Структура информационно-вычислительной сети . Для созда­ния крупномасштабных систем обработки данных вычислительные центры (ВЦ) и ЭВМ, обслуживающие отдельные предприятия и организации, объединяются с помощью средств передачи данных в информационно-вычислительные сети ИВС, где приняты такие обозначения: БД – банк данных; ГВМ – главная ЭВМ; ВЦКП – вычислительный центр коллективного пользования; ПЭВМ – персо­нальная ЭВМ; АС – администратор сети; УМПД – удаленный ПТД – процессор телеобработки данных; УК – узел коммутации; ЦК – центр коммутации; МПД – мультиплексор ПД; ТВМ – терминальная ЭВМ; мультиплексор ПД.

В самом общем случае ИВС включает в себя три класса логиче­ских модулей:

– модули обработки данных пользователя, обеспечивающие або­ненту доступ к различным вычислительным ресурсам. Эти модули позволяют реализовать главную целевую функцию ИВС – обработ­ку данных пользователя;

– терминальные модули, обеспечивающие пользователю обраще­ние к модулям обработки;

– модули взаимодействия и соединения, обеспечивающие местное или удаленное взаимодей­ствие терминальных модулей с модулями обработки данных, а также терминальных модулей между собой.

Перечисленным логическим модулям соответствуют определен­ные физические объекты в ИВС. Так, модулям обработки данных соответствуют главные ЭВМ сети, собственно и создающие инфор­мационно-вычислительные ресурсы ИВС. Оконечные пункты или АП реализуют терминальные модули, а коммутационные центры (коммутационные ЭВМ) соответствуют модулям взаимодействия.

ИВС подразделяются на четыре взаимосвязанных объекта:

– базовая сеть передачи данных;

– сеть ЭВМ;

– терминальная сеть;

– администратор сети.

Сеть ЭВМ – совокупность ЭВМ, объединенных базовой сетью ПД. Сеть ЭВМ включает в себя главные ЭВМ (ГВМ), банки данных (БД), вычислительные центры коллективного использования (ВЦКП), а также терминальные ЭВМ (ТВМ). Основная задача ТВМ – сопряжение терминалов с базовой сетью ПД. Эту функцию могут выполнять также ПТД (процессоры телеобработки данных) и УМПД (удаленные мультиплексоры ПД). Кроме того, терминалы могут подключаться даже к главным ЭВМ.

Терминальная сеть – совокупность терминалов и терминальных сетей ПД. Под терминалом понимаются устройства, с помощью которых абоненты осуществляют ввод/вывод данных. В качестве терминалов могут использоваться интеллектуальные терминалы (ПЭВМ) и АП (абонентские пункты). Для подключения терминалов к сети ЭВМ, кроме, естественно, каналов связи, применяются терми­нальные ЭВМ (ТВМ), УМПД (удаленные мультиплексоры ПД), ПТД (процессоры телеобработки данных).

Административная система обеспечивает контроль состояния ИВС и управление ее работой в изменяющихся условиях. Данная система включает специализированные ЭВМ, терминальное обору­дование и программные средства, с помощью которых:

– включается или выключается вся сеть или ее компоненты;

– контролируется работоспособность сети;

– устанавливается режим работы сети и ее компонентов;

– устанавливается объем услуг, предоставляемых абонентам се­ти, и т.д.

Шлюзовые элементы ИВС обеспечивают совместимость как ба­зовой сети ПД, так и всей ИВС с другими внешними сетями. Прото­колы внешних ИВС могут отличаться от имеющихся протоколов. Поэтому шлюзы при необходимости обеспечивают преобразование и согласование интерфейсов, форматов, способов адресации и т.п. Шлюзы реализуются на специализированных ЭВМ.

ИВС можно условно разделить на два класса:

– территориальные, т.е. имеющие большую площадь обслужива­ния;

– локальные – размещающиеся, как правило, внутри одного зда­ния.

Основные характеристики информационно-вычислительных сетей . Основными характе­ристиками ИВС являются: операционные возможности, производительность, время доставки сообщений, стоимость обработки данных.

Рассмотрим эти характеристики подробнее.

Операционные характеристики (возможности) сети – пере­чень основных действий по обработке данных. ГВМ, входящие в состав сети, обеспечивают пользователей всеми традицион­ными видами обслуживания (средствами автоматизации программирова­ния, доступом к пакетам прикладных программ, базам данных и т.д.). Наряду с этим ИВС может предоставлять следующие допол­нительные услуги:

– удаленный ввод заданий – выполнение заданий с любых терми­налов на любых ЭВМ в пакетном или диалоговом режимах;

– передачу файлов между ЭВМ сети;

– доступ к удаленным файлам;

– защиту данных и ресурсов от несанкционированного доступа;

– передачу текстовых и, возможно, речевых сообщений между терминалами;

– выдачу справок об информационных и программных ресурсах сети;

– организацию распределенных баз данных, размещаемых на не­скольких ЭВМ;

– организацию распределенного решения задач на нескольких ЭВМ.

Производительность сети – представляет собой суммарную производительность главных ЭВМ. При этом обычно производи­тельность ГВМ означает номинальную производительность их процессоров.

Время доставки сообщений определяется как среднее время от момента передачи сообщения в сеть до момента получения сообщения адресатом.

Цена обработки данных формируется с учетом стоимости средств, используемых для ввода/вывода, передачи и обработки данных. Эта стоимость зависит от объема используемых ресурсов ИВС, а также режима передачи и обработки данных.

Основные параметры ИВС зависят не только от используемых технических и программных средств, но и в значительной степени, от нагрузки, создаваемой пользователями.

