Реферат: Вычислительные системы, сети и телекоммуникации

--PAGE_BREAK--
2. Квалификация вычислительных систем.

       В настоящее время существует тысячи ВС. Для того, чтобы разобраться в их возможностях, необходима их квалификация по мелким признакам.

1 уровень квалификации учитывает расстояние между некомплексируемыми модулями. Сосредоточение ВС предполагает расположение вычислительных модулей в непосредственной близости друг от друга. Передача информации между модулями осуществляется с помощью простейших связей. Расстояние между модулями можно увеличить до нескольких сот метров, если использовать экранизированные (коаксиальные) кабели (в оплетке). *Обычным кабелем можно соединить PC не более 10-15м.

        В распределенных системах расстояние между модулями может быть очень велико (км). Поэтому для связи модуля используется каналообразующая аппаратура — преобразование сигналов и передача их по специальным каналам связи.

       ВС могут быть многомашинными и многопроцессорными. В многомашинных системах каждая машина работает под управлением собственной ОС. Подключенные к ней другие машины рассматриваются ОС как специализированные внешние устройства. В многопроцессорных системах координация работ CPUосуществляется общей ОС. Кроме того, все CPUимеют общую RAM. Кроме этих признаков классификации рассматриваются и более мелкие:

1. По числу комплексированных ЭВМ или CPU.

2. По однотипности комплексированных элементов.

3. По степени территориальной обобщенности.

4. По методам управления различают централизованное и децентрализованное управление. Централизованное лучше используется в простых.

5. По структурным признакам (могут иметь свою иерархию). Чаще всего рассматривают топологические признаки.

6. По принципу закрепления функции различают:

— с жестким распределением функции

— с плавающим распределением функции управления

7. По временным режимам работы.
3. Комплексированность и совместимость в ВС.

       Связь модулей в систему потребует, чтобы объединенные модули были совместимы. Понятие совместимости включает 3 аспекта:

1. Аппаратурную совместимость.

2. Программную совместимость.

3. Информационную совместимость.
1. Аппаратурная совместимостьпредполагает стандартизацию и унификацию связей. Понятие связи включает и стандартизацию кабельных соединений их разъемов, алгоритмов взаимодействия (последовательность сигналов), стандартизацию электрических сигналов.

2. Программная совместимостьзависит от однородности и однотипности комплексированных средств. Если комплексированные средства однотипные, то программные средства полные. Если комплексированные средства не однородные, не одновременные, то такие системы совместимы по принципу «снизу вверх» (386-Pentium). Если комплексируется однотипная аппаратура, то обмен исходными модулями с последующей трансляцией их после обмена.

3. Информационная совместимость. Она предполагает, что передаваемые информации одинаково интерпретируются объектами, т.е. должны быть стандартизованы алфавиты, разрядность, форматы, структура, разновидность и т.д.
4. Взаимодействиекомплексированных ЭВМ CPUможет производиться по различным уровням. Различают логические и физические уровни.

Логические уровни:

5 логических уровней комплексирования:

       Логические уровни объединяют средства комплексирования, имеющие общие принципы управления и работы.

       1 уровень — уровень комплексирования CPU. Передача информации идет через систему прямого управления.

CPU— инициатор обмена — должен… через интерфейс… команду «прямое чтение» или «прямая запись». Другой CPU, получив это прерывание, отвечает противоположной командой. После этого передается байт данных. Каждый байт 8 разрядов (0-255). Содержимое байта играет роль сигнала — приказа.

       Этот канал не предназначается для передачи больших информационных массивов, т.к. процессы взаимодействия на каждый байт предостанавливают работу обоих CPU.

       2 уровень. Общая оперативная память.

       Она формируется из оперативной памяти комплексированных ЭВМ. В количестве устройства напряжения используется коммутатор. Этот уровень является наиболее предпочтительным из всех. Однако его реализация встречает трудности.

       ООП является ядром классической структуры. Абонентами которых являются все каналы и комплексируемые CPU, т.е. память является своеобразной системой массового обслуживания. При этом создаваться различные конфликты. Для их разрешения необходимо предусматривать буферные зоны — создания в них очереди, обслуживание очереди и т.д. Поэтому в настоящее время многопроцессорные системы позволяют комплексировать не более 2-х, 4-х CPU. Не существует эффективных коммутаторов ООП.

