СЕТИ ЭВМ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ. Министерствообразованияинаукироссийскойфедерации
 Скачать 4.29 Mb.
|
|
системное программное обеспечение, представляющее собой совокупность стандартных программных средств, обеспечивающих функционирование ВС и включающих операционную систему (ОС), основными составляющими которой для организации эффективного функционирования ВС, являются управляющие программы (УП), а также трансляторы с алгоритмических языков и библиотеки математических и служебных программ; • прикладное программное обеспечение в виде множества прикладных программ (ПП), обеспечивающих ориентацию ВС на решение задач конкретной области применения. ЭВМ 2 ЭВМ 1 ЭВМ ВК МПВК МПВК ЦП 1 ЦП 2 ОП 1 ОП 2 ВУ ЦП 1 ЦП 2 ОП 1 ОП 2 ВУ 1.4 Технические средства ЭВМ ЦП ОП ВУ ПВВ УВВ ВЗУ 1.3 Раздел 1. Общие принципы организации сетей ЭВМ 11 Понятие «вычислительная система» в рассматриваемом контексте полностью согласуется с понятием «система», сформулированным в общей теории систем, в соответствии с которым система должна обладать структурной и функциональной организацией, а также фундаментальными свойствами: целостностью, связностью, организованностью и интегративностью. Последнее означает, что система обладает свойствами (функциями), которые не присущи ни одному из элементов, входящих в состав системы. Именно программные средства обеспечивают функциональную организацию ВС, реализуемую управляющими программами операционной системы и прикладными программами. Свойство интегративности в значительной степени обеспечивается прикладными программами. Действительно, элементы (устройства) ЭВМ обеспечивают функции обработки данных (ЦП), хранения данных (ОП, ВЗУ), ввода и вывода данных (УВВ). В то же время вычислительная система с соответствующим программным обеспечением может выполнять функции перевода с одного языка на другой, играть в шахматы и другие игры, воспроизводить звук, фото- и видеоизображения и т.д., то есть ВС обладает функциями, не присущими отдельным устройствам ЭВМ. Таким образом, многопроцессорный (многомашинный) ВК, рассматриваемый в совокупности с программным обеспечением, можно называть многопроцессорной (многомашинной) вычислительной системой – МПВС (ММВС), а суперЭВМ с программным обеспечением – высокопроизводительной ВС (ВПВС). Ещё одной отличительной особенностью ЭВМ от ВС является единица измерения производительности. Производительность ЭВМ измеряется в MIPS (миллион инструкций, команд или операций в секунду) или в FLOPS (операций с плавающей точкой в секунду – для суперЭВМ), а производительность ВС – в количестве задач, выполняемых системой за единицу времени, называемой системной производительностью. Очевидно, что системная производительность зависит как от параметров технических средств ВС, так и от параметров программных средств, в частности, прикладных программ. Ясно, что количество «коротких» задач, выполняемых системой за единицу времени в ВС, всегда будет больше, чем «длинных» задач. Программные средства Системное программное обеспечение (СПО) Прикладное программное обеспечение (ППО) 1.5 Раздел 1. Общие принципы организации сетей ЭВМ 12 На системном уровне в качестве основной единицы работы ВС рассматривается задача, представляющая совокупность определенной прикладной программы с определенным набором данных (рис.1.6). Причиной инициализации задачи может быть задание (команда, запрос, транзакция). Выполнение задач в ВС называется вычислительным процессом. Определенный порядок (последовательность) прохождения задач через систему, то есть управление вычислительным процессом, осуществляется управляющими программамиОС. К программным средствам ВС тесно примыкают базы данных и системы управления базами данных, которые можно рассматривать как самостоятельную составляющую ВС – информационное обеспечение (рис.1.7). База данных (БД) – упорядоченные наборы данных (файлы), имеющие определенную