تحتاج شبكات الترابط متطلبات عالية بشكل خاص من حيث عرض النطاق الترددي والتأخير والتسليم عبر مسافات قصيرة، هذه تعتمد على بعض الخصائص الهامة وترتبط العديد من الخصائص بشبكات الترابط بالطوبولوجيا من السمات الرئيسية للشبكة طوبولوجيا، وتم تعريف طوبولوجيا الشبكة على أنّها التمثيل المجرد للاتصالات في الشبكة، ويشير إلى كيفية تنظيم العقد في الشبكة ويشير طوبولوجيا الشبكة إلى تخطيطات الحواف وعناصر المعالجة التي تنشئ الترابط وكذلك قطر الشبكة.
خصائص شبكات الربط البيني
هناك نوعان من شبكات الربط البيني الثابتة المختلفة التي يمكن تحديدها بناءً على الاتصال والشبكات المتصلة بالكامل (CCN) وشبكات الاتصال المحدودة (LCNs)، حيث في هيكل متصل جيداً أو شبكة متصلة تماماً يتم توصيل كل عنصر معالجة بجميع عناصر المعالجة الأخرى في الشبكة، ونظراً لأنّ كل عقدة متصلة ببعضها البعض فإنّ توجيه الرسائل بين العقد يصبح مهمة مباشرة.
لذلك فهو يضمن التسليم السريع للرسائل من أي عنصر معالجة مصدر إلى أي عنصر معالجة وجهة، وذلك لأنّه يجب اجتياز الحافة الواحدة والوحيدة في تمرير الرسائل بين العقد، حيث في شبكات الاتصال المحدودة (LCNs) لا توجد حافة مباشرة من كل عقدة إلى كل عقدة أخرى في الشبكة، كما قد يلزم توجيه الاتصال بين عقدتين عبر بعض العقد الخارجية الأخرى في الشبكة.
نظراً لأنّ الرسائل يتم توجيهها عبر العقد يتم قياس طول المسار بين العقد من حيث عدد الحواف التي يجب اجتيازها، وعادة لا تكون العقدة متصلة مباشرة بجميع العقد الأخرى في الكمبيوتر المتوازي وقد يتطلب نقل الرسائل من مصدر إلى عقدة وجهة عدة خطوات عبر العقد الوسيطة للوصول إلى العقدة المقصودة.
- “LCN” هي اختصار لـ “Limited Communication Networks”.
- “CCN” هي اختصار لـ “content centric networking”.
مقايضات التصميم في طوبولوجيا شبكة الربط البيني
إذا كان الشاغل الرئيسي هو مسافة التوجيه، فيجب تكبير البعد وإنشاء مكعب، وفي توجيه التخزين وإعادة التوجيه، بافتراض أنّ درجة التبديل وعدد الارتباطات لم يكن عامل تكلفة مهماً وأنّ عدد الروابط أو درجة التبديل هي التكاليف الرئيسية، يجب تصغير البعد وإنشاء شبكة مبني.
في أسوأ الحالات نمط حركة المرور لكل شبكة يفضل وجود شبكات عالية الأبعاد، حيث تكون جميع المسارات قصيرة، وفي الأنماط التي تتواصل فيها كل عقدة مع واحد أو اثنين فقط من الجيران القريبين يُفضل أن يكون لديك شبكات ذات أبعاد منخفضة، حيث يتم استخدام عدد قليل فقط من الأبعاد في الواقع.
1- التوجيه
تحدد خوارزمية التوجيه الخاصة بالشبكة أياً من المسارات المحتملة من المصدر إلى الوجهة يتم استخدامه كطرق وكيفية تحديد المسار الذي تتبعه كل حزمة معينة، كما يحد توجيه ترتيب الأبعاد من مجموعة المسارات القانونية بحيث يكون هناك مسار واحد بالضبط من كل مصدر إلى كل وجهة، والذي تم الحصول عليه عن طريق السفر أولاً للمسافة الصحيحة في بُعد الترتيب العالي ثم البعد التالي وما إلى ذلك.
آليات التوجيه
الحساب وتحديد المنفذ المعتمد على المصدر والبحث عن الجدول هي ثلاث آليات تستخدمها مفاتيح التبديل عالية السرعة لتحديد قناة الإخراج من المعلومات الموجودة في رأس الحزمة، وكل هذه الآليات أبسط من نوع حسابات التوجيه العامة المطبقة في أجهزة توجيه (LAN) و(WAN) التقليدية، حيث في شبكات الكمبيوتر المتوازية يحتاج المحول إلى اتخاذ قرار التوجيه لجميع مدخلاته في كل دورة، لذلك يجب أن تكون الآلية بسيطة وسريعة.
- “LAN” هي اختصار لـ “Local Area Network”.
