Сергейченко Алексей Владимирович

Дисциплина РИСС закладывает основы теоретических знаний в области распределённой обработки информации в современных информационных системах и физических принципов передачи информации по каналам связи различной природы.

Целью изучения дисциплины является освоение принципов, методов, технологий и стандартизованных решений локальных, территориальных и глобальных вычислительных сетей и информационных систем, основанных на модели OSI, взаимодействия открытых систем и выработка обобщённых технических решений по вычислительным сетям и распределённым системам обработки информации.

RJ-45 – стандартный разъём изернет.

Протокол – определённый набор правил.

Информация

Информация – от латинского – изложение или разъяснение.

Информация – передача сообщения; сведения о чём-либо; величина обратно пропорциональная беспорядка система; мера сложности структур; коммуникация и связь в процессе которой устраняется неопределённость; одно из взаимосвязанных начал вселенной…

Информация – совокупность сигналов, воспринимаемых нашим сознанием, которые отражают те или иные свойства объектов и явлений в окружающей нас действительности. Природа данных сигналов подразумевает наличие возможностей по их сохранению, передаче и трансформации.

Сигнал – изменяющаяся физическая величина.

Система – определённая архитектура, взаимодействующих компонент отграниченных от окружения. Если компоненты могут одновременно активно функционировать, то это параллельно работающая система. Если система построена из отдельных удалённых друг от друга в пространстве компонент, то такая система называется распределённой.

В рассматриваемой понятии информации всегда существуют два партнёра: источник и потребитель. Как первым, так и вторым могут быть объекты науки, техники, общества и природы, животные, люди. Во взаимодействии между ними и рождается информация.

Минимальный объём неделимой информации является бит. Бит информации имеет отражение на структуре любого канала связи, поэтому он способен по каскадной схеме передаваться в произвольном направлении на произвольные расстояния, не зависимых от количества каналов связи.

Витая пара, коаксиальная, частотная.

• Первая информационная революция – появление письменности в Месопотамии. На несколько позже тысяч лет, появление письменности в Китае.

• Появление первой книги в Китае – вторая информационная революция.

• Третья информационная революция – изобретение печатного станка в 1457 году.

С точки зрения объёма производимой информации цивилизацию можно разделить на 5 уровней:

1. Нулевой уровень – информационная ёмкость мозга человека – 10⁷ бит.

2. Первый уровень – устное общество внутри небольшой группы людей, 10⁹ бит.

3. Второй уровень – письменная культура, 10¹¹ бит информации (Александрийская библиотека).

4. Третий уровень – книжная культура, 10¹⁷ бит (библиотеки, журналы…).

5. Четвёртый уровень – информационное общество с электронной обработкой информации, 10²⁵ бит.

Информационное общество – новый этап развития цивилизации, новый качественный уровень жизни, при котором во всех сферах деятельности интенсивно используются технологии информационного общества.

Информационная система - инженерное изделие, спроектированное на системной основе, представляющее собой совокупность программных и технических средств, а также реализованного банка данных, позволяющих с помощью специально разработанных в рамках системы и методов, методик и нормативных ограничений (стандартов), эффективно в интересах и по запросам пользователя, автоматически и однозначно удерживать сбор, поиск, распознавание, получение, хранение, защиту, обработку и передачу информации.

Распределённые системы обработки информации

Распределённые системы обработки информации – любая система, позволяющая организовать взаимодействие независимых, но связанных между собой источников и потребителей информации. Такие системы предназначены для организации взаимосвязи объектов, характеризующихся территориальным распределением. Распределённая обработка подразумевает организацию сетей связи и децентрализацию трёх категорий ресурсов:

1. Аппаратные вычислительные средства и мощности.

2. База данных.

3. Управление системой.

В распределённых системах обработки информации осуществляется реализация следующих основных функций:

• Доступ к ресурсам с терминалов и пользовательских программ в режиме файл-сервер.

• Выполнение заданий и интерактивное общение в режиме клиент-сервер.

• Сбор статистики о функционировании системы.