структуру. Системы управления базами данных (СУБД) – специальные программные средства, предназначенные для формирования, модификации и выборки данных. Часто термин "вычислительная система" используется в качестве обобщенного понятия. При этом предполагается, что ВС может быть построена на базе однопроцессорной ЭВМ, многомашинного или многопроцессорного вычислительного комплекса, а компьютерная сеть, представляющая собой объединение нескольких ВС, может рассматриваться как система более высокого уровня. Задание (команда, запрос, транзакция) Задача ПП Набор данных Вычислительный процесс Управляющие программы ОС 1.6 Информационное обеспечение Базы данных (БД) Системы управления базами данных (СУБД) 1.7 Раздел 1. Общие принципы организации сетей ЭВМ 13 Компьютерная сеть кроме функций ввода, хранения, обработки и вывода данных реализует функции по передаче данных на значительные расстояния между абонентами сети, в качестве которых выступают ВС и пользователи сети, имеющие доступ к ресурсам сети с помощью удаленных терминалов. 1.1.4. Средства телекоммуникаций Средства телекоммуникаций (СТК) реализуют передачу данных и образуют телекоммуникационную сеть (сеть связи, сеть передачи данных), состоящую из узлов связи (УС), объединенных каналами связи (КС) для передачи данных (рис.1.8). Способ объединения УС и КС определяет топологию (конфигурацию) телекоммуникационной сети. Канал связи (КС) включает в себя линию связи (ЛС) и каналообразующее оборудование. Линия связи (ЛС) представляет собой физическую среду передачи, по которой передаются сигналы, вместе с аппаратурой передачи данных (АПД), формирующей сигналы, соответствующие типу ЛС (рис.1.9). Средства телекоммуникаций – телекоммуникационная сеть (сеть связи, сеть передачи данных) Канал связи (КС) Узел связи (УС) Линия связи Каналообразующее оборудование концентратор коммутатор мост маршрутизатор шлюз электрическая модемы оптическая радиолиния 1.8 Среда передачи АПД адаптеры мультиплексоры демультиплексоры ЛС АПД ООД ООД 1.9 ООД - оконечное оборудование данных; КО – каналообразующее оборудование АПД - аппаратура передачи данных АПД КО КО КС Среда передачи Раздел 1. Общие принципы организации сетей ЭВМ 14 Аппаратура передачи данных (АПД) осуществляет преобразование сигналов в соответствии с типом среды передачи (линии связи). К АПД относятся различного типа модемы (модуляторы-демодуляторы), используемые в телефонных и высокочастотных КС: телефонные, кабельные, радиомодемы, xDSL-модемы, адаптеры и т.д. Каналообразующее оборудование (КО) предназначено для формирования канала передачи данных между двумя взаимодействующи- ми абонентами, при этом в одной и той же линии связи одновременно может быть сформировано несколько каналов за счет использования различных методов уплотнения. Технология уплотнения и формирования многоканальных систем передачи данных в компьютерных сетях называется мультиплексирова- нием и реализуется мультиплексорами и демультиплексорами. Обычно каналообразующее оборудование входит в состав узлов телекоммуникационной сети. Основными функциями узлов связи являются: • маршрутизация, заключающаяся в выборе направления передачи (маршрута) данных; • коммутация, заключающаяся в установлении физического или логического соединения между входными и выходными портами узла; • мультиплексирование, заключающееся в объединении нескольких входящих в узел потоков данных в один выходящий из узла поток; • демультиплексирование, заключающееся в разделении одного входящего в узел потока данных на несколько выходящих из узла потоков. В качестве узлов связи в вычислительных сетях используются специализированные сетевые устройства: концентраторы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы. В качестве оконечного оборудования данных (ООД) (рис.1.9) могут выступать компьютеры и сетевое оборудование (мосты, коммутаторы, маршрутизаторы), находящееся в узлах сети. Состав ЭВМ, вычислительного комплекса, системы и сети, а также взаимосвязь между рассмотренными понятиями иллюстрируется рис.1.10. 