп  тараған  торап.    Оны  кейде   «магистралдық»  деп  те  атайды  (4-сурет).

«Құрсым»  тәрізді   құрылымның  жағымды    жақтары:

• жергілікті  есептеу  тораптарында   көп  таралған;
• кез  келген  жаңа  жұмыс  бекетін  қосу  және   алып  тастау   жеңіл;
• кеңтаралымды  әлпі   жеңіл  жүзеге  асырылады;
• тасымалдау  ортасын   тиімді  пайдалануға  болады  (себебі: тиімді  ұзындығын  тауып  алуға  мүмкіндік  бар).

«Құрсым»  тәрізді   құрылымның  кемшіліктері:

• торапқа  қосылу    жеңіл    болғандықтан  ақпаратты   қорғау  қиындайды;
• осындай  сызба-құрылымды  тораптардағы  компьютерлер  саны  шектеулі;
• компьютерлер  саны  көбейген  сайын  тораптың  тасымалдау  өнімділігі   төмендейді.

                 

 

 

                                                       

4 –сурет

 

«Құрсым»   тәрізді   сызба-құрылымы  бар  жергілікті    есептеу  торабының  мысалы   ретінде   Ethernet  (Xerox  Corporation  фирмасы)  торабын    келтіруге    болады.  Онда   CSMA/CD    қатынас   құру   әдісі  және  коаксиалды  кәбіл  қолданылады.  10  Мбит/с   жылдамдықпен    жұмыс  істейді.

Стандартты   жағдайда  Ethernet   құрсымдық  торабында  BNC-T байланыстырғышы   бар  жіңішке  кәбіл  немесе    Cheapernet – кәбіл  жиі   қолданылады.   Бұл  кезде    жұмыс  бекетін   тораптан   шығарып  тастау  және  әсіресе   торапқа  қосу   құрсымның  тұтастығын  бұзуды   талап  етеді.

Жаңа  технология   қораптарды  пайдалануды   ұсынады.  Бұл  кезде   жұмыс  бекеттерін   торап  жұмыс   істеп  тұрған  уақытта   қосуға    және  шығарып   тастауға  да  болады.   Екінші   жағынан,   тораптағы  ақпаратпен   рұқсатсыз  танысуға  (пайдалануға)  мүмкіндік  береді.

«Сақина»  сызба – құрылымы  («Ring»).  Әрбір  жұмыс  бекеті               тек   екі  ғана     жұмыс  бекетімен  байланысқан  (5-сурет)   есептеу    торабының  сызба - құрылымы.  Деректер   бір  жұмыс  бекетінен    екіншісіне  бір  бағытта    тасымалданады     (шығыршық  бойынша). 

Сондықтан,    ақпарат    тораптың    барлық   түйіндеріне  кезектесіп  жетеді.  Бұл  кезде   әрбір  есептеу  машинасы,   келген  хабарды   келесі   есептеу      машинасына   жолдайтын,  қайталауыш   міндетін  атқарады. 

  Әрбір  түйіннің  ақпарат   тасымалдауға  белсенді   қатынасуының   керектігі   және  оның   біреуі   бұзылған    кезде  есептеу    торабы    толығымен    (егер   тиісті   шаралар  көзделмесе)   істен  шығатындығы  «сақина»   сызба -  құрылымы   кезіндегі   негізгі    мәселелердің     бірі    болып    саналады. 

 

 

 

 Кәбілдік   байласудағы      ақаулар  жеңіл   жөнделеді.

Тораптың  ұзындығы  тек  екі    жұмыс бекетінің  ара   қашықтығына   байланысты   болғандықтан    тораптың   ұзындығына  шектеу   қойылмайды.

 Логикалық   сақиналық  торап  «Сақина»  тәрізді    сызба-құрылымның    арнаулы  түрі  болып  табылады.   Осындай  торап,  физикалық    қүрылуы  жағынан,   жұлдыздық   сызба-құрылымдардың  байласулары  ретінде   құралады.

«Сақина»  тәрізді   сызба-құрылымының  жағымды  жақтары:

• есептеу   торабының  жұмысы    жеке  түйіннен   тәуелсіз (егер   түйінде  ақау  болса, онда  оны    айналып  өтуге  болады);
• дестелерді   бағдарғылаудың  қарапайым   алгоритмі  қолданылады;
• бұзылған түйіндерді  (ақауларды)  табу және    тораптың  пішінүйлесімін  өзгерту  жеңіл.

Сақиналық   сызба-құрылымының    жағымсыз  жақтары:

• тораптың  сенімділігі    арналық   жүйенің   жай-күйіне    байланысты;
• тасымалданатын  деректер   барлық   түйіндер  арқылы   өтетін  болғандықтан  ақпаратты    қорғау   мәселесі  күрделі;
• күрделі  программалық   қамтаманы    қолдану  керек   (мәселен,  маркер  жоғалған  немесе  торапты  қайта   пішінүйлесімдіру   мәселесін  шешу  жағдайларда).