       3 логический уровень. Является основным при комплексировании ЭВМ. Согласователь скоростей или адаптер канал-канал работает по принципу.

       Канал — инициатор обмена передает очередной байт на регистр обмена и взводит флажок — канал получатель считывает этот флажок, что является сигналом на установку следующего байта. число передаваемых байтов подсчитывается счетчиком. Скорость передачи данных — 1-10мбит/сек. Достоинством уровня является то, что передача данных между каналом осуществляется параллельными вычислениями CPU, не меньше им.
4 — уровень управления внешними устройствами.Осуществляется через групповые устройства управления, или контроллеры, которые позволяют управлять сразу несколькими накопителями. В количестве средства комплексирования здесь используется встроенные двухканальные переключатели. Для исключения конфликтных ситуаций на этом уровне используются команды управления и переключателя. «Зарезервировать и освободить». Канал, выигравший состязание, резервирует контроллер за собой до полного окончания работ с требуемым накопителем. После команды «освободить» устройство становится доступным к другим каналам.
5 уровень. Уровень общих количественных устройств.Используется крайне редко, только для управления дорогостоящих универсальных аппаратур. Все внешние устройства являются устройствами точной механики, а значит они менее…, чем чисто электронные устройства. Поэтому лучше использовать 4-й уровень комплексирования, который позволяет управлять группой устройств, а не отдельным устройством.

       Многопроцессорные системы создаются на 2-ом логическом уровне. Многомашинные системы создаются при комплексировании на 1, 3, 4 и 5 рядах.

       На практике стараются комбинировать уровни, что позволит создавать более гибкие системы оперативного обмена. На каждом логическом уровне может быть несколько логических устройств, на физическом — число устройств может быть иным.

       Разделение физических и логических уровней позволяет обеспечить независимость разработки прог от конкретной аппаратурной реализации системы.

       Стыковка логических и физических уровней обеспечивается:

а) при установке и генерации ОС

б) по указаниям оператора в начале вычислительного процесса

в) директивами пользователем размещаемыми в проге

       Перечисленные 5 уровней имеют аналоги и в ПЭВМ:

       1 уровень в ПЭВМ. Реализуются системы прерывания относящиеся к классу внешних

       2 уровень. Общая оперативная память реализуется только в серверах. Наиболее распространенные серверы с двумя, четырьмя CPU Pentium. Имеются разработки, включающие до 10 CPUна общее поле RAM.

       3 уровень. Полностью соответствует каналам прямого доступа к памяти, при котором передача данных между памятью и внешним устройством осуществляется параллельно вычислением в CPU.

       4 уровень. Уровень управления.
5. Многомашинные комплексы.

       Все ВС имеют истоки — это многопрограммные комплексы.

Принцип.

Коммутатор— это электронное устройство, позволяющее соединить объекты между собой. В положении ключа или 1 или 3, одна ЭВМ является основной, другая — вспомогательной. Вспомогательная может находиться на профилактике, либо заниматься не основными, а второстепенными вычислениями — так наз. резерв. В случае выхода из строя основного ЭВМ, другая ЭВМ ее замещает. Это режим повышенной надежности. В положении ключа 2 обе машины могут решать одну и ту же важную задачу.
6. Многопроцессорные ВС.

Для многопроцессорных является общая ОП, поэтому для управления многопроцессорной ВС является общая ОС, которая имеет сложные встроенные программные средства. ООП призвана обслуживать не только n CPU, но также все подключенные каналы и специализированные внешние устройства (таймеры, CPUпрямого доступа и др.) ООП становится системой массового обслуживания, поскольку при работе возможны различные конфликты. Разрешение конфликтов может привести к появлению очередей запросов и их последующей разгрузке, поэтому на практике отсутствует МВС, имеющее большое число комплексированных CPU. Обычно комплексируют не более 2-4 CPU. В качестве средств комплексирования используют следующие:

       1. Количество конфликтов уменьшается пропорционально количеству комплексированных CPU.

       2. Уменьшение количества обращений к памяти за счет использования сверхоперативной памяти. Каждый CPUимеет свою кэш память. Однако этот способ не позволяет полностью уменьшить конфликты, поскольку возникает новая проблема: как синхронизировать содержимое эталона и копии.

