§ 9.2. Основы построения и архитектура компьютерных сетей (кс)

Децентрализация процессов обработки данных реализовыва­лась по двум направлениям:

• путем подключения к отдельным ЭВМ (или комплексу ЭВМ, объединенных в рамках ВЦ) множества абонентских пунктов, пользователей, т.е. создания систем телеобработки данных;

• путем создания вычислительных сетей, в которых осущест­влялось объединение между собой множества территориальное удаленных друг от друга ЭВМ или ВЦ

1. Назначение, классификация кс. Характеристика процесса передачи данных

Вычислительная сеть – совокупность технических и программных средств, взаимодействующих друг с другом в целях решения вычислительных задач, через системы передачи данных (системы связи и передачи данных).

Базовая система связи и передачи данных – это совокупность средств для передачи данных между ЭВМ, входящими в состав вычислительной сети.

Узлы коммуникаций – совокупность технических средств связи и передачи данных, находящихся в одном пункте.

Таким образом, базовая система связи и передачи данных – является ядром вычислительной системы, обеспечивающим физическое соединение ЭВМ и терминальных устройств.

Сеть ЭВМ (компьютерная или вычислительная сеть) – совокупность ЭВМ, объединённых базовой СПД.

По территориальному расположению различают вычислительные сети:

• локальные (протяжённостью 3-10 км);

• региональные (протяжённостью 10-1000 км);

• глобальные (более 1000 км).

Основными компонентами сети являются кабели (передающие сре­ды), рабочие станции (АРМ пользователей сети), платы интерфейса сети (сетевые адаптеры), серверы сети.

Рабочими станциями (PC) в ЛВС служат, как правило, персональные компьютеры (ПК). На PC пользователями сети реализуются прикладные задачи, выполнение которых связано с понятием вычислительного процесса.

Серверы сети - это аппаратурно-программные системы, выполняющие функции управления распределением сетевых ресурсов общего доступа, но могут работать и как обычная абонентская система. В качестве аппаратной части сервера используются достаточно мощный ПК, мини-ЭВМ, большая ЭВМ или компьютер, спроектированный специально как сервер. В ЛВС мо­жет быть несколько различных серверов для управления сетевыми ресурса­ми, однако всегда имеется один (или более) файл-сервер (сервер баз дан­ных) для управления внешними ЗУ общего доступа и организации распреде­ленных баз данных (РБД).

Рабочие станции и серверы соединяются с кабелем коммуникационной подсети с помощью интерфейсных плат - сетевых адаптеров (СА). Основные функции СА: организация приема (передачи) данных из (в) PC, согласование скорости приема (передачи) информации (буферизация), формирование пакета данных, параллельно-последовательное преобразование (конвертирование), ко­дирование/декодирование данных, проверка правильности передачи, установ­ление соединения с требуемым абонентом сети, организация собственно об­мена данными. В ряде случаев перечень функций СА существенно увеличива­ется, и тогда они строятся на основе микропроцессоров и встроенных модемов.

В ЛВС в качестве кабелей (передающих сред) используются, как правило, витая пара и оптические волокна.

Кроме указанного в ЛВС используется следующее сетевое обору­дование:

• приемопередатчики (трансиверы) и повторители (репитеры) - для объединения сегментов локальной сети с шинной топологией;

• концентраторы (хабы) - для формирования сети произвольной тополо­гии (используются активные и пассивные концентраторы);

• мосты - для объединения локальных сетей в единое целое и повышения производительности этого целого путем регулирования трафика (данных пользователя) между отдельными подсетями;

• шлюзы - выполняют протокольное преобразование для всех семи уровней модели ВОС, в частно­сти - маршрутизацию пакетов, преобразование сообщения из одного форма­та в другой или из одной системы кодирования в другую;

• маршрутизаторы и коммутаторы - для реализации функций коммутации и маршрутизации при управлении трафиком в сегментированных (со­стоящих из взаимосвязанных сегментов) сетях. В отличие от мостов, обеспечивающих сегментацию сети на физическом уровне, маршрутизаторы выполняют ряд «интеллектуальных» функций при управлении трафиком. Коммутаторы, выполняя практически те же функции, что и маршрутизаторы, превосходят их по производительности и обладают меньшей латентностью (аппаратная временная задержка между получением и пересылкой информации);

• модемы (модуляторы-демодуляторы) - для согласования цифровых сигналов, генерируемых компьютером, с аналоговыми сигналами типичной со­временной телефонной линии;

• анализаторы - для контроля качества функционирования сети;

• сетевые тестеры - для проверки кабелей и отыскания неисправностей в системе установленных кабелей.

При характеристике ВС большое значение имеет понятие архитектуры (топологии). Это порядок подключения ЭВМ и терминалов друг к другу. Варианты подключения (архитектура КС) следующие (рис. 9.3):

• вертикальная;

• горизонтальная;

• смешанная.

Кроме того, вычислительные сети могут классифицироваться:

По типу используемых в сети ЭВМ:

• однородные, состоящие из программно-совместимых ЭВМ;

• неоднородные, состоящие из программно-несовместимых ЭВМ.

По типу организации передачи:

• сети с коммутацией каналов;

• сети с коммутацией сообщений;

• сети с коммутацией пакетов.

Вертикальная архитектура:

• звездообразная

• Т

  иерархическая

Т

ЭВМ

Т

Т

ЭВМ

Т

ЭВМ

ЭВМ

ЭВМ

ЭВМ

Т

Т

Т

Т

Горизонтальная архитектура:

• Линейная

• Кольцевая

• Сетевая

Рис. 9.3. Варианты архитектуры компьютерных сетей

По характеру реализуемых функций:

• вычислительные, предназначенные для решения задач управления на основе вычислительной обработки исходной информации;

• информационные, предназначенные для получения справочных данных по запросу пользователей;

• смешанные, в которых реализуются вычислительные и информационные функции.

