Назначение, задачи и архитектура БИУС. Программно-аппаратные средства БИУС.

Черноморского Высшего Военно-Морского Училища имени П.С. Нахимова * « Дисциплина «Информационно-управляющие технологии» Лекция № 31 Общая организация компьютерных Тема: ТЕМА: Назначение, задачи и архитектура БИУС. Программно-аппаратные средства БИУС._ Цель : получить знания по компьютерным сетям Вопросы 1. Эволюция вычислительных сетей: от первых локальных сетей до современных сетевых технологий 2. Назначение, задачи компьютерных сетей 3. Проблемы связи нескольких компьютеров Литература. 1.Курс лекций по дисциплине «Информационноуправляющие технологии», Севастополь, ЧВВМУ, 2017 г, 2 лекция № 31 Вопрос 1 * 3 Сети передачи данных 1. Представляют собой частный случай распределенных вычислительных систем, в которых группа компьютеров согласованно выполняет набор взаимосвязанных задач, обмениваясь данными в автоматическом режиме. 2. Компьютерные сети могут рассматриваться как средство передачи информации на большие расстояния, для чего в них применяются методы кодирования и мультиплексирования данных, получившие развитие в различных телекоммуникационных системах. 4 Эволюция компьютерных сетей на стыке вычислительной техники и телекоммуникационных технологий 5 Централизованный характер вычислений в системах пакетной обработки 6 Многотерминальные системы — прообраз сети Терминальные комплексы могли располагаться на большом расстоянии от процессорных стоек, соединяясь с ними с помощью различных глобальных связей — модемных соединений телефонных сетей или выделенных каналов. 7 Для поддержки удаленной работы терминалов в операционных системах появились специальные программные модули, реализующие различные (в то время, нестандартные) протоколы связи. Такие вычислительные системы с удаленными терминалами сохраняя централизованный характер обработки данных, являлись прообразом современных компьютерных сетей, а соответствующее системное программное обеспечение — прообразом сетевых операционных систем. 8 Многотерминальная система — прообраз вычислительной сети 9 Первые сети — глобальные Теоретические работы по созданию сетевого взаимодействия велись почти с момента появления вычислительных машин, значимые практические результаты по объединению компьютеров в сети были получены лишь в конце 60-х, когда с помощью глобальных связей и техники коммутации пакетов удалось реализовать взаимодействие машин 10 класса мэйнфреймов и суперкомпьютеров Мини-компьютеры — предвестники локальных сетей В начале 70-х годов произошло важное событие, непосредственно повлиявшее на эволюцию компьютерных сетей. В результате компьютерных схемы (БИС). технологического компонентов Их прорыва в появились сравнительно невысокая области большие производства интегральные стоимость и богатые функциональные возможности привели к созданию мини-компьютеров, которые стали реальными конкурентами мэйнфреймов. С помощью мини-компьютеров осуществлялось управление технологическим оборудованием. Однако, при этом все компьютеры одной организации по-прежнему продолжали работать автономно 11 Автономное использование нескольких мини-компьютеров 12 Появление стандартных технологий локальных сетей В середине 80-х годов положение дел в локальных сетях стало меняться. Утвердились стандартные технологии объединения компьютеров в сеть — Ethernet, Arcnet, Token Ring, Token Bus, несколько позже — FDDI. Все стандартные технологии локальных сетей опирались на тот же принцип коммутации, который был с успехом опробован и доказал свои преимущества при передаче трафика данных в глобальных компьютерных сетях — принцип коммутации пакетов. 13 Стандартные сетевые технологии сделали задачу построения локальной сети тривиальной. Для создания сети достаточно было: приобрести сетевые адаптеры соответствующего стандарта, например Ethernet и стандартный кабель; присоединить адаптеры к кабелю стандартными разъемами; установить на компьютер одну из популярных сетевых операционных систем, например NovellNetWare. 14 компьютерная сеть компьютеры; 15 передающая среда; ЭТО ЭТО сетевое оборудование; сетевое программное обеспечение. 16 ПЕРЕДАЧУ СООБЩЕНИЙ МЕЖДУ ЛЮБОЙ ПАРОЙ КОМПЬЮТЕРОВ СЕТИ 17 обес ЭТО печи вает коммуникационная система, которая включать кабели, повторители, коммутаторы, маршрутизаторы другие устройства может 18 СОСТАВ СЕТИ Компьютерная сеть – это совокупность компьютерного и сетевого оборудования, соединенного с помощью каналов связи в единую систему. Для создания компьютерной сети нам потребуются следующие компоненты: компьютеры, имеющие возможности для подключения к сети (например, сетевая карта, которая есть в каждом современном ПК); передающая среда или каналы связи (кабельные, спутниковые, телефонные, волоконно-оптические и радиоканалы); сетевое оборудование (например, коммутатор или роутер); сетевое программное обеспечение (как правило, входит в состав операционной системы или поставляется вместе с сетевым оборудованием). 19 20 сети по территории 21 Локальные (Local Area Network – LAN) быва ЭТО ют Региональные Глобальные (Wide Network – WAN) Area ХАРАКТЕРИСТИКА СЕТЕЙ Локальные сети (Local Area Network – LAN) обладают замкнутой инфраструктурой до выхода на поставщиков услуг интернета. Применительно к организациям используется термин корпоративная сеть – локальная сеть отдельной организации независимо от занимаемой ею территории. Корпоративные сети являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешен только ограниченному кругу пользователей. Глобальные сети ориентированы любых пользователей. 