       3. Средством решения противоречия. Организация многоходовой памяти. Любая память имеет адрес, вход и выход информации. ООП делается многоблочной. Каждый блок имеет собственный вход и выход. ОС закрепляет отдельные блоки за отдельными CPU, что дает преимущества — все блоки могут работать параллельно. Этот вариант является развитием 2 варианта. Этот вариант находит применение в серверах сети, когда каждый CPUсервера обслуживает свое подмножество клиентов.

       4. ООП может комплектоваться различного рода коммутаторами. При больших значения N и Kкоммутаторы становятся очень громоздки, потребляют большую мощность, техническое обслуживание затрудняется. При значениях N иK= 15-20 коммутатор становится приличных размеров и потребляет большую мощность. На практике часто используют не централизованный коммутатор, а распределенный коммутатор, т.е. слои распределяют либо по CPU, либо по блокам памяти.
7. ВС на базе
CPU
.


7.1. Введение.

       С появлением CPUпоявились новые возможности для построения специфических структур ВС. CPUимеет 30-летнюю историю развития. До настоящего времени структуры ВС в основном воспроизводились в суперЭВМ. Наибольшее применение ВС нашли в суперЭВМ типа Gray — I, II, III.

Cyber — 205, 305… (CDC).

       ВС в этих суперЭВМ комбинировали в определенных соотношениях векторную и конвейерную обработку. Опыт построения этих систем показал, что все суперЭВМ являются по существу специализированными вычислителями, чем больше быстродействие они обеспечивают, тем уже становился класс алгоритма, которые они эффективно обрабатывают. Универсальных структур ЭВМ не существует. Эффективной структурой ВС следует считать ту, у которой структура в наибольшей степени соответствует (или может быть подстроена) под структуру задач, решаемых на этой системе.



Виды программного параллелизма

Аппаратно-программные средства

1. Отдельные фазы команд

Множественный поток Команд Отдельный поток Данных ОКОД МКОД

2. Отдельные команды и операторы

ОКОД МКОД

3. Циклы и операции

ОКМД

4. Отдельные проги и подпроги

МКМД

5. Отдельные ветви вычислений или части задания



6. Независимые задания





7.2. ОКОД

       Применение CPUпозволяет использовать модификацию классических структур ЭВМ. Архитектура ОКОД (одномашинные или однопроцессорные позволяет строить виды структур:

— RISC — CPU— структура с ограниченной системой команд

— VLIW — CPU — структура с очень длинным кодом

       В настоящее время основным видом CPU считается Pentium 2.Эти CPUотносятся к RISC CPUу которых состав команд очень небольшой и соответствует операциям типа алгебраического сложения. Все сложные команды выполняются в виде подпрог.

       RISC— набор команд очень небольшой. Они позволяют уменьшить время выполнения команд, а значит увеличить частоту работы конвейера команд. При этом число обращений к ОЗУ сокращается.

Все CPUтипа Pentium имеют очень длинное командное слово. Буфер команд CPUимеет целью обеспечить более полную загрузку CPU. При этом появляется возможность параллельно выполнять несколько команд не связанных общими данными. Например сложение и пересылка 2-х операндов с одного места на другое. CPU Pentiumпозволяет снизить негативное влияние операций типа IFпри которых приходится перезагружать конвейер команд. Т.е. в CPU типа Pentiumимеется возможность предсказания переходов с последующим отбрасыванием ветвей. Это предсказание позволяет сократить количество срывов в конвейере при выполнении команд.
7.3. ОКМД

       Успехи в микроэлектронике позволяют использовать целые матрицы CPU, работающих по одной и той же проге с разными данными. Такие структуры эффективны при векторной и матричной обработке. Каждый CPU имеет связи с соседним CPU. Однако эффективная работа подобных схем возможна только на матричных и векторных задачах. В подобных структурах очень тяжело обеспечить загрузку аппаратуры, поскольку отсутствует теория параллельного программирования. Поэтому данная структура находит ограниченное применение.

       Структуры ОКМД могут быть реализованы в CPUисполнении в виде сопроцессоров для больших ЭВМ. Например, в серверах сети эти структуры могут обслуживать большие хранилища информации, повышая производительность и скорость обработки данных. В ПЭВМ появление таких сопроцессоров маловероятно.
7.4. Структуры МКОД.

       МКОД — это структуры типа конвейер

Структуры этого типа не нашли большого применения в ВС. Это обусловлено тем, что обычно все ЭВМ (CPU)универсальны в своей основе. Поэтому нет необходимости обеспечивать конвейерную обработку. Кроме того программный принцип управления не дает возможность организовать эфф длинные конвейеры. Обычно считается, что линейный участок проги не превышает 7-10 (15) команд. После этих команд конвейер перезапускается.

