Программное обеспечение сетей ЭВМ и телекоммуникаций

1. Программное обеспечение сетей ЭВМ и телекоммуникаций Презентация к курсу лекций Преподаватель: Шамшев Анатолий Борисович ICQ:446849975 Blog: anshamshev.wordpress.com

2. Список литературы В. Олифер, Н. Олифер. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. 4-е издание. Пятибратов A. M., Гудыно Л. П., Кириченко А. А. Вычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы: Учебно-практическое пособие В. Ф. Мелехин, Е. Г. Павловский. Вычислительные машины, системы и сети : учебник для студ. высш. учеб. Заведений ПО: Packet Tracer 5

3. Закономерности развития ЭВМ • весь период развития средств электронной вычислительной техники (ЭВТ) отмечен доминирующей ролью классической структуры ЭВМ (структуры фон Неймана), основанной на методах последовательных вычислений; • основным направлением совершенствования ЭВМ является неуклонный рост производительности (быстродействия) и интеллектуальности вычислительных средств; • совершенствование ЭВМ осуществлялось в комплексе (элементно-конструкторская база, структурно-аппаратурные решения, системно-программный и пользовательский, алгоритмический уровни);

4. Современное состояние ЭВМ • Кризис классической структуры ЭВМ, связанный с исчерпанием всех основных идей последовательного счета • Развитие: параллельность и многопроцессорность

5. Вычислительная система Под вычислительной системой (ВС) понимается совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийного оборудования и программного обеспечения, предназначенную для подготовки и решения задач пользователей. Отличительной особенностью ВС по отношению к ЭВМ является наличие в них нескольких вычислителей, реализующих параллельную обработку

6. Цели создания ВС: • повышение производительности системы за счет ускорения процессов обработки данных • повышение надежности и достоверности вычислений, предоставление пользователям дополнительных сервисных услуг и т.д.

7. Стоимость ЭВМ и ВС • Стоимость ЭВМ (закон Гроша)‏ • Стоимость ВС

8. Критический порог сложности

9. Принципы создания ВС • возможность работы в разных режимах; • модульность структуры технических и программных средств, что позволяет совершенствовать и модернизировать вычислительные системы без коренных их переделок; • унификация и стандартизация технических и программных решений; • иерархия в организации управления процессами; • способность систем к адаптации, самонастройке и самоорганизации; • обеспечение необходимым сервисом пользователей при выполнении вычислений

10. Структура ВС Структура ВС - это совокупность комплексируемых элементов и их связей. В качестве элементов ВС выступают отдельные ЭВМ и процессоры. В ВС, относящихся к классу больших систем, можно рассматривать структуры технических, программных средств, структуры управления и т.д.

11. Классификация ВС по назначению • Универсальные: предназначаются для решения самых различных задач • Специализированные. Специализация ВС может устанавливаться различными средствами: • во-первых, сама структура системы может быть ориентирована на определенные виды обработки информации. Практика разработки ВС типа суперЭВМ показала, чем выше их производительность, тем уже класс эффективно решаемых ими задач; • во-вторых, специализация ВС может закладываться включением в их состав специального оборудования и специальных пакетов обслуживания техники.

12. Классификация ВС по типу ЭВМ или процессоров • Однородные (гомогенные)‏ • Разнородные (гетерогенные) – CPU+GPU (APU): AMD Fusion, Intel Sandy Bridge, Intel Larabee, Nvidia CUDA, ATI Fire Stream

13. Классификация ВС по степени территориальной разобщённости • Совмещённые (сосредоточенные)‏ • Распределённые (разобщённые)‏

14. Классификация ВС по методам управления элементами • Централизованные • Децентрализованные • Со смешанным управлением

15. Классификация ВС по принципу закрепления вычислительных функций • С жёстким закреплением функций • С плавающим закреплением функций

16. Классификация ВС по режиму работы • Оперативный временной режим – системы реального времени • Неоперативный временной режим

17. Комплексирование в ВС. Понятие совместимости Для построения вычислительных систем необходимо, чтобы элементы или модули, комплексируемые в систему, были совместимы. Понятие совместимости имеет три аспекта: • аппаратурный, или технический • программный • информационный.

