Конспект по дисциплине ИКТ на тему «Вычислительные комплексы и сети»
Обработка информации при помощи ЭВМ развивается по двум направлениям:
· с использованием вычислительных комплексов;
· с использованием вычислительных сетей.
Вычислительные комплексы служат для повышения производительности и надежности обработки информации. Они объединяют несколько ЭВМ, территориально расположенных в одном месте, и делятся на два типа:
· многомашинные комплексы (несколько самостоятельных ЭВМ, в том числе и резервных, объединенных общим управлением);
· многопроцессорные комплексы (несколько процессоров, работающих с одной общей памятью с различными возможными типами доступа к ней ).
Использование вычислительных комплексов позволяет разделить поставленную задачу на несколько подзадач (если это позволяет сама задача) и решать их параллельно.
Вычислительная или компьютерная сеть (КС) – это совокупность ПО и компьютеров, соединенных с помощью каналов связи и специального сетевого оборудования (см. далее) в единую систему для распределённой обработки данных.
Компьютерные сети могут классифицироваться по разным критериям. Например, по территориальному признаку , т.е. по масштабу охвата территории, сети делят на локальные (LAN – Local Area NetWork), региональные (MAN – Metropolia Area NetWork) и глобальные (WAN – Wide Area NetWork):
— локальные сети, как правило, размещаются в одном здании или на территории одного предприятия (примером локальной сети является локальная сеть в учебном классе);
— региональные сети объединяют несколько предприятий или город (примером сетей такого типа является сеть кабельного телевидения);
— глобальные сети охватывают значительную территорию, часто целую страну или континент, и представляют собой объединение сетей меньшего размера (примером глобальной сети является сеть Интернет).
Информация в сети передаётся по каналам связи, которые могут быть:
· кабельными каналами (телефонный кабель, витая пара, коаксиальный кабель, оптоволоконный кабель);
Для подключения к сети используется специальное оборудование — устройства сопряжения, предназначенные для согласования сигналов внутреннего интерфейса ЭВМ с сигналами сети:
· модемы (при подключении через телефонную сеть);
· сетевые адаптеры (при подключении к одному каналу);
· мультиплексоры (при подключении к нескольким каналам),
Компьютерные сети используются в следующих целях:
· совместного использования ресурсов (данных, оборудования, программ);
· обеспечения надёжного хранения данных (в разных местах);
· для передачи данных между удалёнными друг от друга пользователями.
Взаимодействие в КС происходит по определенным правилам – протоколам, которые обеспечивают подключение к сети разнотипных ЭВМ с различными ОС.
Основные характеристики компьютерных сетей:
· достоверность передачи информации (ошибок/знак);
· надёжность (среднее время безотказной работы в сетях).
Компьютеры сети могут быть серверами и клиентами (рабочими станциями).
Сервер – компьютер, обеспечивающий пользователей сети ресурсами (оборудованием, данными и программами, выполняющими задания пользователей). Серверы могут быть файловыми ( предназначены для хранения и обработки большого объема данных для всех пользователей), выделенными (на них устанавливается общая сетевая ОС и общие внешние устройства – принтеры, модемы, винчестеры т.п.), а также – одновременно файловыми и выделенными.
Клиент – компьютер, через который пользователь получает доступ к сети.
Компьютеры, объединенные в локальную сеть, физически могут располагаться различным образом. Однако порядок их подсоединения к сети определяется топологией – усредненной геометрической схемой соединений узлов сети.
Наиболее распространенными топологиями локальных сетей, в которых передающей средой является кабель, являются кольцо, шина, звезда (рисунки 14, 15 и 16).
Топология кольцо предусматривает соединение узлов сети замкнутым контуром и используется для построения сетей, занимающих чаще всего сравнительно небольшое пространство. Выход одного узла сети соединяется с входом другого. Информация по кольцу передаются от узла к узлу в одном направлении. Каждый промежуточный узел ретранслирует посланное сообщение. Принимающий узел распознает и получает только адресованное ему послание.
Последовательная организация обслуживания узлов сети снижает ее быстродействие, а выход из строя одного из узлов может привести к нарушению функционирования кольца (при отсутствии дополнительного контура).
При топологии шина узлы подключены к одной передающей линии — шине. Они передают свои сообщения по очереди в режиме распределенного по времени интерфейса. Сообщение от каждого узла распространяется по шине в обе стороны. Оно поступает на все узлы, но принимает его только тот узел, которому оно адресовано. Узлы не ретранслируют сообщение, поэтому выход из строя одного узла не приводит к нарушению функционирования сети. Производительность сети зависит от количества узлов в сети (при увеличении количества узлов она уменьшается), так как в каждый момент времени передачу может вести только один узел.
Рисунок 15 — Топология шина
При топологии звезда все устройства сети связаны с центральным узлом, который ретранслирует, коммутирует и маршрутизирует (находит путь от источника к приёмнику) все передаваемые данные. В качестве центрального узла может выступать либо концентратор ( hub ), который передаёт сообщение широковещательно (на все узлы), а воспринимает его только узел — приёмник, либо — коммутатор (switch), который передаёт сообщение только приёмнику (за счет чего повышается пропускная способность).
Данная топология значительно упрощает взаимодействие узлов сети друг с другом, но в то же время работоспособность локальной вычислительной сети зависит от надежности работы центрального узла.
Рисунок 16 — Топология звезда
При построении реальных вычислительных сетей используются эти топологии, а так же их сочетания.