Информационно-вычислительная сеть (ИВС) - два или более компьютеров, соединенных посредством каналов передачи данных (линий проводной или радиосвязи, линий оптической связи) с целью объединения ресурсов и обмена информацией. Под ресурсами понимаются аппаратные средства и программные средства.
Соединение компьютеров в сеть обеспечивает следующие основные возможности: объединение ресурсов - возможность резервировать вычислительные мощности и средства передачи данных на случай выхода из строя отдельных из них с целью быстрого восстановления нормальной работы сети; разделение ресурсов - возможность стабилизировать и повысить уровень загрузки компьютеров и дорогостоящего периферийного оборудования, управлять периферийными устройствами; разделение данных - возможность создавать распределенные базы данных, размещаемые в памяти отдельных компьютеров, и управлять ими с периферийных рабочих мест; разделение программных средств - возможность совместного использования программных средств; разделение вычислительных ресурсов - возможность организовать параллельную обработку данных; используя для обработки данных другие системы, входящие в сеть; многопользовательский режим.
В целом, как показала практика, стоимость обработки данных в вычислительных сетях, за счет расширения возможностей обработки данных, лучшей загрузки ресурсов и повышения надежности функционирования системы, не менее чем в полтора раза ниже по сравнению с обработкой аналогичных данных на автономных компьютерах.
При объединении компьютеров в сеть система должна сохранять надежность, т.е. отказ какого-либо компьютера не должен приводить
к остановке работы системы, и, более того, должна обеспечиваться передача функций отказавшего компьютера на другой компьютер сети.
На сегодняшний день более 130 млн компьютеров, т.е. более 80%, объединены в информационно-вычислительные сети, начиная от малых локальных сетей до глобальных сетей типа Internet. Тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом причин, таких как: необходимость получения и передачи сообщений не отходя от рабочего места; необходимость быстрого обмена информацией между пользователями; возможность быстрого получения разнообразной информации, вне зависимости от ее местонахождения.
Бурное развитие компьютерных сетей и подключение все большего числа персональных компьютеров к глобальным сетям привело в последние десятилетия к формированию основ концепции сетевого компьютера. Суть ее заключается в том, что ПК, работающий в сети, получает определенные преимущества перед автономным ПК: программы загружаются непосредственно из сети; нет необходимости иметь на ПК жесткий диск; экономятся время и средства на покупку и обновление ПО, так как оно устанавливается и обновляется через сеть; имеется доступ к электронной почте и ресурсам Internet.
Все функции по установке и обновлению программного обеспечения сетевого компьютера, наряду с другими функциями по поддержке функционирования сети, берут на себя провайдеры, обслуживающие сеть за небольшую абонентскую плату.

До 80-х годов все ЭВМ проектировались и использовались исключительно как автономные средства, предназначенные, в основном, для проведения сложных научных и инженерных расчетов. Ни архитектура ЭВМ, ни их программные средства не позволяли объединять отдельные ЭВМ в многомашинную распределенную систему с возможностью доступа к ней многих пользователей. Созданию информационно-вычислительных систем и сетей (ИВС) послужили следующие факторы:

1. Появление персональных ЭВМ и резкий рост их числа.

2. Резкое расширение возможностей связи на основе цифровых каналов, волоконной оптики и космической техники.

3. Потребность в коллективном доступе к вычислительным ресурсам и базам данных (знаний), в обмене данными между пользователями, расположенными на больших расстояниях.

Указанные факторы привели к широкому применению информационно-вычислительных систем, в которых ЭВМ соединяются друг с другом, с банками данных и с многочисленными терминальными устройствами.

Под ИВС будем понимать систему коллективного пользования, состоящую из одного или нескольких процессоров, компьютеров (ЭВМ) и обеспечивающую независимый и одновременный доступ к своим информационно-вычислительным ресурсам многих пользователей.

Классификация ИВС.

Анализ отечественных и зарубежных информационно-вычислительных систем обработки и передачи информации и изучение их возможностей позволяют классифицировать ИВС по следующим признакам:

Методы управления ИВС.

Принадлежность.

Режим работы.

Организация работы.

Структура.

Тип вычислительной среды ИВС.

Количество компьютеров (ЭВМ).

Производительность.

Рассмотрим эти признаки.

По методу управления ИВС делятся на централизованные, децентрализованные и смешанные.

Централизованными являются ИВС, в которых все функции управления техническими средствами ИВС выполняет одна из ЭВМ. Примером такой ИВС являются системы телеобработки данных.

В децентрализованных ИВС функции управления распределены между ЭВМ. При этом каждая ЭВМ работает автономно и выполняет все необходимые функции по управлению вычислительным процессом, обработкой данных и в случае необходимости по передаче информации или задания другой ЭВМ. Машина сама инициирует такую передачу и управляет ею. Примером такой ИВС являются сети ЭВМ.

Смешанными являются ИВС, в которых часть функций управления выполняет главная ЭВМ, а часть распределяется между другими компонентами ИВС. Такой способ управления часто используется в локальных сетях ЭВМ, где планирование и контроль работы сети, сбор и анализ статистики о ее функционировании берет на себя главная ЭВМ - центр управления сетью (ЦУС), а управление передачей информации между узлами сети, контроль ошибок передачи, управление локальной обработкой данных осуществляется каждой ЭВМ автономно.

По принадлежности ИВС делятся на ведомственные (корпоративные) и территориальные.

Ведомственные создаются для обработки данных в интересах отдельного предприятия, организации, министерства.

Территориальные ИВС обеспечивают доступ многих, в том числе и удаленных абонентов заданного района и ресурсом ИВС вне зависимости от их ведомственной принадлежности.

Достоинства территориальных ИВС по сравнению с ведомственными:

Более низкая (на 20-40%) себестоимость обработки информации.

По режимам работы ИВС с точки зрения пользователя делятся на системы с диалоговым режимом , режимом “запрос-ответ”, пакетным и реального времени. Основными режимами являются первые два режима: диалоговый и “запрос-ответ”.

Работа в диалоговом режиме ведется сеансами. Пользователю на все время сеанса отводятся определенные ресурсы процессора, памяти и другие, предоставляется возможность непрерывно воздействовать на процесс обработки задач.

В режиме “запрос-ответ” система настраивается на работу с пользователем только при получении от него запроса, не поддерживая с ним связи в остальное время для выдачи ответа.

Местная и удаленная пакетная обработка , с точки зрения ЭВМ, является частным случаем режима “запрос-ответ”. Введенное в систему задание пакетной обработки операционная система ЭВМ рассматривает как один запрос с достаточно низким приоритетом и большим объемом вычислений. Пакетный режим используют только в ночное время. Все задания, поступающие в ИВС, группируются в пакеты и затем по мере освобождения ресурсов памяти, процессора запускаются в ЭВМ на обработку.

