Архитектура Основные принципы построения сложной системы компьютера компьютерной

Архитектура Основные принципы построения сложной системы: компьютера, компьютерной сети, базы данных и др. Например: Архитектура компьютерных сетей. Архитектура программного обеспечения. «Знание нескольких принципов освобождает от запоминания множества фактов» . Кравец Валерий Алексеевич

Содержание курса: Ø Общие принципы построения вычислительных сетей Ø Основы передачи дискретных данных Ø Базовые технологии локальных сетей Ø Построение локальных сетей на основе стандартов физического и канального уровней Ø Сетевой уровень как средство построения больших сетей Ø Глобальные сети

Используемая литература: 1. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 4 -е изд. / В. Г. Олифер, Н. А. Олифер. – СПб. : «Питер» , 2010. – 944 с. : ил. 2. Основы компьютерных сетей. Учебное пособие. 1 -е изд. / В. Г. Олифер, Н. А. Олифер. – СПб. : «Питер» , 2009. – 352 с. : ил. 3. Программа сетевой академии Cisco CCNA части 1, 2; 3, 4. : Пер. с англ. – М. : ООО «И. Д. Вильямс» , 2007. – 1168 с. ; 994 с. CCNA – Cisco Certified Network Associate. 4. Б. С. Гольдштейн, Н. А. Соколов, Г. Г. Яновский. Сети связи: Учебник для ВУЗов. СПб. : БХВ-Петербург, 2011. - 400 с. , илл.

Глобальная информационная инфраструктура: Термин «Компьютерная сеть» можно рассматривать с двух точек зрения. Вопервых, как самостоятельный объект, представляющий собой комплекс технических средств, предназначенных для обмена информацией. Во-вторых, компьютерная сеть – один из важнейших компонентов глобальной информационной инфраструктуры (ГИИ). Глобальная информационная инфраструктура рассматривается как совокупность сетей связи (телефонных, компьютерных, мобильных, спутниковых и т. п. ), оборудования пользователей, информационных и людских ресурсов.

Эволюция компьютерных сетей Эволюция телекоммуникаций Эволюция вычислительной техники Эволюция компьютерных сетей n Компьютерные сети являются логическим результатом эволюции компьютерных и телекоммуникационных технологий

• Компьютерная сеть – совокупность компьютеров, периферийных устройств, сетевых устройств и компьютерных программ, связанных между собой кабелями или радиоволнами

Заблуждения в вопросах развития информационных технологий • • Такое устройство, как телефон имеет слишком много недостатков, чтобы рассматривать его, как средство связи. Поэтому считаю, что данное изобретение не имеет никакой ценности. (1876 г. , из обсуждений в компании Western Union) Эта музыкальная коробка без проводов не может иметь никакой коммерческой ценности. Кто будет оплачивать послания, не предназначенные для какой то частной персоны? ( 1920 г. , партнеры ассоциации David Sarnoff в ответ на его предложение инвестировать проект создания радио). Думаю, что на мировом рынке мы найдем спрос для пяти компьютеров. (1943 г. , Томас Ватсон – директор компании IBM) В будущем компьютеры будут весить не более чем 1, 5 тонн. (1949 г. , Popular Mechanics) Я изъездил всю эту страну, общался с умнейшими людьми и я могу вам ручаться в том, что обработка данных является лишь причудой, мода на которую продержится не более года. (1957 г. , редактор издательства Prentice Hall) Но, что может быть полезного в этой штуке? (1968 г. , вопрос на обсуждении создания микрочипа в Advanced Computing System Division of IBM) Ни у кого не может возникнуть необходимость иметь компьютер в своем доме. (1977 г. , Ken Olson - основатель и президент корпорации Digital Equipment Corp. ) 640 КБ должно быть достаточно для каждого. (1981 г. , Bill Gates)

Первые ламповые компьютеры Начало 40 -х Первые компьютеры на полупроводниковых схемах (транзисторах). Середина 50 -х Первые компьютеры на интегральных схемах. Первые мультипрограммные ОС. Середина 60 -х Первые глобальные связи компьютеров (передача дискретных данных между компьютерами). Конец 60 -х Начало передач по телефонным сетям голоса в цифровой форме. Конец 60 -х Появление больших интегральных схем. Первые миникомпьютеры. Получено сверчхистое стекло. Создание оптического кабеля Первые нестандартные локальные сети. Появление персональных компьютеров. (Apple – 1977 г; IBM – 1981 г. ) Создание Internet в современном виде. Установка на всех узлах стека TCP/IP. Появление стандартных технологий локальных сетей. Начало коммерческого использования Internet. Начало 70 -х Конец 70 -х Начало 80 -х Ethernet – 1980 г. ; FDDI -1985 г. Конец 80 -х

