Концепции аппаратных решений
Несмотря на то, что все распределенные системы содержат по нескольку процессоров, существуют различные способы их организации в систему. В особенности это относится к вариантам их соединения и организации взаимного обмена. В этом разделе мы кратко рассмотрим аппаратное обеспечение распределенных систем, в частности варианты соединения машин между собой.
За прошедшие годы было предложено множество различных схем классификации компьютерных систем с несколькими процессорами, но ни одна из них не стала действительно популярной и широко распространенной. Нас интересуют исключительно системы, построенные из набора независимых компьютеров. На рис. все компьютеры разделены на две группы. Системы, в которых компьютеры используют память совместно, обычно называются мультипроцессорами (multiprocessors), а работающие каждый со своей памятью — мультикомпьютерами (multicomputers).
Рис. 1. Различные базовые архитектуры процессоров и памяти распределенных компьютерных систем.
Гомогенные и гетерогенные сети
Распределенных компьютерные системы делятся на гомогенные (homogeneous) и гетерогенные (heterogeneous). Это разделение применяется исключительно к мультикомпьютерным системам.
Гомогенные мультикомпьютерные системы.
Для гомогенных мультикомпьютерных систем характерна одна соединяющая компьютеры сеть, использующая единую технологию. Одинаковы также и все процессоры, которые в основном имеют доступ к одинаковым объемам собственной памяти.
Построить мультикомпьютерную систему относительно несложно. Главная проблема при этом — обеспечение взаимодействия процессоров между собой.
В гомогенных мультикомпьютерных системах, как правило, узлы системы монтируются в большой стойке и соединяются единой высокоскоростной сетью (топология сети может быть, как шинной, так и на основе коммутатора).
Мультикомпьютеры с шинной архитектурой имеют ограниченную масштабируемость.
В коммутируемых мультикомпьютерах сообщения, передаваемые от процессора к процессору, маршрутизируются в соединительной сети. Существует множество топологий, например, квадратные решетки и гиперкубы.
Коммутируемые мультикомпьютерные системы могут быть очень разнообразны. На одном конце спектра лежат процессоры с массовым параллелизмом (MPP) — гигантские суперкомпьютеры содержащие сотни тысяч процессоров и использующие специально-разработанные сверх-высокоскоростные сети. На другом конце спектра обнаруживаются кластеры рабочих станций (COW), основу которых составляют стандартные персональные компьютеры, соединенные посредством коммерческих коммуникационных компонент.
Гетерогенные мультикомпьютерные системы.
Гетерогенные мультикомпьютерные системы могут содержать целую гамму независимых компьютеров, соединенных разнообразными сетями. Так, например, распределенная компьютерная система может быть построена из нескольких локальных компьютерных сетей, соединенных коммутируемой магистралью FDDI или ATM.
Данный тип систем является самым распространенным в современном парке распределенных систем. Компьютеры, входящие в состав системы могут быть крайне разнообразны. Также неоднородной может быть и соединяющая их сеть. Часто гетерогенные системы строятся на основе уже существующих сетей и каналов передачи данных.
Многие крупномасштабные мультикомпьютерные системы нуждаются в глобальном подходе. Это означает, что приложение не может рассчитывать на то, что ему всегда будет доступна определенная производительность или определенные службы. В связи с этим создание приложений для гетерогенных мультикомпьютерных систем требует использования специального программного обеспечения, обеспечивающего нужный уровень прозрачности для разработчика приложений.
6.3. Классификация компьютерных сетей
1. По степени географического распространения компьютерных сетей можно выделить следующие.
Локальные вычислительные сети (ЛВС) – несколько компьютеров объединены в сеть и расположены на незначительном расстоянии друг от друга (в пределах комнаты или здания). В таких сетях не требуется специальных устройств для передачи данных на расстояние.
Глобальные вычислительные сети (ГВС) используют для передачи данных общедоступные каналы для передачи данных (телефонные линии, модемы и др.).
Часто выделяют корпоративные вычислительные сети – это компьютерные сети в рамках одного предприятия, которые характеризуются удаленностью расположения ПЭВМ в сети и, как следствие, наличием скоростных каналов и использованием общедоступных каналов для связи.
