Архитектуры вычислительных систем
 Скачать 238.5 Kb.
|
|
Архитектуры вычислительных систем. Плюсы сетей:
Минусы:
По функциональному назначению сети подразделяются на вычислительные, информационные и информационно-вычислительные сети. Информационные сети предоставляют пользователю исключительно информационные услуги. К таким сетям относится сети научно-технической и справочной информации. Сюда же входят сети спецслужб. Вычислительные сети отличаются от предыдущих наличием мощных вычислительных средств, устройств повышенной емкости и перераспределения ресурсов. По размещению основных элементов сети подразделяются на:
По степени территориального рассредоточения компонентов сети делятся на:
По типу используемых вычислительных средств сети могут быть: однородными – ЭВМ всех абонентов этой сети аппаратно и программно совместимы; неоднородными – ЭВМ не совместимы. Локальные – однородные, глобальные – неоднородные. По методу передачи данных:
Топология – структура связи между элементами сети. Топология оказывает существенное влияние на пропускную способность, на устойчивость к отказам, на качество обслуживания, на логические возможности, на стоимость. Топологии: кольцо, звезда, шина, дерево (иерархия), полносвязная, ячеистая, смешанная. Сети могут быть разбиты на 4 категории, связанные с физической удаленностью устройств:
В случаях 1 и 2 из-за небольшой физической удаленности друг от друга все данные обычно передаются параллельно, т.е. целыми словами при помощи проводов. Такие сети часто называют тесно связанными системами. В случаях 3 и 4 сообщения передаются последовательно по одной и той же паре проводников (свободно связанные системы). Тесно связанные системы используются для обмена сообщениями между однородными вычислительными элементами. Основная цель – минимизация времени передачи данных. Обычно это достигается применением общей или совместно используемой памяти, доступной всем элементам системы. При этом вместо передачи сообщений между элементами выполняется обмен их адресными указателями. В свободно связанной системе производится передача между неоднородными элементами и на большие расстояния. Следовательно, повышается вероятность ошибки, поэтому основные проблемы – это обеспечение надежности передачи сообщений и сохранение одного и того же значения переданного сообщения. Характеристики сетей:
Операционные возможности – перечень основных действий по обработке данных. Главная ЭВМ обеспечивает пользователей традиционными видами обслуживания:
Производительность сетей представляет собой суммарную производительность главных ЭВМ (номинальная). Существует ещё системная производительность. Время доставки сообщений определяется как статистическое среднее время от момента передачи сообщения в сеть до момента получения сообщения адресатом. Цена обработки данных формируется с учетом стоимости всех средств ввода/вывода, передачи, хранения, объема ресурсов, режима передачи. Принципы протоколов Интернета:
ПП – прикладной процесс ООД – оконечное оборудование данных: ЭВМ и терминал. В ряде случаев его называют абонентом. ООД и АКД называется рабочей станцией. АКД – аппаратура канала данных. Сплошные – физическая связь. Пунктирная – логическая связь. Основная функция – обеспечение ООД доступа к ресурсам. Основа логической связи – запрос, а система должна организовать физическую связь. Средства коммуникации: проводные и беспроводные. Проводная – материалы, физика которых может передавать сигналы. Информационно-вычислительная сеть. С физической точки зрения 2 способа соединения: точка-точка (один с одним), точка-многоточие (один со многими). К основным характеристикам сетей также относятся пропускная способность сети или отдельного канала связи, а также достоверность передачи данных и надежность. Пропускная способность – это максимально возможное количество данных, которое может быть передано за единицу времени (бит/с). Достоверность – это вероятность искажения каждого передаваемого бита. Для проводных линий эта вероятность равна 10–3, для кабельных – 10-5, для оптоволокна – 10–8. Надежность – это свойство коммуникационной среды сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность сети выполнять требуемые функции в заданных условиях применения. Вычислительные средства – ЭВМ, вычислительные комплексы и системы и их ПО являются основными функциональными элементами сетей, выполняющих обработку данных. Их главная задача состоит в реализации следующих функций – представления, потребления и распределения ресурсов сети, а потому вычислительные средства, реализующие весь комплекс перечисленных функций относятся к универсальным и составляют основу универсальных абонентских систем (одноранговые). Вычислительные средства, специализированные на предоставлении ресурсов, называются серверами и составляют основу сервисных абонентских систем. Специализированные на потреблении называют клиентами и составляют основу клиентских абонентских систем. Специализированные на управлении вычислительной сетью называются административными и составляют основу административных абонентских систем. Стандарты. Если не выполнять и не соблюдать стандарты, то можно передавать данные только между компьютерами поставляемые одним и тем же производителем. Глобальные сети вынуждены подсоединять компьютеры разных производителей. Поэтому нужно разработать и применить стандарты. ЕСМА ITU ISO EIA CCITT IEEE ANSI ПК-> ПТКА-> ПК+ПТКА-> ISO = OSI