Леция 10 Основные принципы построения компьютерных сетей.

 

Для эффективного управления фирмой, предприятием и т.д. требуется организация  эффективного взаимодействия большого числа различных специалистов с помощью сис­темы распределенной обработки данных.

Распределенная обработка данных — обработка данных, выполняемая на неза­висимых, но связанных между собой компьютерах, представляющих территори­ально распределенную систему.

Первыми представителями систем распределенной обработки данных были системы телеобработки данных и многомашинные вычислительные системы.

Системы телеобработки данных — это информационно-вычислительные системы, в которых выполняется дистанционная централизованная обработка данных, поступающих в центр обработки по каналам связи.

Многомашинные вычислительные системы — это системы, содержащие несколько одинаковых или различных, относительно самостоятельных компьютеров, связан­ных между собой через устройство обмена информацией, в частности, по каналам связи. В последнем случае речь идет об информационно-вычислительных сетях.

Системы телеобработки данных

Системы телеобработки данных (СТОД), весьма популярные и распространен­ные в 70-х годах, являются прообразом вычислительных сетей и применяются:

  • для дистанционного централизованного решения задач абонентов;

  • для сбора.данных, которые считываются на абонентских пунктах (АП) с промежуточного носителя или с дисплея и передаются в компьютер;

  • при выдаче справок: компьютер обрабатывает запрос, полученный с АП; от­вет отсылается на АП;

  • для решения задач, связанных с коммутацией сообщений: данные вводятся с одного АП и почти без обработки выводятся на другой АП;

  • для управления компьютером, когда АП используется в качестве пульта опе­ратора компьютера.

Поскольку технические средства, применяемые в системах телеобработки, анало­гичны тем, которые применяются в сетях, рассмотрим их использование в СТОД несколько подробнее.

Под техническими средствами телеобработки понимается совокупность техни­ческих средств системы, обеспечивающих ввод данных в систему, передачу данных по каналам связи, сопряжение каналов связи с компьютером, обработку дан­ных и выдачу конечных данных абоненту.

Наряду с техническими средствами для осуществления режима телеобработки у компьютера должно иметься и достаточно сложное программное обеспечение, выполняющее такие функции, как:

  • обеспечение работы компьютера в различных режимах телеобработки;

  • управление сетью телеобработки данных;

  • управление очередями сообщений;

  • редактирование сообщений и работа с ошибочными сообщениями и т. п.

Телеобработка информации является основным режимом обработки данных в вы­числительных центрах коллективного пользования.

Телеобработка данных может быть реализована в одном из двух режимов:

1.     в режиме пакетной обработки (offline);

2.     в диалоговом режиме (online).

Любая система телеобработки информации включает в себя как минимум четы­ре основные группы технических средств:

1.     электронную вычислительную машину (одну или несколько);

2.     аппаратуру передачи данных (АПД);

3.     устройство сопряжения (УС) компьютера с аппаратурой передачи данных (линейные адаптеры, мультиплексоры передачи данных, связные процессо­ры, осуществляющие электрическое и логическое согласование работы машины и АПД;

4.     абонентские пункты (АП), осуществляющие взаимодействие абонента с сис­темой и обеспечивающие ввод и вывод данных в систему.

Линейные адаптеры — это одноканальные устройства сопряжения, обеспечиваю­щие согласование канала ввода-вывода компьютера с одним каналом передачи данных. Они выполняют следующие функции:

  • согласование формы и амплитуды электрических сигналов компьютера и АПД;

  • последовательно-параллельное и обратное ему преобразование данных;

  • распознавание, введение и устранение служебных синхронизирующих сигна­лов, обнаружение ошибок в принимаемых сигналах — контроль достоверно­сти их формы.

 

Все указанные функции линейные адаптеры реализуют, как правило, схемным путем, поэтому их сложность с увеличением количества выполняемых функций существенно растет. Для каждого типа каналов связи (телефонных и телеграфных, коммутируемых и некоммутируемых, широкополосных) выпускаются свои адаптеры. В современных СТОД и вычислительных сетях линейные адаптеры в автономном варианте используются редко, обычно они включаются в состав более развитых устройств.