Изобретение Web. Украина получила домен. ua. Начало эпохи украинского Интернета 1991 1 декабря 1992 г. В НТУ «ХПИ» установлена первая локальная сеть с выходом в Интернет 1993 г. НТУ «ХПИ» определен региональным центром научнообразовтнельной компьютерной сети Украины (URAN) 1997 г.

Поколен ие 1 -е (19461959) Элементн ая база Электрон ные лампы Быстрод ействие 10 -20 тыс. операций /сек Программное обеспечение Машинные языки Применение Примеры Расчетные задачи ЭНИАК (США), МЭСМ, УРАЛ), Минск 1 (СССР 2 -е (19601969) Полупров 100 -500 одники тыс. операций /сек Алгоритмичес кие языки, диспетчерские системы, пакетный режим Инженерные, IВМ 701 (США), научные, БЭСМ-6, М-220, экономическ Минск-22 (СССР) ие задачи 3 -е (19701979) Интеграль ные микросхе мы Операционные системы, режим разделения времени АСУ, САПР, IBM 360 (США), научно. ЕС 1030, технические 1060 (СССР) задачи 4 -е СБИС, (1980 - микропро наст. цессоры время) Порядка 1 млн операций /сек Десятки Базы и банки Управление, ПЭВМ и сотни данных, базы коммуникаци млн. знаний и, АРМ, операций обработка /сек текстов, графика, ЭС

Эволюция сетей передачи данных (сетей документальной электросвязи; компьютерных сетей) Прогресс ВТ породил новый вид электросвязи - передачу данных. Подход к построению сети базируется на принципе коммутации пакетов. Техника коммутации пакетов, развитая в 70 -х годах ХХ века, основана на разделении сообщений, подлежащих передаче, на множество пакетов или ячеек. Перед передачей к пункту назначения каждый пакет дополняется заголовком. В заголовке пакета указывается его порядковый номер и адрес пункта назначения, а также другая сигнальная информация. Последовательность пакетов, принадлежащих одному сообщению, определяется как логический канал. Коммутация пакетов делает возможной организацию определенного количества логических каналов в одной линии передачи. При достижении очередного узла сети пакеты вначале накапливаются, а затем поступают в коммутатор пакетов. Коммутатор считывает адрес пункта назначения из заголовка пакета и напрвляет пакет к следующему узлу в соответствии с выбранным маршрутом и правилами приоритетного обслуживания.

Эволюция сетей передачи данных А Рис. Принцип коммутации пакетов Сеть, в которой пакеты одного логического канала на пути к пункту назначения проходят разными путями, называются сетью не ориентированной на соединение, а режим транспортировки пакетов получил название датаграммного режима. Альтернативный подход к построению сетей с коммутацией пакетов в выделении одного и того же пути для последовательности пакетов связанной с одним и тем же логическим каналом. Тогда пакеты достигают пункта назначения в правильном порядке, в соответствии с их номерами. Такие сети называются сетями, ориентированными на соединение, а путь передачи пакетов одного сообщения называется виртуальным каналом.

Эволюция сетей передачи данных Сети с коммутацией пакетов используются для передачи данных и речи в сетях всех видов – локальных сетях (Local Area Network, LAN), городских сетях (Metropolitan Area Network, MAN) и территориально распределенных сетях (Wide Area Network, WAN). Для реализации процессов транспортировки в таких сетях должны быть определены специальные протоколы, в которых описываются правила инициирования вызовов, установления логических соединений и обмена данными между элементами сетей. Известны четыре наиболее широко используемых протокола для передачи информации в сетях с коммутацией пакетов – протокол Х. 25, протокол Frame Relay, протокол АТМ и протокол IP.