Непосредственное взаимодействие пользователя с ИВС одновременно в режимах диалога и “запрос-ответ” обеспечивает как высокую эффективность использования оборудования ИВС, так и максимальную эффективность работы пользователя.

По принципу организации работы различают ИВС локальной, теле - и распределенной обработки.

В ИВС локальной обработки отсутствует аппаратура передачи данных для связи между отдельными ЭВМ и ЭВМ с терминалами (ЛВС).

К ИВС с телеобработкой относятся вычислительные системы с местной или удаленной через каналы связи терминальной сетью. Все управление абонентской сетью, как правило, централизовано и осуществляется с помощью центральной ЭВМ системы. Системы с телеобработкой обеспечивают дистанционное коллективное использование ресурсов ЭВМ.

ИВС, использующие сетевую телеобработку или построенные в виде сети ЭВМ, называются распределенными.

По структурному принципу ИВС делятся на вычислительные центры , иерархические системы, сети ЭВМ и терминальные комплексы (ТК).

Вычислительный центр - это ИВС, состоящая из нескольких ЭВМ, сосредоточенных в одном месте и объединенных организационно и методологически. Под методологическим объединением понимается совокупность следующих факторов: единый принцип управления вычислительными средствами на ВЦ, обмен информацией между ЭВМ и ВЦ, возможность резервирования одного технического средства другим (ЭВМ, ВЗУ, периферийные устройства).

Иерархические ИВС - это ВЦ с главной ЭВМ (хостмашина, майнфрейм, сервер, суперсервер), развитой терминальной сетью (сетью персональных ЭВМ) и средствами телеобработки данных.

Сеть ЭВМ представляет собой ИВС, состоящую из двух или нескольких удаленных друг от друга ЭВМ или вычислительных центров, взаимодействующих через каналы связи.

Принято разделять сети ЭВМ на систему обработки данных (СОД) и систему передачи данных (СПД). Система обработки данных - это совокупность ЭВМ, абонентских пунктов, операционной системы сети, функционального программного обеспечения , предназначенных для решения информационно-вычислительных задач абонентов сети. Система передачи данных - это совокупность каналов связи, аппаратных (центров коммутации процессоров телеобработки, мультиплексоров передачи данных, сетевых адаптеров, повторителей, концентраторов, мостов, маршрутизаторов, коммутаторов, аппаратуры передачи данных) и программных средств установления и осуществления телекоммуникаций (связи).

Терминальный комплекс - это ИВС, состоящая из двух и более рабочих станций (абонентских пунктов) и центральной ЭВМ (группового устройства управления, микро-ЭВМ, сервера). В ряде случаев может применяться дополнительно промежуточная ЭВМ (микро-ЭВМ).

По типу вычислительной среды ИВС можно разделить на однородные и неоднородные. Однородные ИВС содержат однотипные ЭВМ, например, ЕС ЭВМ. Неоднородные ИВС в свой состав включают ЭВМ различных типов, серий, систем, например, ЕС ЭВМ и СМ ЭВМ.

По количеству ЭВМ различают одномашинные и многомашинные ИВС. Переход от одномашинных к многомашинным ИВС обусловлен следующими факторами:

Необходимость увеличения мощности ИВС;

Повышение требований по надежности работы;

Специализация отдельных ЭВМ на выполнении определенных функций в составе ИВС.

По производительности ИВС разделяются на две подгруппы: по быстродействию и по числу обслуживаемых терминалов одной ИВС.

По быстродействию ИВС делятся на малые (до 1 млн. опер./с), средние (от 1 до 10 млн. опер./с), большие (от 10 до 100 млн. опер./с) и сверхбольшие (более 100 млн. опер./с).

По числу обслуживаемых пользователей ИВС делятся также на малые (до 10 терминалов), средние (от 10 до 100 терминалов), большие от 100 до 1000 терминалов), сверхбольшие (более 1000 терминалов).

Коммутация вычислительных сетей . Маршрутизация.

1. Методы коммутации

Базовая сеть передачи данных (БСПД) обеспечивает информационный обмен между абонентами путем установления соединений, проходящих через узлы и линии связи (рис. 1).

Важнейшая характеристика СПД – время доставки данных , которое зависит от структуры СПД, производительности узлов связи и пропускной способности линий связи, а также от способа организации каналов связи между взаимодействующими абонентами и способа передачи данных по каналам.

Информационный обмен между абонентами может осуществляться различными способами, которые можно разбить на две группы: непосредственную коммутацию и коммутацию с промежуточным накоплением .

Методы непосредственной коммутации устанавливают непосредственную связь между конечными пользователями через последовательность промежуточных узлов коммутации. При этом образуется единый тракт передачи, который закрепляется за сеансом связи и монополизируется им. При этом ни один ресурс этого тракта не может быть использован при организации сеансов других пользователей. Для организации тракта необходимо проведение специальной начальной фазы установки соединения. Представителем этой группы является метод коммутации каналов.

При промежуточном накоплении информация пользователя упаковывается в блоки данных, которые передаются от узла к узлу, запоминаются на них и затем, по мере освобождения ресурсов в направлении дальнейшего движения, отправляются дальше. При этом занятыми (и недоступными для других сеансов) оказываются только те ресурсы, которые задействуются в данный момент для передачи блока, остальные ресурсы тракта являются свободными для любых других передач. Сущность методов этой группы будет рассмотрена на примерах коммутации сообщений и пакетов .

Коммутация каналов – это последовательно-параллельный метод передачи данных с организацией параллельных трактов на уровне передачи информационных массивов с нулевым накоплением данных на узлах коммутации. Сети с коммутацией каналов организуются по принципу установления всего маршрута для передачи информации из последовательно соединенных каналов связи от отправителя к получателю.

Коммутация каналов обеспечивает выделение физического канала для прямой передачи данных между абонентами. В начальный момент отправитель генерирует запрос (вызов), содержащий адрес получателя. Этот запрос проходит по сети и на каждом узле коммутации отыскивает свободную линию передачи в направлении получателя. При ее наличии происходит физическое подключение нового этапа пути к уже cкоммутированному тракту и его удержание. Так поэтапно создается весь тракт передачи.

