- •Распределенные информационные системы и сети
- •Архитектура распределенных систем и основные понятия распределенной обработки данных
- •Концепция открытых систем
- •Преимущества идеологии открытых систем.
- •Открытые системы и объектно-ориентированный подход
- •Компьютерные (информационные) сети
- •Глобальные сети
- •Локальные сети
- •Многопроцессорные компьютеры
- •Взаимодействующие процессы
- •От централизованных систем - к вычислительным сетям
- •1.1. Эволюция вычислительных систем
- •Системы пакетной обработки
- •Многотерминальные системы - прообраз сети
- •Появление глобальных сетей
- •Первые локальные сети
- •Создание стандартных технологий локальных сетей
- •Современные тенденции
- •1.2. Вычислительные сети - частный случай распределенных систем
- •Мультипроцессорные компьютеры
- •Многомашинные системы
- •Вычислительные сети
- •Распределенные программы
- •Преимущества использования сетей
- •2.1. Проблемы физической передачи данных по линиям связи
- •2.2. Проблемы объединения нескольких компьютеров
- •Топология физических связей
- •Организация совместного использования линий связи
- •Адресация компьютеров
- •2.3. Стандартные решения сетевых проблем
- •2.4. Структуризация как средство построения больших сетей.
- •Физическая структуризация сети
- •Логическая структуризация сети
- •3.1. Многоуровневый подход. Протокол. Интерфейс. Стек протоколов
- •3.2. Модель osi
- •3.3. Уровни модели osi Физический уровень
- •Канальный уровень
- •Сетевой уровень
- •Транспортный уровень
- •Сеансовый уровень
- •Представительный уровень
- •Прикладной уровень
- •Сетезависимые и сетенезависимые уровни
- •3.4. Стандартные стеки коммуникационных протоколов
- •Стек tcp/ip
- •Стек ipx/spx (Internetwork Packet Exchange/ Sequenced Packet Exchange)
- •Стек NetBios/smb (Network Basic Input/Output System / Server Message Block)
- •4.1. Локальные и глобальные сети
- •4.2 Требования, предъявляемые к современным вычислительным сетям
- •Производительность
- •Надежность и безопасность
- •Расширяемость и масштабируемость
- •Прозрачность
- •Поддержка разных видов трафика
- •Управляемость
- •Совместимость
- •5.1. Типы линий связи
- •5.2. Аппаратура линий связи
- •5.3. Характеристики линий связи
- •Амплитудно-частотная характеристика, полоса пропускания и затухание
- •Пропускная способность линии
- •Связь между пропускной способностью линии и ее полосой пропускания
- •Помехоустойчивость и достоверность
- •Коаксиальные кабели
- •Кабели на основе неэкранированной витой пары
- •Кабели на основе экранированной витой пары
- •Волоконно-оптические кабели
- •6.1. Аналоговая модуляция
- •Методы аналоговой модуляции
- •Спектр модулированного сигнала
- •6.2. Цифровое кодирование
- •Требования к методам цифрового кодирования
- •Потенциальный код без возвращения к нулю
- •Метод биполярного кодирования с альтернативной инверсией
- •Потенциальный код с инверсией при единице
- •Биполярный импульсный код
- •Манчестерский код
- •Потенциальный код 2b1q
- •6.3. Логическое кодирование
- •Избыточные коды
- •Скрэмблирование
- •6.4. Дискретная модуляция аналоговых сигналов
- •6.5. Асинхронная и синхронная передачи
- •7.1. Методы передачи данных канального уровня
- •Асинхронные протоколы
- •Синхронные символьно-ориентированные и бит-ориентированные протоколы
- •Символьно-ориентированные протоколы
- •Бит-ориентированные протоколы
- •Протоколы с гибким форматом кадра
- •Передача с установлением соединения и без установления соединения
- •Обнаружение и коррекция ошибок
- •Методы обнаружения ошибок
- •Методы восстановления искаженных и потерянных кадров
- •Компрессия данных
- •7.2. Методы коммутации
- •Коммутация каналов
- •Коммутация каналов на основе частотного мультиплексирования
- •Коммутация каналов на основе разделения времени
- •Общие свойства сетей с коммутацией каналов
- •Обеспечение дуплексного режима работы на основе технологий fdm, tdm и wdm
- •Коммутация пакетов Принципы коммутации пакетов
- •Виртуальные каналы в сетях с коммутацией пакетов
- •Пропускная способность сетей с коммутацией пакетов
- •Коммутация сообщений
