Вордовские лекции (1115151), страница 19

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 19)

Линия связи, которая связывает один удаленный терминал с компьютером, называется линией связи типа точка-точка. Таким образом эта линия может быть либо выделенной (мы договариваемся с телефонными станциями и фиксируем коммутацию), либо коммутируемой.

Канал может быть многоточечным. При этом на входе находится удаленный мультиплексор. Многоточечные каналы также могут быть либо выделенными, либо коммутируемыми.

С точки зрения организации потоков информации можно выделить следующие разновидности каналов.

1. Симплексные каналы - каналы, по которым передача информации ведется в одном направлении (например, телевизионный канал – обеспечивает передачу информации только в одном направлении от передающей антенны к принимающей).

2. Дуплексные каналы - каналы, которые обеспечивают одновременную передачу информации в двух направлениях (например, телефонный разговор, мы одновременно можем и говорить и слушать).

3. Полудуплексные каналы - каналы, которые обеспечивают передачу информации в двух направлениях, но в каждый момент времени только в одну сторону (подобно рации).

Одним из примеров терминального комплекса может быть система NASDAQ (National Association of Securities Dealers Automated Quatation), построенная в 60-70-х годах 20 века и предназначенная для сбора и передачи сообщений о курсах акций на бирже. Система была построена на использовании мощной, по тем временам, вычислительной машины Univac-1108 и значительного числа терминалов (несколько тысяч), установленных в биржевых конторах по всей территории США.

Многомашинные вычислительные комплексы

Многомашинные вычислительные комплексы (ММВК) - это программно аппаратное объединение группы вычислительных машин, в которых:

1. На каждой из машин работает своя операционная система (этот признак отличает ММВК от многопроцессорного вычислительного комплекса).

2. В ММВК имеются общие физические ресурсы, например ОЗУ, ВЗУ или общие каналы связи (а, следовательно, имеются проблемы синхронизации доступа).

ММВК использовались в качестве систем сбора и обработки больших наборов данных, и для организации глобальных терминальных комплексов. ММВК появились в начале 60-х и сейчас продолжают успешно существовать. Одно из основных применений ММВК - это дублирование вычислительной мощи, примером таких систем может служить любая система управления важными технологическими процессами.

ММВК может выглядеть и так:

В ММВК общий ресурс является общим не только для всех ВС, но и для групп ВС, благодаря этому мы можем организовывать ММВК сложной структуры, необходимой для решения конкретной проблемы (Например, ММВК для продажи авиабилетов и ММВК для параллельного проведения какого-нибудь сложного научного расчета). Мы также обсудили тот факт, что в ММВК на каждой из машин работает своя операционная система. Отсюда вытекает, что все проблемы взаимодействия должны решаться на уровне взаимодействия ОС. Система, аналогичная ММВК, но в которой работает одна ОС, - многопроцессорная ВС. Существуют задачи, для которых не хватает средств, предоставляемых терминальными комплексами. Это, например, проблема организации больших баз данных. В этом случае используют ММВК.

В ММВК имеется проблема синхронизации доступа к разделяемым ресурсом. Разделяемыми ресурсами могут быть устройства внешней памяти, ОЗУ, каналы связи, соединенные двумя или более компонентами вычислительного комплекса. Рассмотрим такой пример. У нас есть ММВК, состоящий из двух ВС. Разделяемый ресурс - жесткий диск. Проблема в данном случае явно формулируется так: «Нужно научить две ВС синхронизированно обмениваться с HDD.» Т. е. если программа одной ВС что-то пишет на HDD, то область данных, в которую она пишет или весь HDD должны быть заблокированы для другой ВС (Проблема напоминает проблему семафоров). Одно из решений - коммутатор HDD, некий контроллер, который имеет команду, блокирующую HDD. При начале обмена одной вычислительной системы доступ к HDD заблокирован для других ВС. А эта ВС в монопольном режиме использует HDD. Если другая ВС попытается начать обмен с HDD возможны два решения:

1. синхронное ожидание;

2. асинхронное ожидание (система не будет простаивать, она временно остановит процесс, подавший заказ на обмен и активизирует другой процесс).

На самом деле коммутаторы, конечно, более интеллектуальны. Они, например, устанавливают блокировку не на весь HDD, а только на некоторые его блоки.

Приведенное выше решение привлекает своей технической простотой как с аппаратной точки зрения, так и с точки зрения программной реализации (нет сложных взаимосвязей), но оно имеет существенный недостаток. ВС может заблокировать HDD и после этого зациклиться. Для борьбы с такими ситуациями можно использовать различные устройства, отличные от коммутатора HDD, позволяющие послать сигнал от одной ВС к другой. Это может быть, например, низкоскоростной канал связи (скорость передачи нам здесь не нужна).

8.2Сети ЭВМ. Организация взаимодействия в сети. Модель ISO/OSI.

Вычислительная сеть или сеть ЭВМ есть, в некотором смысле, развитие и обобщение терминальных комплексов и многомашинных вычислительных комплексов. Вычислительная сеть представляет собой программно-аппаратный комплекс обладающий следующими основными характеристиками:

• сеть может состоять из значительного числа взаимодействующих друг с другом ЭВМ, обеспечивающих сбор, хранение, обработку и передачу информации;

• сеть ЭВМ предполагает возможность распределенной обработки информации;

• расширяемость сети – возможность развития сети по протяженности (размещению), по расширению пропускной способности каналов связи, по количеству и производительности ЭВМ;

• возможность применения симметричных интерфейсов обмена информацией между ЭВМ сети.