22 на обслуживание ХАРАКТЕРИСТИКА СЕТЕЙ Региональные сети – это сети, существующие обычно в пределах города, района, области, страны. Они связывают абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга десятки - сотни километров. Они являются объединением нескольких локальных сетей и частью некоторой глобальной. Особой спецификой по отношению к глобальной не отличаются. Региональные вычислительные сети имеют много общего с локальными, но они сложнее их. 23 ХАРАКТЕРИСТИКА СЕТЕЙ Глобальная сеть (Wide Area Network – WAN) охватывает большие географические регионы и состоит из множества локальных сетей. С глобальной сетью, которая состоит из нескольких тысяч сетей и компьютеров, знакомы все – это Интернет. Глобальная сеть подключается к Центрам хранения и обработки данных (ЦОД/ЦХОД) 24 25 26 27 28 сети по способу связи 29 проводные (компьютеры соединяются посредством кабеля); быва ЭТО ют беспроводные (компьютеры обмениваются информацией посредством радиоволн. например, по технологии WI-FI или Bluetooth). сети по способу управления 30 с централизованным управлением – для управления процессом обмена данных в сети выделяется одна или несколько машин (серверов); быва ЭТО ют децентрализованные сети – не содержат в своем составе выделенных серверов, функции управления сетью передаются по очереди от одного компьютера другому. сети по составу вычислительных средств 31 однородные – объединяют однородные вычислительные средства (компьютеры); бывают ЭТО неоднородные – объединяют различные вычислительные средства (например: ПК, терминалы, веб-камеры и сетевое хранилище данных). 32 Трафик Это загрузка сети, которая характеризуется параметром. Трафик – это поток сообщений в сети передачи данных количественное измерение числа проходящих по сети блоков данных и их длины, выраженное в битах в секунду. Например, скорость передачи данных в современных локальных сетях может быть 100Мбит/с или 1Гбит/с В настоящее время в мире насчитывается огромное количество всевозможного сетевого и компьютерного оборудования, позволяющего организовать самые различные компьютерные сети. 33 виды серверов файловые (для хранения общих файлов), серверы баз данных, серверы приложений (обеспечивающие удаленную работу программ на клиентах), web-серверы (для хранения webконтента) и другие. 34 Назначение, задачи компьютерных сетей кодирование и синхронизация электрических (оптических) сигналов, выбор конфигурации физических и логических связей, разработка схем адресации устройств, создание различных способов коммутации, мультиплексирование и демультиплексированием потоков данных, совместное использование передающей среды. 35 Функции, выполняемые драйвером:  ведение очередей запросов;  буферизация данных;  подсчет контрольной суммы последовательности байтов;  анализ состояния ПУ;  загрузка очередного байта данных (или команды) в регистр контроллера ; считывание байта данных или байта состояния ПУ из регистра контроллера Функции, выполняемые контроллером:  преобразование байта из регистра ( порта ) в последовательность бит;  передача каждого бита в линию связи;  обрамление байта стартовым и стоповым битами – синхронизация;  формирование бита четности;  установка признака завершения приема/передачи байта. Связь двух компьютеров Программа, работающая на одном компьютере, не может получить непосредственный доступ к ресурсам другого компьютера — его дискам, файлам, принтеру. Она может только "попросить" об этом другую программу, выполняемую на том компьютере, которому принадлежат эти ресурсы. Эти "просьбы" выражаются в виде сообщений, передаваемых по каналам связи между компьютерами. Такая организация называется удаленной. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРОГРАММНЫХ КОМПОНЕНТОВ Программные клиент и сервер выполняют системные функции по обслуживанию запросов всех приложений компьютера А на удаленный доступ к файлам компьютера В. Чтобы приложения компьютера В могли пользоваться файлами компьютера А, описанную схему нужно симметрично дополнить клиентом для компьютера В и сервером для компьютера А. ЗАДАЧА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПО ЛИНИЯМ СВЯЗИ Эта задача включает:  кодирование и модуляцию данных;  взаимную синхронизацию передатчика одного компьютера с приемником другого;  подсчет контрольной суммы и передача ее по линиям связи после каждого байта или после некоторого блока байтов. В вычислительных сетях применяют как потенциальное, так и импульсное кодирование дискретных данных, а также специфический способ представления данных, который никогда не используется внутри компьютера, — модуляцию. При модуляции дискретная информация представляется синусоидальным сигналом той частоты, которую хорошо передает имеющаяся линия связи. ЗАДАЧИ ФИЗИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ТОПОЛОГИЯ ФИЗИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ Как только компьютеров становится больше двух, возникает проблема выбора конфигурации физических связей или топологии. Под топологией сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют конечные узлы сети (например, компьютеры) и коммуникационное оборудование (например, маршрутизаторы), а ребрам — электрические и информационные связи между ними. ТИПЫ КОНФИГУРАЦИЙ ПОЛНОСВЯЗНАЯ ТОПОЛОГИЯ Полносвязная топология соответствует сети, в которой каждый компьютер непосредственно связан со всеми остальными. Несмотря на логическую простоту, это вариант громоздкий и неэффективный. Действительно, каждый компьютер в сети должен иметь большое количество коммуникационных портов, достаточное для связи с каждым из остальных компьютеров. Для каждой пары компьютеров должна быть выделена отдельная физическая линия связи. Полносвязные топологии в крупных сетях применяются редко, так как для связи N узлов требуется N(N-1)/2 физических дуплексных линий связи, т.