       Как вариант можно рассматривать многофункциональную обработку в существующих ЭВМ:

а) во всех современных ЭВМ имеется совмещение операции при которой организуется II-ная работа отдельных блоков (выборка команды, выборка операндов и т.д.)

б) как вариант конвейера можно рассматривать II-ную обработку центрального CPUЭВМ и сопроцессора.

в) конвейер мы находим в суперЭВМ, когда обеспечивается подпитка информации в кэш-памяти в память команд и в память данных.

г) в сетях ЭВМ возможна II-ная работа нескольких клиентов с одной центральной БД. Но эта дисциплина обслуживания больше относится к структуре МКМД.
7.5. МКМД

       Наиболее интересным видом является МКМД. Эта структур дает множество структур. Обычно эти структуры различают по степени связанности: сильносвязанные и слабосвязанные.

Архитектура МКМД в самом простом варианте предполагает наличие нескольких автономных вычислителей, каждый из которых работает с собственным потоком заданий. Такая структура увеличивает производительность системы, очень проста по построению и управлению.

       Более интересны структуры у которых информационные потоки ветвятся образуя II-ные ветви.

       Если вычислители находятся в непосредственной близости друг от друга, то они сильно связаны. Интенсивность передачи информации в таких системах может быть очень высокой и осуществляться небольшими порциями.

       Симметричные структуры могут относиться к архитектуре ОКМД, где в узлах матрицы CPUнаходятся отдельные микропроцессоры, способные передавать своим соседям отдельные байты или слова информации.

       Симметричные структуры строятся их однотипных элементов, что упрощает построение и управление структурой в целом. Однако обеспечить полную загрузку подобных структур практически не удается. Для этого отсутствуют методы программирования и языки программирования. Кроме того, очень тяжело обеспечить передачу данных между CPU, не являющимися соседними. А значит класс эффективно решаемых задач резко сужается.

       Подобные системы не могут найти очень широкого распространения. Их удел — только специальные виды вычислений, т.е. векторы и матрицы.

       SMP— структуры — это системы, подключенные к CPUк ООП.

       Это мультипроцессирование с разделением памяти.

       Появление мощных CPUтипа Pentiumпривело к появлению многопроцессорных систем на их основе. На общей шине ОП можно комплексировать 2, 4 и до 10 CPU.

       Однако увеличение числа комплексируемых CPUприводит к появлению большого количество конфликтов. Поэтому в ПЭВМ таких систем не ожидается, а такие системы могут встречаться только при построении серверов сети. Каждый сервер управляет своей группой клиентов; поскольку интересы пользователей различны, то появление конфликтов маловероятно. CPUведут обработку параллельно, не мешая друг другу.
1. Системы массового параллелизма
MPP
.


       В них предполагается менее интенсивное взаимодействие комплексируемых CPUили ЭВМ. Здесь вычислители более автономны, поэтому их взаимодействие предполагает передачу и прог и данных. Частота обмена небольшая.

       Различают:

MPP— системы массового параллелизма (это многопроцессорные)

сети — они многомашинные

       MPPпредполагают комплексирование десятков, сотен и даже тысяч CPUрасположенных в непосредственной близости друг от друга (в пределах корпуса одной большой ЭВМ).

       Все CPU-ные элементы связаны друг с другом единой коммутационной средой. Здесь возникают проблемы аналогичные симметричным структурам, но на новой технологической основе.

       Основные отличия:

— обмен данными идет не единичными данными, а целыми пакетами, т.е. прогами и обеспечивающими их данными.

       Данный принцип обмена не соответствует принципам программного управления классических ЭВМ.

       Передача пакетами больше соответствует принципу построения потоковых машин (управляемых потоками данных).

Принцип построения подобных машин на последних двух лекциях.

       Этот подход позволяет строить системы с громадной производительностью и реализовывать проекты с любыми видами параллелизма.

       В пределе можно реализовывать систематические вычисления.
    продолжение
--PAGE_BREAK--
Режим работы
CPU
в системах.