Системы коммутации могут быть полнодоступными и неполнодоступными в зависимости от того, с каждым ли абонентом может соединиться узел-отправитель или только с частью из них. На узлах коммутации может быть реализована одна из дисциплин обслуживания поступивших запросов:

· дисциплина с отказами;

· дисциплина с ожиданием;

· приоритетная дисциплина.

Первая дисциплина с отказами предполагает отказ от попытки установить соединение в том случае, если на очередном узле коммутации не может быть найдена хотя бы одна свободная линия в требуемом направлении. В этом случае узел формирует сигнал разъединения и посылает его в обратном направлении. Этот сигнал разрывает уже сформированный тракт, освобождает закрепленные ресурсы и уведомляет об этом факте отправителя. Всю процедуру соединения требуется начинать заново. Это свойство ограничивает применение дисциплины с отказами ввиду снижения эффективности использования сетевых ресурсов.

При реализации дисциплины с ожиданием в памяти узлов коммутации организуется очередь запросов в ожидании освобождения нужного канала связи. На время ожидания весь уже сформированный участок тракта остается в закрепленном состоянии и недоступен другим сеансам. В чистом виде эта дисциплина не может быть реализована, так как не существует бесконечно больших емкостей буферной памяти. При переполнении накопителя система коммутации выходит в режим работы с отказами.

Приоритетная дисциплина основана на ранжировании пользователей или каких либо сетевых ресурсов по приоритетам. Запрос от пользователя с более высоким приоритетом прерывает уже установленную связь менее приоритетных пользователей. Ввиду существенных организационных ограничений применение этой дисциплины весьма ограничено.

Процесс коммутации канала и передачи данных между абонентами СПД, изображенной на рис. 1, бонент a i инициирует установление связи с абонентом a j . Узел связи А , реагируя на адрес абонента a j , подключает соединение, в результате чего линия абонента a i коммутируется с линией, соединяющей узел А с узлом В . Затем процедура подключения соединения повторяется с узлами В , С и D , в результате чего между абонентами a i и a j коммутируется канал.

По окончании коммутации узел D (или абонент a j ) посылает сигнал обратной связи (ответ), который проходит беспрепятственно по уже скоммутированному каналу. После получения ответа абонент a j начинает передавать данные в реальном масштабе времени (в режиме on- line ). Время передачи данных зависит от длины передаваемого сообщения, пропускной способности канала (скорости передачи данных) и времени распространения сигнала по каналу.

При коммутации каналов различают схемы пространственной и временной коммутации.

Пространственная коммутация основана на физическом соединении линий входа и выхода с помощью специальных устройств – коммутаторов.

Рассмотрим случай коммутации любого из N входов и N выходов. На рис. 2 показан пример с N= 6. В этом случае коммутационная схема представляет собой квадратный коммутатор емкостью N N. В каждой точке коммутации, в которой пересекаются входящая и исходящая линии, может находиться полупроводниковый переключатель или металлический контакт , позволяющий установить соединение между любым заданным входом и любым заданным выходом единственно возможным способом. В рассматриваемом коммутаторе соединение между входом и выходом возможно всегда (при условии, что требуемый выход не был соединен ранее, т. е. не является занятым).

Коммутатор такого типа является неблокирующим . Его сложность характеризуется числом необходимых точек коммутации, которое обычно равно N2 и N2-N, если входы и выходы относятся к одним и тем же терминалам, между которыми должно быть установлено соединение. (В последнем случае терминал, соединенный с входящей линией 1 , соединяется также и с исходящей линией i , . Таким образом, терминал может и посылать и принимать вызов).

Рис. 2. Квадратный коммутатор емкостью 6х6

В более общем случае коммутатор может иметь вид матрицы размером N K. Очевидно, что если K больше или равно N , коммутатор будет неблокирующим. Однако при K меньшим чем N возможны блокировки. На рис. 3 показан пример коммутатора с N=8 и K=4 , в котором установлены четыре соединения 1-2, 2-1, 3-3, и 4-4. Из этого примера видно, что здесь число выходов отличаются от числа входов. Таким образом, входы 5-8 оказываются заблокированы: ни к одной из выходных линий соединения от этих входов установлены быть не могут.

Рис. 3. Коммутатор емкостью 8х4

При увеличении числа пользователей или подключенных линий соответственно растет размер и сложность коммутационной системы. Как только что отмечалось, сложность пространственного коммутатора обычно измеряется числом требуемых точек коммутации. Например, если необходимо коммутировать 100.000 каналов и воспользоваться для этой цели квадратным коммутатором, то для этого потребуется N2 =1010 точек коммутации.

Схемы пространственной коммутации одинаково пригодны как для аналоговой, так и для цифровой передачи сообщений.

Более современными являются системы временной коммутации , которые пригодны только для цифровой передачи. Эти коммутаторы полностью аналогичны пространственным, и анализ неблокирующих свойств или блокировок выполняется в них точно таким же способом.

Для выполнения временной коммутации все соединения или сообщения, подлежащие коммутации, сначала должны быть дискретизированы в последовательности временных отсчетов, причем группа последовательных отсчетов, передаваемых по одной физической линии, должна составлять цикл (временной кадр ).

Каждый цикл при поступлении по входящей линии в систему коммутации, записывается в память. После этого коммутация выполняется просто путем считывания отдельных слов в любом желаемом (скоммутированном) порядке. Устройство, выполняющее указанную операцию, называется коммутатором канальных интервалов (ККИ). Пример ККИ показан на рис. 4. Цикл состоит из пяти канальных интервалов, из которых только два, X и Y считаются активными и связывающиеся друг с другом. На стороне входа данные пользователя X занимают канал 1, а данные пользователя Y – канал 3. После записи каждого цикла в память слово канала Y считывается или пе редается в канальном интервале X, а слово канала X считывается в канальном интервале Y. Возможны также и более сложные схемы работы.

Рис. 4. Коммутация цифровых каналов

Узел коммутации должен обеспечивать взаимные соединения между каналами различных пучков линий .

Для обеспечения коммутации каждого входящего канала с каждым исходящим необходимо иметь возможность производить перестановку временных интервалов этих каналов . Перестановку временных интервалов можно осуществлять с помощью запоминающих устройств, устанавливаемых на входах и выходах групповых блоков. Практически число ячеек памяти обычно берется равным числу временных каналов в групповом блоке .