- •Общая характеристика протоколов локальных сетей
- •3.1.2. Структура стандартов ieee 802.X
- •Максимальная производительность сети Ethernet
- •Основные характеристики технологии
- •Маркерный метод доступа к разделяемой среде
- •Форматы кадров Token Ring
- •Физический уровень технологии Token Ring
- •10.2. Технология fddi
- •Основные характеристики технологии
- •Особенности метода доступа fddi
- •Отказоустойчивость технологии fddi
- •Физический уровень технологии fddi
- •Сравнение fddi с технологиями Ethernet и Token Ring
- •Структурированная кабельная система
- •Иерархия в кабельной системе
- •Выбор типа кабеля для горизонтальных подсистем
- •Выбор типа кабеля для вертикальных подсистем
- •Выбор типа кабеля для подсистемы кампуса
- •Глобальные сети
- •Обобщенная структура и функции глобальной сети Транспортные функции глобальной сети
- •Высокоуровневые услуги глобальных сетей
- •Структура глобальной сети
- •Интерфейсы dte-dce
- •Типы глобальных сетей
- •Выделенные каналы
- •Протоколы семейства hdlc
- •Протокол ppp
- •Глобальные сети с коммутацией каналов
- •Глобальные сети с коммутацией пакетов
- •Магистральные сети и сети доступа
- •Сети х.25 Протоколы сетей х.25 были специально разработаны для низкоскоростных линий с высоким уровнем помех. Назначение и структура сетей х.25
- •Адресация в сетях х.25
- •Стек протоколов сети х.25
- •Сети Frame Relay Назначение и общая характеристика
- •Стек протоколов frame relay
- •Поддержка качества обслуживания
- •Использование сетей frame relay
- •Технология атм
- •Основные принципы технологии атм
- •Стек протоколов атм
- •Уровень адаптации aal
- •Протокол атм
- •Категории услуг протокола атм и управление трафиком
- •Сосуществование атм с традиционными технологиями локальных сетей
- •Использование технологии атм
- •100Vg-Anylan
- •6.5. Удаленный доступ
- •6.5.1. Основные схемы глобальных связей при удаленном доступе
- •Типы взаимодействующих систем
- •Типы поддерживаемых служб
- •Типы используемых глобальных служб
- •6.5.2. Доступ компьютер - сеть
- •Удаленный узел
- •Удаленное управление и терминальный доступ
- •6.5.3. Удаленный доступ через промежуточную сеть Общая схема двухступенчатого доступа
- •Технологии ускоренного доступа к Internet через абонентские окончания телефонных и кабельных сетей
- •11.2. Концентраторы и сетевые адаптеры
- •Сетевые адаптеры (в лабораторной работе) Функции и характеристики сетевых адаптеров
- •Классификация сетевых адаптеров
- •Концентраторы Основные и дополнительные функции концентраторов
- •Отключение портов
- •Поддержка резервных связей
- •Защита от несанкционированного доступа
- •Многосегментные концентраторы
- •Управление концентратором по протоколу snmp
- •Конструктивное исполнение концентраторов
- •13.1. Принципы объединения сетей на основе протоколов сетевого уровня
- •Ограничения мостов и коммутаторов
- •Понятие internetworking
- •Функции маршрутизатора
- •Реализация межсетевого взаимодействия средствами tcp/ip
- •Многоуровневая структура стека tcp/ip
- •Уровень межсетевого взаимодействия
- •Основной уровень
- •Прикладной уровень
- •Уровень сетевых интерфейсов
- •Соответствие уровней стека tcp/ip семиуровневой модели iso/osi
- •13.2. Адресация в ip-сетях Типы адресов стека tcp/ip
- •Классы ip-адресов
- •Особые ip-адреса
- •Использование масок в ip-адресации
- •Порядок распределения ip-адресов
- •Автоматизация процесса назначения ip-адресов
- •Отображение ip-адресов на локальные адреса
- •Отображение доменных имен на ip-адреса Организация доменов и доменных имен
- •Система доменных имен dns
- •14.1. Основные функции протокола ip
- •14.2. Структура ip-пакета
- •14.3. Таблицы маршрутизации в ip-сетях
- •Примеры таблиц различных типов маршрутизаторов
- •Назначение полей таблицы маршрутизации
- •Источники и типы записей в таблице маршрутизации
- •14.4. Маршрутизация без использования масок
- •14.5. Маршрутизация с использованием масок Использование масок для структуризации сети
- •Использование масок переменной длины
- •Технология бесклассовой междоменной маршрутизации cidr
- •14.6. Фрагментация ip-пакетов