ECMA – ассоциация европейских производителей вычислительной техники. EIA – ассоциация производителей электротехники. IEEE – институт инженеров по электротехнике и электронике. ПК – персональный компьютер. ITU – международный союз электросвязи. CCITT – международный консультативный комитет по телеграфии и телефонии. ANSI – американский институт национальных стандартов. ПТКА – производство телекоммуникационной аппаратуры. ISO – международная организация по стандартам. OSI – взаимосвязь открытых систем. Цифровые сети с интеграцией услуг, коммутируемые сети общего пользования, ISO8571/1-4, X.25, T60, I440. Понятие открытая система. ИВС – это соединение различного оборудования, а, следовательно, проблема совместимости является чрезвычайно острой. Сетевая декомпозиция – станция, разделенная на 7 уровней, должна подсоединяться к другой такой же станцией. При передаче сообщений 2 рабочие станции должны принять определенные соглашения. Они должны согласовать уровни и форму электрических сигналов, способ определения длины сообщения, договориться о методах контроля достоверности, таким образом соглашения должны быть приняты для всех уровней. Процедура взаимодействия двух узлов может быть описана в виде набора правил. Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевыми компоненты, лежащие на одном уровне, но в различных узлах, называются протоколом. С другой стороны модули, реализующие протоколы соседних уровней и находящиеся в одном узле также взаимодействуют друг с другом в соответствии с четко определенными правилами и с помощью стандартизированных форматов сообщений. Эти правила принято называть интерфейсом. Интерфейс определяет набор сервисов, предоставляемый данным уровнем соседнему. В сущности протокол и интерфейс выражают одно и то же понятие – правило, но традиционно в сетях за ними закрепили разные области действия. Протоколы определяют взаимодействие модулей одного уровня в разных узлах, а интерфейсы – модулей соседних уровней в одном узле. Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации узлов в сети, называется стеком коммуникационных протоколов, которые могут быть реализованы как аппаратно, так и программно. Обычно первый уровень – аппаратно, второй – обычно аппаратно, третий – аппаратно-программно, четвертый – программно. Программный модуль, реализующий протокол, иногда называется протоколом. Протоколы реализуются не только рабочими станциями, но и промежуточными агрегатами. Модель взаимосвязи открытых систем. Седьмой уровень – прикладной. Шестой – представительный. Пятый – сеансовый. Четвертый – транспортный. Третий – сетевой. Второй – канальный. Первый – физический. Седьмой, шестой и пятый работают с понятием информация. Четвертый и третий информация – в пакет. Второй – пакеты становятся кадрами (фреймами). Первый – сигнал. В модели OSI различаются 2 протокола: протокол с предварительным установлением соединения и без установления соединения. При предварительном установлении отправитель и получатель собирают схему. Возможно выбрать некоторые параметры для протокола и только после этого приступить к обмену данными. После обмена связь нужно разрывать. Стандартный телефон – пример предварительного установления соединения. Протокол без предварительного установления соединения – отправитель просто передает сообщение. IPX/SPX – стек фирмы Novell. 65% систем были захвачены этой фирмой, потому что их системы приспосабливались к персональным станциям. Уровни: С седьмого по пятый – SAP NCP. Четвертый – SPX. Третий – IPX RIP NLSP. На физическом и канальном уровнях в фирмах Novell используются все популярные протоколы этих уровней. На сетевом уровне работает протокол IPX, а также RIP, NLSP. IPX – это протокол, занимающийся вопросами адресации и маршрутизации пакетов в сетях Novell. Маршрутные решения основаны на адресных полях в заголовке пакета, а также на информации, поступающей от протоколов обмена маршрутной информации. Протокол IPX поддерживает только дельтаграмный способ обмена сообщениями, за счет чего экономно потребляет вычислительные ресурсы, т.о. IPX выполняет 3 функции: задание адреса, установление маршрута и рассылка дельтаграмм. Транспортному уровню соответствует протокол SPX, который осуществляет передачу сообщений с предварительным установлением соединений. На верхних уровнях работают NCP – является протоколом взаимодействия сервера Net Ware и оболочки рабочей станции, этот протокол реализует архитектуру клиент-сервер, с помощью него рабочая станция–клиент подключается к серверу, отображает каталоги сервера, просматривает ФС сервера, копирует файлы, изменяет атрибуты, разделяет сетевой принтер между станциями. SAP – протокол объявления о сервисе, чем-то похож на RIP, то есть протокол дает возможность сетевым устройствам обмениваться информацией об имеющихся сервисах. протокол позволяет сетевым устройствам корректировать данные о том, какие сервисные услуги имеются в сети на данный момент времени, то есть при старте сервисы используют этот протокол для оповещения, когда работа завершается, он использует протокол, чтобы известить сеть о прекращении. Основная задача маршрутизаторов – это фильтрация трафика SAP и RIP-пакетов. Net BIOS – стек фирм Microsoft и IBM. Седьмой, шестой – SMB. Пятый–третий – Net BIOS. Net BIOS содержит множество сетевых функций, однако с его помощью невозможна маршрутизация, т.к. не вводилось подобных понятий. Это ограничивало употребление протокола исключительно локальными сетями. Поддерживает оба способа передачи данных. Протокол SMB соответствует прикладному и представительскому уровню. Обычно в SMB входят функции:
Из–за большого количества приложений, которые используют функции API, предоставляемые Net BIOS во многих сетевых ОС эти функции реализованы в виде интерфейса к своим транспортным протоколам. Например, в Net Ware для этого существует программа-эмулятор. В одноранговых сетях все машины имеют одинаковый статус, с выделенным сервером – одна или несколько машин – сервер, остальные – клиенты. Если к одноранговой сети добавлять компьютеры, то её производительность будет снижаться, а потом разрушится. Одноранговых сетей меньше, чем сетей с выделенным сервером. При работе сети, при её росте и увеличения объема сетевого трафика необходимо увеличивать количество серверов. Распределение задач между серверами гарантирует, что каждая задача будет выполняться наиболее эффективно. Круг задач, которые должен выполнять сервер, многообразен, какие-то проще, какие-то сложнее. Обычно серверы делают специализированными. Почтовые серверы – электронная почта, серверы факсов, факсимильные сообщения, коммуникационные серверы, серверы служб каталога – получение данных о структуре сети. 37–73–59 Чистов А.А. Для моделей OSI центральными становятся 3 понятия: сервис (функция), интерфейс, протокол. Порты находятся между 6 и 5 уровнем. Порты бывают стандартными. У порта есть номер. Сервис определяет, что делает уровень, но ничего не говорит, как он это делает. Интерфейс уровня определяет для выше лежащего уровня доступ к сервису. Протокол определяет реализацию сервиса. Основная цель создания модели OSI – это предоставить производителям аппаратуры и ПО стандарты, которые позволили бы им производить взаимно-совместимые сетевые компоненты. Физический уровень – это передача данных по сетевому кабелю или через беспроводное соединение, определяет все параметры кабелей и разъемов, число контактов и сигналы по каждому контакту, временные характеристики сигнала и представление сигналов. Канальный уровень обычно принимает сигналы и начинает их структурировать, формат кадра зависит от сетевой технологии, управляет методом доступа, обеспечивает свободный от ошибок обмен данными между узлами, то есть организует повторную передачу, если что-то не так. В целом отправитель должен ждать подтверждения от получателя, в каком виде приняты данные. Есть отрицательное подтверждение и положительное. Для этого уровня необходимо вычисление циклически избыточного кода. Как минимум, используется понятие – контроль на избыточность. Первоначально использовался агрегат – эхоплекс. Уровень оказался очень сложным, произошло разбиение, то есть появились 2 подуровня: LLC, MAC. LLC называется подуровень управления логическим каналом, то есть здесь проходят пакеты с данными для прикладных программ. МАС – это подуровень управления доступом к среде, отвечает за обработку пакетов сообщений, которыми сетевые адаптеры самостоятельно обмениваются для выполнения функций контроля и управления работой логического кольца, адрес сетевого адаптера – это и есть адрес подуровня МАС (физический адрес адаптера). Сетевой уровень – адресация передаваемых данных и трансляция логических адресов в физические имена, определяет маршрут для данных от отправителя к получателю, оперирует понятиями «пакет». Крупные пакеты нуждаются в преобразовании в последовательность меньших кадров, прежде чем сетевой уровень отправит его канальному уровню, добавляет в заголовок информацию для выбора маршрута, она может быть статическая и динамическая. Транспортный уровень – уровень разделения сетезависимой части от сетенезависимой части. Транспортный уровень обеспечивает доставку всех пакетов наиболее эффективным способом без ошибок и в правильной последовательности. С помощью подтверждений и средств исправления ошибок уровень обеспечивает надежную передачу данных «из конца в конец», похож на канальный уровень, где осуществляется доставка «из узла к узлу». С транспортного уровня модель начинает походить на ИВС. Сеансовый уровень позволяет приложениям, выполняемым на двух различных узлах установить соединение, именуемое сеансом, осуществить обмен данными, а затем завершить сеанс. Уровень управляет диалогом между двумя процессами, следит за доставкой сообщений в нужной последовательности, уровень вводит контрольные точки, то есть один процесс информирует другой, что он принял и обработал отправленные данные до определенного момента диалога. Также обработка транзакций осуществляется на сеансовом уровне. Транзакции – последовательность команд, которая должна быть выполнена полностью. Этот же уровень занимается вопросами безопасности, то есть проверка прав на установку и использование соединений или введение или выведение на экран окна для ввода пароля. Уровень представления (представительский (трансформирующий (транслирующий))) управляет форматами, используемыми для обмена информации между узлами сети. Узел-отправитель транслирует данные конкретного приложения в общепринятую форму, узел-получатель преобразует данные из общепринятой формы в специфическую. Прикладной уровень (уровень приложений) предоставляет окно для доступа прикладных процессов к сетевым возможностям, например, ПО для передачи файлов по сети или доступ к распределенным БД. Уровень управляет общим доступом к сети, а также потоком данных и обработкой ошибок.
|