Так как ячейки памяти, устанавливаемые на концах групповых блоков, предназначены для хранения информации, поступающей по каналам, условимся называть ее информационной памятью (ИП).

Кроме запоминающих устройств, хранящих информацию, для осуществления коммутации необходима другая группа запоминающих устройств для хранения адресов каналов и точек коммутации, которые необходимо включить при коммутации входов и выходов системы коммутации. Эту группу запоминающих устройств будем называть управляющей памятью (УП).

К достоинствам метода коммутации каналов следует отнести возможность передачи данных и мультимедийного трафика в реальном масштабе времени. Недостатками являются низкая эффективность использования сетевых ресурсов и сложность установления связи (в ряде случаев отказ или недопустимо большое время установки физического соединения).

Коммутация сообщений производится путем передачи блока данных (сообщения), в который упаковывается вся информация, назначенная к передаче. Сообщение содержит заголовок, в котором содержится адресная (обязательно) и другая служебная информация, и собственно данные. Сообщение отправляется по маршруту, определяемому узлами сети. В заголовке сообщения указывается адрес абонента a j - получателя сообщения. Сообщение, генерируемое отправителем - абонентом a i , полностью принимается узлом А и хранится в памяти узла. Узел A обрабатывает заголовок сообщения и определяет маршрут передачи сообщения, ведущий к узлу В . Узел В принимает сообщение, размещая его в памяти, а по окончании приема обрабатывает заголовок и выводит сообщение из памяти на линию связи, ведущую к следующему узлу. Процесс приема, обработки и передачи сообщения повторяется последовательно всеми узлами на маршруте от абонента a i до абонента a j . Значение Т определяет время доставки данных при коммутации сообщений. Это время в общем случае будет достаточно большим, так как сообщение не может быть передано дальше, пока полностью не будет принято и обработано текущим узлом.

Достоинствами метода коммутации сообщений являются: повышение эффективности использования сетевых ресурсов и отсутствие монополизации ресурсов тракта передачи, так как они сразу же высвобождаются после передачи и обработки сообщения. Главным недостатком метода является большое время передачи , особенно в протяженных блоках. Кроме того, на узлах коммутации необходимо наличие больших объемов буферной памяти для промежуточного хранения всех поступающих на узел сообщений.

Коммутация пакетов производится путем разбивки сообщения на пакеты - элементы сообщения, снабженные заголовком и имеющие фиксированную максимальную длину, - и последующей передачи пакетов по маршруту, определяемому узлами сети. Передача данных при коммутации пакетов происходит так же, как и при коммутации сообщений, но данные разделяются на последовательность пакетов 1, 2, ...…, длина которых ограничена предельным значением, например, 1024 бит.

В ИВС коммутация пакетов - основной способ передачи данных . Это обусловлено отчасти тем, что коммутация пакетов приводит к малым задержкам при передаче данных через СПД, а также следующими обстоятельствами.

Во-первых, способ коммутации каналов требует, чтобы все соединительные линии, из которых формируется канал, имели одинаковую пропускную способность, что крайне ужесточает требования к структуре СПД. Коммутация сообщений и пакетов позволяет передавать данные по линиям связи с любой пропускной способностью.

Во-вторых, представление данных пакетами создает наилучшие условия для мультиплексирования потоков данных.

В-третьих, малая длина пакетов позволяет выделять для промежуточного хранения передаваемых данных меньшую емкость памяти, чем требуется для сообщений. Кроме того, использование пакетов упрощает задачу управления потоками данных, поскольку для приема потока пакетов в узлах связи нужно резервировать меньшую память, чем для приема потока сообщений.

В-четвертых, надежность передачи данных по линиям связи невелика. Типичная линия связи обеспечивает передачу данных с вероятностью искажений 10-4Чем больше длина передаваемого сообщения, тем больше вероятность того, что оно будет искажено помехами. Пакеты, имея незначительную длину, в большей степени гарантированы от искажений, чем сообщения. К тому же искажение исключается путем перезапроса данных (метод автоматического запроса при ошибке - ARQ: Automatic ReQuest). Пакеты значительно лучше согласуются с механизмом перезапросов, чем сообщения, и обеспечивают наилучшее использование пропускной способности линии связи, работающей в условиях помех. Эти обстоятельства привели к использованию коммутации пакетов в качестве основного способа организации каналов связи в СПД ИВС.

Разделение каналов по времени и частоте

Архитектуры вычислительных систем

Принципы построения компьютерных сетей. Характеристика компьютерных сетей

Компьютерная сеть – сеть обмена и распределенной обработки информации, которая образуется множеством взаимосвязанных абонентских систем и средствами связи. Средства передачи ориентированы на коллективное использование общесетевых ресурсов – аппаратных, информационных и программных.

Абонентская система (АС) – совокупность ЭВМ, ПО, периферийного оборудования, средств связи, ВС, которые выполняют прикладные процессы, коммуникационная подсеть (телекоммуникационная система представляет собой совокупность физической среды передачи информации, аппаратных и программных средств, обеспечивающих взаимодействие АС).

Прикладной процесс – различные процедуры обработки, хранения, вывода информации, которые выполняются в интересах пользователя. С появлением сетей удалось решить две проблемы:

1) обеспечение, в принципе, неограниченного доступа к ЭВМ

пользователей, независимо от их территориального расположения;

2) возможность оперативного перемещения больших массивов информации на любые расстояния.

Для сетей принципиальное значение имеют следующие обстоятельства:

ЭВМ, находящиеся в разных АС одной сети связываются между собой автоматически;

Каждая ЭВМ сети должна быть приспособлена как для работы в автономном режиме под управлением своей ОС, так и для работы в качестве составного звена сети;

Компьютеры сети могут работать в различных режимах: обмена данными между АС, запроса и выдачи информации, сбора информации, пакетной обработки данных и т. д.

Аппаратное обеспечение сети составляют: ЭВМ различных типов; средства связи; оборудование АС; оборудование узлов связи; аппаратура связи и согласование работы сетей одного и того же уровня или различных уровней. Основные требования к ЭВМ сетей - это универсальность и модульность. Информационное обеспечение сети представляет собой единый информационный ориентированный на решаемые в сети задачи и содержащий массивы данных доступных для всех пользователей сетей и массивы для индивидуальных пользователей.

