Учебно-методический комплекс дисциплины архитектура ЭВМ 090104. 65 «Комплексная защита объектов информатизации»
|
Скачать 1.92 Mb.
|
|
ТЕМА 3. Типовые вычислительные структуры и программное обеспечение (2 час.) Цели и задачи: Изучить типовые вычислительные структуры и программное обеспечение. Учебные вопросы: Специфика типовых вычислительных структур и программного обеспечения. Понятие мультипроцессорной системы. Память DDR SRAM/ Учебная информация: Типичным представителем мультипроцессорной системы является представленная компанией AMD в начале 2002 МПВС на базе новых процессора Athlon MP и логики AMD-760MPX (MultiProcessor eXtended – мультипроцессорное расширение). Построенная компанией AMD система представляет собой двухпроцессорную МПВС и является основой для построения высокопроизводительных рабочих станций и серверов, нацеленных на обработку больших массивов данных, аудио- и видеопотоков в реальном времени, многозадачность, а также повышенные вычисления с плавающей запятой. Рассматриваемая система представляет собой типичную SMP-систему, т.е. (Symmetric Multiprocessing) систему с симметричной многопроцессорной обработкой. При построении таких систем особое значение для производительности приобретает способ передачи данных от ЦП по системной шине и оптимизация работы системной памяти. В AMD-760MPX эта проблема решается принципу «точка-точка», т.е. каждый из процессоров может напрямую обмениваться данными с северным мостом системной логики (микросхема AMD-762 System Controller). В отличие от схемы с разделяемой шиной, узкое место которой – шина ОЗУ, данное решение минимизирует периоды ожидания в работе системы и исключает простои одного из процессоров, тогда как другой, перегруженный вычислениями, занимает под обмен данными всю полосу пропускания системной шины. Повышению производительности в немалой степени способствует применяемая память DDR SDRAM, общий объем которой может достигать 4 Гбайт, использование которой совместно с 266 МГц системной шиной позволило значительно повысить общую пропускную способность на участке ЦП – северный мост AMD-762. Скорость обмена информацией участке «процессор-память» может достигать максимальной скорости 2,1 Гбайт/c. Использование БИС AMD-768 (Peripheral Bus Controller), позволяет работать с семью устройствами PCI, включая интегрированные Ethernet- и SCSI-контроллеры. Эта же микросхема управляет AC’97-аудиоконтроллером, а также арбитром шины, допуская подключение через соответствующий EIDE-контроллер до восьми внешних устройств с интерфейсом UDMA 33/66/100. Вопросы для самопроверки:
Список литературы:
ТЕМА 4. Системы с конвейерной обработкой данных (1 час.) Цели и задачи: Изучить системы с конвейерной обработкой данных. Учебные вопросы: Специфика систем с конвейерной обработкой данных.Описание работы конвейера. Конвейеризация. Учебная информация: Разработчики архитектуры компьютеров давно начали прибегали к методам проектирования, известным под общим названием «совмещение операций», при котором аппаратура компьютера в любой момент времени выполняет одновременно более одной базовой операции. Этот общий метод включает два понятия: параллелизм и конвейеризацию. Хотя у них много общего и их зачастую трудно различать на практике, эти термины отражают два совершенно различных подхода. При параллелизме совмещение операций достигается путем воспроизведения в нескольких копиях аппаратной структуры. Высокая производительность достигается за счет одновременной работы всех элементов структур, осуществляющих решение различных частей задачи. Конвейеризация (или конвейерная обработка) в общем случае основана на разделении подлежащей исполнению функции на более мелкие части, называемые ступенями, и выделении для каждой из них отдельного блока аппаратуры. Так обработку любой машинной команды можно разделить на несколько этапов (несколько ступеней), организовав передачу данных от одного этапа к следующему. Получаем очевидный выигрыш в скорости обработки за счет совмещения прежде разнесенных во времени операций. Предположим, что в операции можно выделить пять микроопераций, каждая из которых выполняется за одну единицу времени. Если есть одно неделимое последовательное устройство, то 100 пар аргументов оно обработает за 500 единиц. Если каждую микрооперацию выделить в отдельный этап (или иначе говорят - ступень) конвейерного устройства, то на пятой единице времени на разной стадии обработки такого устройства будут находится первые пять пар аргументов, а весь набор из ста пар будет обработан за 5+99=104 единицы времени - ускорение по сравнению с последовательным устройством почти в пять раз (по числу ступеней конвейера). Для иллюстрации работы описанного выше конвейера будем считать, что выполнение типичной команды можно разделить на следующие этапы: выборка команды - IF (по адресу, заданному счетчиком команд, из памяти извлекается команда); декодирование команды / выборка операндов из регистров - ID; выполнение операции / вычисление эффективного адреса памяти - EX; обращение к памяти - MEM; запоминание результата - WB. Работу конвейера можно условно представить, используются временные диаграммы,), на которых обычно изображаются выполняемые команды, номера тактов и этапы выполнения команд. Конвейеризация увеличивает пропускную способность процессора (количество команд, завершающихся в единицу времени), но она не сокращает время выполнения отдельной команды. В действительности, она даже несколько увеличивает время выполнения каждой команды из-за накладных расходов, связанных с управлением регистровыми станциями. Однако увеличение пропускной способности означает, что программа будет выполняться быстрее по сравнению с простой неконвейерной схемой. Конвейеризация эффективна только тогда, когда загрузка конвейера близка к полной, а скорость подачи новых команд и операндов соответствует максимальной производительности конвейера. Если произойдет задержка, то параллельно будет выполняться меньше операций и суммарная производительность снизится. Это связано с тем, что при реализации конвейерной обработки возникают ситуации, которые препятствуют выполнению очередной команды из потока команд в предназначенном для нее такте. Такие ситуации называются конфликтами. Конфликты снижают реальную производительность конвейера, которая могла бы быть достигнута в идеальном случае. Существуют три класса конфликтов: Структурные конфликты, которые возникают из-за конфликтов по ресурсам, когда аппаратные средства не могут поддерживать все возможные комбинации команд в режиме одновременного выполнения с совмещением. Конфликты по данным, возникающие в случае, когда выполнение одной команды зависит от результата выполнения предыдущей команды. Конфликты по управлению, которые возникают при конвейеризации команд переходов и других команд, которые изменяют значение счетчика команд. Конфликты в конвейере приводят к необходимости приостановки выполнения команд (pipeline stall). Обычно в простейших конвейерах, если приостанавливается какая-либо команда, то все следующие за ней команды также приостанавливаются. Команды, предшествующие приостановленной, могут продолжать выполняться, но во время приостановки не выбирается ни одна новая команда. Вопросы для самопроверки:
Список литературы:
ТЕМА 5. Матричные вычислительные системы (1 час.) Цели и задачи: Изучить матричные вычислительные системы. Учебные вопросы: Специфика матричных вычислительных систем. Виды матричных процессоров. Идея многомодальности. Учебная информация: Матричные системы являются наиболее распространенными представителями систем, класса: «один поток команд - множество - потоков данных», которые лучше всего приспособлены для решения задач, характеризующихся параллелизмом независимых объектов или данных. Организация систем подобного типа на первый взгляд достаточно проста. Они имеют общее управляющее устройство, генерирующее поток команд и большое число процессорных элементов, работающих параллельно и обрабатывающих каждая свой поток данных. Таким образом, производительность системы оказывается равной сумме производительностей всех процессорных элементов. Однако на практике, чтобы обеспечить достаточную эффективность системы при решении широкого круга задач необходимо организовать связи между процессорными элементами с тем, чтобы наиболее полно загрузить их работой. Именно характер связей между процессорными элементами и определяет разные свойства системы. Одним из первых матричных процессоров был SОLОМОN. Система SОLOМОN содержит 1024 процессорных элемента, соединены в виде матрицы: 32х32. Каждый процессорный элемент матрицы включает в себя процессор, обеспечивающий выполнение последовательных поразрядных арифметических и логических операций, а также оперативное ЗУ, емкостью 16 Кбайт. Длина слова - переменная от 1 до 128 разрядов. Разрядность слов устанавливается программно. По каналам связи от устройства управления передаются команды и общие константы. В процессорном элементе используется, так называемая, много модальная логика, которая позволяет каждому процессорному элементу выполнять или не выполнять общую операцию в зависимости от значений обрабатываемых данных. В каждый момент все активные процессорные элементы выполняют одну и ту же операцию над данными, хранящимися в собственной памяти и имеющими один и тот же адрес. Идея многомодальности заключается в том, что в каждом процессорном элементе имеется специальный регистр на 4 состояния - регистр моды. Мода (модальность) заносится в этот регистр от устройства управления. При выполнении последовательности команд модальность передается в коде операции и сравнивается с содержимом регистра моды. Если есть совпадения, то операция выполняется. В других случаях процессорный элемент не выполняет операцию, но может, в зависимости от кода, пересылать свои операнды соседнему процессорному элементу. Такой механизм позволяет выделить строку или столбец процессорных элементов, что очень полезно при операциях над матрицами. Взаимодействуют процессорные элементы с периферийным оборудованием через внешний процессор. Вопросы для самопроверки:
Список литературы:
ТЕМА 6. Ассоциативные вычислительные системы (1 час.) Цели и задачи: Изучить ассоциативные вычислительные системы. Учебные вопросы: Специфика ассоциативные вычислительные системы. Что включают в себя ассоциативные системы.УУ,АЗУ,ЗУ,ОЗУ. Учебная информация: Ассоциативные системы относятся к классу: «один поток команд - множество потоков данных». Эти системы, как и матричные, включают большое число операционных устройств, способных одновременно по командам управляющего устройства вести обработку нескольких потоков данных, но эти системы существенно отличаются от матричных способами формирования потоков данных. Если в матричных системах данные поступают на обработку от общих ОЗУ или других адресных ЗУ или вводятся в систему, то в ассоциативных вычислительных системах информация на обработку поступает от ассоциативных запоминающих устройств (АЗУ), характеризующиеся тем, что информация в них выбирается не по определенному адресу, а по ее содержанию. Ассоциативное ЗУ включает в себя: устройство управления (УУ), запоминающий массив, регистр ассоциативных признаков (РгАП), регистр маски (РгМ), регистр индикаторов адреса с схемами сравнения на входе. В АЗУ могут быть и другие элементы. Выборка информации из АЗУ происходит следующим образом: в РгАП передается код признака искомой информации. Код может иметь произвольное число разрядов, от 1 до m (m-максимальное число разрядов). Если код признака используется полностью, то он без изменения поступает на схему сравнения. Если же необходимо использовать только часть кода, то ненужные разряды маскируются с помощью РгМ. Перед началом поиска информации в АЗУ все разряды регистра индикаторов адреса устанавливаются в единичное состояние. После этого производится опрос первого разряда всех ячеек запоминающего массива, и содержимое сравнивается со значением 1-го разряда регистра ассоциативных признаков. Если содержимое разряда запоминающего массива не совпадает с содержимым разряда регистра ассоциативных признаков, то в соответствующую ячейку регистра индикатора адреса заносится “0”, в противном случае состояние не меняется (остается “1”). Затем эта операция повторяется с вторым, третьим разрядом и так до последнего. После поразрядного опроса и сравнения в единичном состоянии останутся те разряды регистра индикаторов адреса, которые соответствуют ячейкам, содержащим информацию, совпадающую с записанной в регистр ассоциативных признаков. Эта информация затем считывается в последовательности, определенной в УУ. Очевидно, что время поиска информации в запоминающем массиве по ассоциативному признаку зависит только от числа разрядов признака и от скорости опроса разрядов, но совершенно не зависит от числа ячеек запоминающего массива, поскольку при опросе анализируются все ячейки. Этим и определяется главное преимущество ассоциативных ЗУ, по сравнению с традиционными адресными ЗУ при операции поиска, в которых необходим перебор всех ячеек запоминающего массива. Запись новой информации в запоминающий массив АЗУ производится без указания номера ячейки. Обычно один из разрядов в каждой ячейке используется для указания ее занятости. В этом случае при записи в АЗУ новой информации устанавливается признак “0” в соответствующем разряде регистра ассоциативных признаков и определяются все ячейки запоминающего массива, которые свободны для записи информации. В одну из этих ячеек УУ и записывает информацию. Не редко АЗУ строится таким образом, что кроме ассоциативной допускается и прямая адресация данных, что представляет определенные удобства при работе с периферийными устройствами. Запоминающие элементы АЗУ в отличие от элементов адресных ЗУ должны не только хранить информацию, но и выполнять определенные логические функции, которые позволяют осуществлять поиск не только по равенству содержимого ячейки заданному признаку, но и по другим условиям, а именно: содержимое ячейки больше признака, меньше или равно. Оперативные АЗУ способны формировать несколько потоков идентичной информации, которая обрабатывается большим числом операционных устройств. На основе ассоциативной памяти легко реализуется изменение места порядка расположения информации. Благодаря этому АЗУ является эффективным средством формирования набора данных в высокопроизводительных системах. Использование таких систем на практике показало, что они эффективны при решении задач обработки радиолокационной информации, распознавания образов, обработки различных снимков и других. Вопросы для самопроверки:
