Распределительные системы обработчиков данных

1. РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ  СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ

Распределенная система  обработки данных (РСОД) - любая система, позволяющая организовать взаимодействие независимых, но связанных между  собой ЭВМ. Эти системы предназначены  для автоматизации таких объектов, которые характеризуются территориальной  распределенностью пунктов возникновения и потребления информации. Концептуально распределенная обработка подразумевает тот или иной вид организации сети связи и децентрализацию трех категорий ресурсов:

• аппаратных вычислительных средств и собственно вычислительной мощности;

• баз данных;

• управление системой.

В распределенных системах обработки данных в той или  иной степени осуществляется реализация следующих основных функций:

• доступ к ресурсам (вычислительным мощностям, программам, данным и т. п.) с терминалов и из пользовательских программ в режиме «файл-сервер»;

• выполнение заданий и интерактивное общение пользователей с запущенными по их требованию программами в режиме «клиент-сервер»;

• сбор статистики о функционировании системы;

• обеспечение надежности и живучести системы в целом.

По степени  однородности различают:

• полностью неоднородные РСОД;

• частично неоднородные РСОД;

• однородные РСОД.

Полностью неоднородные РСОД характеризуются тем, что в них  объединены ЭВМ, построенные на основе различных архитектур и функционирующие  под управлением разных операционных систем (ОС). Как правило, РСОД этого  типа в качестве коммуникационной службы используют глобальные сети, базирующиеся на протоколах Х.25, Frame relay, ATM, Internet-технология.

Частично неоднородные РСОД строят на базе однотипных ЭВМ, работающих под управлением различных ОС, либо они включают в себя компьютеры различных типов, работающие под  управлением одной ОС. Например, IBM PC компьютеры управляются различными ОС; MS DOS, OS/2, Windows 95, Windows NT.

Однородные распределенные системы строятся на однотипных вычислительных средствах, оснащенных одинаковыми  операционными системами.

 

 

По архитектурным  особенностям выделяют:

• РСОД на основе систем телеобработки;

• РСОД на основе сетевой технологии.

Под сетевой технологией  понимается такая форма взаимодействия ЭВМ, при которой любой из процессов  одной из машин по своей инициативе может установить логическую связь  с любым процессом в любой  другой ЭВМ.

В отличие от таких систем РСОД на основе систем телеобработки  не обеспечивают полного, симметричного  и независимого взаимодействия процессов.

По степени  распределенности с позиций пользователя РСОД делятся на 2 группы:

региональные и локальные.

К региональным РСОД относятся распределенные конфигурации, характеризующиеся следующими основными параметрами:

- неограниченной географической  распределенностью;

- наличием тех или иных  механизмов маршрутизации;

- каждые два узла связаны  собственным каналом, и отсутствует  проблема его разделения;

- широким диапазоном скоростей  передачи – 10na3... 10na8 бит/с;

- произвольной топологией.

В них можно выделить несколько  способов организации взаимодействия между ЭВМ:

• коммутация каналов;

• коммутация сообщений;

• коммутация пакетов;

• коммутация фреймов - Frame relay;

• коммутация ячеек - ATM-технология.

 

Основу локальных РСОД составляет локальные сети со следующими характеристиками :

• небольшая географическая распределенность;

• использование единой коммуникационной среды и, следовательно, физическая полносвязность всех узлов сети, приводящая к замене маршрутизации адресацией;

• высокие и очень высокие скорости обмена – 10na7... 10na9 бит/с;

• применение специальных методов и алгоритмов доступа к единой среде для обес-печения высокой скорости передачи при одновременном использовании среды всеми узлами коммуникационной службы;

• ограниченность возможных топологий.

 

Под архитектурой РСОД будем  понимать взаимосвязь ее логической, физической и программной структур.

Логическая структура  РСОД отражает состав сетевых служб  и связи между ними (рисунок 7).

 В данной структуре информационно-вычислительная служба предназначена для решения задач пользователей сети. Терминальная служба обеспечивает взаимодействие терминалов с сетью. Сюда входит преобразование форматов и кодов, управление разнотипными терминалами, обработка процедур обмена информацией между терминалами и сетью и т. д.

Транспортная служба предназначена  для решения всех задач, связанных  с передачей сообщений в сети. Она управляет маршрутами, потоками и данными, декомпозицией сообщений  на пакеты и рядом других функций. Интерфейсная служба решает задачи обеспечения  взаимодействий разнотипных ЭВМ, функционирующих  под управлением различных ОС, имеющих разную архитектуру, длину  слова, форматы представления данных и др. Кроме того, служба управления интерфейсами осуществляет взаимодействие ЭВМ, входящих в состав различных  сетей. Административная служба управляет  сетью, реализует процедуры реконфигурации и восстановления, собирает статистику о функционировании сети, осуществляет ее тестирование.