       В вычислительных системах может иметь место 3 вида режимов:

1. Режим «ведущий-ведомый»

2. Симметрическая или однородная обработка во всех CPU

3. Раздельная независимая работа CPUпо обработке задания

       1. Этот режим может быть реализован в любой ПЭВМ. В пакете NCв меню link мы может организовать связь двух CPU: один ведущий («master»)и периферийный

       2. Она наиболее сложная. Предполагает построение очень сложной ОС. Под действием этой ОС все CPUвыполняют одну и ту же прогу, но у командного CPUсвои данные.

       3. Она обычно осуществляется под управлением собственной ОС. Общая ОС является небольшой надстройкой этих автономных систем.
1. Предпосылки появления и развития ВСт.

       Вычислительная сеть — это система взаимосвязанных и распределенных ЭВМ, ориентированных на коллективное использование общественных ресурсов. В качестве ресурсов сети используются аппаратные, программные и информационные объекты.

       Цель создания — это обеспечение удобного и надежного доступа пользователей к ресурсам.

       Сети позволяют решить 2 проблемы:

       1. Неограниченный доступ пользователей к ЭВМ независимо от территориального расположения.

       2. Возможность оперативного перемещения больших массивов информации для использования.

       В сетях ЭВМ все машины могут работать автономно. Они могут автоматически связываться друг с другом под управлением ОС сети.

       Для построения сети используется система передачи данных и каналообразующая аппаратура, относящаяся к 4-му уровню комплексирования:

— каналы связи

— мультиплексеры

— модемы

— адаптеры

       Преимущества:

1. Параллельная обработка данных

2. Возможность создания распределенных БД

3. Возможность обмена большими объемами информации

4. Коллективное использование ресурсов

5. Гораздо больший перечень услуг

6. Повышение эффективности применения ЭВМ и ВТ

7. Оперативное перераспределение мощности и резервов

8. Сокращение расходов на приобретение и эксплуатацию технических и программных средств

9. Облегчение работ по совершенствованию сети
2. Классификация сетей

       В настоящее время сети развиваются очень бурно, поэтому любая классификация старее очень быстро.

       Сети — это достаточно сложные системы, и необходимо использовать временные классификации для их изучения.

       Более важные признаки классификации:

1. Признак территориальной рассосредоточенности. Различают:

— Глобальные сети:

машины могут быть разнесены на 1000 км при этом используются сложные системы передачи данных

— Региональные:

Промышленные города или группа городов (подмосковье). Машины разнесены на десятки км. Для передачи данных — телефонная сеть.

— Локальные сети:

машины удалены на 10-100 метров в качестве сети выступают провода

2. По функциональной принадлежности сети различают:

— Информационные:

история сетей назначения к созданию

— Вычислительные:

наличие вычислительных сетей передача сигналов информации

— Информационно-вычислительные:

стали появляться чисто информационные сети (военные)

       Увеличение роли передачи информации привело к усложнению ОС. В настоящее время операционные системы сети позволяют решать следующие задачи:

1. Удаленный ввод, вывод заданий.

2. Передача файлов между ЭВМ.

3. Доступ к удаленным файлам.

4. Работа с распределенными банками данных.

5. Одновременная передача текстовых и речевых данных.

6. Получение всевозможных справок о наличии ресурсов.

7. Защита данных и ресурсов от несанкционированных действий.

8. Распределение и обработка информации на нескольких ЭВМ.
3. Информационный признак.

       Различают сети:

— с централизованными банками данных

— с распределенными банками данных

— с локальными банками данных

4. Структурный признак.

5 признак. По способу управления ресурсами сети. Различают:

— системы с жестким управлением

— сети с распределенным управлением

— сети со смешанным управлением

       Все простейшие сети имеют централизованное управление. Они являются более простыми и дешевыми. По мере развития появляется необходимость децентрализации управления.

6 признак. По методам передачи данных в сетях. Различают 4 вида:

1. Передача данных по выделенным каналам связи

2. Связь с коммутацией каналов

3. Связь с коммутацией сообщений

4. Связь с коммутацией пакетов сообщений
3. Структуры вычислительных сетей.

       Любая вычислительная сеть включает в себя в обязательном порядке три атрибута:

1. Базовые системы передачи данных СПД

2. Сеть ЭВМ

3. Абонентская сеть (клиентская сеть)

Обычно это сложившаяся телефонная сеть или радиосеть УКиС. К этой сети подключается вычислительная машина достаточно мощного класса. Большие ЭВМ сети обслуживают большие хранилища информации и проводит крупномасштабные вычисления. Кроме больших ЭВМ имеются средние предназначения для управления ресурсами и клиентами. Эти средние ЭВМ сети называются серверами сети.