История создания компьютерных сетей История компьютерных сетей начиналась в Агенстве перспективных исследовательских проектов (ARPA), созданном в 1958 году под эгидой Министерства обороны США. В середине 60 -х годов проблемами связи между компьютерами занимались и специалисты Национальной физической лаборатории (NPL ) в Англии. Работы лаборатории ARPA и NPL привели к развитию двух методов коммутации пакетов – метод датаграмм (П. Бэрен (ARPA)) и метода виртуальных соединений (Д. Дэвис (NPL)). Метод коммутации пакетов предложенный Дэвисом, был стандартизован Международным институтом электросвязи (ITU) в 1976 году в виде Рекомендации Х. 25 и рекомендован ITU для сетей передачи данных общего пользования. Метод передачи датаграмм был положен в основу протокола IP и успешно использован при построении сети ARPANET. Днем рождения компьютерных сетей можно считать 2 сентября 1969 года – был осуществлен обмен между двумя компьютерами ARPA, установленными в Калифорнийском университете и Стенфордском исследовательском центре. В 1974 году в статье В. Серфа и Р. Кана, посвященному протоколу транспортного уровня (ТСР), впервые был использован термин «Internet» . В 1975 году разработана спецификация стека протокола TCP/IP. Впоследствии термин «Интернет» использовался для определения сетей, базировавшихся на стеке протоколов TCP/IP.

История создания компьютерных сетей До середины 90 -х годов технология Интернет, не будучи востребованной в среде Операторов общего пользования, уступала по масштабам сетям Х. 25. Ситуация изменилась, когда появились первые удобные пользователю приложения в среде Интернет – системы поиска информации Mosaik, Word Wide Web (WWW), гипертекстовый язык HTML. Были разработаны недорогие модемы для подключения абонентов квартирного сектора к компьютерным сетям и созданы высокоскоростные магистрали способные пропускать трафик со скоростью нескольких сот Мбит/с. В середине 1995 года на рынке появилась операционная система Windows 95 c интегрированным стеком TCP/IP и услуги Интернет стали доступны миллионам. К середине 2016 года число пользователей Интернет в мире достигло 3, 5 миллиарда. В период с 2000 по 2015 год удельный вес пользователей интернета увеличился почти в семь раз − с 6, 5 до 43 процентов мирового населения. В 2015 году количество интернет-пользователей в Украине составила более 58% населения страны Сегодня через сеть Интернет доставляются не только данные, ради передачи которых и были построены первые компьютерные сети, но также речевая информация и видео.

Устройство ввода Устройство вывода Центральный процессор Долговременное ЗУ Терминал Сеть с одним ЦП и отдельной линией связи к каждому устройству

периферийное устройство Центральный процессор Мультиплексор передачи данных Терминал Сеть с использованием мультиплексора передачи данных

Вычислительный центр на базе мэйнфрейма Пакет заданий Устройство ввода Пользователи с заданиями на выполнение вычислительной работы (пакетная обработка)

Предприятие ВЦ на базе мейнфрейма Удалённое подразделение Многотерминальная система с разделением времени – прообраз вычислительной сети

Вычислительный центр на базе мэйнфрейма 4 этаж - Офисы 3 этажа Офисы 2 этажа Офисы 1 этажа Терминал пользователя

• Многотерминальные централизованные системы уже имели все внешние признаки локальных вычислительных сетей, однако по существу ими не являлись, так как сохраняли сущность централизованной обработки данных автономно работающего компьютера.

Мультипроцессорные системы § Распределенная обработка в пределах компьютера § Несколько процессорных узлов, взаимодействующих через общую ОП • Истинный параллелизм вычислений – повышение производительности и надежности

Многомашинные системы – • несколько компьютеров, работающих под управлением собственной ОС, • связанных в единое целое специальными программными и аппаратными средствами • взаимодействуют через внешнюю память • истинный параллелизм - распределение вычислительной нагрузки на уровне задач • территориально тесно связанные

Объединение удаленных супер-ЭВМ глобальными связями Сотни или тысячи километров n 1969 – начало работ по созданию сетей с коммутацией пакетов, 1974 – архитектура SNA (IBM), сети Х. 25

n Хронологически первыми появились глобальные сети, объединившие территориально рассредоточенные компьютеры n Главным технологическим новшеством предложенном при создания первых глобальных компьютерных сетей был отказ от принципа коммутации каналов, на протяжении многих десятков лет успешно использовавшегося в телефонных сетях.