 

 

 

 

 

Распределение элементов  логической структуры по различным  ЭВМ задает физическую структуру  РСОД (рис. 8).

Элементами такой структуры  являются ЭВМ, связанные между собой  и с терминалами. В зависимости  от реализации в ЭВМ той или  иной сетевой службы в физической структуре можно выделить:

1 - главные ЭВМ;

2 - коммуникационные ЭВМ;

3 - интерфейсные ЭВМ;

4 - терминальные ЭВМ;

5 - административные ЭВМ.

В одной ЭВМ могут реализовываться  несколько служб.

Программная структура РСОД отражает состав компонентов сетевого программного обеспечения (ПО) и связи между ними. Очевидно, что состав сетевого ПО определяется логической структурой, т. е. функциями, выполняемыми ее службами, В то же время связи между компонентами ПО во многом зависят от физической структуры.

Сетевое ПО имеет многоуровневую иерархическую организацию. Что обусловлено двумя факторами:

• необходимостью минимизации затрат на модификацию сетевого ПО при изменении состава используемого оборудования;

• любые осуществляемые в сети изменения не должны отражаться на пользовательских программах, использующих сетевые возможности.

Для иерархической организации  необходимы правила взаимодействия программ, выполняемых в одной  ЭВМ и находящихся на различных  уровнях, и программ, находящихся  на одном уровне, но расположенных  в различных ЭВМ, т. е. четкое описание интерфейсов и протоколов.

2.

 Сетевая операционная система составляет основу любой вычислительной сети. Каждый компьютер в сети в значительной степени автономен, поэтому под сетевой операционной системой в широком смысле понимается совокупность операционных систем отдельных компьютеров, взаимодействующих с целью обмена сообщениями и разделения ресурсов по единым правилам - протоколам. В узком смысле сетевая ОС - это операционная система отдельного компьютера, обеспечивающая ему возможность работать в сети.

Основные компоненты сетевой  ОС:

Средства управления локальными ресурсами компьютера реализует все функции ОС автономного компьютера (управление процессами, оперативной памятью, управление внешней памятью, пользователями и т.п.)

Сетевые средства, разделяемые на три компонента:

• Серверная часть ОС – средства предоставления локальных ресурсов и сервисов в общее пользование
• Клиентская часть ОС – средства запроса на доступ к удаленным ресурсам и сервисам
• Транспортные средства ОС, совместно с коммуникационной системой обеспечивающие передачу сообщений между компьютерами. В зависимости от функций, возлагаемых на конкретный компьютер, в его операционной системе может отсутствовать либо клиентская, либо серверная части.

 

На рисунке 1.2 показано взаимодействие сетевых компонентов. Здесь компьютер 1 выполняет роль "чистого" клиента, а компьютер 2 - роль "чистого" сервера, соответственно на первой машине отсутствует серверная часть, а на второй - клиентская. На рисунке отдельно показан компонент клиентской части - редиректор. Именно редиректор перехватывает все запросы, поступающие от приложений, и анализирует их. Если выдан запрос к ресурсу данного компьютера, то он переадресовывается соответствующей подсистеме локальной ОС, если же это запрос к удаленному ресурсу, то он переправляется в сеть. При этом клиентская часть преобразует запрос из локальной формы в сетевой формат и передает его транспортной подсистеме, которая отвечает за доставку сообщений указанному серверу. Серверная часть операционной системы компьютера 2 принимает запрос, преобразует его и передает для выполнения своей локальной ОС. После того, как результат получен, сервер обращается к транспортной подсистеме и направляет ответ клиенту, выдавшему запрос. Клиентская часть преобразует результат в соответствующий формат и адресует его тому приложению, которое выдало запрос.

Рис. 1.2. взаимодействие компонентов  операционной системы при взаимодействии компьютеров

 

 

На практике сложилось  несколько подходов к построению сетевых операционных систем (рисунок 1.3).

Рис. 1.3. Варианты построения сетевых ОС

Первые сетевые ОС представляли собой совокупность существующей локальной  ОС и надстроенной над ней сетевой  оболочки. При этом в локальную ОС встраивался минимум сетевых функций, необходимых для работы сетевой оболочки, которая выполняла основные сетевые функции. Примером такого подхода является использование на каждой машине сети операционной системы MS DOS (у которой начиная с ее третьей версии появились такие встроенные функции, как блокировка файлов и записей, необходимые для совместного доступа к файлам). Принцип построения сетевых ОС в виде сетевой оболочки над локальной ОС используется и в современных ОС, таких, например, как LANtastic или Personal Ware.