       В последнее время ЭВМ связываются друг с другом не только через УК, но и УКиС; оборудованные коммуникационными системами. Эти коммуникационные машины являются специализированными. Применение коммуникационных машин позволяет увеличить эффективность систем передачи данных.

       Каждая ЭВМ имеет развитую абонентскую сеть. В настоящее время каждый абонент связан с сетью через ПК. Развитие сетей предполагает, что абонентская аппаратура должна быть очень дешевой, что это должен быть сетевой компьютер.

       Эти три компонента позволяют формировать самые различные структуры сетей. Для того, чтобы изучать сети, лучше пользоваться понятием архитектура сети.

       Архитектура сети включает в себя:

— логическую

— аппаратурную

— программную структуры
3.1. Логическая структура.

       Рассмотрение логической структуры необходимо при решении задач исследовании.

       Задачи исследования бывают 2-х видов: задачи анализа и задачи синтеза.

       Логические структуры сети предполагает выделение следующих фрагментов:

— вычислительной машины

— выделение главной управляющей машины

— выделение вспомогательной машины

— коммуникационных

— территориального оборудования

       Реальные структуры сети может отличаться от логической. В одной ЭВМ сети могут быть сосредоточены функции вычислительной машины главной управляющей машины и коммутационной машины.
3.2. Аппаратурная структура.

       Из всех возможных структур аппаратурных структур наибольший интерес представляет топологическая структура.

       Топологические структуры могут быть следующих видов:

1. Звездная

Системы этого типа широко распространены и как правило разработка любой сети начинается с этой топологии.

Достоинства этой структуры:

— уменьшение каналов связи

— простота построения и управления

— возможность использования перспективных методов передачи данных

— малые расходы на проектирование сети

Недостатки:

— большая уязвимость сети

— отсутствие резервных путей для доступа к сети

— увеличение задержек при перегрузках центральных ЭВМ

       Обычно звездная топология с течением времени перерастает в иерархическую или своеобразную топологию, что в наибольшей степени отличает от сложившихся систем управления.

2. Распределенная, децентрализованная топология.

       Вычислительная сеть получается путем связи ЭВМ линиями.

Достоинства:

— увеличивается надежность функционирования за счет путей доступа к ресурсам

— улучшение доступа к ресурсам, если они дублированы на каких-то машинах

— усложнение сети за счет увеличения каналов связи
3. Кольцевая структура

       Образуется путем соединения из каналов связи кольцевых ЭВМ, эта структура наиболее надежна, на наиболее дорогостоящая. В современных сетях можно найти элементы всех перечисленных структур.
3.3. Программная структура.

Взаимосвязь вычислительных машин в сетях осуществляется автоматически по мере необходимости. Взаимосвязь идет между пользовательскими программами. Для каждого пользователя эта связь идет напрямую друг с другом. Процедуры связи между машинами очень сложны. Они включают в себя иерархию процедур взаимодействия. Функции каждого уровня в настоящее время стандартизированы Международным комитетом стандартов.

Уровни:

— пользовательский

— представление данных

— сеансовый

— транспортный

— сетевой

— управление информационным каналом

— физический канал

       Набор процедур каждого слоя называется протоколом.

       Семиуровневая система программного обеспечения позволяет связать любую физическую аппаратуру даже разноплатформенную. Все физические различия аппаратуры учитываются программными компонентами сети. Горизонтальные связи между элементами показывают связь уровней напрямую. Совокупность семантических (смысловых) и синтаксических (грамматических) правил, определяющих работу устройств в процессе связи называются протоколами. Все процедуры взаимодействия детализируются программными компонентами в нижележащих и представляются в более общем виде вышестоящих уровней.

1 уровень. Самый верхний — пользовательский или прикладнойуровень. Объединяет все правила взаимодействия программ пользователя.

2 уровень. Представления.отвечает за представление данных подлежащих пересылке.

3 уровень. Сеансовый.организует проведение сеанса связи между прикладными процессами.

4 уровень. Транспортный.Управляет передачей данных от источника к адресату. Между 3 и 4 уровнями обычно производится складирование информации.

5 уровень. Сетевой.Отвечает за маршрутизацию, коммутацию и адресацию сообщений, после чего управляет потоками данных.