По назначению ЛВС

информационные (информационно-поисковые), управляющие (технологическими, административными, организационными и другими процессами), расчетные, информационно-расчетные, обработку документальной информации и другие.

По способу управления вычислительные сети делятся на сети с децентрализованным управлением, централизованным, смешанным. В первом случае каждая ЭВМ, входящая в состав сети, включает полный набор программных средств для координации выполняемых сетевых операций. Сети такого типа сложны и достаточно дороги, так как операционные системы отдельных ЭВМ разрабатываются с ориентацией на коллективный доступ к общему полю памяти сети. При этом, в каждый конкретный момент времени доступ к общему полю памяти предоставляется только для одной ЭВМ. А координация роботы ЭВМ осуществляется под управлением единой операционной системы сети.

В условиях смешанных сетей под централизованным управлением ведётся решение задач, обладающих высшим приоритетом, и, как правило, связанных с обработкой больших объёмов информации.

Создание высокоэффективных крупных систем обработки данных связано с объединением средств вычислительной техники, обслуживающей отдельные предприятия, организации и их подразделения, с помощью средств связи в единую распределенную вычислительную систему.

Такое комплексирование средств вычислительной техники позволяет повысить эффективность систем обработки информации за счет снижения затрат, повышения надежности и производительности эксплуатируемых ЭВМ, рационального сочетания преимуществ централизованной и децентрализованной обработки информации благодаря приближению средств сбора исходной и выдачи результатной информации непосредственно к местам ее возникновения и потребления, а также комплексного использования единых мощных вычислительных и информационных ресурсов.

Передача информации между территориально удаленными ком­понентами подобных распределенных систем осуществляется в ос­новном с помощью стандартных телефонных и телеграфных каналов, а также витых пар проводов и коаксиальных кабелей связи. Совре­менный прогресс в области оптоволоконной техники (использование световодов) позволяет резко повысить пропускную способность ли­ний связи. Так, система F6M обеспечивает передачу информации до 6,3 Мбит/с, заменяя до 96 телефонных каналов, а система F400M — передачу до 400 Мбит/с информации, заменяя 5760 телефонных ка­налов.

Расширение состава и совершенствование аппаратуры приема-передачи, а также резкое снижение стоимости ВТ привели к исполь­зованию в качестве абонентских пунктов систем телеобработки дан­ных интеллектуальных терминалов, создаваемых на базе микропро­цессоров и микроЭВМ и обеспечивающих частичную обработку ин­формации (главным образом предварительную обработку исходной информации в виде ее логического контроля, агрегирования и т.д.) непосредственно до ее передачи по каналам связи. Использование интеллектуальных терминалов сближает функциональные возможно­сти систем телеобработки данных и вычислительных сетей. В на­стоящее время вычислительные сети представляют собой высшую организационную форму применения ЭВМ. Для современных вычислительных сетей характерно:

• объединение многих достаточно удаленных друг от друга ЭВМ и (или) отдельных вычислительных систем в единую распределенную систему обработки данных;

• применение средств приема-передачи данных и каналов связи для организации обмена информацией в процессе взаимодействия средств ВТ;

• наличие широкого спектра периферийного оборудования, исполь­зуемого в виде або0нентских пунктов и терминалов пользователей, подключаемых к узлам сети передачи данных;

• использование унифицированных способов сопряжения техниче­ских средств и каналов связи, облегчающих процедуру наращивания и замену оборудования;

• наличие операционной системы, обеспечивающей надежное и эффективное применение технических и программных средств в про­цессе решения задач пользователей вычислительной сети.

К основным характеристика ВС относятся:

1. Операционные возможности сети (перечень основных действий по обработке данных). К дополнительным действиям относятся: передача и доступ к файлам, защита от несанкционированного доступа, передача текстовых и речевых сообщений.

2. Территориальная протяженность сети (длина общего канала связи). максимально возможное расстояние между рабочими станциями в сети.

3. Максимальная скорость передачи данных.

4. Максимальное число АС в сети.

5. Производительность сети (суммарная производительность всех ЭВМ, входящих в сеть).

6. Время передачи сообщения (среднее время передачи сообщения до момента получения подтверждения адресатом).

7. Стоимость обработки данных (формируется с помощью технических средств ввода-вывода, передачи, обработки и хранения данных).

8. Топология сети.

9. Вид физической среды передачи данных.

10. Максимальное число каналов передачи данных.

11. Тип передачи сигналов (синхронный или асинхронный).

12. метод доступа абонентов в сеть.

13. Возможность передачи речи и видеосигналов; условия надежной работы сети.

14. Возможность связи ЛВС между собой и сетью более высокого уровня.

15. Возможность использования процедуры установления приоритетов при одновременном подключении абонентов к общему каналу.

Кроме этих характеристик на ВС оказывает сильное влияние степени нагрузки, создаваемая пользователем.

Дополнительными требованиями к военным ВС являются:

• высокая надёжность;

• высокая достоверность и оперативность информации;

• скрытность и закрытие каналов;

• возможность подключения специальных и перспективных устройств;

• простота модификации и расширения сети;

• возможность передачи сообщений одному, группе или всем.

По мере возможности ВС должны обладать следующими свойствами:

• простота подключения любого другого связного устройства;

• унификация интерфейсов;

• возможность беспроводной связи;

• возможность интеграции передачи различных видов информации.