18. Условия технической совместимости • подключаемая друг к другу аппаратура должна иметь единые стандартные, унифицированные средства соединения: кабели, число проводов в них, единое назначение проводов, разъемы, заглушки, адаптеры, платы и т.д.; • параметры электрических сигналов, которыми обмениваются технические устройства, тоже должны соответствовать друг другу: амплитуды импульсов, полярность, длительность и т.д.; • алгоритмы взаимодействия (последовательности сигналов по отдельным проводам) не должны вступать в противоречие друг с другом

19. Программная совместимость • Программная совместимость (Software) требует, чтобы программы, передаваемые из одного технического средства в другое (между ЭВМ, процессорами, между процессорами и внешними устройствами), были правильно поняты и выполнены другим устройством.

20. Информационная совместимость Предполагается, что передаваемые информационные массивы будут одинаково интерпретироваться стыкуемыми модулями ВС. Должны быть стандартизованы алфавиты, разрядность, форматы, структура и разметка файлов, томов.

21. Организация функционирования ВС Управление вычислительными процессами в ВС осуществляют операционные системы, которые являются частью общего программного обеспечения. В состав ОС включают как программы централизованного управления ресурсами системы, так и программы автономного использования вычислительных модулей.

22. Основа построения многомашинной ОС Общим для построения ОС многомашинных комплексов служит тот факт, что для каждой машины ВС другие играют роль некоторых внешних устройств, и их взаимодействие осуществляется по интерфейсам, имеющим унифицированное программное обеспечение. Все обмены данными между ЭВМ должны предусматриваться пользователями путем включения в программы специальных операторов распараллеливания вычислений. По этим обращениям ОС ВС включает особые программы управления обменом. При этом ОС должна обеспечивать распределение и последующую пересылку заданий или их частей, оформляя их в виде самостоятельных заданий.

23. Программное обеспечение многомашинных ОС Программное обеспечение многопроцессорных ВС отличается большей сложностью. Это объясняется глубиной и сложностью всестороннего анализа процессов, формируемых в ВС, а также сложностью принятия решения в каждой конкретной ситуации.

24. Типовые схемы взаимодействия процессоров • “ведущий-ведомый”; • симметричная или однородная обработка во всех процессорах; • раздельная независимая работа процессоров по обработке заданий

25. Телекоммуникационная вычислительная сеть (ТВС) ТВС - это сеть обмена и распределенной обработки информации, образуемая множеством взаимосвязанных абонентских систем и средствами связи; средства передачи и обработки информации ориентированы в ней на коллективное использование общесетевых ресурсов - аппаратных, информационных, программных.

26. Абонентская система (АС)‏ Абонентская система (AC) - это совокупность ЭВМ, программного обеспечения, периферийного оборудования, средств связи с коммуникационной подсетью вычислительной сети, выполняющих прикладные процессы.

27. Коммуникационная подсеть, или телекоммуникационная система (ТКС), Коммуникационная подсеть, или телекоммуникационная система (ТКС), представляет собой совокупность физической среды передачи информации, аппаратных и программных средств, обеспечивающих взаимодействие АС.

28. Прикладной процесс Прикладной процесс - это различные процедуры ввода, хранения, обработки и выдачи информации, выполняемые в интересах пользователей и описываемые прикладными программами.

29. Задачи, решаемые ТВС • обеспечение в принципе неограниченного доступа к ЭВМ пользователей независимо от их территориального расположения • возможность оперативного перемещения больших массивов информации на любые расстояния, позволяющая своевременно получать данные для принятия тех или иных решений.

