ما هي شبكة الدوائر الديناميكية Dynamic Circuit Network

أصبحت متطلبات إمكانية التنبؤ بالشبكة ذات أهمية متزايدة لمجتمع العلوم في وزارة الطاقة، حيث يتم توزيع الموارد على نطاق واسع والتعاون في جميع أنحاء العالم، ولاستيعاب هذه المتطلبات الناشئة أنشأت شبكة علوم الطاقة شبكة بيانات علمية لتوفير تخصيصات نطاق ترددي مضمونة يحركها المستخدم.

ما هي شبكة الدوائر الديناميكية

شبكة الدائرة الديناميكية (DCN): هي تقنية شبكات كمبيوتر متقدمة تجمع بين الاتصال التقليدي بتبديل الحزمة على أساس بروتوكول الإنترنت، كما هو مستخدم في الإنترنت ومع تقنيات تبديل الدارات التي تميز أنظمة شبكات الهاتف التقليدية، ويتيح هذا المزيج تخصيصاً مخصصاً من قبل المستخدم لعرض النطاق الترددي للشبكة للتطبيقات عالية الطلب في الوقت الفعلي وخدمات الشبكة، والتي يتم تسليمها عبر البنية التحتية للألياف الضوئية.

• “DCN” هي اختصار لـ “Dynamic Circuit Network “.

أساسيات شبكة الدوائر الديناميكية

يعين (DCN) تقنية تسمح بتعيين عرض نطاق ثابت بين شركاء الاتصال في فترة زمنية قصيرة، وتستخدم تقنية الشبكة عناصر الاتصال الكلاسيكي بتبديل الدارات، ولكنّها تعتمد على نفس البنية التحتية للإنترنت لذلك تمثل شبكة الدائرة الديناميكية مكملاً لشبكة الإنترنت التقليدية، وغالباً ما يستخدم الاختصار (DCN) فيما يتعلق بمصطلح “Internet2”.

يقوم (DCN) بتعيين عرض النطاق الترددي ونقل البيانات عبر الألياف الضوئية في البنية التحتية للإنترنت ومع ذلك فإنّ الاتصال بين شركاء الاتصال وعقد الشبكة يستخدم ترددات بصرية، وتتطلب أجهزة التوجيه المراد توصيلها بين المشترك المرسل والمستقبل برنامجاً خاصاً لتأسيس اتصالات (DCN)، ويمكن مقارنة اتصالات (DCN) بالاتصالات الموجودة في شبكة كلاسيكية بتبديل الدارات مثل شبكة الهاتف.

يمكن نقل المعلومات من مشترك إلى آخر دون أن تتأثر أو تتأثر بأنشطة المشتركين الآخرين، وعلى عكس شبكة الهاتف التقليدية، يمكن تحقيق عروض نطاق عالية جداً في شبكة الدوائر الديناميكية ونتيجةً لذلك يمكن نقل كميات كبيرة من المعلومات في دفق بيانات مستمر دون ضياع وبسرعة كبيرة.

يرسل المستخدم أو التطبيق طلب اتصال إلى (DCN Control Plane) لتأسيس اتصال (DCN)، ويعالج مستوى التحكم التفويض وحجز النطاق الترددي وإنشاء الاتصال وإغلاق الاتصال، وإذا كان الاتصال يحتاج إلى إنشاء عبر مجالات متعددة يتم تنسيق ذلك بواسطة بروتوكول (IDC) الدولي، ويتكون الاتصال الفعلي من شبكة محلية ظاهرية مخصصة من نقطة إلى نقطة.

الدوائر الديناميكية مناسبة تماماً للتطبيقات التي تتطلب خدمة يمكن التنبؤ بها بمعدل بت ثابت لفترة زمنية محددة مثل تطبيقات الحوسبة السحابية والعلوم الإلكترونية، ونظرت الأبحاث السابقة حول الإرسال الأولي في الشبكات الضوئية النشطة (PONs) بشكل أساسي في حركة تبديل الحزمة، وركزت على تحسين مقاييس الأداء على مستوى الحزمة مثل تقليل متوسط ​​التأخير.

كما تم تقييم دائرة ديناميكية وحزمة (PON) توفر دوائر ديناميكية جنباً إلى جنب مع خدمة تبديل الحزم بحيث يوفر خدمة مرنة لتحويل الحزم، من خلال تخصيص النطاق الترددي الديناميكي في دورات الاقتراع الدورية، وخدمة دارة متسقة عن طريق تخصيص كل دارة نشطة نافذة إرسال ذات مدة ثابتة أثناء كل دورة اقتراع ذات مدة ثابتة.

ويتم تحليل مقاييس الأداء على مستوى الدائرة بما في ذلك احتمالية حجب طلبات الدائرة الديناميكية من خلال تحليل عشوائي قائم على الحزمة، ومن خلال هذا التحليل يحدد أيضاً عرض النطاق الترددي الذي تشغله الدوائر المقبولة، والنطاق الترددي المتبقي متاح لحركة مرور الحزم ويقوم بإجراء تحليل تقريبي لمتوسط ​​التأخير الناتج لحركة مرور الحزمة.

• “IDC” هي اختصار لـ “Internet-Database-Connector”.

• “PON” هي اختصار لـ “passive-optical-network”.

تطبيقات شبكة الدائرة الديناميكية

• غالباً ما يستخدم (DCN) في الطب والبحث وغالباً ما تتطلب هذه الحقول نطاقات ترددي كبيرة مع جودة الخدمة المضمونة لتبادل كميات كبيرة من المعلومات، وتضمن تقنية (DCN) إمكانية استخدام تطبيقات الوقت الفعلي التي تتطلب نطاقاً ترددياَ عالياً عبر مسافات طويلة، وترتبط العديد من الجامعات والمعاهد البحثية الأمريكية عبر (DCN).