Список литературы:
ТЕМА 7. Принципы векторной обработки (1 час.) Цели и задачи: Изучить принципы векторной обработки. Учебные вопросы: Специфика принципы векторной обработки. Алгоритмы Флинна. Векторно-конвейерная система. Учебная информация: Принцип векторной обработки основан на существовании значительного класса задач использующих операции над векторами. Алгоритмы этих задач в соответствии с терминологией Флинна относятся к классу «одиночный поток команд – множественный поток данных». Реализация операций обработки векторов на скалярных процессорах с помощью обычных циклов ограничивает скорость вычислений по следующими причинам. Перед каждой скалярной операцией необходимо вызывать и декодировать скалярную команду. Для каждой команды необходимо вычислять адреса элементов данных Данные должны вызываться из памяти, а результаты запоминаться в памяти. В больших ЭВМ память выполняется, как правило, в виде набора модулей, доступ к которым может осуществляться одновременно. В условиях когда каждая команда вырабатывает свой собственный запрос к памяти, такой раздробленный доступ может стать причиной возникновения конфликтов обращения к памяти, препятствующих эффективному использованию ее потенциальной пропускной способности. Необходимо осуществлять упорядочение выполнения операций в функциональных устройствах. В целях увеличения производительности эти устройства строятся по конвейерному принципу. Эффективному использованию конвейерных устройств препятствует последовательная “природа” оператора цикла. Реализация команд построения циклов (счетчик и переход) сопровождается накладными расходами. Кроме того, наличие в цикле команды перехода препятствует эффективному использованию принципа опережающего просмотра. Влияние перечисленных отрицательных факторов уменьшается при введении векторных команд, с помощью которых задается одна и та же операция над элементами одного или нескольких векторов, и организации, системы, которая обеспечивает эффективное исполнение таких команд. Этот подход реализуется в системах двух типов: матричных и векторно-конвейерных. В матричной системе исполнение векторной команды включает чтение из памяти элементов векторов, распределение их по процессорам, выполнение заданной операции и засылку результатов обратно в память. В векторно-конвейерной системе выполнение векторной команды осуществляется путем засылки элементов векторов в конвейер с интервалом, равным длительности прохождения одной, стадии обработки. При этом скорость вычислений зависит только от длительности стадии и не зависит от задержек в процессоре в целом. Оба подхода в принципе позволяют достичь значительного ускорения по сравнению со скалярными машинами. Более того, ускорение в системах матричного типа может быть больше, чем в конвейерных, поскольку увеличить число процессорных элементов проще, чем число ступеней в конвейерном устройстве. В настоящее время созданы и успешно применяются системы обоих типов. Вопросы для самопроверки:
Список литературы:
РАЗДЕЛ 3. Сети ЭВМ (3 час.) ТЕМА 1. Общие понятия. Классификация (1 час.) Цели и задачи: Изучить сети ЭВМ. Учебные вопросы: Специфика сетей ЭВМ. Общие понятие. Классификация. Что такое сеть. Учебная информация: Сеть – это совокупность объектов, образуемых устройствами передачи и обработки данных. Международная организация по стандартизации определила вычислительную сеть как последовательную бит-ориентированную передачу информации между связанными друг с другом независимыми устройствами. По территориальному признаку разделяются на: локальные вычислительные сети (ЛВС) или Local Area Network (LAN), расположенные в одном или нескольких близко расположенных зданиях. ЛВС обычно размещаются в рамках какой-либо организации (корпорации, учреждения), поэтому их называют корпоративными; распределенные компьютерные сети, глобальные или Wide Area Network (WAN), расположенные в разных зданиях, городах и странах. В зависимости от этого глобальные сети бывают четырех основных видов: городские, региональные, национальные и транснациональные. В качестве примеров распределенных сетей очень большого масштаба можно назвать: Internet, EUNET, Relcom, FIDO; Вопросы для самопроверки:
Список литературы:
ТЕМА 2. ЛВС и компоненты ЛВС (1 час.) Цели и задачи: Изучить ЛВС и компоненты ЛВС. Учебные вопросы: Специфика ЛВС и компоненты ЛВС. Локальная вычислительная сеть. Учебная информация: ЛВС (локальная вычислительная сеть) – это совокупность компьютеров, каналов связи, сетевых адаптеров, работающих под управлением сетевой операционной системы и сетевого программного обеспечения. Основной особенностью ЛВС является низкая территориальная распределенность ЭВМ (в пределах знания, предприятия и т.д.). Чаще всего ЛВС являются элементами более крупномасштабных образований. В ЛВС каждый ПК называется рабочей станцией, за исключением одного или нескольких компьютеров, которые предназначены для выполнения функций сервера. Каждая рабочая станция и сервер оснащены сетевыми картами (адаптерами), которые посредством физических каналов соединяются между собой. В дополнение к локальной ОС на каждой рабочей станции активизируется сетевое ПО (сетевые службы), позволяющее организовывать ее взаимодействие с другими станциями и сервером. Аналогичным образом, на сервере активизируется сетевое ПО, позволяющее ему взаимодействовать с рабочими станциями и другими серверами. Основные компоненты вычислительной сети В компьютерной сети можно выделить три основных аппаратных компонента и два программных. Для корректной и согласованной работы устройств в сети они должны быть правильно инсталлированы и настроены. Основными аппаратными компонентами сети являются: абонентские системы: компьютеры (рабочие станции или клиенты и серверы); принтеры; сканеры и др. сетевое оборудование: сетевые адаптеры; концентраторы (хабы); мосты; маршрутизаторы и др. коммуникационные каналы: кабели; разъемы; устройства передачи и приема данных в беспроводных технологиях. Основными программными компонентами сети являются: сетевые ОС, например, Microsoft Windows NT; Novell NetWare; Unix; Linux и т.д. сетевое ПО (Сетевые службы): клиент сети; протокол; служба удаленного доступа, драйвер сетевого адаптера и др. Рабочая станция Рабочая станция (workstation) – это абонентская система, специализированная для решения определенных задач пользователя и использующая сетевые ресурсы. К сетевому программному обеспечению рабочей станции относятся следующие службы: клиент для сетей; служба доступа к файлам и принтерам; сетевые протоколы для данного типа сетей; драйвер сетевого адаптера; контроллер удаленного доступа. В отличие от автономного ПК рабочая станция: оснащается сетевым адаптером и каналом связи; перед началом работы на рабочей станции необходимо выполнить процедуру входа в сеть; после подключения рабочей станции к ЛВС появляются дополнительные сетевые дисковые накопители и появляется возможность использования удаленного оборудования. Сервер Сервер – это компьютер, предоставляющий свои ресурсы (диски, принтеры, каталоги, файлы и т.п.) другим пользователям сети. Кроме своей первичной функции (предоставление ресурсов), сервер может выполнять ряд дополнительных функций: функции маршрутизации, аутентификации и контроля доступа пользователей и т.д. По мере усложнения возлагаемых на серверы функций и увеличения числа обслуживаемых ими клиентов происходит все большая специализация серверов. Существует множество типов серверов: первичный контроллер домена, сервер, на котором хранится база бюджетов пользователей и поддерживается политика защиты; вторичный контроллер домена, сервер, на котором хранится резервная копия базы бюджетов пользователей и политики защиты; универсальный сервер, предназначенный для выполнения несложного набора различных задач обработки данных в локальной сети; сервер базы данных, выполняющий обработку запросов, направляемых базе данных; proxy-сервер, необходимый для организации доступа пользователей ЛВС в Internet; web-сервер, предназначенный для предоставления гипертекстовой информации; почтовый сервер, предоставляющий сервис электронной почты и т.д. Сетевое оборудование Для подключения рабочей станции к информационной сети требуется устройство сопряжения, которое называют сетевым адаптером (модулем или картой). Сетевой адаптер устанавливается в PCI- или ISA-разъем материнской платы. Современный материнские могут оснащаться встроенным сетевым адаптером. Сетевые адаптеры вместе с сетевым программным обеспечением способны распознавать и обрабатывать ошибки, которые могут возникнуть из-за электрических помех, коллизий или плохой работы оборудования. Различные типы сетевых адаптеров отличаются не только методами доступа к каналу связи и протоколами, но еще и следующими параметрами (на все эти параметры следует обращать внимание при выборе адаптеров): скорость передачи; объем буфера для пакета; тип шины; быстродействие шины; совместимость с различными микропроцессорами; использованием прямого доступа к памяти (DMA); адресация портов ввода/вывода и запросов прерывания; конструкция разъема. Если для построения локальных связей между компьютерами используются различные виды кабельных систем, сетевые адаптеры, концентраторы и повторители, то для связей между сегментами ЛВС используются концентраторы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы, а для подключения ЛВС к глобальным сетям могут используются: специальные выходы (WAN–порты) мостов и маршрутизаторов; аппаратура передачи данных по длинным линиям – модемы; устройства подключения к цифровым каналам (TA – терминальные адаптеры сетей ISDN, устройства обслуживания цифровых выделенных каналов типа CSU/DSU и т.