1 нальности , П - произв-ть ЭВМ.
Свс Сэвм
Свс
А
П
А - критическая точка, показывающая, что до нее необходимо использовать отдельные вычислительные машины, а после нее сложные системы, комплексы.
№36 ВС. Понятие совместимости и комплексирования в ВС.
В настоящее время ВС накопили большой опыт создания вычислительных структур, отличающихся своими характеристиками. Все системы различаются способами комплексирования, т. е. соединения. Для создания систем необходимо, чтобы все комплексирующие элементы были совместимы. Понятие совместимости затрагивает 3 аспекта:
1. аппаратный (требует стандартизации видов соединений элементов сигналов и алгоритмов взаимодействия).
2. программный (зависит от типа комплексируемых ЭВМ или процессоров, т.е. если вычислители однотипны, то программируемость более глубокая. Если же они не однотипны, но одноплатформены то программная совместимость реализуется по принципу "снизу-вверх", где ранее созданные программы могут выполняться на более поздних моделях, но не наоборот. Наиболее тяжелый случай если же - не однотипны и разноплатформенны, то программируемость устанавливается на уровне исходных модулей, что предполагает обеспечение каждого типа вычислителей собственным набором транслирующий программ),
3. информационный (предполагает единые принципы организации информационных массивов, т.е. форматы передаваемых слов и команд, единые структуры сообщения, разметка файлов и их поиск).
№37 Уровни и средства комплексирования. Логические и физические уровни.
При комплексировании систем различают физические и логические уровни комплексирования.
1. Логический уровень объединяет средства и каналы взаимодействия, имеющий единый принцип управления.
2. Физический уровень объединяет конкретные физические устройства в данной ВС.
При разработкие собственных задач пользователь или программисты используют логические абстрактные устройства, что позволяет разделить процесс разработки программы от конкретной конфигурации техничекис средств.
Стыковка логической структуры систем с физической структурой обесепечивается в 3 случаях :
1. при генерации системы
2. по указаниям оператора вычисл. Центра
3. директивами пользователя
В наиболее полном виде логические и физические уровни представлены в больших машинах, в которых различают следующие уровни:
|
|
ИПУ I
|
|
|
|
|
IV
|
V
I логический уровень. Процессор-Процессор Связь обеспечивается через блоки прямого управления. Один процессор выдает другому команду - сигнал. Этот канал не предназначается для обмена большими порциями информации, а только командами.
II уровень общей оперативной памяти. В качестве сопрягаемых устройств используются коммутаторы много оболочной ОП. Однако при большом числе комплексирующих процессоров оперативная память становится источником большого числа конфликтов. Особо опасны конфликты когда, когда один хочет прочесть информацию а другой -поменять данные. Этот вид взаимодействия наиболее оперативный при небольшом числе обслуживаемых абонентов.
III уровень комплексируемых каналов ввода-вывода. Предназначается для передачи больших объемов информации между блоками ОП, сопрягаемых в ВС. Обмен данными между ЭВМ осуществляется с помощью адаптера "канал-канал" (АКК) и команд "чтение" и "запись". Каналы могут быть селекторными и мультиплексными. Скорость передачи данных измеряется Мбайтами в секунду. Передача данных идет параллельно вычислениям в процессорах.
IV уровень групповых устройств управления периферией. В качестве средств сопряжения используются двуканальные переключатели, позволяющие группы устройств подключать к каналам различных ЭВМ. Для исключения конфликтов было принято следующее: канал, перехватывающий управление, резервирует подключенное устройство до полного завершения работ. Только после освобождения ресурса эти устройства могут быть переключены на другой канал.
V уровень внешних общих устройств. Предполагается, что комплексируемые внешние устройства имеют встроенный или навесной двуканальный переключатель для подключения к различным каналам. Этот уровень используется только в специальных системах.
I, III, IV уровни предназначены для создания многомашинных систем. II - для многопроцессорных систем. На практике зачастую создается комбинация уровней, что позволяет создать достаточно гибкие и перестраиваемые структуры. Комплексируемые связи позволяют создавать различные системы.
№38 Архитектура ВС. Параллелизм команд и данных.
Понятие архитектуры затрагивает более общую классификацию, относящуюся к видам параллельной обработки информации. Среди различных видов классификаций наиболее устойчивой оказалась классификация Флинна. Согласно этой классификации все ВС сети могут быть разбиты на 4 группы:
1) одиночный поток команд и данных ОКОД (SISD)
2) множественный поток команд, одиночный поток данных МКОД (MISD)
3) одиночный поток команд, множественный поток данных ОКМД (SIMD)
4) множественный поток команд, множественный поток данных МКМД (MIMD).
В основу данной классификации положен параллелизм обработки команд и данных, а также их сочетание.
Архитектура ОКОД охватывает все однопроцессорные и одномашинные варианты систем, т.е. с одним вычислителем. Все ЭВМ классической структуры попадают в этот класс. Параллелизм обеспечиваемый этой структурой кажущийся. Здесь параллелизм вычислений обеспечивается путем совмещения выполнения операций отдельными блоками АЛУ, а также параллельной работой устройств вывода-ввода информации и процессора. Процессор может обрабатывать только одну задачу, но параллельно вычислениям в процессоре могут выполняться операции ввода вывода. Сейчас эти системы относятся к классическим структурам ЭВМ. Хорошо изучена. Новых решений не предвидиться.