е. имеет место квадратичная зависимость. Чаще этот вид топологии используется в многомашинных комплексах или в сетях, объединяющих небольшое количество компьютеров. ЯЧЕИСТАЯ ТОПОЛОГИЯ Ячеистая топология ( mesh1 ) получается из полносвязной путем удаления некоторых возможных связей. Ячеистая топология допускает соединение большого количества компьютеров и характерна для крупных сетей 45 ТОПОЛОГИЯ "КОЛЬЦО" В сетях с кольцевой конфигурацией данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому. Главное достоинство "кольца" в том, что оно по своей природе обладает свойством резервирования связей. Любая пара узлов соединена здесь двумя путями — по часовой стрелке и против. "Кольцо" представляет собой очень удобную конфигурацию и для организации обратной связи — данные, сделав полный оборот, возвращаются к узлу-источнику. Поэтому отправитель в данном случае может контролировать процесс доставки данных адресату. Часто это свойство "кольца" используется для тестирования связности сети и поиска узла, работающего некорректно. В то же время в сетях с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прерывался канал связи между остальными станциями "кольца". 46 ТОПОЛОГИЯ "ЗВЕЗДА" Топология "звезда" образуется в том случае, когда каждый компьютер с помощью отдельного кабеля подключается к общему центральному устройству, называемому концентратором. В функции концентратора входит направление передаваемой компьютером информации одному или всем остальным компьютерам сети. В роли концентратора может выступать как компьютер, так и специализированное устройство, такое как многовходовый повторитель, коммутатор или маршрутизатор. К недостаткам топологии типа "звезда" относится более высокая стоимость сетевого оборудования, связанная с необходимостью приобретения специализированного центрального устройства. Кроме того, возможности наращивания количества узлов в сети ограничиваются количеством портов концентратора. 47 ТОПОЛОГИЯ "ОБЩАЯ ШИНА" Особым частным случаем конфигурации звезда является конфигурация "общая шина". Здесь в роли центрального элемента выступает пассивный кабель, к которому по схеме "монтажного ИЛИ" подключается несколько компьютеров (такую же топологию имеют многие сети, использующие беспроводную связь — роль общей шины здесь играет общая радиосреда). Передаваемая информация распространяется по кабелю и доступна одновременно всем присоединенным к нему компьютерам. 48 СМЕШАННАЯ ТОПОЛОГИЯ Для крупных сетей характерно наличие произвольных связей между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произвольно связанные фрагменты (подсети), имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией 49 АДРЕСАЦИЯ УЗЛОВ СЕТИ При объединении трех и более компьютеров, появляется проблема адресации их сетевых интерфейсов. Один компьютер может иметь несколько сетевых интерфейсов. Для образования физического кольца каждый компьютер должен быть оснащен двумя сетевыми интерфейсами для связи с двумя соседями. Для создания полносвязной структуры из N компьютеров необходимо, чтобы у каждого из них имелся N-1 интерфейс. Адреса могут быть числовыми (например, 129.26.255.255) и символьными (site.domain.ru). Один и тот же адрес может быть записан в разных форматах (в шестнадцатеричном формате — 81.1a.ff.ff). Адреса могут использоваться для идентификации не только отдельных интерфейсов, но и их групп ( групповые адреса). С помощью групповых адресов данные могут направляться сразу нескольким узлам. Во многих технологиях компьютерных сетей поддерживаются так 50 называемые широковещательные адреса. Данные, направленные по такому адресу, должны быть доставлены всем узлам сети. ПЛОСКОЕ АДРЕСНОЕ ПРОСТРАНСТВО Множество всех адресов, которые являются допустимыми в рамках некоторой схемы адресации, называется адресным пространством. Адресное пространство может иметь плоскую (линейную) или иерархическую организацию. В первом случае множество адресов никак не структурировано. 51 ИЕРАРХИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА АДРЕСНОГО ПРОСТРАНСТВА При иерархической схеме адресации адреса организованы в виде вложенных друг в друга подгрупп, которые, последовательно сужая адресуемую область, в конце концов определяют отдельный сетевой интерфейс. Показана трехуровневая структура адресного пространства, при которой адрес конечного узла задается тремя составляющими: идентификатором группы (K), в которую входит данный узел, идентификатором подгруппы (L), идентификатором узла (n), однозначно определяющим его в подгруппе. Иерархическая адресация во многих случаях оказывается более 52 рациональной, чем плоская.