Мультиплексоры передачи данных (МПД) или групповые адаптеры — это многоканальные устройства согласования. Помимо функций, выполняемых линейными.адаптерами, они реализуют:

  • поочередное подключение разных терминальных устройств и работу с ними;

  • обмен информацией с компьютером по его командам;

  • промежуточное накопление и хранение (буферизацию) данных;

  • преобразование кодов данных, контроль достоверности данных с обнаруже­нием, а иногда и с автоматическим исправлением ошибок;

  • контроль работоспособности устройств согласования.

МПД бывают непрограммируемые и программируемые. Непрограммируемые (аппаратные) реализуют свои функции схемным путем, что обусловливает их специализацию по отношению к структуре информационной сети и протоколам ее работы — возможна лишь подстройка аппаратных МПД к различным типам АПД путем замены линейных адаптеров, входящих в состав мультиплексоров.

Программируемые МПД адаптируются (подстраиваются) к разнообразным, и под­час сложным, информационным сетям, отличающимся по скорости передачи данных, используемым кодам и форматам сообщений, режимам обслуживания абонентов, протоколами управления обменом данными и т. д., программным пу­тем. Развитые МПД этой группы имеют оперативную и постоянную память, уст­ройство управления и арифметико-логическое устройство, то есть их структура подобна структуре компьютера и они могут выполнять некоторые логические и арифметические преобразования информации.

Связные процессоры по сути представляют собой микрокомпьютеры, оснащенные программными средствами и сменными линейными адаптерами, обеспечиваю­щими сопряжение их с АПД, основным компьютером, а иногда и с ВЗУ большой емкости.

Целесообразность применения связного процессора совместно с высокопроизводительным основным компьютером обусловлена следующим. Управление сложной системой телеобработки данных, а тем более сетью, требует обработки большого числа обращений в режиме реального времени, то есть связанных с прерыванием вычислений и обслуживанием этих прерываний, что резко снижает произво­дительность компьютера. Согласно статистике, компьютер затрачивает до 75% своего времени на управление сложной сетью, при этом МП загружается не­значительно. Связной процессор берет на себя реализацию почти всех функций управления сетью, тем самым высвобождая дорогостоящее время основного компьютера. Кроме того, связной процессор значительно увеличивает гибкость системы путем программной настройки устройства согласования. Наконец, удаление связного процессора от компьютера к периферии (удаленный связной процессор) позволяет для решения несложных задач приблизить вычисли­тельные мощности к абонентам и тем самым снизить загрузку каналов передачи данных.

Таким образом, возможные эффективные варианты использования связного процессора связаны с выполнением следующих функций:

1.     сопряжение основного компьютера с АПД, управление процедурами обмена данных между компьютером и абонентами (связной процессор устанавлива­ется в этом случае рядом с основным компьютером и часто называется вход­ным процессором);

2.     накопление и уплотнение (сжатие) данных и увеличение скорости переда­чи по каналам связи данных, поступающих от низкоскоростных терминалов (связной процессор устанавливается на противоположной от компьютера стороне системы передачи данных и его называют удаленным связным про­цессором);

3.     выполнение тривиальных приложений непосредственно у абонента, а так­же предварительная первичная обработка и группировка данных и переда­ча промежуточных результатов на основной компьютер для их дальнейшей обработки по сложным алгоритмам (связной процессор входит в состав абонентского терминального комплекса и называется периферийным процес­сором);

4.     локальное управление работой непосредственно к нему подключенных терми­налов (связной процессор устанавливается у абонента и называется управ­ляющим периферийным процессором).

 

В состав устройств удаленного согласования, как уже упоминалось, могут вхо­дить: коммутаторы, концентраторы, удаленные МПД, удаленные процессоры. В СТОД обычно используются простейшие коммутаторы и концентраторы.

Коммутаторы, наиболее простые их них, служат для поочередного подключения нескольких входных каналов связи к одному выходному без изменения скорости передачи. Следует сказать, что сложные сетевые устройства коммутации (сетевые коммутаторы), названные выпускающей их фирмой коммутаторами, часто выпол­няют значительно больший объем функций, в том числе свойственных концентраторам, маршрутизаторам и связным процессорам.