Архитектура МКОД предлагает построение своеобразного процессорного конвейера, в котором результаты обработки предлагаются от одного процессора к другому по цепочке. В современных ЭВМ по этому принципу реализована схема совмещения операций, в которой параллельно работают различные функциональные блоки, и каждый из них делает свою часть в общем цикле обработки команды. На практике нельзя обеспечить "большую длину" конвейера, при которой достигается наивысший эффект (т.к ориентация процессоров не может быть полной).
Конвейерная схема нашла применение в скалярных процессорах Супер ЭВМ, в которых они применяются как специальные процессоры для поддержки векторной обработки. ПО типу конвейра работают сети, реализующие архитектуру клиент-сервер.
ОК' ОК" ОК
|
|
|
…..
Архитектура ОКМД предполагает создание структур векторной или матричной обработки. Системы этого типа строятся как однородные, т.е. процессорные элементы, входящие в систему, идентичны и все они управляются одной и той же последовательностью команд. Однако каждый процессор обрабатывает свой поток данных. Под эту схему хорошо подходят задачи обработки матриц или векторов (массивов), задачи решения систем, линейных и нелинейных, алгебраических и дифференциальных уравнений.
Все машины высокой производительности имеют встроенные сопроцессоры матричного типа. Все современные супер ЭВМ комбинируют векторную и конвейерную обработку и отличаются только видами этих комбинаций.
ОД1
ОД2
ОД3
Архитектура МКМД предполагает, что все процессоры системы работают по своим программам с собственным потоком команд.
В простейшем случае они могут быть автономны и независимы.
Большой интерес представляет возможность согласованной работы ЭВМ (процессоров), когда каждый элемент делает часть общей задачи. Существуют разработки, которые позволяют объединять в рамках системы тысячи микропроцессоров.
Успехи микроэлектроники позволяют здесь каждому вычислителю дать собственную оперативную память и обеспечивать произвольные связи вычислений друг с другом в ходе вычислительного процесса. За системами этого типа будущее. Особенно в части создания систем массового параллелизма.
№39 Классификация ВС. Многомашинные ВС, принципы построения и работы.
Каждая машина сохраняет свою автономность и может работать по собственной системе Общая информационная истина является надстройкой автономных операционных систем. При этом для любой машины все другие являются не более чем удаленными периферийными устройствами. Оперативность взаимодействия в многомашинных комплексах не очень высокая. Системы создавались для повышения надежности
Положение переключателя 1 и 3 – состояние повышенной надежности. В данной схеме резерв может быть “холодный” и “горячий” предусамтривает отключение резервной машины и ее выход на профилактику.
В положении 2 обеспечивается режим повышеннной достоверности, когда обе машины работают параллельно и можно периодически сравнивать результаты обработки. Как вариант этот режим допускает параллельную работу ЭВМ с различными потоками задач, что увеличивает производительность системы.
Эта схема использования многомашинной системы до сих пор используется в специальных применениях. Развитие сетевых технологий позволяет расширить возможности многомашинных комплексов. Для этого необходимо усилить оперативность взаимодействия ЭВМ в части обмена большими объемами информации и увеличить число одновременно работающих модулей при выполнении общих работ.
№40 Многомашинные вычислительные системы. Типовые структуры многомашинных систем.
В общем случае все структуры ВС классифицируют по следующим признакам:
v По назначению (универсальные и специализированные)
v По типу ВС (многомашинные и многопроцессорные). В многомашинных системах каждая машина сохраняет определенную автономность и может работать от собственной ОС, где общая ОС - надстройка автономных ОС. При этом для машины все другие являются удаленным периферийным устройством, причем оперативность взаимодействия многомашинных комплексов не очень высока. Многопроцессорные системы являются наиболее оперативными по связи, но они очень сложны. Систем с большим числом процессоров не существует, т.к. в них тяжело избавиться от конфликтов.
v По степени территориальной разобщенности (совмещенные системы, т.е. сосредоточенные, и распределенные, т.е. разобщенные). Обычно многопроцессорные системы относятся к системам совмещенного типа, а многомашинные - к разобщенным. Наиболее яркий представитель разобщенной системы - сети ЭВМ
v По методам управления вычислителями (централизованные, децентрализованные и системы со смешанным управлением). В централизованной системе (более простой) функции управления находятся у главной, диспетчерской ЭВМ (процессор), в децентрализованной - у элементов ВС, где каждая ЭВМ сохраняет некую автономию. В системах со смешанным управлением совмещаются процедуры централизованного и децентрализованного управления.
v По режиму работы (системы оперативной и неоперативной обработки). Первые используют режим реального времени.
|
2
ЭК
1 3
Они создавались для повышения надежности, достоверности и производительности. Положение 1 и 3 электронного ключа (ЭК) обеспечивает режим повышенной надежности, при этом одна машина выполняет работу, а другая находится в "холодном или горячем" режиме, т.е. готовности заменить первую. Положение 2 ЭК соответствует случаю, когда обе машины обеспечивают параллельный режим вычисления. Эта схема использования многомашинной системой до сих пор используется в специальных применениях.