• Управление системой с целью обеспечения надёжности и живучести.

Распределённые системы могут быть классифицированы по следующим критериям:

• По степени однородности:

• полностью неоднородные,

• частично неоднородные,

• однородные.

• По архитектурным особенностям:

• на основе сетевой технологии

• на основе систем телеобработки

Под сетевой технологией понимается такая форма взаимодействия компьютеров, при котором любой из процессов одной из машин по своей инициативе может установить логическую связь с любым процессом в любой другой машине. Компьютеры по сети в качестве примера.

В системах телеобработки не обеспечивается полного и симметричного независимого взаимодействия процессов. Системы телемеханики в качестве примера. Они в непрерывном режиме контролируют определённые процессы. Системы передачи статической информации. Отсутствует в полной мере реализация клиент-сервер.

• По степени распределённости:

• Региональные.

• Неограниченная географическая распределённость.

• Наличие различных механизмов маршрутизации.

• Каждые два узла связаны между собой собственным каналом и отсутствует проблема его разделения.

• Широкий диапазон скоростей передачи. От 10³ до 10⁹ бит/сек.

• Произвольная топология. Геометрическая фигура, которую образуют связи внутри сети.

• Локальные.

• Небольшая географическая распределённость.

• Использование единой коммуникационной среды.

• Физическая полно связность всех узлов.

• Замена маршрутизации адресацией.

Маршрутизация – знание каким путём идти. Адресация – знание куда идти.

• Высокая скорость обмена. 10⁷ – 10⁹.

• Применение специальных методов и алгоритмов доступа к среде. Все локальные сети характеризуют на базовой стандартной сетевой технологии.

• Ограниченность возможных топологий.

Архитектура распределённых систем.

Под архитектурой распределённой системы понимается взаимосвязь её физической, логической и программной структур.

ИВС – информационно-вычислительная служба. Решает задачи пользователя сети.

Терминальная служба обеспечивает взаимодействие терминалов с сетью, осуществляет преобразование форматов и кодов. Управляет разнотипными терминалами. Осуществляет процедуры обмена информации.

Транспортная служба решает все задачи, связанные с передачей информацией в сети. Управляет маршрутами, потоками данных, разделением сообщений на пакеты и другое.

Интерфейсная служба решает задачи обеспечения взаимодействия разнотипных компьютеров под управлением различных операционных систем. Осуществляет взаимодействие узлов, входящих в различные сети.

Административная служба управляет сетью, реализует процедуры реконфигурации и восстановления, собирает статистику, осуществляет её тестирование.

Узлы – персональные компьютеры или мощные вычислительные центры.

Физическую структуру составляют следующие узлы:

1. Главные компьютеры.

2. Коммуникационные компьютеры.

3. Интерфейсные компьютеры.

4. Терминальные компьютеры.

5. Административные компьютеры.

На одном компьютере могут быть реализованы несколько служб одновременно.

Программная структура распределённых систем отражает состав компонентов сетевого ПО и связи между ними. Сетевое ПО имеет многоуровневую иерархическую организацию. Это обусловлено:

• Необходимостью минимизацией затрат на модификацию сетевого ПО при изменение состава используемого оборудования.

• Любые осуществляемые в сети изменения не должны отражаться на пользовательских программах, использующих сетевые возможности.

Часть открытой системы, реализующая некоторую функцию, и входящая в состав того или иного уровня называется объектом. Набор правил взаимодействия объектов одного и того же уровня называется протоколом.

Связь между объектами соседних уровней определяется в соответствии с определёнными правилами – интерфейсом.

Общие свойства открытых систем:

1. Расширяемость/масштабируемость.

2. Мобильность (переносимость).

3. Интероперабильность. Способность к взаимодействию с другими системами.

4. Дружественность к пользователю и лёгкая управляемость.

Архитектура открытых систем представляет собой сложную иерархическую структуру, составными частями которой являются также системы, состоящие из компонентов.

Система в целом и составляющие их компоненты могут быть классифицированы с точки зрения:

• Пользователя. Пользовательский интерфейс.