«Сақина»  тәрізді   сызба-құрылымды  есептеу    тораптарының  ішіндегі    ең  көп  тараған  маркерлік   қатынас  құру  әдісі   қолданылатын    есептеу   тораптары.  Олардың  ішінде:

Token  Ring  (IBM фирмасы)  тектес   жергілікті  есептеу   тораптары.  Деректер   тасымалдау   жылдамдығы   4  немесе  16  Мбит/с.  Тасымалдау  ортасы  ретінде   экрандалған  және   экрандалмаған   есулі  қоссымдар       (STP   және  UTP)  немесе   талшық-оптикалық  кәбіл  қолданылады;

FDDI  (Fider  Distributer  Data  Interface)  есептеу  тораптары.  Талшық-оптикалық  байланыс  желісі  пайдаланылады,  деректер   тасымалдау  жылдамдығы  100  Мбит/с.  Әдетте,  бірнеше    жеке   жергілікті   тораптарды    біртұтас  есептеу  торабына  біріктіру  үшін  қолданылады.  CDDI  торабы FDDI    торабына   ұқсас,  бірақ   тасымалдау  ортасы  ретінде   есулі   қоссым  қолданылады.

«Жұлдыз» сызба-құрылымы  («Star»).  Есептеу  торабының     қалған  түйіндерінің  әрқайсысымен    деректер    тасымалданатын   жеке  арна   арқылы   байланысқан   орталық  түйіні    бар  сызба-құрылым  (6-сурет).  Орталық     түйінді     кейде   көп    портты  қайталауыш      немесе    шоғырлауыш    (Hub,  хаб)  деп  атайды.  Жұмыс  бекеттерінің   арасында   байланыс   жасау,  оны  қолдау    және  үзу   міндетін    орталық  түйін   атқарады.

 

Жағымды  жақтары:

• «құрсым»  сызба-құрылымының  салыстырғанда  шапшаңдылығы  жоғары  құрылым  болып  саналады.  Себебі:  екі  жұмыс  бекетінің  арасында   деректер  тасымалдау   орталық  түйін  арқылы    өтеді  және  осы  жұмыс  станциялары    ғана    пайдаланатын  жеке  желілер   бойынша  жүзеге  асырылады;
• деректер   тұтастығын  сақтау  мәселесі    жақсы  шешілген.  Рұқсатсыз   қатынас   құруға   қарсы  бағытталған  әрекеттер  тетігі,  орталық    түйін   арқылы   жүзеге  асырылады.  Есептеу   торабы  толығымен   осы  орталық   түйіннен   басқарыла   алады;
• мекендету   үрдісі   қарапайым;
• бұзылған  түйінді    есептеу    торабының  құрамынан   шығарып  тастау    немесе  жаңа    жұмыс  бекетін    қосу  жеңіл;
• бұзылған  жерді   (ақауларды) іздеу  үрдісі   жеңілдетілген.

«Жұлдыз»  тәрізді  сызба-құрылымының   жағымсыз     жақтары:  тораптың  сенімділігі  шоғырлауыштың  жұмысына     тәуелді  (егер  басқару   орталығы   бұзылса,    онда   торап   түгелімен   жұмыс   істеу   қабілетін   жоғалтады)  және    кәбіл   көп   жұмсалады.

«Жұлдыз»   тәрізді   сызба-құрылымы  бар  есептеу  торабына   мысал  ретінде   Ethernet  (10Base-T,  10Base-F)  және   Fast  Ethernet  (100Base-TX,  100 Base-T4,  100Base-FX)  жергілікті  есептеу    тораптарын   келтіруге   болады.

«Бұтақ»  сызба-құрылымы»   («Tree»).  Кез  келген  екі  түйіні   бір-ақ  жолмен  байланысқан  есептеу    торабының  сызба-құрылымы.   Бір  түбірден  тараған   ағаштың   бұтақтарына  ұқсайды   (7 – сурет).

Есептеу  торабының  көп  таралған  «сақина»,  «жұлдыз»  және  «құрсым»   тәрізді   сызба-құрылымдарынан   басқа    практикада   олардың   аралас  түрі    де,  мәселен,   «бұтақ»   тәрізді    сызба-құрылымы   қолданылады.  Ол   жоғарыда  аталған   сызба-құрылымдарды  («жұлдыз»  және  «құрсым»)   біріктіру   негізінде  алынады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

«Бұтақ»  тәрізді  сызба-құрылым  есептеу  тораптарының  негізгі  сызба  құрылымдарын  таза   түрінде   қолдануға    болмайтын   жағдайларда     пайдаланылады.  Бейімдеуіш   тақшаларға  көптеген   жұмыс  бекеттірін  қосу  үшін   тораптық   күшейткіштер  және  коммутаторлар  қолданылады.

Күшейту   қабілеті  бар  коммутатор  белсенді   шоғырлауыш  деп  аталады.  Белсенді  шоғырлауыш  ажыратқыш   ретінде  пайдаланылады.  Оған   күшейткіштің  қажеті  жоқ  және  жұмыс  бекетіне  дейінгі   ең  үлкен    қашықтық   бірнеше  ондаған  метрден  аспауы  керек.