Иерархия компьютерных сетей может быть представлена в следующем виде:
2. По степени программной совместимости отдельных ЭВМ, входящих в сеть:
— гомогенные сети – из программно-совместимых ЭВМ;
— гетерогенные сети – из программно-несовместимых ЭВМ.
3. По типу организации передачи данных
2.1. С коммутацией каналов – устанавливается физическая связь непосредственно между абонентами сети. Один из абонентов посылает в канал специальный набор символов, прохождение которых через соответствующие узлы коммутации вызывает установление нужного соединения. После завершения сеанса связь обрывается.
2.2. С коммутацией сообщений – информация, поступающая на узел связи, передаётся в память узла. После этого анализируется адрес получателя. В зависимости от занятости требуемого канала сообщение либо передаётся в память соседнего узла, либо становится для этого в очередь.
2.3. С коммутацией пакетов – перед началом передачи сообщение разбивается на короткие блоки (пакеты) фиксированной длины, которые затем передаются по сети. В пункте назначения пакеты объединяются в целое сообщение.
4. По структуре построения (топологии).
Топология в основном определяется способом физического соединения абонентов – структурой сети связи, указывающей, какие пары узлов могут связываться между собой.
Узел – точка сети, в которой обслуживается пользователь или присоединен коммуникационный канал. Термин узел иногда используется вместо термина рабочая станция.
Топология сети обуславливает её характеристики. Выбор той или иной топологии влияет на:
- состав необходимого сетевого оборудования;
- характеристики сетевого оборудования;
- возможности расширения сети;
- способ управления сетью.
Классическими топологиями ЛВС являются «кольцо», «шина», «звезда». Кольцо –топология ЛВС, в которой каждая рабочая станция соединена с двумя другими рабочими станциями, образуя петлю (кольцо). Данные передаются от одной рабочей станции к другой в одном направлении (по кольцу). Каждый ПК работает как повторитель, ретранслируя сообщения к следующему ПК. При этом данные передаются от одного компьютера к другому как бы по эстафете. Сеть данной топологии имеет хорошо предсказуемое время отклика, определяемое числом рабочих станций. 
Топология «кольцо» Шина–топология ЛВС, к которой все рабочие станции присоединены к единому кабелю. К оконечным контактам кабеля присоединяется оконечная нагрузка (терминатор) – электрическая схема, подавляющая нежелательные отражения сигнала. 
Топология «шина» В такой топологии все станции прослушивают все сообщения в кабеле. Рабочая станция отбирает адресованные ей сообщения, пользуясь адресной информацией, содержащейся в сообщении. До последнего времени шинная топология, как наиболее простая, являлась наиболее распространенной. Звезда– топология, при которой компьютеры объединяются посредством специального устройства, называемого концентратором (hub— хаб). Таким образом, топология «звезда» предполагает присоединение рабочих станций в единой точке. 
Топология «звезда» Выбор топологии.Существует множество факторов, которые необходимо учитывать при выборе наиболее подходящей к данной ситуации топологии. Основные факторы приведены в таблице 6.1.
| Таблица 6.1. | ||
| Сравнение топологий компьютерных сетей | ||
| Топология | Преимущества | Недостатки |
| Шина | Экономный расход кабеля. Сравнительно недорогая и несложная в использовании среда передачи. Простота, надёжность. Легко расширяется. | При значительных объёмах трафика уменьшается пропускная способность сети. Трудно локализовать проблемы. Выход из строя кабеля останавливает работу многих пользователей. |
| Кольцо | Все компьютеры имеют равный доступ. Наличие избыточного соединения позволяет реализовать надежную передачу информации. | Трудно локализовать проблемы. Изменение конфигурации сети требует остановки работы всей сети. |
| Звезда | Легко модифицировать сеть, добавляя новые компьютеры. Централизованный контроль и управление. Выход из строя одного компьютера не влияет на работоспособность сети. | Выход из строя центрального узла выводит из строя всю сеть. |