30. Принципиальные моменты для ТВС • ЭВМ, находящиеся в составе разных абонентских систем одной и той же сети или различных взаимодействующих сетей, связываются между собой автоматически • каждая ЭВМ сети должна быть приспособлена как для работы в автономном режиме под управлением своей операционной системы (ОС), так и для работы в качестве составного звена сети

31. Преимущества ВС • обеспечение распределенной обработки данных и параллельной обработки многими ЭВМ • возможность создания распределенной базы данных (РБД), размещаемой в памяти различных ЭВМ • возможность обмена большими массивами информации между ЭВМ, удаленными друг от друга на значительные расстояния • коллективное использование дорогостоящих ресурсов: пакетов прикладных программ (ППП), баз данных (БД), баз знаний (БЗ), запоминающих, устройств (ЗУ), печатающих устройств (ПУ);

32. Преимущества ВС 2 • предоставление большего перечня услуг, в том числе таких, как электронная почта (ЭП), телеконференции, электронные доски объявлений (ЭДО), дистанционное обучение • повышение эффективности использования средств вычислительной техники и информатики (СВТИ) • возможность оперативного перераспределения вычислительных мощностей между пользователями сети • сокращение расходов на приобретение и эксплуатацию СВТИ • облегчение работ по совершенствованию технических, программных и информационных средств

33. Аппаратное обеспечение Аппаратное обеспечение составляют ЭВМ различных типов, средства связи, оборудование абонентских систем, оборудование узлов связи, аппаратура связи и согласования работы сетей одного и того же уровня или различных уровней

34. Основные требования в ЭВМ • Универсальность • Модульность

35. Информационное обеспечение Информационное обеспечение сети представляет собой единый информационный фонд, ориентированный на решаемые в сети задачи и содержащий массивы данных общего применения, доступные для всех пользователей (абонентов) сети, и массивы индивидуального, пользования, предназначенные для отдельных абонентов

36. Программное обеспечение (ПО) Программное обеспечение (ПО) вычислительных сетей отличается большим многообразием, как по своему составу, так и по выполняемым функциям. Оно автоматизирует процессы программирования задач обработки информации, осуществляет планирование и организацию коллективного доступа к телекоммуникационным, вычислительным и информационным ресурсам сети, динамическое распределение и перераспределение этих ресурсов с целью повышения оперативности и надежности удовлетворения запросов пользователей и т.д

37. Группы ПО сетей • Общесетевое ПО • Специальное ПО • базовое программное обеспечение ЭВМ абонентских систем

38. Распределенная операционная система (РОС)‏ РОС сети управляет работой сети во всех ее режимах, обеспечивает реализацию запросов пользователей, координирует функционирование звеньев сети. Она имеет иерархическую структуру, соответствующую стандартной семиуровневой модели взаимодействия открытых систем.

39. РОС обеспечивает: • удовлетворение запросов пользователей по использованию общесетевых ресурсов • организацию связи между отдельными прикладными программами • синхронизацию работы пользовательских программ при их одновременном обращении к одному и тому же общесетевому ресурсу • удаленный ввод заданий с любой АС сети и их выполнение в любой другой АС сети • обмен файлами между АС сети • передачу текстовых сообщений пользователям • защиту информации и ресурсов сети от несанкционированного доступа • выдачу справок, характеризующих состояние и использование ресурсов сети

40. Планирование в сети • Статическое • Динамическое Основной показатель эффективности – время решения задач

41. Вопросы при создании ТВС • выбора рациональной структуры сети • выбора типа линий и каналов связи между звеньями сети • обеспечения способности доступа пользователей к общесетевым ресурсам • распределения ресурсов по звеньям сети • защиты информации и так далее

42. Классы требований к ТВС • Временные • Надёжностные • Экономические

43. Классификация ТВС по территориальной рассредоточенности • Глобальные • Региональные • Локальные

44. По характеру реализуемых функций • Вычислительные • Информационные • Смешанные

45. По способу управления • Централизованные • Децентрализованные • Смешанные

46. По организации передачи информации • С селекцией информации • С маршрутизацией информации

47. По типу организации передачи данных • Коммутация каналов • Коммутация сообщений • Коммутация пакетов

48. По топологии • Широковещательные • Кольцо • Звезда с интеллектуальным центром • Иерархическая • Последовательные • Произвольная • Звезда

49. Широковещательные конфигурации

50. Последовательные конфигурации сетей