Развитие сетевых технологий позволяет решить возможности многомашинных комплексов. Для этого необходимо решить следующие задачи:
- Повысить оперативность взаимодействия ЭВМ в части обмена большими объемами информации
- Увеличение числа одновременно обрабатывающий модулей при выполнении общих работ.
-
№41 Многопроцессорные ВС. Принцип построения и работы. Системы с общей шиной и коммутацией.
Многопроцессорные ВС представляют собой множество процессоров, использующих ресурс оперативной памяти (ООП). параллельная работа процессоров и использование ООП обеспечиваются под управлением единственной общей операционной системы.
|
|
……
Многопроцессорные системы позволяют строить вычислительные устройства сверхбольшой мощности. Они более сложны, чем многомашинные, поскольку в ходе вычислительного процесса требуется проводить функции диспетчеризации. ОП, обеспечивающая автоматизацию управления, включает в себя и функции разрешения конфликтов, так как ООП имеет только один адресный вход и один информационный выход. При решении сложных задач количество комплексируемых процессоров не может быть очень большим во избежание конфликтов. По этому все многопроцессорные системы отличаются друг от друга методами предотвращения конфликтов. Помимо процессоров к ООП подключаются все каналы (процессоры ввода-вывода), средства измерения времени и т.д. Поэтому серьезным недостатком МПС является еще и проблема коммутации абонентов и доступа их к ООП. Система с коммутацией предполагает использование коммутаторов (электронный ПxК полюсник, позволяющий организовать связи любого из N входов с любым из K выходов. Многоблочное построение памяти позволяет в ходе вычислений переключать процессоры на другие блоки.
Многопроцессорные системы классифицируются по признакам обеспечивающим эффективное решение этой задачи
1. обычно рассматривают системы многовходовые , т.е несколько входов у общей оперативной памяти.
2. Системы с коммутацией
А) централизованными
Б) распределенным коммутатором
3. ассиметричные структуры
Несмотря на успехи микроэлектроники, компьютеры с большими числами N и K становятся очень громоздкими, требующие трудоемкого охлаждения и обслуживания. Поэтому на практике сложные компьютеры разбивают по слоям.
№42 МПС. Системы многовходовые, асимметричные.
Многовходовые: ООП представляет организацию многовходности только путем разбиение памяти на параллельно работающие блоки. Функциональное закрепление блоков памяти за процессорами позволяет сократить общее число конфликтов. Полностью конфликты искоренить нельзя, их можно только разделить (этот метод похож на организацию КЭШ памяти для каждого процессора), но при этом возникает проблема, как обеспечить передачу блоков с одного процессора на другой. Многоблочные построения ООП в данных системах позволяет использовать чередование адресов, которые резко увеличивают быстродействие памяти.
Асимметричные: они позволяют комплексировать процессоры, резко отличающиеся друг от друга своими характеристиками. При этом функции каждого процессора становятся специфичными, т.е. к примеру, слабые процессоры обслуживают каналы связи, а мощные обрабатывают подготовленные пакеты заданий.
№43 Основные структуры ВС в архитектуре ОКОД.
Архитектура ОКОД охватывает все однопроцессорные и одно-машинные варианты систем, т.е. с одним вычислителем. Все
ЭВМ классической структуры попадают в этот класс. Здесь параллелизм вычислений обеспечивается путем совмещения выполнения операций отдельными блоками АЛУ, а также
параллельной работой устройств вывода-ввода информации и процессора. ОК
ОД
Данная структура оказалась сосредоточенной вокруг ОП, так как именно цепь "процессор-ОП" во многом определяет эффективную работу компьютера. При выполнении каждой команды необходимо неоднократное обращение к ОП: выбор команды, операндов, отсылка результатов.
Подобные структуры могут использоваться как сопроцессоры в системах будущих поколений.
Основным достижением данной структуры можно считать процессор Pentium, в которых имеется встроенный сопроцессор, иерархическое построение памяти, расслоение КЭШ памяти.
а) AMD => RISC
Intel => CISL
RISC структуры позволяют сократить время обращения к оперативной памяти до 2:1.
б) Появление ВМ с очень длинным командным словом VLIW. Поскольку машины классической структуры сосредоточены вокруг оперативной памяти, то целесообразно выбирать информации выбирать информационными блоками используя свойство централизации. Выборка информации и ее записи в память осуществляется более крупными объектами, чем используются в памяти.
№44.Основные структуры вычислительных систем в архитектурах ОКМД и МКОД.
1.МКОД. К этой системе относятся структуры типа «конвейер»
ОК- 1 OK-2 OK-n
|
|
|
t
to tn
Преимущества конвейера ясны: при правильной работе конвейера после его «разгона» через каждую единицу времени на выходе конвейера появляются результаты следующего шага обработки.
Прообраз такой системы находится в каждом ПК при совмещении операций, когда каждый функциональный блок машины выполняет строго определенные операции при выполнении каждой команды.
При построении вычислительных систем функциональная ориентация процессоров не может быть полной, потому что они все универсальны. Поэтому «длинных» конвейеров в вычислительных системах не может быть найдено в стандартных алгоритмах обработки. Однако в специальных системах и в супер ЭВМ, в частности, подобные конвейеры используются. Например, подкачка команд и данных через КЭШ памяти для процессоров.
По типу конвейера работают сети, реализующие архитектуру «клиент-сервер».