- •14.7. Протокол надежной доставки tcp-сообщений
- •Сегменты и потоки
- •Соединения
- •Реализация скользящего окна в протоколе tcp
- •Раздел 2
- •6.2.3. Протоколы канального уровня для выделенных линий
- •Протокол slip
- •Протоколы семейства hdlc
- •Протокол ppp
- •6.2.4. Использование выделенных линий для построения корпоративной сети
- •6.3. Глобальные связи на основе сетей с коммутацией каналов
- •6.3.1. Аналоговые телефонные сети Организация аналоговых телефонных сетей
- •Модемы для работы на коммутируемых аналоговых линиях
- •6.3.2. Служба коммутируемых цифровых каналов Switched 56
- •6.3.3. Isdn - сети с интегральными услугами Цели и история создания технологии isdn
- •Пользовательские интерфейсы isdn
- •Подключение пользовательского оборудования к сети isdn
- •Адресация в сетях isdn
- •Стек протоколов и структура сети isdn
- •Использование служб isdn в корпоративных сетях
- •6.4. Компьютерные глобальные сети с коммутацией пакетов
- •6.4.1. Принцип коммутации пакетов с использованием техники виртуальных каналов
РИС Л.9. гр.445 (05.11.2015)
Распределенные информационные системы и сети
Архитектура распределенных систем и основные понятия распределенной обработки данных……………………………………………………………….2
Концепция открытых систем…………………………………………….12
Преимущества идеологии открытых систем……………………………17
Открытые системы и объектно-ориентированный подход……………19
Компьютерные (информационные) сети…………………………………21
Глобальные сети…………………………………………………………..24
Локальные сети……………………………………………………………..27
Многопроцессорные компьютеры………………………………………..31
Взаимодействующие процессы…………………………………………..36
Архитектура распределенных систем и основные понятия распределенной обработки данных
Под распределенными понимаются ИС, которые не располагаются на одной контролируемой территории, на одном объекте.
Распределенная информационная система (РИС) - любая информационная система, позволяющая организовать взаимодействие независимых, но связанных между собой ЭВМ. Эти системы предназначены для автоматизации таких объектов, которые характеризуются территориальной распределенностью пунктов возникновения и потребления информации.
В общем случае распределенная информационная система (РИС) представляет собой множество сосредоточенных ИС, связанных в единую систему с помощью коммуникационной подсистемы
Сосредоточенными ИС могут быть:
отдельные ЭВМ, в том числе и ПЭВМ,
вычислительные системы и комплексы,
локальные вычислительные сети (ЛВС).
В настоящее время практически не используются неинтеллектуальные абонентские пункты, не имеющие в своем составе ЭВМ. Поэтому правомочно считать, что наименьшей структурной единицей РИС является ЭВМ (рис. 1).
Распределенные ИС строятся по сетевым технологиям и представляют собой вычислительные сети (ВСт).
Термин «распределенная система», подразумевает взаимосвязанный набор автономных компьютеров, процессов или процессоров. Компьютеры, процессы или процессоры упоминаются как узлы распределенной системы. Будучи определенными как «автономные», узлы должны быть, по крайней мере, оборудованы своим собственным блоком управления. Таким образом, параллельный компьютер с одним потоком управления и несколькими потоками данных (SIMD) не подпадает под определение распределенной системы. Чтобы быть определенными как «взаимосвязанными», узлы должны иметь возможность обмениваться информацией.
Так как процессы могут играть роль узлов системы, определение включает программные системы, построенные как набор взаимодействующих процессов, даже если они выполняются на одной аппаратной платформе. В большинстве случаев, однако, распределенная система будет, по крайней мере, содержать несколько процессоров, соединенный коммутирующей аппаратурой.
Коммуникационная подсистема включает в себя:
коммуникационные модули (КМ);
каналы связи;
концентраторы;
межсетевые шлюзы (мосты).
Основной функцией коммуникационных модулей является передача полученного пакета к другому КМ или абонентском пункту в соответствии с маршрутом передачи. Коммуникационный модуль называют также центром коммутации пакетов.
