5 Тема №1 Введение

Целью изучения курса «Вычислительные сети» является получение систематизированных сведений о теоретических основах функционирования и построения вычислительных сетей разного назначения, об их аппаратном и программном обеспечении.

По прослушиванию курса необходимо будет знать:

- основные виды вычислительных сетей ЭВМ

- составные компоненты вычислительных сетей ЭВМ

- принципы их функционирования, используемые протоколы

- система используемых международных стандартов

- перспективы развития вычислительных сетей ЭВМ

Должны быть сформированы навыки и умения:

- формирование технических требований к сети на основании выполняемых ею функций

- выбор и обоснование оптимальной архитектуры сети

- выбор и обоснование необходимого специализированного программного обеспечения

- анализ параметров и возможностей функционирующей сети

Для успешного усвоения материала необходимо быть знакомым со следующими темами:

- Многомашинные и многопроцессорные вычислительные системы (Организация ЭВМ и систем)

- Сетевые технологии обработки данных. Виды и характеристики носителей и сигналов. Спектры сигналов. Модуляция и кодирование. Каналы передачи данных и их характеристики. Методы повышения помехоустойчивости передачи и приема. Современные технические средства обмена данными и каналообразующая аппаратура. (Информатика)

- Основные виды сетевого взаимодействия приложений в сетях ЭВМ. Современные технологии организации распределенных вычислений. (Программирование в сетях)

Список рекомендованной литературы

1. Олифер В.Г. Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. -СПб.:Питер, 2007, 960 стр.

2. Э. Таненбаум. Компьютерные сети. - СПБ.:Питер, 2002, 848 стр.

3. Палмер М, Синклер Р.Б. Проектирование и внедрение компьютерных сетях. Учебный курс. – 2-е изд. СПб.БХВ-Петербург, 2004. – 732 с.

4. Дж. Уолренд. Телекоммуникационные и компьютерные сети. Вводный курс. - М.: Постмаркет, 2001. - 480с.

5. Подготовка администраторов сегментов информационной компьютерной сети Саратовского государственного университета. – Саратов, СГУ, 2007, - 120 с.

Вычислительные сети - основные понятия и определения.

Содержание термина «вычислительные»

Понятие «Сервиса» в сетевой среде

Обзор темы:

Основные понятия о назначении и применении различных вычислительных сетей в сфере науки, образования, управления, бизнеса.

В прикладной области это прежде всего задачи обработки (поиск, анализ, навигация) данных, например в глобальной сети Интернет.

Так, на поисковый запрос «паровоз» Google всего за 0,24 сек сообщает у наличии у него примерно 555 000 000 ссылок на страницы в Сети, на которых упоминается это слово. Воспользовавшись его же сервисом для перевода слова «паровоз» на английский язык получаем «engine» (плюс еще варианты «puffer» «locomotive»). Вернувшись к поиску уже на англоязычное слово «engine» за 0,15 сек находим примерно 337 000 000 ссылок.

При этом появление рисунков примерно такого вида: заставляет нас усомниться в правильности ответа. Воспользовавшись еще раз переводчиком, теперь уже в обратном направлении, узнаём, что «engine» это прежде всего двигатель, и только в гораздо меньшей степени «паровоз» но и в некоторой степени и «локомотив».

Поиск по «puffer» приводит к появлению картинок с какими-то рыбками. Обратный перевод показывает, что это в первую очередь «подставное лицо на аукционе» (невольная ассоциация с «пойти паровозом» в определенной лексической группе), хотя и паровоз и пароход тоже.

А вот поиск по «locomotive» приносит удачу, и мы за 0,27 сек получаем 10 400 000 ссылок примерно на то что нас и интересовало. Хотя соотношение количества представленных ссылок и удивляет.

Сделаем последний шаг. Ищем по слову «Локомотив». За 0,13 секунды поисковик предлагает 5 520 000 ссылок. Но первая же из них на (Кто угадает?) официальный сайт футбольного клуба «Локомотив».