В архитектуре МКОД нет развитых систем с большим количеством процессоров. Однако у последних Pentiumов есть блоки, обеспечивающие предсказания разветвлений выч. процесса и блоки выполнения команд не связанных общими данными. Это позволяет повысить конвейерную обработку команд.
2.ОКМД. ОК
|
|
|
Эта архитектура, в отличие от предыдущей, является векторной или матричной. Она позволяет обрабатывать одной командой сразу группу из n данных, что существенно ускоряет производительность.
Матрица процессоров обычно имеет связи по данным.
Регулярный характер связей обеспечивает эффективные решения соответственно регулярных задач (задачи матричного исчисления, задачи теории поля, система линейных и нелинейных уравнений и т.д.).
Все машины высокой производительности имеют встроенные сопроцессоры матричного типа.
Все современные супер-ЭВМ комбинируют векторную и конвейерную обработку и отличаются друг от друга только видами этих комбинаций.
В ОКМД наблюдается появление сопроцессоров ускоряющих вычисление по специфическим видам обработки. Эти сопроцессоры подключаются к большим вычислительным машинам или серверам, обслуживающих большие хранилища информации.
№45.Классификация структур вычислительных систем в архитектуре МКМД.
ОД-n ОК-2 ОК-n
|
|
МКМД- многократно повторенный ОКОД.
Архитектура МКМД предполагает, что все процессоры системы работают по своим программам с собственным потоком команд. В простейшем случае они могут быть автономны и независимы.
После разочарований при построении супер-ЭВМ высокой производительности исследования всех фирм переключились на архитектуру МКМД. Успехи микроэлектроники позволяют здесь каждому вычислителю-процессору дать собственную ОП и обеспечивать произвольные связи вычислителей друг с другом в ходе вычислительного процесса.
За системами этого типа имеется большое будущее, особенно в части создания MPP-систем (систем массового параллелизма).Существуют разработки, которые позволяют объединять в рамках одной системы тысячи микропроцессоров.
№46 Системы массового параллелизма (MPP). Проблемы их построения и работы.
Системы массового параллелизма - системы, где возможно построение системы с десятками, сотнями и даже тысячами процессорных элементов с размещением их в непосредственной близости друг от друга.
МРР системы относятся к слобосвязанным это значит, что в данных системах предполагается невысокая оперативность обмена, при этом соответственно снимается общее число конфликтов.Если каждый процессор имеет собственную память, то он также будет сохранять известную автономию в вычислениях. Все процессорные элементы в таких системах должны быть связаны единой коммутационной средой. Здесь возникают проблемы, аналогичные ОКМД - системам, но на новой технологической основе. Передача данных в MPP - системах предполагает обмен не отдельными данными под централизованным управлением, а подготовленными процессами (программами вместе с данными). Этот принцип построения вычислений уже не соответствует принципам программного управления классической ЭВМ. Передача данных процесса по его готовности больше соответствует принципам построения "потоковых машин" (машин, управляемых потоками данных). Подобный подход позволяет строить системы с громадной производительностью и реализовывать проекты с любыми видами параллелизма, например, перейти к "систолическим вычислениям" с произвольным параллелизмом. Однако для этого необходимо решить целый ряд проблем, связанных с описанием, программированием коммутаций процессов и управлением ими. Математическая база этой науки в настоящее время практически отсутствует.
№47. Сист. массового параллелизма.
Успехи микро интегральной технологии и появление БИС и СБИС позволяют расширить границы и этого направления. Возможно построение систем с десятками, сотнями и даже тысячами процессорных элементов в непосредственной близости друг от друга. Если каждый процессор имеет собственную память, то он будет сохранять известную автономию в вычислениях. Подобные ВС получили название систем с массовым параллелизмом.МРР-Mass Parallel Processing. Передача данных в МРР системах предполагает обмен не отдельными данными под централлизованным управлением, а подготовленными процессами (программами вместе с данными). Это уже не классическая ЭВМ. Подобный подход позволяет строить системы с громадной производительностью. Однако для этого необходимо решить целый ряд проблем , связ с описанием , программированием коммутаций процессов и управлением ими. Математическая база этой науки практически отсутствует.
Экономические и технические предпосылки появления и развития сетей.
Экономические: Анализ характеристик ЭВМ различных поколений показал, что в пределах интервала времени , характер-ся относительной стабильностью элементной базы, связь стоимости и производительности ЭВМ выраж квадратичной зависимостью: С = К1*П*П Построение же вычислительных систем позволяет сократить затраты, т к для них сущ линейная формула С = К2*(П1+П2++Пn) где С-стоимость ,К- коэф порпорциональности, П-производительность ЭВМ.
Технические: Наличие нескольких вычислителей в системе позволяет по-новому решать проблемы надежности ,достоверности результатов,Резервирования,централизации хранения и обработки данных, децентрализации управления и т.д.
№46 Вычислительные сети. Экономические и технические предпосылки появления и развития сетей ЭВМ.