- “WAN” هي اختصار لـ “Wide Area Network”.
2- التوجيه الحتمي
تُعد خوارزمية التوجيه حتمية إذا تم تحديد المسار الذي تسلكه الرسالة حصرياً من خلال مصدرها ووجهتها وليس من خلال حركة المرور الأخرى في الشبكة، حيث إذا كانت خوارزمية التوجيه تحدد فقط أقصر المسارات نحو الوجهة فإنّها تكون ضئيلة وإلّا فهي ليست بالحد الأدنى.
3- طريق مسدود الحرية
يمكن أن يحدث الجمود في مواقف مختلفة وعندما تحاول عقدتان إرسال البيانات إلى بعضهما البعض وتبدأ كل منهما في الإرسال قبل تلقي أي منهما فقد يحدث مأزق “وجهاً لوجه”، كما تحدث حالة أخرى من الجمود عندما تكون هناك رسائل متعددة تتنافس على الموارد داخل الشبكة.
الأسلوب الأساسي لإثبات خلو الشبكة من الجمود هو مسح التبعيات التي يمكن أن تحدث بين القنوات نتيجة تحرك الرسائل عبر الشبكات، وإظهار عدم وجود دورات في الرسم البياني الكلي لاعتماد القناة ومن ثم لا توجد أنماط حركة مرور يمكن أن تؤدي إلى طريق مسدود، والطريقة الشائعة للقيام بذلك هي ترقيم موارد القناة بحيث تتبع جميع المسارات تسلسلات معينة متزايدة أو متناقصة، بحيث لا تظهر دورات التبعية.
4- تصميم التبديل
يعتمد تصميم الشبكة على تصميم المحول وكيفية توصيل المحولات معاً وتحدد درجة المحول وآليات التوجيه الداخلية الخاصة به والتخزين المؤقت الداخلي الخاص به ما هي الهياكل، والتي يمكن دعمها وما هي خوارزميات التوجيه التي يمكن تنفيذها، مثل أي مكون من مكونات الأجهزة الأخرى لنظام الكمبيوتر يحتوي محول الشبكة على مسار البيانات والتحكم والتخزين.
5- المخازن
العدد الإجمالي للدبابيس هو في الواقع العدد الإجمالي لمنافذ الإدخال والإخراج مضروباً في عرض القناة ونظراً لأن محيط الشريحة ينمو ببطء مقارنة بالمنطقة تميل المفاتيح إلى أن تكون محدودة.
6- مسار البيانات الداخلي
مسار البيانات: هو الاتصال بين كل مجموعة من منافذ الإدخال وكل منفذ إخراج، كما يُشار إليه عموماً باسم العارضة الداخلية، والعارضة العرضية غير المحظورة هي التي يمكن توصيل كل منفذ إدخال فيها بمخرج مميز في أي تبديل في وقت واحد.
7- قناة المخازن
إنّ تنظيم التخزين المؤقت داخل المحول له تأثير مهم على أداء المحول، بحيث تميل أجهزة التوجيه والمفاتيح التقليدية إلى امتلاك مخازن مؤقتة كبيرة، لذاكرة التخزين المؤقت (SRAM) أو (DRAM) خارجية لنسيج المحول، بينما في محولات (VLSI) يكون التخزين المؤقت داخلياً للمحول ويخرج من نفس ميزانية السيليكون مثل مسار البيانات وقسم التحكم، ومع زيادة حجم الشريحة وكثافتها يتوفر المزيد من التخزين المؤقت ولدى مصمم الشبكة المزيد من الخيارات، ولكن لا تزال العقارات العازلة تأتي في خيار رئيسي وتنظيمها مهم.
- “VLSI” هي اختصار لـ “Very large-scale integration”.
- “SRAM” هي اختصار لـ “Static random-access memory”.
- “DRAM” هي اختصار لـ “Dynamic Random Access Memory”.
8- التحكم في التدفق
عندما تحاول تدفقات البيانات المتعددة في الشبكة استخدام نفس موارد الشبكة المشتركة في نفس الوقت يجب اتخاذ بعض الإجراءات للتحكم في هذه التدفقات، وإذا كان الهدف هو عدم فقدان أي بيانات فيجب حظر بعض التدفقات بينما يتابع البعض الآخر.
تظهر مشكلة التحكم في التدفق في جميع الشبكات وعلى العديد من المستويات، لكنّها تختلف نوعياً في شبكات الكمبيوتر المتوازية عنها في الشبكات المحلية والشبكات الواسعة، وفي أجهزة الكمبيوتر الموازية يجب تسليم حركة مرور الشبكة بنفس دقة حركة المرور عبر الحافلة، وهناك عدد كبير جداً من التدفقات المتوازية على نطاق زمني صغير جداً.