6 уровень. Уровень управления информационным каналом.Отвечает за подключение, поддержание и разъединение каналов связи.

7 уровень. Физический уровень.Обеспечивает электрическое, механическое и функциональное подключение к каналам связи.

       Все семиуровневые модели отдельно располагаются коммуникационные машины, обеспечивающие сетевую службу (3 нижних уровня). Основу работы сетевой службы как правило составляет стандарт X25-ISO. Все дальнейшие информационные и коммуникационные технологии используют протоколы этого стандарта в виде основы. Семиуровневая система протоколов позволяет строить так называемые открытые системы OSI. Это название отражает способность систем подключать любое аппаратурное и программное оборудование не обязательно однотипное и одноплатформенное.

       Операционная система сети реализующая эту структуру была предложена 15 лет назад и принципы ее построения заложены в ОС UNIX. Все современные существующие ОС (Windows NT, Netware)еще не дошли до UNIX.

4. Виды передачи данных в сетях.

4 вида:

       1. По выделенным каналам связи. В этом случае прокладывается канал связи между абонентами. Выделенные каналы связи позволяют построить сеть наиболее простую по управлению и наиболее дорогую по затратам. Достоинством этого вида связи является передача сигналов в режиме реального времени. Однако коэффициент полезного действия этого режима очень низок — 3-6%. Обеспечить занятость этого канала невозможно. В настоящее время выделенные каналы используются только в системах военного назначения. Для крупных предприятий возможна установка собственного выделенного сервера, который обслуживает абонентов по выделенным каналам, но это очень дорого. С развитием спутниковых каналов связи появляется возможность организации выделенных каналов путем аренды.
4.2. Коммутация каналов.

Коммутация каналов пришла из телефонной сети. При большом числе пунктов коммутации задача установления соединений является очень сложной и длительной. Достаточно одному тракту в сети быть занято, приходиться вводить набор заново. После того как соединение состоялось идет передача данных. КПД этого режима где-то порядка 10%. Повышенная эффективность связана с тем, что отдельные части маршрута после освобождения используются в других соединениях. Здесь возможен режим реального времени, но перегрузка в сети может препятствовать соединению. Достоинство: можно использовать телефонную сеть.
4.3. Коммутация сообщений.
       Предполагает установление соединений и тут же передачу ее целиком. Снижает основной недостаток предыдущего метода. Этот метод предполагает оснащение узлов коммуникационными машинами с развитой верхней памятью. Передача идет не в режиме реального времени, а по мере освобождения и готовности пунктов к приему данных. Время передачи может быть достаточно длинным, но загружаемость каналов связи более полной. КПД — 30%.

       Этот способ передачи данных позволяет довести КПД до 50%. Этот режим передачи данных является более гибким. Он позволяет передавать пакет сообщений одновременно по многим направлениям параллельно, однако при этом возможно перемешивание сообщений в пакете, что требует дополнительных сортировок при восстановлении получаемого пакета. Кроме того, этот метод допускает мультиплексирование за счет передачи на отдельных участках сообщений из разных исходных пакетов в один промежуточный пакет.

       Передача данных в любом из режимов осуществляется двумя режимами:

1 режим — дейтаграммный

2 режим — «виртуальный канал»

       1 режим дейтагаммный. Предполагает, что все сообщения в пакетах не связаны друг с другом и передаются как независимые объекты. В результате этого каждое сообщение может идти к получателю своим маршрутом. Получатель из принятых сообщений получает требуемый пакет после сортировки по заголовкам, этот метод очень простой по реализации — в современных ЭВМ называют электронная почта, однако при передаче возможна потеря отдельных фрагментов.

       2 режим «виртуальный канал» требует передачи данных в виде цепочки связанных в единый пакет. Порядок поступления сообщений строго регламентирован. Потери информации недопустимы. Организация виртуального канала более сложная.
5. Маршрутизация.

       При передаче данных наибольшие трудности вызывает прокладка маршрутов в сети связи. Выбор оптимального маршрута является сложной научной и практической задачей. По сути здесь нужно обеспечить минимальное время и минимальную стоимость передачи. Обычно эти параметры противоречивы. Прокладка маршрута с математической точки зрения представляет следующую задачу.
Маршрутизация (сетевой уровень).