Сразу после появления вычислительной техники наметились тенденции к ее слиянию со средствами связи. Этот факи имеет довольно серьезное обоснование. В специализированных системах, в которых необходимо обеспечивать высокую оперативность и достоверность, выч. техника позволила сократить время подготовки данных, время проверки, настройки и т.д. Техника связи обеспечила процессы передачи цифровых данных. Первоначально каждая фирма создавала собственные специализированные вычислительные сети, резко отличающиеся друг от друга сотавом оборудования.ю типом каналов связи, структурой, програмным обеспечением и т.д. Сложность процдур передачи цифровых данных привела к появлению большого кол-ва методов, способов, а ззатем и стандартов по созданию сетей
№47 Классификация ВС и Структура ВС
Структура – это совокупность комплексируемых элементов и их связей. В качестве элементов ВС выступают ЭВМ и процессоры. В ВС, относящихся к класу больших систем , можно рассматривать структуры технических, програмных средств, структуры управления.
Все сети можно классифицировать по следующим признакам :
1. По степени территориальной разобщенности (локальные, глобальные) Машины сети находятся в непосредственной близости друг от друга (5-20) км. Общая протяженность сети 1,5-2 км. Число машин 15-20. В пределах одного или нескольких зданий. Как правило не используются каналообразующая апаратура.
Территориальные – Образуются путем слияния нескольких локальных сетей с помощью техники связи. Формируется в пределах города
Глобальные – соединение территориальных сетей. Могут передавать данные междугосударствами независимо от расстояния
2. По характеру реализуемых функций в сети.
а) вычислительные
б) информационные
в) информационно-вычислительные
3. По способу управления
а) централизованные (очень простые и небольшие)
б) децентрализованные
в) сети смешанного типа
Развитие сетей приводит к децентрализованному управлению.Вдецентрализованной сети функции управления дублируются на нескольких комьпьютерах и могут передаваться в случае выхода из строя отдельных звеньев, вэтом случае получается система со смешанным управлением.
4. По организации передачи информации
а) с селекцией информации
б) с маршрутиризацией информации
5. По типу построения маршрута
а) по выделенному каналу
б) с комутацией каналов
в) с комутацией сообщений
г) с коммутацией пакетов сообщений
6. По топологии
а) широковещательные ( в данных сетях все компьютеры могут прослушивать информацию)
б) последовательные (обычно имеют ячеистую структуру)
В зависимости от принадлежности сетей к определенному классу обычно рассматривают в зависимости от целей исследования аппаратурную, программную и логическую структуру.
Аппаратурная структура очень сильно зависит от топологии
Логическая структура предполагает деление сети на определенные звенья: главная машина сети, управляющая машина, коммуникационная.
Логическая и аппаратная структура могут отличаться друг от друга, т.к. отдельные ф-ции могут быть рассредоточены, а другие соединены.
Особую структуру составляет программная, которая представляет 7-ми уровневую систему протоколов ( программ обеспечивающих передачу данных между компьютерами.
№49. Типы и виды передачи информации в вычислитльных сетях. Передача по выделеным каналам. Коммутация пакетов сообщений.
Выделенный канал связи :
Это в самом простом виде связь, связь двух компьютеров проводом. Это наиболее простое в техническом отношении средство передачи данных. Но большая длина выделенного канала делает связь очень дорогой. При использовании выделенных каналов связи приемопередающая аппаратура узлов связи постоянно соединена между собой. Этим обеспечивается высокая степень готовности системы к передачи информации, более высокое качество связи, поддержка большого трафика. Из-за сравнительно больших расходов на на эксплуатацию сетей с выделенными каналами связи их рентабельность достигается только при условии достаточно полной загрузки канала.
Коммутация пакетов сообщений сочетает в себе преимущества коммутации каналов и коммутации сообщений. Ее основные цели обеспечение полной доступности сети и приемлемого времени реакции на запрос пользователей, сглаживание асимметричных потоков между многими пользователями, обеспечение мультиплексирования возможностей каналов связи и портов компьютеров в сети, рассредоточение критических компонентов (коммутаторов) в сети.
При коммутации пакетов пользовательские данные (сообщения) перед началом передачи разбиваются на короткие пакеты фиксированной длины. Каждый пакет снабжается протокольной информацией: коды начала и окончания пакета, адреса отправителя и получателя, номер пакета в сообщении информация для контроля достоверности передаваемых данных в промежуточных узлах связи и в пунктах назначения. Будучи независимыми единицами информации, пакеты, принадлежащие оному и тому же сообщению, могут передаваться одновременно по различным маршрутам в составе дейтаграмм. Управление передачей и обработкой пакетов в узлах связи осуществляется центрами коммутации пакетов (ЦКП) с помощью компьютеров.
В отличие от коммутации сообщений технология коммутации пакетов позволяет :
- увеличить количество подключаемых станций (терминалов), так как здесь больше коммутаторов:
- легче преодолеть трудности, связанные с подключением к коммутаторам дополнительных линий связи
- существенно сократить время на передачу пользовательских данных, повысить пропускную способность сети и повысить эффективность использования сетевых ресурсов.
В настоящее время пакетная коммутация является основная для передачи данных.