1.1.5. Понятия архитектуры и технологии компьютерной сети В широком смысле под архитектурой компьютерной сети будем понимать множество технических и инженерных решений по структурной и функциональной организации сети, обеспечивающих определенную совокупность ее свойств и характеристик, рассматриваемую с точки зрения пользователя сети и отличающую данную конкретную сеть от любой другой сети. Под технологией компьютерной сети (сетевой технологией) будем понимать совокупность способов организации (реализации) передачи и обработки данных, обеспечивающих достижение определенных целей, формулируемых в виде требований к качеству (эффективности) обработки и передачи данных. Раздел 1. Общие принципы организации сетей ЭВМ 15 1.2. Состав и типы компьютерных сетей 1.2.1. Состав компьютерной сети Концептуально компьютерную сетьможно представить как совокупность взаимосвязанных узлов (рис.1.11). Узел сети – совокупность средств, объединенных каналами связи и реализующих функции: • выбора направления и организации передачи данных (средства коммутации и маршрутизации); такие узлы называются узлами связи (узлами коммутации, узлами передачи данных); • обработки данных (средства обработки данных); такие узлы называются узлами (центрами) обработки данных. В качестве узлов связи могут использоваться коммутато- ры и маршрутизаторы, а в качестве узлов обработки данных – компьютеры, предоставляющие свои информационные и вычисли- тельные ресурсы пользователям сети и называемые хост-машина- ми или просто хостами (host). В сети Internet термин "хост-машина" трактуется более широко: хост-машиной называет- ся любой пользовательский компьютер, подключенный к сети. Совокупность средств коммуникаций (связи) для передачи данных, состоящая из каналов связи и узлов связи, образует сеть связи, называемую также телекоммуникационной сетью или сетью передачи данных (СПД). Следует иметь в виду, что понятие «сеть передачи данных» У У У У У У У КС КС КС КС КС КС КС КС 1.11 В ы ч и с л и т е л ь н а я с е т ь Вычислительная система (ВС) Вычислительный комплекс (ВК) Электронная вычислительная машина (ЭВМ) Технические средства (ТС) Программные средства (ПС) Информационное обеспечение Средства связи ВУ (ВЗУ, УВВ) ОП ПВВ (КВВ) ЦП ...ЦП ОС ПП СУБД БД КС УС ЛС КО 1.10 Раздел 1. Общие принципы организации сетей ЭВМ 16 У 1 У 2 КС Звено передачи данных 1.12 имеет более узкий смысл по сравнению с понятием «сеть связи». СПД предназначена для передачи компьютерных (цифровых) данных, в то время как в сети связи (или, что то же самое, телекоммуникационной сети) могут передаваться как цифровые (дискретные), так и непрерывные (аналоговые) данные, к которым относятся мультимедийные данные – речь, аудио и видео. Два узла, связанные каналом связи, образуют звено передачи данных (рис.1.12). Данные в компьютерной сети передаются в виде сообщений. Сообщение представляет собой единицу данных, передаваемую между пользователями сети как единое целое и имеющую определённый смысл. В качестве сообщений могут выступать программные файлы, электронные письма, неподвижные изображения, видеофильмы и т.п. Сообщение представляется в определённом формате (рис.1.13), содержащем в общем случае заголовок и концевик. В заголовке указывается адрес получателя данного сообщения и адрес отправителя, а также дополнительная служебная информация (тип и длина сообщения, приоритет и т.д.), необходимая для эффективной передачи сообщения в сети. Концевик обычно содержит контрольную сумму, используемую для обнаружения ошибок, которые могут появиться при передаче сообщения по сети. Сообщение при передаче через телекоммуникационную сеть может быть разбито на несколько блоков данных, каждый из которых представляется в формате, аналогичном сообщению (рис.1.13). Такой блок данных отличается от сообщения тем, что имеет ограниченную длину, в то время как длина сообщения в принципе не ограничена. Так, например, сообщение, представляющее собой видеофильм длиной в несколько гигабайт, при передаче через телекоммуникационную сеть может быть разбито на множество блоков данных, длина которых не будет превышать 1000 байт, причём каждый такой блок данных будет иметь заголовок с одинаковыми адресами отправителя и получателя. 