Инженерные Приложения:

Расчет траектории запуска космических аппаратов (первый спутник).

Прочностные и механические расчеты (Боинг 747, ГТД).

Проектирование СБИС (Pentium Pro).

Расчет оптических многолинзовых систем с асферическими элементами.

В научной сфере необходимость использовать вычислительные сети может являться как прямым следствием прогресса в развитии вычислительных ресурсов, так и природой изучаемых явлений и используемыми при этом методами.

Задачи квантовой механики. Их приложение к молекулам и наноразмерным структурам. Высокотемпературная сверхпроводимость.

Характерный пример: БАК (LHC) – большой адронный коллайдер

40 000 000 столкновений в секунду

После фильтрации, остаётся только

100 событий в секунду

Объём оцифрованных данных для

одного события ~ 1Мб

За год необходимо записать 10 000 000 000

событий = 15 Петабайт данных в год

Анализ этого потока данных потребует работы примерно 100 000 процессоров

Научно-технические проблемы создания единой и непрерывной во времени и пространстве вычислительной среды.

Прикладной характер предмета изучения.

Исторический обзор:

ЭВМ, их эволюция.

Датой рождения принято считать 1946 год – появление первой универсальной ЭВМ ЭНИАК

До середины 50-х годов программирование на машинном языке с вводом программ с пульта управления программистом-пользователем.

С середины 50-х переход на полупроводниковую элементную базу, рост производительности, появление алгоритмических языков программирования, усложнение процедуры запуска заданий, появление первых систем пакетной обработки заданий и отстранение программиста-пользователя от непосредственного контакта с ЭВМ.

С середины 60-х рост производительности сделал неэффективным последовательное выполнение пользовательских заданий. Переход к мультипрограммной работе сначала в пакетной реализации открыл дорогу многотерминальным системам разделения времени, которые вернули пользователю возможность непосредственного общения с компьютером.

Появление терминалов обусловило появление у ЭВМ аппаратных и программных компонент, реализующих протоколы связи между ними и терминалами. И соответствующего каналообразующего оборудования для обмена данными. Вполне естественным оказалось при отнесении терминала на большое расстояние воспользоваться каналами связи общего пользования.

Последнее предопределило идею использовать эти каналы для непосредственного обмена данными между удаленными ЭВМ. Первоначальной целью было объединение вычислительных ресурсов имевшихся в распоряжении различных организаций суперкомпьютеров для их коллективного использования. Именно так формулировалась цель программы создания сети АРПАНЕТ, инициированной в 1969 году министерством обороны США и ставшей прообразом сегодняшнего Интернет.

В начале 70-х появились большие интегральные схемы (БИС). Это позволило резко удешевить стоимость «средней» ЭВМ, сделать её компактной и передать в пользование отдельному специалисту. Первоначально это были весьма не дешевые персональные рабочие станции или малые ЭВМ для обслуживания небольшой группы пользователей. Важно то, что из единого вычислительного центра, обслуживавшего все предприятие, ЭВМ начали «расползаться» по подразделениям и отделам. Для взаимодействия и обмена данными между ними появились первые локальные сети.

Уже к концу 80-х персональный компьютер стал на многих предприятиях обязательным инструментом на столе не только инженера, но и бухгалтера, экономиста или управленца. При этом его основной функцией уже было отнюдь не решение вычислительных задач, а доступ к информации. Обязательным атрибутом стала локальная сеть, технологии построения которых устоялись и стандартизировались.

Параллельно, достигнув определенного ценового рубежа, персональные компьютеры стали массово появляться у домашних пользователей. Понятно, что они покупались отнюдь не для решения систем линейных уравнений. Конечно, первые их владельцы по привычке и дома использовали их для написания текстов или доделывания других офисных заданий, принесенных с работы. Но выяснилось, что персональный компьютер это такой неиссякаемый ящик с игрушками, о котором совсем недавно не смел и мечтать любой ребенок да и взрослый тоже.