№50 Комутация каналов. Комутация сообщений
Виды передачи информации: Коммутация каналов. При коммутации каналов между связываемыми конечными пунктами на протяжении всего временного интервала соединения обеспечивается обмен в реальном масштабе времени, причем биты передаются с неизменной скоростью по каналу с постоянной полосой пропускания. Между абонентами устанавливается сквозной канал до начала передачи информации. Этот канал формируется из участков с одинаковой пропускной способностью. Прохождение отдельного сигнала вызова обеспечивается с помощью последовательного включения нескольких комутационных устройств, размещаемых в центре коммутации каналов.аждое устройство резервирует за собой физическое соединение между одним входящим и одним изходящим каналами. Если при установлении сквозного канала связи заняты вызываемая сторона или хотябы одно из коммутационных устройств в цепочке прохождения сигнала вызова, последний будет блокироваться , и абонемент, инициировавший вызов, должен спустя некоторое время его повторить.Недостатки:
1.большое время установления сквозного канала.
2. необходимость повторной передачи сигнала вызова
3. нельзя выбрать скорость передачи
4. возможность монополизации канала одним источником
5. наращивание функций сети ограничено
6. не обеспечивается равномерность загрузки каналов связи
Преимущества:
1. Отработанность технологий
Возможность работы в диалоговом режиме и в реальном масштабе времени
Широкая область применения
Коммутация сообщений Как и все методы коммутации с промежуточным хранением, технология коммутации сообщений относится к технологии типа «запомнить и послать».Кроме того, технология коммутации сообщений обычно предусматривает отношение «главный-подчиненный»Коммутатор в центре коммутации сообщений выполняет регистрацию и выбор при управлении входящими и выходящими потоками. Здесь не рассматриваютсяинтерактивный режим и режим реального времени,однако данные через коммутатор могут передаваться с очень большой скоростью с соответствующим определением уровня приоритета для различных типов потоков данных.Важно отметить ,что при коммутации сообщение независимо от его длинны целиком сохраняет его целостность, как единичный объект в процессе его прохождения от одного узла к пункту назначения. Транзитный узел не может отправить сообщение пока целиком его не примет. Недостатки:
Очень большие ЗУ
Недостаточные возможности по реализации диалогового режима
Выход из строя одной сети при отказе коммутатора
Коммутатор узок для прохождения
Каналы передачи данных используются мене эффективно чем другие методы коммутации
Преимущества. Не надо заранее устанавливать сквозной канал
Формирование маршрута из отдельных участков с разной скоростью
Реализация различных систем обслуживания запросов с учетом их приоритетов
Возможность сглаживания пиковых нагрузок путем запоминания низкоприоритетных потоков в периоды этих нагрузок.
Отсутствие потер запросов на обслуживание.
№51. Структура ПО в ВС .Протоколы
ПО имеет иерархическую структуру, соответствующую семиуровневой модели ВОС. Это существенно облегчает стандартизацию ПО в соответствии с общепринятыми протоколами. Известно что основная задача ЛВС- обеспечение функционирования прикладных процессов, реализуемых в АС сети. Выполнение прикладных процессов обеспечивается средствами прикладных программ сети , которые реализуют протоколы верхнего (прикладного) уровня модели ВОС и соответственно образуют верхний уровень програмной структуры.Выполнение поцессов взаимодействия (передача сообщений) производится средствами сетевых операционных систем(СОС),а так же аппаратными средствами сети. Обычно программы СОС локальных сетей реализуют протоколы трех верхних уровней модели ВОС: прикладного (вместе с ППС) представительного, сеансового. Протоколы нижних четырех уровней (транспортного, сетевого, канального и физического) как правило реализуются аппаратурными средствами(сетевым адаптером), но в принципе процедуры этих уровней (кроме физического) могут быть реализованы программно средствами СОС.
№52. ЛВС-кабельные системы в ВС
В качестве линий связи используются : кабельные(телефонные линии, витая пара, коаксиальный кабель волокно оптические линии связи ) , радиорелейные, радиолинии.
Среди кабельных линий наилучшие показатели имеют световоды. Основные их преимущества: высокая пропускная способность, нечувствительность к внешним электромагнитным полям, низкая трудоемкость прокладки, пожаробезопасность, повышенная устойчивость к агрессивным средам, широкие области применения. Недостатки ВОЛС: передача сигналов в одном направлении , подключение к световоду дополнительных ЭВМ значительно ослабляет сигнал, необходимые скоростные модемы дороги, световоды , соединяющие ЭВМ должны снабжаться преобразователями электрических сигналов в световые и обратно.
№53. ЛВС-топология локальных сетей
Топология , т.е. конфигурация элементов в ТВС делятся на два типа Широковещательные и последовательные. Широковещательные конфигурации и значительная часть последовательных конфигураций (кольцо, звезда с интеллектуальным центром, иерархическая) характерны для ЛВС. Для глобальных и региональных сетей наиболее распространенной считается произвольная топология а так же иерархическая конфигурация и звезда. В широковещательных конфигурациях в любой момент времени на передачу кадра может работать только одна РС(абонентская система) Остальные РС сети могут принимать этот кадр, т.е. такие конфигурации характерны для ЛВС с селекцией информации. Основные типы широковещательной конфигурации - общая шина, дерево, звезда с пассивным центром. В последоват. конфигурациях характерных для сетей с маршрутизацией информации , передача данных осуществляется последовательно от одной РС к соседней, причем на различных участках сети могут использоваться разные виды физической передающей среды. К последовательным конфигурациям относятся : произвольная, иерархическая, кольцо, цепочка, звезда с интеллектуальным центром, снежинка. В ЛВС наиболее широко распространены кольцо, и звезда, а так же смешанные конфигурации-звездно-кольцевая и звездно-шинная.
