Шпаргалка к экзамену

Распределённые системы обработки информации

Распределённая система обработки информации –любая система, позволяющая организовать взаимодействие независимых, но связанных между собой ЭВМ.

Классификация систем:

1) по степени неоднородности:

- неоднородные полностью;

- частично;

- однородные;

2) по архитектурным особенностям:

- на основе систем телеобработки;

- на сетевых технологиях;

Сетевые технологии – любой процесс одной ЭВМ по своей инициативе может установить логическую связь с любым процессом в другой ЭВМ.

3) по степени распределённости:

- региональные (неограниченная географическая распределённость, произвольная топология связей между узлами, наличие механизмов маршрутизации, каждые два узла связаны общим каналом);

- локальные (небольшая географическая распределённость, наличие единой коммуникационной среды, алгоритм доступа к среде передачи, высокая скорость передачи данных);

Организация взаимодействия:

1) коммутация каналов;

2) коммутация сообщений;

3) коммутация пакетов;

Архитектура распределённой системы обработки данных – взаимодействие её логической, физической и программной структур. Программная отражает состав компонентов сетевого ПО и связи между ними.

Программная структура сетевого ПО

Модель OSI – распределённая информационно-вычислительная среда, состоящая из программно-аппаратного комплекса. Горизонтальные уровни.

Объект уровня – часть открытой системы, выполняющая определённую задачу. Объекты одного уровня, принадлежащие разным открытым системам взаимодействуют по протоколам, а объекты одной системы и разных уровней – по интерфейсам.

PDU – protocol data unit, протокольный блок данных. Каждый уровень пользуется услугами смежного уровня.

1) протоколы с установление логического соединения;

2) дейтаграмный, без установления логического соединения;

Уровни:

1) физический – по физическим каналам связи (кабели, радио, IRDA);

2) канальный – HDLC (High-level Data Link Control, высокоуровневое управление каналом передачи данных), LAP-B, LAP-D;

3) сетевой – единая транспортная система для нескольких сетей, IP;

4) транспортный – гарантия доставки (в нужной последовательности и без потерь). TCP, UDP.

5) сеансовый – соединения для приложений на компьютерах;

6) представительный – форма обмена данными, переводчик, SSL;

7) прикладной – доступ приложений к сети;

MTU - maximum transmission unit, максимальный размер передаваемого блока данных наибольший размер пакета (фрейма), который может быть передан по данной физической среде передачи. Например в сетях Ethernet эта величина ограничена числом 1518 байт. Пакеты большего размера разбиваются на меньшие части.

ARP - address resolution protocol, протокол переопределения (преобразования) адресов, сетевой протокол, преобразование локального адреса в физический.

Три верхних уровня (прикладной, представительный, сеансовый) – не зависят от сети.

Транспортный уровень скрывает особенности нижних уровней от верхних, поэтому можно разрабатывать ПО, не зависящее от технических средств.

Информация передаётся в пространстве динамическими сигналами.

Линия связи – непосредственная физическая среда для передачи. Один или несколько каналов. FDM (частотное) и TDM (временное) разделение линии на каналы.

Типы линий связи: кабельные (медные, волоконно-оптические), радиоканалы (мобильная связь, спутники), инфракрасные лучи.

Витая пара:

Оптоволоконный кабели – пожаробезопасно, помехоустойчивые, не излучают.

Рассеянный ИК – отражаясь от поверхностей, ненаправленный, до 30 метров.

Отражённое ИК – в одно место все лучи.

Математические модели сигналов

Сигналы – различные физические процессы и их параметры. Применяют приближённое представление физического процесса, используемого для передачи информации – модель.

Параметры:

- структурные, число степеней свободы;

- идентифицирующие, выделяют сигнал из массы остальных;

- информативные – кодирование передаваемой информации;

, здесь

- информативный;

- идентифицирующий;

- структурный;

Дискретные и непрерывные сигналы. Может быть дискретным по одному параметру, но непрерывным по другому.