ПО ВС автоматизирует процессы программирования задач, обработки информации, осуществляет планирование и организацию коллективного доступа к коммуникационным, вычислительным ресурсам сети. Также ПО осуществляет динамическое распределение и перераспределение этих ресурсов.

Виды ПО ВС:

Общесетевое ПО, которое образуется распределенной ОС сети и программными средствами входящих в состав комплекса программ технического обслуживания;

Специальное ПО представленные прикладными программными средствами: функциональными и интегрированными пакетами программ, библиотеками стандартных программ, а также программами, отражающими специфику предметной области;

Базовое ПО ЭВМ, включающее ОС, системы автоматизации программирования, контролирующие и диагностические тест программы.

Классификация компьютерных сетей.

В основу классификации КС положены наиболее характерные, функциональные и информационные признаки.

По степени территориального распределения элементов сети. Таким образом, сети бывают глобальные, региональные и локальные. Глобальная КС объединяет АС рассосредоточенные на большой территории, охватывающие различные страны и континенты. Взаимодействие АС осуществляется на базе различных территориальных сетей связи, в которых используются телефонные линии, радио, спутниковая связь . Региональные КС объединяют АС расположенные друг от друга на значительном расстоянии в пределах одной страны, региона, большого города. Локальная КС связывает АС расположенные в пределах небольшой территории. Её протяженность ограничивается несколькими километрами.

Отдельный класс составляют корпоративные КС. Корпоративная сеть относится к технической базе корпорации. Ей принадлежит ведущая роль задач планирования, организации

производства корпорации.

По способу управления КС делят на сети с централизованным, децентрализованным и смешанным управлением. По топологии сети могут делиться на два класса: широковещательные и последовательные. К широковещательным конфигурациям в любой момент времени на передачу единицу единицы информации может работать только одна рабочая станция, а остальные могут принимать этот кадр. Основные типы широковещательной конфигурации:

Ü цепочка;

Ü звезда с интеллектуальным центром;

Способы передачи данных

v Проводная связь

Ø Телефонная сеть PSTN

§ Модем и коммутируемый доступ

Ø Выделенные линии

Ø Коммутация пакетов

Ø Передача по оптоволоконному кабелю

§ Synchronous optical networking

§ Fiber distributed data interface

v Беспроводная связь

Ø Ближнего радиуса действия

§ Human Area Network

Ø Среднего радиуса действия

§ IEEE 802.16e WiMAX

Ø Дальнего радиуса действия

§ Спутниковая связь

§ Передача данных при помощи мобильных телефонов

· IEE 802.16e WiMAX

Понятие информационно-вычислительной сети (ИВС).

Классификация ИВС.

Локальные вычислительные сети.

Глобальная компьютерная сеть Internet.

Вопрос №1. Понятие информационно-вычислительной сети (ИВС).

Информационно-вычислительная сеть (ИВС) – два или более компьютеров, соединенных посредством каналов передачи данных (линий проводной или радиосвязи, линий оптической связи) с целью объединения ресурсов и обмена информацией.

Под ресурсами пони­маются аппаратные средства и программные средства.

Соединение компьютеров в сеть обеспечивает следующие ос­новные возможности:

объединение ресурсов – возможность резервировать вычисли­тельные мощности и средства передачи данных на случай вы­хода из строя отдельных из них с целью быстрого восстанов­ления нормальной работы сети;

разделение ресурсов – возможность стабилизировать и повысить уровень загрузки компьютеров и дорогостоящего периферийного оборудования, управлять периферийными устройствами;

разделение данных – возможность создавать распределенные базы данных, размещаемые в памяти отдельных компьютеров, и управлять ими с периферийных рабочих мест;

разделение программных средств – возможность совместного использования программных средств;

разделение вычислительных ресурсов – возможность организовать параллельную обработку данных; используя для обработки данных другие системы, входящие в сеть;

многопользовательский режим.

При объединении компьютеров в сеть система должна сохранять надежность, т.е. отказ какого-либо компьютера не должен приводить к остановке работы системы, и, более того, должна обеспечиваться передача функций отказавшего компьютера на другой компьютер сети.

Тенден­ция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом причин, таких как:

Необходимость получения и передачи сообщений не отходя от рабочего места;

Необходимость быстрого обмена информацией между пользо­вателями;

Возможность быстрого получения разнообразной информа­ции, вне зависимости от ее местонахождения.

Вопрос №2. Классификация ИВС.

В зависимости от территориального расположения абонентских систем вычислительные сети можно разделить на три основных класса:

глобальные сети;

региональные сети;

локальные сети.

Глобальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в различных странах, на различных континентах. Взаимодействие между абонентами такой сети осуществляется на базе телефонных линий связи, радиосвязи и систем спутниковой связи. Глобальные вычислительные сети позволят решить проблему объединения информационных ресурсов всего человечества и организации доступа к этим ресурсам.

Региональная вычислительная сеть связывает абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга. Она может включать абонентов внутри большого города, экономического региона, отдельной страны. Обычно расстояние между абонентами региональной вычислительной сети составляет десятки – сотни километров.

Локальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. В настоящее время не существует четких ограничений на территориальный разброс абонентов локальной вычислительной сети. Обычно такая сеть привязана к конкретному месту. К классу локальных вычислительных сетей относят сети отдельных предприятий, фирм, банков, офисов и т.д. Протяженность такой сети можно ограничить пределами 2-2,5 км.

Вопрос №3. Локальные вычислительные сети.

Локальной вычислительной сетью (ЛВС) называют совместное подключение нескольких отдельных компьютеров к единому каналу передачи данных.

Понятие ЛВС (англ. LAN – Lokal Area Network ) относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным комплексам, в которых несколько компьютерных систем связаны между собой с помощью соответствующих средств коммуникаций.

ЛВС предоставляет возможность одновременного использова­ния программ и баз данных, несколькими пользователями, а также возможность взаимодействия с другими рабочими станциями, под­ключенными к сети.

Посредством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые используют совместно оборудование, программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую систему.

Важнейшей характеристикой ЛВС является скорость передачи информации.