№55. ЛВС характеристика и протокол сети TokenRing
Топология-кольцо,Метод доступа-Маркерное кольцо,Среда передачи-световод или витая пара,Скорость передачи-4,0-16 Мбит/с.Количество абонентов-для витой пары-72, световода-260.Растояние между блоками доступа и ПК – 300 м.
Протокол: разработан IBM и расчитан на кольцевую топологию сети. Это селективный метод доступа в кольцевой моноканал, именуемый «маркерное кольцо». В качестве маркера используется уникальная последовательность битов.Маркер не иметт адреса и может находиться в двух состояниях(свободном или занятом). Если ни одна РС не готова к передаче данных, свободный маркер циркулирует по кольцу. Станция, имеющая кадр для передачи, ждет подхода свободного маркера, захватывает его, изменяет состояние маркера на занятый и добавляет к нему кадр. Занятый маркер с кадром перемещаются по кольцу и возвращается к станции отправителю, причем при прохождении через узел назначения снимается копия кадра. Станция отправитель удаляет свой кадр из кольца, изменяет состояние маркера на свободный и передает его дальше по кольцу. Описанная процедура характерна для сети, в которой все станции имеют одинаковый приоритет. В рамках метода, «маркерное кольцо» предусматривается возможность передача кадров станции с учетом их приоритетов. Тогда станции с низким приоритетом могут захватывать кольцо в случае неактивности станций с более высоким приоритетом.
№54. ЛВС характеристика и протокол сети Ethernet
Топология-звезда или шина, Метод доступа-CSMA/CD,среда передачи-витая пара, коак-сильный кабель,оптоволокно, Скорость передачи –10 Мбит/с,Количество абонентов(ПК)-сегментов – 15,кол-во ПК на сегмент – 100 кол-во ПК в сети – 1024. Расстояние: длина сегмента-300 для коакс кабеля, 4500 для волокнооптич, 150 для витой пары.
Протокол:(метод случайного доступа). Разрабо-тан фирмой Xerox в 1975 г. и используется в ЛВС с шинной топологией, обеспечивает высокую скорость передачи. Это метод множественного доступа с прослушивания несущей и разрешением конфликтов(коллизий). Каждая РС перед началом передачи прослушивает канал. Если канал свободен, РС начинает передачу данных осуществляемую пакетами, упакованными в кадры.Из-за различных системных задержек могут возникнуть коллизии. В этом случае станция задерживает передачу не некоторое время. Для каждой РС устанавливается свое время ожидания перед повторной передачей кадра.Коллизии приводят к снижению быстродействия сети только при сравнительно большом количестве активных РС (до 80-100).
№57.Сетевое оборудование Трансиверы , Повторители,Концентраторы.
Концентраторы(хабы):Эти устройства удобны для формирования сети произвольной топологии. Выпускается ряд типов концентраторов-пассивных и активных с автономным питанием, выполняющих роль повторителя. Они отличаются по количеству, типу, длине подключаемых кабелей и могут автоматически управлять подсоединенными сегментами( включать и отключать их в случае обнаружения сбоев и обрывов).
Приемопередатчики(трансиверы) и повторители( репитеры) С помощью этих устройств можно объединить несколько сегментов сети с шинной топологией, увеличивая таким образом общую протяженность сети. Приемопередатчик – устройство, предназначенное для приемов пакетов от контроллера РС сети и передачи их в шину.Он так же разрешает коллизии в шине. Конструктивно Приемопередатчик и конторллер могут объединяться на одной плате или находиться в различных узлах. Повторитель – устройство с автономным питанием обеспечивающее передачу данных между сегментами определенной длинны.
№58. Сетевое оборудование: Мосты, маршрутизаторы, шлюзы.
Мосты используются для соединения в основном идентичных сетей, имеющих некоторые физические отличия на физическом и канальном уровнях.Например с помощью моста могут соединяться на третьемм уровне(сетевом) две сети с различными более низкими уровнями , но одинаковыми более высокими уровнями. Промышленностью выпускается широкая номенклатура мостов. Среди них “самообучающиеся” мосты которые позволяют регулировать доступ к каждой из объединяемых сетей и трафик обмена между ними, а так же используются для расширения сети.
Шлюзы применяются для соединения различных сетей. Они выполняют протокольное преобразование для всех семи уровней модели ВОС, в частности – маршрутизацию пакетов, преобразование сообщения из одного формата в другой или из одной системы кодирования в другую.
Маршрутизаторы(роутеры): Эти устройства устанавливают соединения на 4-м (транспортном) уровне , при этом верхние уровни должны быть одинаковыми. Они обеспечивают достаточно сложный уровень сервиса, т.к. могут выполнять интелектуальные функции : выбор найлучшего маршрута,управление балансированной нагрузкой в сети путем равномерного распределения потока данных, защиту данных, буферизацию передаваемых данных, различные протокольные преобразования. Такие возможности маршрутизаторов особенно важны при построении базовых сетей крупных организаций.
№60. Маршрутизация в сетях. Классификация методов маршрутизации.