Появление миникомпьютеров • В результате технологического прорыва в области производства компьютерных компонентов (начало 70 -х годов) появились большие интегральные схемы (БИС). Их сравнительно невысокая стоимость и богатые функциональные возможности привели к созданию мини-компьютеров, которые стали реальными конкурентами мэйнфреймов. • Однако все компьютеры предприятия продолжали работать автономно.

Предприятие мини-ЭВМ Автономное использование нескольких миникомпьютеров на одном предприятии

Устройство сопряжния мини-ЭВМ терминалы мини-ЭВМ ПК ПК Различные типы связей в первых локальных сетях начала 70 -х годов, послужило появлению локальных сетей

Создание персональных компьютеров n Создание персональных компьютеров (начало 80 -х) послужило мощным катализатором для бурного роста локальных сетей, n появилась отличная материальная основа в виде десятков и сотен машин, принадлежащих одному предприятию и расположенных в пределах одного здания.

Вычислительные сети – частный случай распределенных систем Распределенные функции: • обработка данных • хранение данных • ввод-вывод данных • доступ пользователей к компьютеру Степень взаимосвязности элементов системы: • мультипроцессорные системы • многомашинные системы • вычислительные сети • распределенные вычислительные среды

Преимущества распределенных систем: Ø Возможность превышения максимальной производительности одного процессора Ø Лучшее соотношение производительность/стоимость Ø Соответствие распределенному характеру обработки данных (банки, учреждения, производство) Ø Повышенная надежность (живучесть) Ø Простота наращивания и расширения Ø Балансирование нагрузки, разделение ресурсов

Проблемы: Сложность организации совместной работы отдельных элементов распределенной системы (сложность ОС, приложений, коммуникационного оборудования) Проблема безопасности данных Проблема надежного обмена данными

Истинно распределенные вычислительные среды Ø Сеть выступает как единый компьютер Ø Сеть прозрачна для пользователя Ø Параллелизм на уровне задачи Мощное развитие распределенных вычислительных сред началось с момента появления персональных компьютеров, локальных и глобальных сетей.

Разделение локальных ресурсов каждого компьютера между всеми пользователями сети достигается с помощью : q клиентов (client), которые формируют запросы на доступ к удаленным компьютерам, серверов (server), принимающих эти запросы из сети и предоставляющих запрашиваемые ресурсы. q q Набор модулей «клиент – сервер» представляет собой распределенную программу, реализующую сетевую службу (service).

Типовые технологии распределенных сетей включают в себя: n соединения через модемы; n цифровую сеть с комплексным обслуживанием (ISDN - Іntegrated Servіces Dіgіtal Network). Основне призначення ISDN — передача потока 64 Кбит/с абонентской телефонной проводной линией и обеспечение интеграцию телекоммуникационных услуг (телефон, факс, данные). n цифровые абонентские каналы (DSL -Digital Subscriber Line); n технологии на основе протокола Frame Relay; n линии носителей Т-типа (США) и Е-типа (Европа) Т 1/Е 1, Т 3/Е 3 и т. п. ; n синхронную оптическую сеть (SONET – Synchronous Optical Network) – синхронный транспортный оптический канал 1 -го уровня STS-1/ОС-1, 3 -го уровня - STS-3/ОС-3 и т. д.

Конвергенция компьютерных и телекоммуникационных сетей q Создаются мультисервисные сети, предоставляющие услуги как телекоммуникационных (передача голоса и изображения) так и компьютерных сетей (передача алфавитно-цифровой информации). q На роль глобальной мультисервисной сети нового поколения, которая в англоязычной литературе называется Next Generation Network (NGN) - претендует Интернет оказывает все виды телекоммуникационных услуг, в том числе комбинированные услуги, например услуга объединяющая электронную почту, телефонию, факсимильную службу и мультимедиа. q Технологическое сближение сетей происходит на основе цифровой передачи информации различного типа, метода коммутации пакетов и программирования услуг. q Очевидно, что мультисервисную сеть нового поколения порождает процесс конвергенции, когда от каждой технологии берется самое лучшее и соединяется в новый сплав.

Известно всем – незаменимых нет, Но ведь на свете нет и совпаденья. Л. Васильева № 1 END Спасибо за внимание.