Однако более эффективным  представляется путь разработки операционных систем, изначально предназначенных  для работы в сети. Сетевые функции у ОС такого типа глубоко встроены в основные модули системы, что обеспечивает их логическую стройность, простоту эксплуатации и модификации, а также высокую производительность. Примером такой ОС является система Windows NT фирмы Microsoft, которая за счет встроенности сетевых средств обеспечивает более высокие показатели производительности и защищенности информации по сравнению с сетевой ОС LAN Manager той же фирмы (совместная разработка с IBM), являющейся надстройкой над локальной операционной системой OS/2.

 

 

Сеть может  быть построена по следующим схемам:

• На основе компьютеров, совмещающих функции клиента и сервера – одноранговая сеть
• На основе клиентов и серверов – сеть с выделенными серверами
• Сеть, включающая узлы разных типов – гибридная сеть.

Одноранговые сети

В одноранговых сетях (рис. 9.5) все компьютеры равны в возможностях доступа к ресурсам друг друга. Каждый пользователь может по своему желанию объявить какой-либо ресурс своего компьютера разделяемым, после чего другие пользователи могут с ним работать. В одноранговых сетях на всех компьютерах устанавливается такая операционная система, которая предоставляет всем компьютерам в сети потенциально равные возможности. Сетевые операционные системы такого типа называются одноранговыми ОС. Очевидно, что одноранговые ОС должны включать как серверные, так и клиентские компоненты сетевых служб (на рисунке они обозначены буквами, соответственно, С и К). Примерами одноранговых ОС могут служить LANtastic, Personal Ware, Windows for Workgroups, Windows NT Workstation, Windows 95/98.

Рис. 9.5.  Одноранговая сеть (здесь словом "Коммун." обозначены коммуникационные средства).

При потенциальном равноправии  всех компьютеров в одноранговой сети часто возникает функциональная несимметричность. Обычно некоторые пользователи не желают предоставлять свои ресурсы для совместного доступа. В таком случае серверные возможности их операционных систем не активизируются, и компьютеры играют роль "чистых" клиентов (на рисунке неиспользуемые компоненты ОС изображены затемненными).

В то же время администратор  может закрепить за некоторыми компьютерами сети только функции, связанные с  обслуживанием запросов от остальных  компьютеров, превратив их таким образом в "чистые" серверы, за которыми пользователи не работают. В такой конфигурации одноранговые сети становятся похожими на сети с выделенными серверами, но это только внешнее сходство - между этими двумя типами сетей остается существенное различие. Изначально в одноранговых сетях отсутствует специализация ОС в зависимости от того, какую роль играет компьютер - клиента или сервера. Изменение роли компьютера в одноранговой сети достигается за счет того, что функции серверной или клиентской частей просто не используются.

Преимущество  одно-ранговых сетей: +

1.Не влекут дополнительных  расходов на серверы, или необходимое  программное обеспечение.

2.Просты в инсталляция.

3.Натребует специальной  должности администратора сети.

4.Позволяет управлять  пользователем и ресурсами.

5.При работе не вынуждают  полагаться на функционирование  других ПК.

6.стоимость создания небольших  сетей достаточна низка.

Недостатки одноранговых сетей: -

1.Дополнительная нагрузка  ПК из за совместного использования  ресурсов.

2.Неспособность одно-ранговых узлов обслуживать подобно сервером, столь же большое число соединения.

3.Отсутствие централизованной  организаций что затрудняет поиск данных

4.Нет центрального хранения  данных что усложняет их архивирование и резервное копирование.

5.Необходимость администрирование  пользователями собственных ПК.

6.Слабая и неудобная  система зашиты.

7.Отсутствие централизованного  управления осложняющая работу с большими одно-ранговыми сетями.

 

 

Сети с выделенным сервером

В сетях с выделенными  серверами (рис. 9.6) используются специальные  варианты сетевых ОС, которые оптимизированы для работы в роли серверов и называются серверными ОС. Пользовательские компьютеры в таких сетях работают под  управлением клиентских ОС. Специализация операционной системы для работы в роли сервера является естественным способом повышения эффективности серверных операций. А необходимость такого повышения часто ощущается весьма остро, особенно в большой сети. При существовании в сети сотен или даже тысяч пользователей интенсивность запросов к разделяемым ресурсам может быть очень значительной, и сервер должен справляться с этим потоком запросов без больших задержек. Очевидным решением этой проблемы является использование в качестве сервера компьютера с мощной аппаратной платформой и операционной системой, оптимизированной для серверных функций.