Рис. 1. Фрагмент распределенной информационной системы
Каналы связи объединяют элементы сети в единую сеть, каналы могут иметь различную скорость передачи данных.
Концентраторы используются для уплотнения информации перед передачей ее по высокоскоростным каналам.
Межсетевые шлюзы и мосты используются для связи сети с ЛВС или для связи сегментов глобальных сетей. С помощью мостов связываются сегменты сети с одинаковыми сетевыми протоколами.
В любой РИС в соответствии с функциональным назначением может быть выделено три подсистемы:
пользовательская подсистема;
подсистема управления;
коммуникационная подсистема.
Пользовательская или абонентская подсистема включает в себя информационные системы пользователей (абонентов) и предназначается для удовлетворения потребностей пользователей в хранении, обработке и получении
Наличие подсистемы управления позволяет объединить все элементы РИС в единую систему, в которой взаимодействие элементов осуществляется по единым правилам. Подсистема обеспечивает взаимодействие элементов системы путем сбора и анализа служебной информации и воздействия на элементы с целью создания оптимальных условий для функционирования всей сети.
Коммуникационная подсистема обеспечивает передачу информации в сети в интересах пользователей и управления РИС.
Функционирование РИС можно рассматривать как взаимодействие удаленных процессов через коммуникационную подсистему.
Процессы вычислительной сети порождаются пользователями (абонентами) и другими процессами.
Взаимодействие удаленных процессов заключается в:
обмене файлами,
пересылке сообщений по электронной почте,
посылке заявок на выполнение программ и получение результатов,
обращении к базам данных и т. д.
Концептуально распределенная обработка данных подразумевает тот или иной вид организации сети связи и децентрализацию трех категорий ресурсов:
аппаратных вычислительных средств и собственно вычислительной мощности;
баз данных;
управление системой.
В распределенных информационных системах в той или иной степени осуществляется реализация следующих основных функций:
• доступ к ресурсам (вычислительным мощностям, программам, данным и т. п.) с терминалов и из пользовательских программ в режиме «файл-сервер»;
выполнение заданий и интерактивное общение пользователей с запущенными по их требованию программами в режиме «клиент-сервер»;
сбор статистики о функционировании системы;
обеспечение надежности и живучести системы в целом.
В настоящее время применяют различные подходы к классификации распределенных информационных систем по разным критериям.
По степени однородности различают:
полностью неоднородные РИС;
частично неоднородные РИС;
однородные РИС.
Полностью неоднородные РИС характеризуются тем, что в них объединены ЭВМ, построенные на основе различных архитектур и функционирующие под управлением разных операционных систем (ОС).
Как правило, РИС этого типа в качестве коммуникационной службы используют глобальные сети, базирующиеся на протоколах Х.25, Frame relay, ATM, Internet-технология.
Частично неоднородные РИС строят на базе однотипных ЭВМ, работающих под управлением различных ОС, либо они включают в себя компьютеры различных типов, работающие под управлением одной ОС.
Например, IBM PC компьютеры управляются различными ОС; MS DOS, OS/2, Windows 95, Windows NT.
Однородные распределенные системы строятся на однотипных вычислительных средствах, оснащенных одинаковыми операционными системами.
По архитектурным особенностям выделяют:
РИС на основе систем телеобработки;
РИС на основе сетевой технологии.
Под сетевой технологией понимается такая форма взаимодействия ЭВМ, при которой любой из процессов одной из машин по своей инициативе может установить логическую связь с любым процессом в любой другой ЭВМ.
В отличие от таких систем РИС на основе систем телеобработки не обеспечивают полного, симметричного и независимого взаимодействия процессов.
По степени распределенности с позиций пользователя РИС делятся на 2 группы:
региональные и локальные.
К региональным РИС относятся распределенные конфигурации, характеризующиеся следующими основными параметрами:
- неограниченной географической распределенностью;
- наличием тех или иных механизмов маршрутизации;
- каждые два узла связаны собственным каналом, и отсутствует проблема его разделения;
- широким диапазоном скоростей передачи - 103... 108 бит/с;
- произвольной топологией.
В них можно выделить несколько способов организации взаимодействия между ЭВМ:
коммутация каналов;
коммутация сообщений;
коммутация пакетов;
коммутация фреймов - Frame relay;
коммутация ячеек - ATM-технология.