Ұяшықты  (гибридті)  сызба-құрылым.  Бұл  сызба-құрылым  жоғарыда  аталған  «құрсым»,  «сақина»,  «жұлдыз»  және  «бұтақ»  сияқты   сызба-құрылымдардың   бірлестігі  (8-сурет).   Болып   табылады.   Ауқымды    (мәселен,  Ethernet)  тораптарға  тән  сызба-құрылым.

Деректер  тасымалдау  ортасының  (кәбілдің)  жеке   бөлшектерінен  құрастырылған  байланыстың   пішінүйлесімін    физикалық  сызба-құрылым,  ал  тораптың    компьютерлерінің    арасындағы  ақпарат   ағынының   пішінүйлесімін  логикалық  сызба-құрылым  деп  атайды.

Көп  жағдайда  физикалық   және  логикалық  сызба-құрылымдар  бір-біріне  дәл  келеді.  Кейде    өзгеше  болуы  мүмкін:  мәселен,  физикалық  сызба-құрылым  -  жұлдыз,  ал  логикалық  - құрсым.      

Бұдан  ары біз    тек  NUMA  тәрізді   мультипроцессорға   сәйкес  келетін  топологияны  қарастырамыз.  2n   торапты   қосушы    алғашқы  және    ең көп  тараған   желі    гиперкуб   деп    аталатын   n - өлшемді    кубтың   топологиясы ие  болады.  Әрбір   торап   коммуникациялық    схемадан   бөлек    процессор   мен  жазу    модулы  және     енгізу – шығару   құралдарының    қызметін   қамтамасыз   етеді.

9 - суретте  үш  өлшемді  гиперкуб

 

9 - суретте  үш  өлшемді   гиперкуб   бейнеленген.  Мұнда   жақшамен    тораптардың  коммуникациялық  схемасы  белгіленген.   Қосылған    тораптардың   функциональдық  құрылғылары  суретте  көрсетілмеген.  Көршілес   тораптар   арасындағы   екі  бағытты  байланыс  кубтың  қабырғасы  арқылы   көрсетілген.  n - өлшемді     гиперкубта  әрбір  торап   көршілес    n – тораптармен  

9-суретте  көрсетілгендей  тораптардың   екілік   адрестерін  белгілеу  жеңіл   болу  үшін   көршілес    екі  тораптың    адресі   ерекше  битпен    ажыратылады.

Гипрекубтағы  хабарларды       маршруттау   қарапайым    түрде    жүреді.  Ni  торап    процессорына   хабар  Nj    торап  процессорына   төмендегідей  түрде    жеткізіледі.      і-көзі    мен   j – қабылдауыш  арасындағы    екілік     адрестер   кіші  биттен   басталып     үлкен  битпен   аяқтала    салыстырылады.   Оларды   бір-бірінен     р-разряды  арқылы     ажыратуға    болады  да    жорамалдайық. 

Одан  әрі   Ni   торабы   хабарды    өз  көршісі   і-дан  р-разрядымен    ерекшеленген    k-адресіне    жеткізіледі.    Ал  Nk    торабы  осы  адрестерді     салыстыру     схемасын   пайдаланып   өз   көршісіне    хабарды  жеткізеді.    Бір  тораптан   келесі  торапқа   хабар    жеткізілген   сайын    Nj – қабылдаушы    торабына  хабар    жеткізу     жақындайды.   Мысалы,  N2  торабынан  N5  торабына    хабар   жеткізу  үшін,  N3  және  N1  тораптары   арқылы  хабарды   3  рет   қайта  жіберу    жүзеге   асырылады.  Әдетте   осы қайта    жіберу    саны    n - өлшемді    гиперкубтағы    хабар   таратудың  ең  жоғарғы   ара   қашықтығына      сәйкес  келеді.

Хабар   маршруттауда   оңнан    солға   бағытында   адрес   жеткізу    қоспасы  ерекше      әдіс  болып   есептелмейді.  Бұдан  басқа    да  әртүрлі   схеманы  қолдануға     болады.  Мысалы,   бір  тораптан     келесі    торапқа    хабарды     қайта   жіберген   сайын    хабар  беру  орнына   жақындайды,   ал  ары  қарай   маршруттауда,  әр  торапта    тек   жергілікті   информация    пайдаланылады. Егер  хабар    таратудың  қысқа         жолы  мүмкін  болмаса    хабар  таратуды  ұзақ  жолмен     бағыттау  жүзеге   асырылады.   Алайда   хабардың   бару  орнына  жетпей,  шыққан   көзіне  қайта  келуінен,   яғни   хабардың    тұйықталған     маршрутпен  жүруінен   сақтану  қажет.

Гиперкуб    топологиясы  желісі   көптеген  жүйелерде  қолданады.  Олардың   арасында     ең  көп  тарағаны     Inteli PSC,   мұнда      жеті өлшемді  куб  128  торапты     қосып   тұр  және   он  өлшемді     кубпен  1024   торап   қосылған,  N CUBE  NCUBE/ten    болып  табылады.    1990  жылдың  басынан  бастап   гиперкуб   топологиясы  желісі   қызметін    пайдалану   азая  бастады,   олардың   орнына     ұяшықты  желіні  пайдалану  пайда  болды.