п.). Сетевая операционная система Сетевая операционная система (Network Operating System – NOS) – это операционная система со встроенными или надстроенными сетевыми функциями, обеспечивающая доступ рабочей станции в информационную сеть. Сетевая операционная система необходима для управления потоками сообщений между рабочими станциями и серверами. Она является прикладной платформой, предоставляет разнообразные виды сетевых служб и поддерживает работу прикладных процессов, реализуемых в сетях. Сетевая ОС определяет группу протоколов, обеспечивающих основные функции сети. К ним относятся: адресация объектов сети; функционирование сетевых служб; обеспечение безопасности данных; управление сетью. Сетевое программное обеспечение Клиент для сетей обеспечивает связь с другими компьютерами выбранного вида сети, а также доступ к файлам и принтерам. Драйвер сетевой карты является программной, организующей связь ОС с сетевым адаптером. Протоколы используются для установления правил обмена информацией в сетях. Служба удаленного доступа позволяет делать файлы и принтеры доступными для компьютеров в сети. Вопросы для самопроверки:
Список литературы:
ТЕМА 3. Глобальная вычислительная сеть Internet (1 час.) Цели и задачи: Изучить глобальную вычислительную сеть Internet. Учебные вопросы: Специфика глобальной вычислительной сети Internet. Что такое интернет. Учебная информация: Интернет – сеть виртуальных сетей Интернет является сетью виртуальных сетей. У нас первые ЭВМ, подключенные в Internet появились в 1991 году. Начиная с 1994 года Internet в Россия стал активно развиваться. Это произошло прежде всего потому, что созрели условия - в различных учреждениях (сначала научных, а затем коммерческих и государственных) и у частных лиц оказались сотни тысяч персональных ЭВМ. К этому же времени в мире стала формироваться сеть депозитариев, доступных через анонимный доступ (FTP), а несколько позднее и WWW-серверов. Современный Интернет объединяют в единое целое многие десятки (а может быть уже и сотни) тысяч локальных сетей по всему миру, построенных на базе самых разных физических и логических протоколов (Ethernet, Token Ring, ISDN, X.25, Frame Relay, Arcnet и т.д.). Эти сети объединяются друг с другом с помощью последовательных каналов (протоколы SLIP, PPP), сетей типа FDDI (часто используется и в локальных сетях), ATM, SDH(Sonet) и многих других. В самих сетях используются протоколы TCP/IP (Интернет), IPX/SPX (Novell), Appletalk, Decnet, Netbios и бесконечное множество других, признанных международными, являющихся фирменными и т.д. Картина будет неполной, если не отметить многообразие сетевых программных продуктов (Windows NT, MS Windows-97, Netware, Multinet, Lantastic и пр.). На следующем уровне представлены разнообразные внутренние (RIP, IGRP, OSPF) и внешние (BGP, IS-IS и т.д.) протоколы маршрутизации и маршрутной политики, конфигурация сети и задание огромного числа параметров, проблемы диагностики и сетевой безопасности. Немалую трудность может вызвать и выбор прикладных программных средств (Netscape, MS Internet Explorer и пр.). В последнее время сети внедряются в управление (CAN), сферу развлечений, торговлю, происходит соединение сетей Интернет и кабельного телевидения. Что явилось причиной стремительного роста сети Интернет? Создатели базовых протоколов (TCP/IP) заложили в них несколько простых и эффективных принципов: инкапсуляцию пакетов, фрагментацию/дефрагментацию сообщений и динамическую маршрутизацию путей доставки. Именно эти идеи позволили объединить сети, базирующиеся на самых разных операционных системах (Windows, Unix, Sunos и пр.), использующих различное оборудование (Ethernet, Token Ring, FDDI, ISDN, ATM, SDH и т.д.) и сделать сеть нечувствительной к локальным отказам аппаратуры. Огромный размер современной сети порождает ряд серьезных проблем. Любое усовершенствование протоколов должно проводиться так, чтобы это не приводило к замене оборудования или программ во всей или даже части сети. Достигается это за счет того, что при установлении связи стороны автоматически выясняют сначала, какие протоколы они поддерживают, и связь реализуется на общем для обеих сторон наиболее современном протоколе (примером может служить использование расширения протокола smtp - MIME). В кабельном сегменте современной локальной сети можно обнаружить пакеты TCP/IP, IPX/SPX (Novell), Appletalk, которые успешно сосуществуют. Проектировщикам и создателям сетей приходится учитывать