Основу локальных РИС составляют локальные сети со следующими характеристиками :
небольшая географическая распределенность;
использование единой коммуникационной среды и, следовательно, физическая полносвязность всех узлов сети, приводящая к замене маршрутизации адресацией;
высокие и очень высокие скорости обмена - 107... 109 бит/с;
применение специальных методов и алгоритмов доступа к единой среде для обеспечения высокой скорости передачи при одновременном использовании среды всеми узлами коммуникационной службы;
ограниченность возможных топологий.
Под архитектурой РИС понимают взаимосвязь её логической, физической и программной структур.
Логическая структура РИС отражает состав сетевых служб и связи между ними (рис. 2).
В данной структуре информационно-вычислительная служба предназначена для решения задач пользователей сети.
Терминальная служба обеспечивает взаимодействие терминалов с сетью.
В эту службу входит:
преобразование форматов и кодов,
управление разнотипными терминалами,
обработка процедур обмена информацией между терминалами и сетью и т. д.
Транспортная служба предназначена для решения всех задач, связанных с передачей сообщений в сети.
Она управляет:
маршрутами,
потоками и данными,
декомпозицией сообщений на пакеты и рядом других функций.
Интерфейсная служба решает задачи обеспечения взаимодействий разнотипных ЭВМ, функционирующих под управлением различных ОС, имеющих разную архитектуру, длину слова, форматы представления данных и др.
Кроме того, служба управления интерфейсами осуществляет взаимодействие ЭВМ, входящих в состав различных сетей.
Административная служба
управляет сетью,
реализует процедуры реконфигурации и восстановления,
собирает статистику о функционировании сети,
осуществляет тестирование сети.
Приведенный полный состав элементов логической структуры не является обязательным для всех реальных систем.
Так, в однородных сетях отпадает необходимость в интерфейсной службе, в простейших сетях может отсутствовать административная служба и т. д.
Информационно-вычислительная (ИВС) и терминальная службы образуют абонентскую службу.
Интерфейсная и транспортная службы образуют коммуникационную службу.
Из этого следует, что административная служба не осуществляет непосредственно какие-либо функции, связанные с сетевым обслуживанием пользователей, и может рассматриваться как механизм обслуживания самой сети.
Распределение элементов логической структуры по различным ЭВМ задает физическую структуру РИС (рис.3).
Элементами такой структуры являются ЭВМ, связанные между собой и с терминалами.
В зависимости от реализации в ЭВМ той или иной сетевой службы в физической структуре можно выделить:
1 - главные ЭВМ;
2 - коммуникационные ЭВМ;
3 - интерфейсные ЭВМ;
4 - терминальные ЭВМ;
5 - административные ЭВМ.
В одной ЭВМ могут реализовываться несколько служб.
Программная структура РИС отражает состав компонентов сетевого программного обеспечения (ПО) и связи между ними.
Очевидно, что состав сетевого ПО определяется логической структурой, т. е. функциями, выполняемыми ее службами,
В то же время связи между компонентами ПО во многом зависят от физической структуры.
Сложность задач, выполняемых сетевым ПО распределенной информационной системы требует, чтобы это сетевое ПО было разработано высоко структурированным способом. В настоящее время сетевое ПО всегда организовывается как совокупность модулей, каждый из которых выполняет очень специфические функции и основывается на услугах, предлагаемых другими модулями. В сетевых организациях имеется всегда строгая иерархия между этими модулями, потому что каждый модуль исключительно использует услуги, предлагаемые предыдущим модулем. Модули названы уровнями в контексте сетевой реализации.
Сетевое ПО имеет многоуровневую иерархическую организацию, что обусловлено двумя факторами:
необходимостью минимизации затрат на модификацию сетевого ПО при изменении состава используемого оборудования;
любые осуществляемые в сети изменения не должны отражаться на пользовательских программах, использующих сетевые возможности.
Для иерархической организации необходимо четкое описание интерфейсов и протоколов, т.е. правила взаимодействия:
программ, выполняемых в одной ЭВМ и находящихся на различных уровнях,
и программ, находящихся на одном уровне, но расположенных в различных ЭВМ.
Стремление создать единую, универсальную и открытую к изменениям логической и физической структур сетевую архитектуру обусловило стандартизацию уровней иерархии ПО сетей ЭВМ.