Количественная оценка информационного содержания сигнала

Дискретный по информативному – конечное множество сообщений. Количество информации адресату некоторым образом связано с априорной определённостью ситуации, зависящей от числа возможных сообщений. Чем больше сообщений, тем больше информации адресату, когда непрерывность снимается.

Р. Хартли вот так посчитал: - число возможных вариантов.

А Шеннон учёл вероятность: - энтропия. Информация =

Свойства энтропии:

1) у заранее известного сигнала энтропия равна нуля (нет неопределённости);

2) вещественная и неотрицательная величина;

3) величина конечная при любом ;

4) достигает максимального значения при равновероятных значениях информационного параметра сигнала и равно оценке Хартли;

5) тесно связана с количеством информации;

[бит], если

[дит], если

При передаче дискретной информации всегда используются линия связи для передачи непрерывного сигнала

x) Отношение "сигнал/шум" (шумы в канале) – в реальных каналах связи, если на вход не поступает сигнал, на выходе присутствует шум (белый шум).

(single noise)

- мощность сигнала на выходе;

- мощность шума на выходе;

Чем больше это отношение, тем качественнее сигнал.

[дБ]

x+1) Перекрёстная помеха – определяет влияние на данную пару проводников в кабеле других пар проводников. Устойчивость кабеля к внутренним источникам помех

[дБ]

Применимо только к кабелям, состоящим из нескольких витых пар.

x+2) Пропускная способность – максимально возможная скорость передачи данных по данному каналу, [бит/сек]. Зависит от формы представления сигналов, а также от уровня шумов.

B - полоса пропускания по АЧХ;

M - число различимых состояний информативного параметра сигнала;

С корость изменения информативного параметра в единицу времени измеряется в бодах - время, в течение которого изменяется информативный параметр сигнала (время передачи одного бита информации).

здесь f - информативный параметр

с игнала, тогда M=2

Для M=4

Другое определение пропускной способности, по Шеннону и Хартли:

[бит/сек]

Пример:

(дБ)

(бит/с)

или

, (бит/с)

Передача данных на физическом уровне

При передаче данных по каналам связи используются два основных типа физического кодирования:

1) на основе синусоидального несущего сигнала, с различными методами модуляции - аналоговая модуляция;

2) на основе последовательности прямоугольных импульсов – цифровое кодирование (линейное кодирование);

Эти типы кодирования отличаются шириной спектра результирующего сигнала, а также сложностью аппаратуры, необходимой для реализации. У прямоугольного сигнала ширина спектра больше (это плохо, нам нужен спектр как можно уже).

В настоящее время большинство данных передаётся в дискретном виде (цифровым кодом). Преобразование аналогового сигнала в цифровой – дискретная модуляция.

В общем случае, модуляция – это отображение на передающей стороне множества возможных значений входного сигнала на множество возможных значений информативного параметра сигнала переносчика.

На приёмной стороне возникает обратная задача – восстановление исходного сигнала по модулированному – демодуляция.

Требования к сигналам:

1) уложиться в полосу пропускания (уменьшить спектр);

2) определение моментов времени, синхронизация между передатчиком и приёмником;

Формы представления сигналов (методы дискретного кодирования)

1) без возврата к нулю (метод потенциального кодирования) – в течение такта кодирования сигнал к нулю не возвращается. Непрерывная последовательность единиц или нулей, потенциал не изменяется. Поэтому при непрерывной последовательности может произойти рассинхронизация передатчика и приёмника. Другой недостаток – наличие низкочастотной составляющей, которая приближается к нулю при непрерывной передаче.

2) биполярное кодирование с альтернативной инверсией единиц. Три состояния. Ноль – нулевой потенциал, единица – положительным или отрицательным, причём каждая последующая – инверсным. Частично решает проблему низкочастотной составляющей и рассихронизации. Остаётся опасность длительной последовательности нулей. Поскольку для каждой единицы нужен инверсный потенциал, то при приходе двух единиц одной полярности становится понятно, что где-то ошибка.

3) бинарный импульсный код – данные представляются либо импульсом, либо его фронтом. Идеальная самосинхронизирующаяся способность. Недостаток – очень широкий спектр.