многие десятки факторов при выборе того или иного типа сети, сетевого оборудования, операционной системы (UNIX, MS-DOS, IRIS, Windows-NT, SOLARIS или что-то еще), программного обеспечения, внешние каналов связи (выделенный канал, коммутируемая телефонная сеть, цифровая сеть, радио или спутниковый канал) и в конце концов сервис-провайдера. За всем этим стоят как технологические проблемы, так и финансовые трудности, тяжелый выбор между дешевой и хорошей сетью. Каждая из сетей, составляющих Интернет, может быть реализована на разных принципах, это может быть Ethernet (наиболее популярное оборудование), Token Ring (вторая по популярности сеть), ISDN, X.25, FDDI или Arcnet. Все внешние связи локальной сети осуществляются через порты-маршрутизаторы (R). Если в локальной сети использованы сети с разными протоколами на физическом уровне, они объединяются через специальные шлюзы (например, Ethernet-Fast_Ethernet, Ethernet-Arcnet, Ethernet-FDDI и т.д.). Выбор топологии связей определяется многими факторами, не последнюю роль играет надежность. Использование современных динамических внешних протоколов маршрутизации, например BGP-4, позволяет автоматически переключаться на один из альтернативных маршрутов, если основной внешний канал отказал. Поэтому для обеспечения надежности желательно иметь не менее двух внешних связей. Сеть LAN-6 при выходе из строя канала R2-R6 окажется изолированной, а узел LAN-7 останется в сети Интернет даже после отказа трех внешних каналов. Широкому распространению Интернет способствует возможность интегрировать самые разные сети, при построении которых использованы разные аппаратные и программные принципы. Достигается это за счет того, что для подключения к Интернет не требуется какого-либо специального оборудования (маршрутизаторы это ЭВМ). Некоторые протоколы из набора TCP/IP (ARP, SNMP) стали универсальными и используются в сетях, построенных по совершенно иным принципам. Каналы связи Наибольшей популярностью пользуются каналы связи, использующие городскую коммутируемую телефонную сеть, для этого нужны модемы - по одному на каждой из сторон канала (рис. 4.3. А). Традиционные модемы могут обеспечить при хорошем качестве коммутируемой аналоговой телефонной сети пропускную способность до 56 Кбит/с (кабельные широкополосные модемы при длине соединения порядка 2км могут обеспечить 2 Мбит/с). Привлекательность такого решения заключается в возможности подключения к любому узлу, имеющему модемный вход. Наиболее широко указанный метод связи используется для подключения к узлам Интернет домашних ЭВМ. Недостатком такого решения является низкая надежность канала (особенно в России), малая пропускная способность и необходимость большого числа входных телефонных каналов и модемов. Использование выделенной 2- или 4-проводной линии обеспечивает большую надежность и пропускную способность (до 256 кбит/с при длинах канала < 10 км). Но и здесь на каждый вход требуется отдельный модем, да и скоростные модемы, работающие на выделенную линию, относительно дороги. Выделенные линии чаще служат для межсетевого соединения . Функциональным аналогом выделенных линий являются оптоволоконные, спутниковые и радио-релейные каналы. Этот вариант позволяет строить сети с пропускной способностью в несколько 1-100 Мбит/с и более. Привлекательные возможности предлагают цифровые сети ISDN. Здесь можно использовать групповые телефонные номера, когда пара модемов обслуживает 10 и более пользователей (ведь они работают, как правило, не все одновременно). Кроме того, ISDN предлагает пользователям каналы с пропускной способностью не ниже 64кбит/c, а при необходимости возможно формирование и более широкополосных каналов. ISDN позволяет делить один и тот же канал между многими пользователями для передачи данных, факсов и телефонных переговоров. К недостаткам системы следует отнести ограниченность ширины окна (число переданных пакетов без получения подтверждения приема), что делает неэффективным использование широкополосных и особенно спутниковых каналов. В области межсетевых связей свою нишу занимает Frame Relay. Этот протокол имеет контроль перегрузок, работающий на аппаратном уровне Показана схема построения сети с использованием исключительно соединений типа точка-точка. Это наиболее часто встречающийся, но не единственный вариант. При построении крупных общенациональных и интернациональных сетей применяются сверхширокополосные каналы и схемы типа опорной сети (backbone). Узлы такой сети могут располагаться в каких-то крупных организациях или быть самостоятельными (принадлежать государственным PTT). Такие сети обычно базируются на протоколах SDH (Sonet). Информация в этих сетях передается в виде больших блоков (виртуальных контейнеров). Использование опорной сети обычно оправдано при организации