Компоненты ЛВС: сетевые устройства и средства коммуникаций.

В ЛВС реализуется принцип модульной организации, который позволяет строить сети различной конфигурации с различными функ­циональными возможностями.

Основные компоненты, из которых строится сеть, следующие:

передающая среда – коаксиальный кабель, телефонный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель, радиоэфир и др.;

рабочие станции – ПК, АРМ или собственно сетевая станция. Если рабочая станция подключена к сети, для нее могут не потребоваться ни винчестер, ни флоппи-диски. Однако в этом случае необходим сетевой адаптер – специальное устройство для дистанционной загрузки операционной системы из сети;

платы интерфейса – сетевые платы для организации взаимо­действия рабочих станций с сетью;

серверы – отдельные компьютеры с программным обеспече­нием, выполняющие функции управления сетевыми ресурсами общего доступа;

сетевое программное обеспечение.

Вопрос №4. Глобальная компьютерная сеть Internet.

Пользователи сети прекрасно понимают преимущества, которые дает Internet. Все это приводит к непрерывному росту сети, развитию технологий и сис­темы безопасности сети.

Internet – это глобальная сеть, с развитием которой связывают новый этап в развитии информационной революции конца XX столе­тия.

Сеть позволяет решить следующие проблемы:

Практически неограниченные возможности передачи и распро­странения информации;

Удаленный доступ к огромным массивам накопленных инфор­мационных ресурсов;

Общение между пользователями компьютерных сетей в различ­ных странах мира.

Число пользователей Internet в мире строго подсчитать невоз­можно, но по приблизительным оценкам оно составляет несколько десятков миллионов человек.

Internet представляет собой всемирное объединение взаимосвязан­ных компьютерных сетей. Использование общих протоколов семействa TCP/IP и единого адресного пространства позволяет говорить Internet как о единой глобальной «метасети», или «сети сетей». При работе на компьютере, имеющем подключение к Internet, мож­но установить связь с любым другим подключенным к Сети ком­пьютером и реализовать обмен информацией с помощью того или иного прикладного сервиса Internet (WWW, FTP, E-mail и др.).

Домашний компьютер или рабочая станция локальной сети получает доступ к глобальной сети Internet благодаря установлению соединения (постоянного или сеансового) с компьютером сервис-провайдера – организации, сеть которой имеет постоянное подклю­чение к Internet и предоставляет услуги другим организациям и отдельным пользователям.

Региональный сервис-провайдер, работаю­щий с конечными пользователями, подключается, в свою очередь, более крупному сервис-провайдеру – сети национального мас­штаба, имеющей узлы в различных городах страны или даже в не­скольких странах.

Национальные сети получают доступ в глобаль­ный Internet благодаря подключению к международным сервис-провайдерам – сетям, входящим в мировую магистральную инфра­структуру Internet. Кроме того, региональные и национальные сер­вис-провайдеры, как правило, устанавливают соединения между собой и организуют обмен трафиком между своими сетями, чтобы снизить загрузку внешних каналов.

Темпы развития Internet в той или иной стране во многом опре­деляются развитием национальной инфраструктуры IP-сетей (ком­пьютерных сетей, построенных на основе протоколов TCP/IP), включающей магистральные каналы передачи данных внутри стра­ны, внешние каналы связи с зарубежными сетями и узлы в различ­ных регионах страны.

Степень развитости этой инфраструктуры, характеристики каналов передачи данных, наличие достаточного количества местных сервис-провайдеров определяют условия работы конечных пользователей Internet и оказывают существенное влияние на качество предоставляемых услуг.

Пользователь, получивший полный доступ в Internet, становится равноправным членом этого мирового сообщества и, вообще говоря, может не интересоваться тем, какие региональные и национальные сервис-провайдеры предоставляют этот доступ. За Internet никто централизованно не платит: каждая сеть или пользователь платит за свою часть. Организации платят за подключение к некоторой региональной сети, которая в свою очередь платит за свой доступ сетевому владельцу государственного масштаба и т.д.

Каждая сеть имеет свой собственный сетевой эксплуатационный центр (NOC). Такой центр связан с другими и знает, как разрешить различные возможные проблемы.

Имеются возможности получить доступ в Internet не через пря­мых распространителей, т.е. без лишних затрат. Одна из таких воз­можностей – служба, называемая Freenet, т.е. бесплатная сеть. Это ИС, основанная соответствующим сообщест­вом и обычно имеющая модемный доступ к Internet по телефону.

ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ, ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ И ВИДЫ

1. Понятие информационно-вычислительной сети (ИВС).

2. Классификация ИВС.

3. Локальные вычислительные сети.

4. Глобальная компьютерная сеть Internet.

Вопрос №1. Понятие информационно-вычислительной сети (ИВС).

Информационно-вычислительная сеть (ИВС) – два или более компьютеров, соединенных посредством каналов передачи данных (линий проводной или радиосвязи, линий оптической связи) с целью объединения ресурсов и обмена информацией.

Под ресурсами пони­маются аппаратные средства и программные средства.

Соединение компьютеров в сеть обеспечивает следующие ос­новные возможности:

объединение ресурсов – возможность резервировать вычисли­тельные мощности и средства передачи данных на случай вы­хода из строя отдельных из них с целью быстрого восстанов­ления нормальной работы сети;

разделение ресурсов – возможность стабилизировать и повысить уровень загрузки компьютеров и дорогостоящего периферийного оборудования, управлять периферийными устройствами;

разделение данных – возможность создавать распределенные базы данных, размещаемые в памяти отдельных компьютеров, и управлять ими с периферийных рабочих мест;

разделение программных средств – возможность совместного использования программных средств;

разделение вычислительных ресурсов – возможность организовать параллельную обработку данных; используя для обработки данных другие системы, входящие в сеть;

многопользовательский режим.

При объединении компьютеров в сеть система должна сохранять надежность, т.е. отказ какого-либо компьютера не должен приводить к остановке работы системы, и, более того, должна обеспечиваться передача функций отказавшего компьютера на другой компьютер сети.

Тенден­ция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом причин, таких как:

Необходимость получения и передачи сообщений не отходя от рабочего места;

Необходимость быстрого обмена информацией между пользо­вателями;

Возможность быстрого получения разнообразной информа­ции, вне зависимости от ее местонахождения.

