7.3. Локальные вычислительные сети
Для современного этапа развития средств вычислительной техники характерно использование сравнительно дешевых мини-, микро- и ПЭВМ. Поэтому естественным является переход к распределенным системам обработки информации на базе многопроцессорных и многомашинных ВС, а также сетей ЭВМ.
Под вычислительной сетью (сетью ЭВМ) понимают объединение достаточно большого числа независимых ВС, удаленных друг от друга и связанных специальными каналами связи.
Наиболее перспективными для САПР являются локальные сети (объединяют ЭВМ на расстояниях не более 3 км), главными достоинствами которых являются простота, надежность, высокая производительность при сравнительно низкой стоимости, возможность расширения при увеличении КТС. К недостаткам можно отнести сложность разработки программного обеспечения, а также трудности тестирования и диагностики отказов. Глобальные сети объединяют ЭВМ в пределах географических регионов и могут использоваться при создании САПР группы родственных предприятий.
Существует множество различных типов локальных вычислительных сетей (ЛВС). Например, в США их насчитывается более 80. Однако из разработанных структур ЛВС для использования в САПР наиболее подходят четыре основных типа (рис.7.4).
Иерархическая (древовидная) ЛВС (рис.7.4,а) наиболее применяема для САПР, поскольку все ее компоненты легко доступны, прост монтаж сети, отсутствуют проблемы маршрутизации. На надежность сети основное влияние оказывает ЭВМ верхнего уровня. К недостаткам можно отнести неравномерное распределение ресурсов между ЭВМ, необходимость “интеллектуального” устройства для связи, а также ограничение по расстоянию (не более 2 км).
Кольцевая ЛВС (рис.7.4,б) основана на использовании однонаправленного высокоскоростного канала связи, образующего кольцо или замкнутую петлю. Достоинством такой ЛВС является простота организации связи между отдельными ЭВМ и очень высокая скорость обмена информацией. Надежность ЛВС зависит от надежности кабелей и повторителей. К недостаткам ее можно отнести сравнительно низкую надежность при использовании единственной однонаправленной линии, причем повторители должны располагаться достаточно близко (удаление не более чем на 100 м). Для повышения надежности ЛВС линию связи, как правило, дублируют.
Магистральная (шинная) ЛВС (рис.7.4,в) является одной из наиболее распространенных и строится на основе одного общего канала связи при коллективном его использовании в режиме разделения времени. Магистральная ЛВС обладает теми же достоинствами, что и кольцевая, но проще в реализации и удобнее для расширения. Надежность сети определяется надежностью общего канала связи. К недостаткам можно отнести необходимость в “интеллектуальном” устройстве для связи с каналом, ограничение по расстоянию (до 2 км), а также неравномерность распределения ресурсов между ЭВМ.
ЛВС типа “звезда” (рис.7.4,г) имеет центральный переключатель (ЦП), в качестве которого может использоваться ЭВМ или процессор, осуществляющий коммутацию двух направленных каналов связи, которые связывают все ЭВМ с ЦП. ЦП, помимо коммутации линий связи, может выполнять обработку данных. Пропускная способность данной ЛВС ниже, чем магистральной (линейной) и кольцевой, а надежность сети определяется надежностью ЦП.
Эффективность и надежность ЛВС определяются типом каналов связи и способом передачи данных. Канал передачи данных обычно является и наиболее дорогостоящей частью сети, может содержать одну или несколько линий связи в зависимости от способа передачи данных (последовательного или параллельного).
Пропускная способность каналов передачи данных определяет категорию сети ЭВМ:
- с малой пропускной способностью (менее 10 Мбит/с);
- средней пропускной способностью (10 - 100 Мбит/с);
- высокой пропускной способностью (более 100 Мбит/с).
В САПР целесообразно применение сетей с малой и средней пропускной способностью, поскольку они обеспечивают достаточную скорость обмена данными при приемлемых затратах на приобретение и эксплуатацию сети.
Канал связи для последовательной передачи данных конструктивно может быть выполнен в виде проводов (обеспечивается скорость передачи данных до 10 Мбит/с), ВЧ коаксиального кабеля (до 40 Мбит/с на расстояние до 50 км) или волоконно-оптического кабеля (более 150 Мбит/с), причем в последнем случае обеспечивается максимальная помехозащищенность, но и стоимость волоконно-оптического кабеля самая высокая.
Для подключения различных устройств к локальной сети используются сетевые контроллеры (или сетевые интерфейсные модули), которые выполняют функции устройств сопряжения и аппаратуры передачи данных и осуществляют преобразование информации. Сетевые контроллеры часто выполняются на базе микропроцессоров или специальных БИС.
При использовании электрических линий связи в локальных сетях часто применяют способ прямой передачи данных, при котором импульсы напряжения подаются непосредственно на линию связи без модуляции ВЧ несущей. В широкополосных системах для повышения пропускной способности используют модуляцию ВЧ несущей, однако при этом возрастают затраты на создание и эксплуатацию сети.
Связь ЭВМ с удаленными пользователями осуществляется с помощью метода теледоступа, когда возможно подключение к ЭВМ терминала, находящегося на расстоянии нескольких тысяч километров. Однако в КТС САПР использование этого метода связи нецелесообразно из-за малой скорости обмена и большой стоимости. Развитие средств теледоступа для КТС САПР связано с широким использованием интеллектуальных терминалов, переходом к многоуровневой структуре КТС.