• Проектировщика системы.

• Прикладного программиста.

• Системного программиста.

• Разработчика аппаратуры.

Преимущества идеологий открытых систем:

1. Для пользователя открытые системы обеспечивают:

• Новые возможности сохранения сделанных вложений, благодаря свойствам эволюции, постепенного развития функций систем, замены отдельных компонентов без перестройки всей системы.

• Независимость от поставщиков аппаратных и программных средств.

• Дружественность среды, в которой работает пользователь. Мобильность персонала в процессе эволюции системы (удобство работы).

• Возможность использования информационных ресурсов, имеющихся в других системах.

2. Для проектировщиков:

• Возможность использования различных аппаратных платформ.

• Возможность совместного использования прикладных программ, реализованных в различных операционных системах.

• Развитые средства инструментальных сред поддерживающих проектирование.

• Возможность использования готовых программных продуктов и информационных ресурсов.

3. Разработчики общесистемных программных средств:

• Новые возможности разделения труда.

• Развитые инструментальные среды и системы программирования.

• Возможности модульной организации программных комплексов, благодаря стандартизации программных интерфейсов.

Мэйн Фрейм является системой пакетной обработки. Пакетный режим – это самый эффективный режим использования вычислительной мощности, так как он позволяет выполнить в единицу времени больше пользовательских задач, чем любые другие режимы.

Системы многотерминального доступа. Вычислительная мощность полностью централизована. Функции ввода и вывода данных распределённые.

Закон Гроша:

Производительность компьютера пропорциональна квадрату его стоимости.

Появление глобальных сетей.

Появление локальных сетей.

Создание стандартных технологий локальных сетей. 80-е гг.

Основным признаком распределённой вычислительной системы является наличие нескольких центров обработки информации, соответственно, к распределённым системам относятся вычислительные сети, мультипроцессорные компьютеры и многомашинные комплексы.

Мультипроцессорные компьютеры – содержат несколько процессоров, каждый из которых может относительно независимо выполнять свою программу. Мультипроцессор обладает общей для всех процессов операционной системой, которая распределяет нагрузку между процессорами. Обладают общей оперативной памятью. Представители: суперкомпьютеры.

Многомашинные системы – вычислительный комплекс, включающий в себя несколько компьютеров, работающий под управлением собственной операционной системой, системы содержат программные и аппаратные средства связи компьютеров, которые обеспечивают работу системы как единого целого.

Одним из самых первых суперкомпьютеров был разработан студентами американского университета. Это был стенд, на котором были разные части старых компьютеров.

Вычислительные сети – программные и аппаратные связи являются слабыми, а автономность обрабатывающих блоков проявляется в наибольшей степени. Связь между компьютерами осуществляется с помощью стандартных периферийных устройств, соединённых относительно протяжёнными каналами связи. Отсутствует какая-либо «общая» операционная система, распределяющая работу.

Основной целью создания вычислительных сетей является разделение локальных ресурсов каждого компьютера между всеми пользователями сети.

Программное обеспечение для сетевых приложений содержат в себе два программных модуля:

1. Сервера – программные модули, постоянно находящиеся в режиме запроса, поступающего из сети.

2. Клиент – программный модуль, вырабатывающий запросы на доступ к удалённым ресурсам и передающий их в сеть.

Таким образом пара клиент-сервер обеспечивает доступ к сети.

Распределённые программы – программы, которые состоят из нескольких взаимодействующих частей, при этом каждая часть выполняется на отдельном компьютере сети. (Распределённые базы данных).

Преимущества использования сетей.

1. Способность выполнять параллельные вычисления.

2. Потенциально более высокая отказоустойчивость.

3. Распределённые системы имеют потенциально лучшее соотношение производительность-стоимость, чем централизованное.

4. Возможность совместного использования данных и устройств.

5. Оперативный доступ к обширной корпоративной информации.

6. Совершенствование коммуникаций.

Проблемы создания вычислительных сетей

1. Более сложное программное обеспечение.

2. Транспортировка информации по каналу связи.

3. Обеспечение безопасности.