Вопрос №2. Классификация ИВС.

В зависимости от территориального расположения абонентских систем вычислительные сети можно разделить на три основных класса:

· глобальные сети;

· региональные сети;

· локальные сети.

Глобальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в различных странах, на различных континентах. Взаимодействие между абонентами такой сети осуществляется на базе телефонных линий связи, радиосвязи и систем спутниковой связи. Глобальные вычислительные сети позволят решить проблему объединения информационных ресурсов всего человечества и организации доступа к этим ресурсам.

Региональная вычислительная сеть связывает абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга. Она может включать абонентов внутри большого города, экономического региона, отдельной страны. Обычно расстояние между абонентами региональной вычислительной сети составляет десятки – сотни километров.

Локальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. В настоящее время не существует четких ограничений на территориальный разброс абонентов локальной вычислительной сети. Обычно такая сеть привязана к конкретному месту. К классу локальных вычислительных сетей относят сети отдельных предприятий, фирм, банков, офисов и т.д. Протяженность такой сети можно ограничить пределами 2-2,5 км.

Вопрос №3. Локальные вычислительные сети.

Локальной вычислительной сетью (ЛВС) называют совместное подключение нескольких отдельных компьютеров к единому каналу передачи данных.

Понятие ЛВС (англ. LAN – Lokal Area Network )относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным комплексам, в которых несколько компьютерных систем связаны между собой с помощью соответствующих средств коммуникаций.

ЛВС предоставляет возможность одновременного использова­ния программ и баз данных, несколькими пользователями, а также возможность взаимодействия с другими рабочими станциями, под­ключенными к сети.

Посредством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые используют совместно оборудование, программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую систему.

Важнейшей характеристикой ЛВС является скорость передачи информации.

Компоненты ЛВС: сетевые устройства и средства коммуникаций.

В ЛВС реализуется принцип модульной организации, который позволяет строить сети различной конфигурации с различными функ­циональными возможностями.

Основные компоненты, из которых строится сеть, следующие:

передающая среда – коаксиальный кабель, телефонный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель, радиоэфир и др.;

рабочие станции – ПК, АРМ или собственно сетевая станция. Если рабочая станция подключена к сети, для нее могут не потребоваться ни винчестер, ни флоппи-диски. Однако в этом случае необходим сетевой адаптер – специальное устройство для дистанционной загрузки операционной системы из сети;

платы интерфейса – сетевые платы для организации взаимо­действия рабочих станций с сетью;

серверы – отдельные компьютеры с программным обеспече­нием, выполняющие функции управления сетевыми ресурсами общего доступа;

сетевое программное обеспечение.

Вопрос №4. Глобальная компьютерная сеть Internet.

Пользователи сети прекрасно понимают преимущества, которые дает Internet. Все это приводит к непрерывному росту сети, развитию технологий и сис­темы безопасности сети.

Internet – это глобальная сеть, с развитием которой связывают новый этап в развитии информационной революции конца XX столе­тия.

Сеть позволяет решить следующие проблемы:

Практически неограниченные возможности передачи и распро­странения информации;

Удаленный доступ к огромным массивам накопленных инфор­мационных ресурсов;

Общение между пользователями компьютерных сетей в различ­ных странах мира.

Число пользователей Internet в мире строго подсчитать невоз­можно, но по приблизительным оценкам оно составляет несколько десятков миллионов человек.

Internet представляет собой всемирное объединение взаимосвязан­ных компьютерных сетей. Использование общих протоколов семействa TCP/IP и единого адресного пространства позволяет говорить Internet как о единой глобальной «метасети», или «сети сетей». При работе на компьютере, имеющем подключение к Internet, мож­но установить связь с любым другим подключенным к Сети ком­пьютером и реализовать обмен информацией с помощью того или иного прикладного сервиса Internet (WWW, FTP, E-mail и др.).

Домашний компьютер или рабочая станция локальной сети получает доступ к глобальной сети Internet благодаря установлению соединения (постоянного или сеансового) с компьютером сервис-провайдера – организации, сеть которой имеет постоянное подклю­чение к Internet и предоставляет услуги другим организациям и отдельным пользователям.

Региональный сервис-провайдер, работаю­щий с конечными пользователями, подключается, в свою очередь, более крупному сервис-провайдеру – сети национального мас­штаба, имеющей узлы в различных городах страны или даже в не­скольких странах.

Национальные сети получают доступ в глобаль­ный Internet благодаря подключению к международным сервис-провайдерам – сетям, входящим в мировую магистральную инфра­структуру Internet. Кроме того, региональные и национальные сер­вис-провайдеры, как правило, устанавливают соединения между собой и организуют обмен трафиком между своими сетями, чтобы снизить загрузку внешних каналов.

Темпы развития Internet в той или иной стране во многом опре­деляются развитием национальной инфраструктуры IP-сетей (ком­пьютерных сетей, построенных на основе протоколов TCP/IP), включающей магистральные каналы передачи данных внутри стра­ны, внешние каналы связи с зарубежными сетями и узлы в различ­ных регионах страны.

Степень развитости этой инфраструктуры, характеристики каналов передачи данных, наличие достаточного количества местных сервис-провайдеров определяют условия работы конечных пользователей Internet и оказывают существенное влияние на качество предоставляемых услуг.

Пользователь, получивший полный доступ в Internet, становится равноправным членом этого мирового сообщества и, вообще говоря, может не интересоваться тем, какие региональные и национальные сервис-провайдеры предоставляют этот доступ. За Internet никто централизованно не платит: каждая сеть или пользователь платит за свою часть. Организации платят за подключение к некоторой региональной сети, которая в свою очередь платит за свой доступ сетевому владельцу государственного масштаба и т.д.

Каждая сеть имеет свой собственный сетевой эксплуатационный центр (NOC). Такой центр связан с другими и знает, как разрешить различные возможные проблемы.

Имеются возможности получить доступ в Internet не через пря­мых распространителей, т.е. без лишних затрат. Одна из таких воз­можностей – служба, называемая Freenet, т.е. бесплатная сеть. Это ИС, основанная соответствующим сообщест­вом и обычно имеющая модемный доступ к Internet по телефону.