• في السنوات الأخيرة نشرت العديد من الشبكات الأكاديمية الكبيرة وحدة تحكم في شبكة الدوائر الديناميكية (DCN)، مثل (OSCARS) أو (auto BAHN) لتوفير دوائر افتراضية حسب الطلب (VCs) عبر مجالات إدارية متعددة، والتحدي في تنفيذ (DCN) هو توفير جودة الخدمة بين المجالات (QoS).

• لا تتطلب التطبيقات الحساسة للخدمة مثل الأنظمة الموزعة الكبيرة وتطبيقات الفيديو المباشر وضمان عرض النطاق الترددي فحسب بل تتطلب أيضاً توفراً عالياً.

• يمكن للمستخدم تحديد سياسات اختيار المسار (PSPs) أي أقل قفزة وأعلى توافر جودة خدمة فضفاضة أو أعلى إتاحة جودة خدمة صارمة، وبالنسبة لقيد التوفر يتم استخدام نموذج فشل الارتباط الاحتمالي للعثور على مسارات عالية الإتاحة.

• يحدث ازدحام بروتوكول التحكم في النقل (TCP) عندما يعمل عدد من المرسلين بالتوازي مع نفس الخادم، حيث تحدث مشكلة الشبكة ذات النطاق الترددي العالي والكمون المنخفض.

• بالنسبة للعديد من تطبيقات شبكة مركز البيانات مثل محرك البحث توجد حركة مرور كثيفة على مثل هذا الخادم.

• تعتمد طريقة الاستخدام على الضبط الاستباقي لنافذة استقبال بروتوكول التحكم في الإرسال (TCP) قبل حدوث فقدان الحزمة.

• يهدف إلى تجنب هدر النطاق الترددي من خلال تعديل حجمه وفقاً لعدد الحزم.

• لتجنب فقدان الحزمة يتم تنفيذ خوارزمية (ICTCP) في شبكة مركز البيانات (ToR).

ملاحظة:“QoS” هي اختصار لـ “Quality-of-Service” و”TCP” هي اختصار لـ “Transmission-Control-Protocol”.

ملاحظة:“PSP” هي اختصار لـ “path-selection-policies” و”ToR” هي اختصار لـ “The-Onion-Routing”.

ملاحظة:“ICTCP” هي اختصار لـ “Iterative-Closest-Points” و”VC” هي اختصار لـ “virtual-circuit”.

كيفية عمل شبكة الدائرة الديناميكية

• تستخدم شبكة الدائرة الديناميكية الألياف الضوئية المتوفرة في البنية التحتية للإنترنت لتخصيص عرض النطاق الترددي ونقل البيانات.

• يحدث الربط الشبكي بين شركاء الاتصال وعقد الشبكة على الترددات الضوئية الخاصة بهم وهذا يعني أنّ أجهزة التوجيه المتصلة بين عقد الإرسال، والاستقبال تحتاج إلى برنامج خاص لإجراء اتصالات (DCN).

• يدير ما يسمى بروتوكول التحكم في المجال الداخلي بروتوكول (IDC) التوفير الديناميكي لموارد الشبكة التي تشارك في شبكة دائرة ديناميكية عبر حدود مجال إداري متعددة، وبروتوكول (IDC) هو بروتوكول مراسلة (XML) مستند إلى (SOAP) يتم تأمينه بواسطة (Web Services Security)، باستخدام معيار التوقيع الرقمي لـ (XML) ويتم نقله عبر اتصالات (HTTP) الآمنة (HTTPS).

• إذا كان المستخدم ينوي استخدام اتصال (DCN) فإنّه هو نفسه أو التطبيق المقابل يرسل طلب اتصال إلى مستوى التحكم في شبكة الدائرة الديناميكية.

• ينظم مستوى التحكم التفويض وحجز النطاق الترددي وإعداد الاتصال وإنهاء الاتصال.

• إذا كان يجب إنشاء اتصال عبر مجالات متعددة يتم تنسيق ذلك بواسطة بروتوكول (IDC) الدولي.

• يتكون الاتصال الفعلي من شبكة محلية ظاهرية مخصصة من نقطة إلى نقطة.

• وشبكة شبكة المنطقة المحلية الافتراضية (VLAN) عبارة عن مقطع فرعي منطقي ضمن شبكة فعلية عامة.

• تعتمد معظم الشبكات اليوم على مفتاح واحد أو أكثر والذي ينظم حركة البيانات بين المشاركين.

• لتمكين الاتصال بين أجهزة الكمبيوتر الفردية يتم توصيل جميع كابلات الشبكة بمحول.

• في الشبكات الحديثة يمكن لمثل هذه المفاتيح توصيل مئات الأجهزة معاً مع الحفاظ على اتصالات خالية من التداخل نسبياً.

• في بعض الحالات قد يكون من المنطقي تقسيم هذه الشبكات الكبيرة إلى شبكات محلية افتراضية مختلفة دون تغيير أي شيء في التثبيت المادي.

ملاحظة:“SOAP” هي اختصار لـ “Simple-Object-Access-Protocol” و”VLAN” هي اختصار لـ “Virtual-local-area-networks”.

ملاحظة:“HTTP” هي اختصار لـ “Hyper-Text-Transfer-Protocol” و”XML” هي اختصار لـ “extensible-markup-language”.