В общем случае, будем считать, что сеть состоит из двух разновидностей ЭВМ:

• абонентские или основные ЭВМ, которые обеспечивают информационно-вычислительные услуги сети;

• коммуникационные или вспомогательные ЭВМ, обеспечивают выполнение всех служебных функций по преобразованию и передаче информации.

В реальности, в современных сетях ЭВМ функции абонентских и коммуникационных ЭВМ совмещаются.

Для обобщения определения сети ЭВМ рассмотрим пример. Пусть дана сеть, состоящая из абонентских и коммуникационных ЭВМ. Абонентские машины могут осуществлять взаимодействие друг с другом через коммуникационную среду или коммуникационную сеть. Коммуникационная среда включает в себя каналы передачи данных, обеспечивающие взаимодействие между машинами и коммуникационными машинами. Конкретная топология сети зависит от назначения данной сети и определяется составом абонентских ЭВМ и топологией коммуникационной среды. Итак, абонентские машины могут осуществлять взаимодействие друг с другом через коммуникационную среду, в рамках которой используются каналы передачи данных и коммуникационные машины.

Существует классическое разделение сетей на три типа: сеть коммутации каналов, сеть коммутации сообщений и сеть коммутации пакетов. Рассмотрим основные свойства каждой из перечисленных разновидностей сетей.

Сеть коммутации каналов. Сеть строится на основе использования коммутируемых каналов (см. Терминальные комплексы), т.е. для обеспечения сеанса связи двух абонентских ЭВМ на время всего сеанса выделяется коммутируемый канал – устанавливается прямое соединение между взаимодействующими абонентскими ЭВМ. Для этих целей осуществляется поиск пути в сети, по которому будет происходить соединение (при наличии нескольких путей выбирается какой-то один из них; на том, по какому именно критерию выбирается путь в случае альтернативы, мы останавливаться не будем). На время сеанса связи найденный путь считается монопольно выделенным для этих двух машин. Достоинства такого вида сети - простота реализации и эффективность работы в случае успешной коммутации, так как скорость взаимодействия между машинами равна скорости самого медленного компонента сети, участвующего в связи (это максимально возможная скорость). Главный недостаток заключается в том, что такая связь может блокировать другие соединения. Уйти от этой проблемы можно потребовав от коммутационной среды большой избыточности, т.е. организовать дополнительные (дублирующие) каналы.

Сеть коммутации сообщений. Если коммутация каналов - это коммутация на время всего сеанса связи, то коммутация сообщений - это связь, при которой весь сеанс разделяется на передачу сообщений (сообщение - некоторая, логически завершенная, порция данных). Взаимодействие ЭВМ в данных сетях осуществляется в терминах передачи сообщений. При этом для передачи сообщения не требуется установления прямого соединения между взаимодействующими абонентскими ЭВМ. Сообщение начинает передаваться по сети по мере освобождения каналов в коммуникационной среде (абонентская_ЭВМÛкоммуникационная_ЭВМ; коммуникационная_ЭВМÛкоммуникационная_ЭВМ). При этом на коммуникационные машины ложится значительная дополнительная нагрузка – коммуникационные ЭВМ должны обеспечивать буферизацию сообщений, так как прямого соединения не устанавливается и возможна ситуация при которой канал, необходимый для продолжения передачи сообщений занят. Достоинства - логическая и физическая простота, снижение монопольного фактора по сравнению с сетью коммутации каналов. Недостатки - снижение скорости работы в сети, отсутствие детерминированности в определении времени доставки информации, необходимость существенного увеличения мощности коммуникационных ЭВМ для обеспечения буферизации.

Сеть коммутации пакетов. Сеанс разбивается на сообщения, сообщения, в свою очередь, разбиваются на порции данных одинакового объема - пакеты. По сети перемещаются не сообщения, а пакеты. Здесь действует принцип горячей картошки: основное действие коммутационной машины - как можно быстрее избавиться от пакета, определив кому его далее можно «перекинуть». Поскольку все пакеты одинакового объема, то не возникает проблем с буферизацией, потому что мы всегда можем рассчитать необходимую буферную способность коммутационных машин. Логически происходит достаточно быстрое соединение, потому что сеть коммутации пакетов практически не имеет ситуаций, когда какие-то каналы заблокированы на продолжительное время. За счет того, что происходит дробление сеанса на пакеты, имеется возможность оптимизации обработки ошибок при передаче данных. Если возникает ошибка в режиме коммутации каналов, то надо повторить весь сеанс, если в режиме коммутации сообщений, то надо повторить сообщение, при коммутации пакетов достаточно повторить передачу пакета, в котором обнаружена ошибка.

В реальных системах используются многоуровневые сети, которые в каких-то режимах работают в режиме коммутации каналов, в каких-то режимах работают в режиме коммутации сообщений и т.д.. На сегодняшний день можно сказать, что сетей, однозначно принадлежащих к одному из вышеперечисленных типов, нет, а используется их комбинация.

Важным понятием, используемым при функционировании сетей ЭВМ является понятие протокола связи. В общем случае существует множество определений понятия протокол. Рассмотрим одно из простейших. Протокол - формальное описание сообщений и правил, по которым сетевые устройства (вычислительные системы) осуществляют обмен информацией.

Развитие многомашинных ассоциаций вообще, и сетей ЭВМ в частности, определило возникновение необходимости стандартизации взаимодействия, происходящего в сети. Развитие любого технического новшества всегда испытывает трудности в связи с отсутствием единого стандарта. Поэтому в конце 70-х начале 80-х годов ISO (International Standard Organization) предложила т.н. стандарт взаимодействия открытых систем ISO/OSI (Open System Interface), который должен был стандартизировать основные интерфейсы, позволяющие строить и развивать сети ЭВМ. Была предложена семиуровневая модель организации взаимодействия в сети.

Характеристики

Список файлов лекций