Концентраторы осуществляют переключение потока данных из канала (каналов) на другой (другие). В СТОД концентраторы, являющиеся устройствами удален­ного согласования, обычно переключают потоки данных от нескольких низко­скоростных каналов на меньшее число более скоростных методом асинхронного временного уплотнения.

Удаленные мультиплексоры (в дополнение к функциям их не удаленных собратьев) осуществляют объединение нескольких низкоскоростных каналов связи на один более скоростной методом частотного, временного (чаще синхронного) или кодового уплотнения.

Таким образом, коммутаторы выполняют процедуру переключения каналов, не затрагивая структуры данных, в то время как концентраторы и мультиплексоры могут осуществлять коммутацию данных с некоторым преобразованием по­следних.

При частотном уплотнении каждому абоненту в широкополосном канале отво­дится своя узкая полоса частот, на которой он может передавать данные; на вы­ходе широкополосного канала стоят частотные фильтры, настроенные каждый на свою полосу, которые вновь разделяют информацию абонентов.

При синхронном временном уплотнении каждому абоненту, вне зависимости от того, работает он или нет, отводятся в скоростном канале свои жесткие, цикличе­ски повторяющиеся временные интервалы для передачи данных.

При асинхронном временном уплотнении временные интервалы для передачи данных по скоростному каналу предоставляются абонентам в соответствии с по­ступающими от них запросами.

При кодовом уплотнении выполняется модуляция данных псевдослучайным шу­мовым сигналом и сжатие информации путем применения специальных кодов, например форматов MPEG, GIF, TIFF и т. д.

Мультиплексоры с частотным и кодовым уплотнениями могут работать совмест­но с концентраторами, так как они хорошо дополняют друг друга, и их совмест­ное использование позволяет еще больше уплотнить передаваемые данные.

 

Абонентский пункт (АП) представляет собой комплекс терминальных устройств, с помощью которых пользователь (абонент) системы телеобработки данных мо­жет вводить в систему и получать из системы всю необходимую информацию. Для этой цели АП содержат аппаратуру для ввода, вывода, передачи, а иногда и подготовки, несложной обработки, хранения и автономной распечатки данных. В качестве аппаратуры ввода-вывода в разных типах АП применяются самые разнообразные устройства, отличающиеся типом носителя, скоростью работы, способом связи с оператором. Наибольшее распространение среди них получи­ли клавиатуры, телетайпы, пишущие машинки, дисплеи, быстродействующие устройства цифровой и буквенно-цифровой печати.

На базе АП строятся автоматизированные рабочие места специалистов (АРМ). АП, включающие в свой состав аппаратуру обработки данных (МП или ПК), на­зываются интеллектуальными. Система телеобработки в этом случае представ­ляет собой типичную локальную вычислительную сеть (радиальной топологии).

Аппаратура передачи данных состоит из следующих устройств:

1.     устройства преобразования сигналов (УПС);

2.     устройства защиты от ошибок (УЗО);

3.     вызывные устройства.

УПС преобразует сигналы, поступающие от терминального оборудования, в вид, пригодный для их передачи по используемым каналам связи, и наоборот, сигна­лы, поступающие по каналу связи, преобразует к виду, воспринимаемому терми­нальной аппаратурой. В качестве УПС обычно используются модемы и сетевые карты — они подробнее рассмотрены несколько ниже.

УЗО вводятся в систему для обеспечения достоверности передачи информа­ции — они реализуют процедуры обнаружения и, реже, автоматического исправ­ления ошибок. Обнаружение ошибок осуществляется либо посредством анализа формы поступившего сигнала, либо путем арифметического подсчета контроль­ных символов, дополнительно введенных по разным алгоритмам в передаваемую информацию (информационная избыточность). Использование информацион­ной избыточности во многих случаях оказывается предпочтительнее, так как обеспечивает большую обнаруживающую способность, а иногда позволяет осуще­ствить и автоматическое исправление ошибок (см. раздел «Помехозащищенное кодирование информации» главы 20 «Качество и эффективность информацион­ных систем»).

Вызывные устройства необходимы в АПД только при работе по коммутируе­мым каналам связи для соединения с вызываемым абонентом. Такие устройства могут быть ручными и автоматическими.

 

Сайт создан по технологии «Конструктор сайтов e-Publish»