Задача маршрутизации состоит в выборе маршрута для передачи от отправителя к получателю. Она имеет смысл в сетях, где не только необходим но и возможен выбор оптимального маршрута.(ячеистые сети с коммутацией пакетов).Однако в современных сетях со смешанной топологией (звездно-кольцевой, звездно-шинной) реально стоит и решается задача выбора маршрутов для передачи кадров, для чего используются соответствующие средсва, например маршрутизаторы. Основные цели маршрутизации:
Обеспечение минимальной задержки пакета при его передаче от отправителя к получателю
Обеспеч максимальной пропускной способности сети
Максимальной защиты пакета от угроз безопасности
Обеспеч надежности доставки
Обеспеч минимальной стоимости передачи пакета
Классификация маршрутизации: По способу централизации: Централлизованная, децентраллизованная, смешанная
№59. Принципы маршрутизации. Виды пердач
Различают три вида маршрутизации – простую,фиксированную,адаптивную. Принципеальная разница между ними – в степени учета изменений топологии и нагрузки сети при решении задачи выбора маршрута.
Простая маршрутизация отличается тем, что при выборе маршрута не учитывается ни изменение топологии сети, ни изменения ее состояния. Она не обеспечивает направленной передачи пакетов и имеет низкую эффективность. ЕЕ преимущества – простота реализации алгоритма маршрутизации и обеспечение устойчивой работы сети при выходе из строя отдельных ее элементов. Из этого вида практическое применение получили случайная(для передачи пакета из узла выбирается одно случайно свободное направление. Пакет “блуждает” по сети до тех пор пока не достигнет адресата) и лавинная маршрутизация(предусматривает передачу пакета из узла по всем свободным выходным линиям. Поскольку это происходит в каждом узле , имеет место размножение пакетов, что резко уменьшает пропускную способность. Эта проблема решается путем уничтожения в каждом узле дубликатов пакета и продвижению по маршруту только одного пакета).
Фиксированная маршрутизация характеризуется тем, что при выборе маршрута учитывается изменение топологии сети и не учитывается загруженность линий.Для каждого узла назначений направление передачи выбирается по таблице маршрутов (каталогу), кто определяет кратчайшие пути. Каталоги составляются в центре управления сетью.Они составляются заново при изменении топологии. Различают однопутевую(в каталоге только один путь) и многопутевую(в каталоге несколько путей) фиксированные маршрутизации.Фиксированная маршрутизация применяется в сетях с малоизменяющейся топологией и установившимися потоками пакетов.
Адаптивная маршрутизация отличается тем, что принятие решения о направлении передачи пакетов осуществляется с учетом изменения топологии и нагрузки сети. Существует несколько вариантов адаптивной маршрутизации:Локальная,распределенная,централизованная, и гибридная адаптивные маршрутизации.
Локальная маршрутизация:основана на использовании информации, имеющейся в данном узле и включающей: таблицу маршрутов,которая определяет все направления передачи пакетов из этого узла,Данные о сост выходной линии связи(работают или нет),длину очереди пакетов , ожидающих передачи.Информация о сосотоянии других узлов не используется.Преимущество в принятии решения с учетом самых последних данных о загрузке узла. Недостаток в “близорукости”(узел не знает загруженность других узлов).
Распределенная адаптивная маршрутизация. Основана на использовании информации ,указанной для локальной маршрутизации и данных получаемых от соседних узлов сети о изменении топологии и загрузке соседних узлов. Это приводит к повышению эффективности алгоритма, но сопровождается с загрузкой сети служебной информацией.Сведения о изменении состояния узлов распространеяется сравнительно медленно, поэтому выбор маршрута производится по устаревшим данным.
Централлизованнаямаршрутизация:характеризуется тем, что задача маршрутизации для каждого узла сети решается в центре маршрутизации(ЦМ).Каждый узел периодически формирует сообщение о своем состоянии и передает его в ЦМ. По этим данным для каждого узла составляется таблица маршрутов. Естественно , что передача сообщений в ЦМ формирование и рассылка таблиц маршрутов –все это сопряжено с временными затратами. Кроме того есть опасность потери управления при отказе ЦМ.
Гибридная адаптивная маршрутизация:основана на исполтьзовании таблиц маршрутов, рассылаемых ЦМ узлам сети в сочетании с анализом длины очередей в узлах. Следовательно, здесь реализуются принципы централизованной и локальной маршрутизаций. Гибридная маршрутизация компенсирует недостатки централизованной маршрутизации(маршруты ,формируемые центром , являются несколько устаревшими) и локальной(“близорукость” метода)и воспри-нимает их преимущества : маршруты центра соответствуют глобальному состоянию сети, а учет текущего состояния узла обеспечивает своевременность решения задачи.
№61. Защита информации в сетях. Помехо-защищающие коды
№62 Помехоисправляющие коды.
Для построения помехоисправляющего кода. С точки зрения теории безразлично какой брать код. В сетях передача данных, передача нулевого байта с дополнением до четного неотделима от обрыва связи.
Код четн/нечетн позволяет обнаруживать все нечетные ошибки, однако этот вид не указывает местонахождение ошибочного вида. Данные коды имеют кодовое расстояние =1. Передача без избыточной информации дает кодовое расстояние 0.Избыточность информации не очень умеренная. Во всех машинах использование такого кода оправдано, т.к. передача данных между устройствами и регистрами осуществляется параллельными кодами, где шины отдельных видов этих данных автономны и не влияют друг на друга.
№62.
0 комментариев