       Матрица смежности позволяет отыскивать оптимальные маршруты передачи данных. Умножение матрицы смежности Она позволяет определить пункт приема данных через 2 матрицы, 3 и т.д. Матрица смежности не учитывает различий между участниками сети. Если элементы сети резко отличаются своими характеристиками, то вместо 1 и 0 в матрицу следует внести соответствующие веса этих элементов. При умножении матриц первая же единица появившаяся в пункте получателя дает наиболее короткий маршрут доставки. Эта информация, полученная математическим путем может использоваться при предварительных выборах маршрута. При окончательном выборе следует учитывать нагрузку в узлах сети, длины формируемых очередей и т.д. Нагрузка в сети или ее элементов получила название «трафик». При выборе маршрутов можно использовать различные методы маршрутизации.

Маршрутизация:

Простая:

— случайная

— лавинная

— по предыдущему опыту

Фиксированная:

— однопутевая

— многопутевая

Адаптивной:

— локальная

— распределенная

— централизованная

— адаптивная

Маршрутизация:

1. Простая.Предполагает, что маршруты не меняются, если меняются топология и состояние элементов сети.

1.1. Случайная.Предполагает, что вероятность выбора маршрута заранее определена.

Например:AC=0,7 (70%), AB=0,3 (30%). При этой маршрутизации пакет блуждает по сети с конечной вероятностью достигает адресата.

1.2. Лавинная маршрутизация.Предполагает, что из пункта трансляции передача идет по всем направлениям одновременно и параллельно, исключая то направление, из которого получили пакет. Обеспечивает лишнее время доставки пакетов за счет ухудшения пропускных способностей каналов. Эта маршрутизация находит применение в системах специального назначения для передачи особо важной информации.

1.3. Маршрутизация по предыдущему опыту.

       Выбор маршрута выбирается на основе анализа потоков проходящих через узлы. При этом в заголовке сообщений кроме адресов отправителей и получателей включаются адреса промежуточных пунктов. Такая дисциплина обслуживания пакетов оправдана во многих случаях. Однако она плохо работает если отдельные участи повреждены, либо перегружены.

2. Фиксированная маршрутизация.Обычно выбирает кратчайший маршрут следования по матрице смежности или по таблице маршрута. Обычно фиксированная маршрутизация дает одну путевую схему. Как правило одна путевая схема должна содержать и дублирующие схемы, что приводит к многопутевой маршрутизации. Фиксированная маршрутизация в основном применяется для сетей с малой загрузкой при сбалансированных потоках данных.

3. Адаптивная маршрутизация.Предполагает изменение маршрута в зависимости от состояния сети. В идеале должна учитывать:

1. Полную топологию сети

2. Информацию о состоянии сети

3. Длинных очередей пакетов по каждому направлению сети

       Поэтому на практике адаптивная маршрутизация проводится не по полной информации, а по частичной. Состояние узлов сети учитывается только для соседей. Опрос соседей позволяет выявить узел с минимальной очередью. Очень часто локальная маршрутизация смыкается с фиксированной.

3.2. Распределенная адаптивная маршрутизация.Во многом похожа на предыдущую только оценивается не длина очереди, а наименьшее время передачи. Обычно время доставки оценивается по топологии сети, а среднее время задержки по элементу сети определяется как характеристика участка.

3.3. Централизованная адаптивная маршрутизация.Предполагает, что один из серверов сети отслеживает состояние всех узлов сети и на основе собранной информации прокладывается оптимальный маршрут исследования, но практически невозможно, поскольку информация о сети быстро стареет и кроме того управление сетью может быть потеряно при отказе центра маршрутизации.

3.4. Гибридная (адаптивная) маршрутизация.Компенсирует недостатки локальной и централизованной маршрутизации. Основывается на использовании различных таблиц периодически рассылаемых центром маршрутизации, учитывающих загрузку в зависимости от времени, сроков регламента и т.д.
6. Защита информации в сетях ЭВМ.

       При передаче данных в сети следует учитывать, что могут быть потери данных и искажение данных. Появляются проблемы с обеспечением надежности функционирования сети и проблемы обеспечения достоверности данных. Кроме этих задач решаемых в сети должна быть решена защита данных от разрушения и несанкционированного использования.

       Для защиты информации в сети используются различные методы:

       1. Контрольное суммирование. Контрольное суммирование позволяет установить факт искажения информации, но не указывает фрагмента искажения данных.
    продолжение
--PAGE_BREAK--
еще рефераты
Еще работы по информатике