интернациональных связей, но бывают и исключения. Контейнер может содержать сообщения, адресованные разным получателям, что несколько противоречит идеологии протоколов TCP/IP. IP-пакеты могут вкладываться в эти контейнеры и транспортироваться до заданного узла опорной сети. Классическим примером опорной сети является E-bone (Европейская опорная сеть). Эта сеть объединяет 27 стран (России в этом списке нет) и более 60 сервис-провайдеров, пропускная способность для различных участков лежит в пределах 2-34Мбит/с. Опорная сеть подобна международной автомагистрали, по ней добираются до ближайшего к точке назначения узла, а далее по 'проселочным' каналам до конечного адресата. Резкое увеличение передаваемых объемов информации в локальных и региональных сетях привело к исчерпанию имеющихся ресурсов, а реальные прогнозы потребностей указывают на продолжение роста потоков в десятки и сотни раз. Единственной технологией, которая способна удовлетворить эти потребности, являются оптоволоконные сети (Sonet, SDH, ATM, FDDI, Fiber Channel). Каналы этих сетей уже сегодня способны обеспечить пропускную способность 155-622 Мбит/с, ведутся разработки и испытания каналов с пропускной способностью в 2-20 раз больше, например, гигабитного ethernet. Осваивается техника мультиплексирования частот в оптоволокне (WDM), что позволяет поднять его широкополосность в 32 раза и в перспективе довести быстродействие каналов до 80 Гбит/с и более. По мере роста пропускной способности возрастают проблемы управления, синхронизации и надежности. Практически все сети строятся сегодня с использованием последовательных каналов. Это связано прежде всего со стоимостью кабелей, хотя и здесь существуют исключения (например, HIPPI). Разные сетевые услуги предъявляют разные требования к широкополосности канала. На рис. 4.4 представлены частотные диапазоны для основных видов телекоммуникационных услуг. В Интернет практически все перечисленные услуги доступны уже сегодня (кроме ТВ высокого разрешения). Протоколы Интернет (TCP/IP) существуют уже около 30 лет. Требования к телекоммуникационным каналам и услугам выросли, и этот набор протоколов не удовлетворяет современным требованиям. Появляются новые протоколы Delta-t (для управления соединением), NetBLT (для передачи больших объемов данных), VMTP (для транзакций; RFC-1045) и XTP для повышения эффективности передачи данных (замена TCP), блоки протоколов для работы с мультимедиа (RTP, RSVP, PIM, ST-II и пр.), но, безусловно, наиболее революционные преобразования вызовет внедрение IPv6. Вопросы для самопроверки:
Список литературы:
 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ)  Школа естественных наук |
Похожие:
 |
Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Защита информационных процессов в компьютерных системах 090104. 65 – Комплексная защита объектов информатизации Форма подготовки... |
 |
Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Системы и сети связи 090104. 65 – Комплексная защита объектов информатизации Форма подготовки очная |
|
Учебно-методический комплекс дисциплин по дисциплине «Веб-дизайн» По дисциплине «Веб-дизайн» 090104. 65 – Комплексная защита объектов информатизации Форма подготовки очная |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «защита прав потребителей» Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «Практикум на эвм» Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного стандарта высшего профессионального образования... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «технология и комплексная... Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины информатика и ЭВМ в психологии... Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «организационное поведение» Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «Торговое оборудование» Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «Русский язык и культура речи» Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «Системное программное обеспечение» Учебно-методический комплекс дисциплины составлен на основании требований государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «Релейная защита и автоматизация» Целью изучения дисциплины является подготовка инженеров в области релейной защиты и автоматики систем электроснабжения |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины Учебно-методический комплекс дисциплины составлен на основании государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины Учебно-методический комплекс дисциплины составлен на основании государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Учебно-методический комплекс дисциплины составлен на основании требований государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «римское право» Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... |