1.2.2. Классификация сетей ЭВМ Классификация сетей ЭВМ (компьютерных сетей), как любых больших и сложных систем, может быть выполнена на основе различных признаков, в качестве которых могут быть использованы (рис.1.14): • размер (территориальный охват) сети; • принадлежность; • назначение; Заголовок Данные Концевик 1.13 Раздел 1. Общие принципы организации сетей ЭВМ 17 • область применения. 1. По размеру (территориальному охвату) сети ЭВМ делятся на: • персональные; • локальные; • городские (региональные). • глобальные. Персональная сеть (Personal Area Network, PAN) — это сеть, объединяющая персональные электронные устройства пользователя (телефоны, карманные персональные компьютеры, смартфоны, ноутбуки и т.п.) и характеризующаяся: • небольшим числом абонентов; • малым радиусом действия (до нескольких десятков метров); • некритичностью к отказам. К стандартам таких сетей в настоящее время относятся Bluetooth, Zigbee, Пиконет. Локальная вычислительная сеть (ЛВС) (Local Area Network, LAN) – сеть со скоростью передачи данных , как правило, не менее 1 Мбит/с, обеспечивающая связь на небольших расстояниях – от нескольких десятков метров до нескольких километров. Оборудование, подключаемое к ЛВС, может находиться в одном или нескольких соседних зданиях. Примеры ЛВС: Ethernet, Token Ring. Городская вычислительная сеть (Metropolitan Area Network, MAN) – сеть, промежуточная по размеру между ЛВС и глобальной сетью. Протоколы и кабельная система для городской вычислительной сети описываются в стандартах комитета IEEE 802.6. MAN реализуется на основе протокола DQDB (Distributed Queue Dual Bus) – двойная шина с Типы сетей ЭВМ Размер Принадлежность Назначение Область применения Прочие PAN LAN MAN WAN Офисные Корпоративные Частные Вычислительные Информационные Информационно- вычислительные Информационно- управляющие Сети хранения данных Серверные фермы Иерархические Беспроводные Виртуальные 1.14 Раздел 1. Общие принципы организации сетей ЭВМ 18 распределенной очередью и использует волоконно-оптический кабель для передачи данных со скоростью 100 Мбит/с на территории до 100 км 2 . MAN может применяться для объединения в одну сеть группы сетей, расположенных в разных зданиях. Последние разработки, связанные с высокоскоростным беспроводным доступом в соответствии со стандартом IEEE 802.16, привели к созданию MAN в виде широкополосных беспроводных ЛВС. Глобальная сеть (Wide Area Network, WAN) – в отличие от ЛВС охватывает большую территорию и представляет собой объединение нескольких ЛВС, связанных с помощью специального сетевого оборудования (маршрутизаторов, коммутаторов и шлюзов), образующих в случае использования высокоскоростных каналов магистральную сеть передачи данных (магистральную сеть связи). Наиболее широкое применение находят глобальные сети для нужд информационного обмена в коммерческих, научных и других профессиональных целях. Для построения глобальных сетей могут использоваться различные сетевые технологии, в том числе TCP/IP, X.25, Frame Relay, ATM, MPLS. Настоящей глобальной сетью, пожалуй, можно считать только сеть Интернет. Вряд ли глобальной можно считать сеть, объединяющую 2-3 ЛВС, находящиеся в разных городах, расположенных на расстоянии нескольких десятков или даже сотен километров друг от друга. Однако, поскольку для построения такой «простой» сети используются обычно те же сетевые технологии и технические средства, что и в сети Интернет, то такие сети обычно тоже относят к классу глобальных сетей. 2. |