10.1. Принципы построения и классификация вычислительных сетей

Создание высокоэффективных крупных систем обработки данных связано с объединением средств вычислительной техники, обслуживающей отдельные предприятия, организации и их подразделения, с помощью средств связи в единую распределенную вычислительную систему.

Такое комплексирование средств вычислительной техники позволяет повысить эффективность систем обработки информации за счет снижения затрат, повышения надежности и производительности эксплуатируемых ЭВМ, рационального сочетания преимуществ централизованной и децентрализованной обработки информации благодаря приближению средств сбора исходной и выдачи результатной информации непосредственно к местам ее возникновения и потребления, а также комплексного использования единых мощных вычислительных и информационных ресурсов.

Передача информации между территориально удаленными компонентами подобных распределенных систем осуществляется в основном с помощью стандартных телефонных и телеграфных каналов, а также витых пар проводов и коаксиальных кабелей связи. Современный прогресс в области оптоволоконной техники позволяет резко повысить пропускную способность линий связи. Так, система F6M обеспечивает передачу информации до 6,3 Мбит/с, заменяя до 96 телефонных каналов, а система F400M - передачу до 400 Мбит/с информации, заменяя 5760 телефонных каналов.

Расширение состава и совершенствование аппаратуры приема-передачи, а также резкое снижение стоимости ВТ привели к использованию в качестве абонентских пунктов систем телеобработки данных интеллектуальных терминалов, создаваемых на базе микропроцессоров и микроЭВМ и обеспечивающих частичную обработку информации (главным образом предварительную обработку исходной информации в виде ее логического контроля, агрегирования и т.д.) непосредственно до ее передачи по каналам связи. Использование интеллектуальных терминалов сближает функциональные возможности систем телеобработки данных и вычислительных сетей. В настоящее время вычислительные сети представляют собой высшую организационную форму применения ЭВМ. Для современных вычислительных сетей характерно: объединение многих достаточно удаленных друг от друга ЭВМ и (или) отдельных вычислительных систем в единую распределенную систему обработки данных; применение средств приема-передачи данных и каналов связи для организации обмена информацией в процессе взаимодействия средств ВТ;

наличие широкого спектра периферийного оборудования, используемого в виде абонентских пунктов и терминалов пользователей, подключаемых к узлам сети передачи данных;

использование унифицированных способов сопряжения технических средств и каналов связи, облегчающих процедуру наращивания и замену оборудования;

наличие операционной системы, обеспечивающей надежное и эффективное применение технических и программных средств в процессе решения задач пользователей вычислительной сети.

Особенностью эксплуатации вычислительных сетей является не только приближение аппаратных средств непосредственно к местам возникновения и использования данных, но и разделение функций обработки и управления на отдельные составляющие с целью их эффективного распределения между несколькими ЭВМ, а также обеспечение надежного и быстрого доступа пользователей к вычислительным и информационным ресурсам и организация коллективного использования этих ресурсов.

Вычислительные сети позволяют автоматизировать управлении производством, транспортом, материально-техническим снабжение в масштабе отдельных регионов и страны в целом.

Возможность концентрации в вычислительных сетях большим объемов данных, общедоступность этих данных, а также программных и аппаратных средств обработки и высокая надежность их функционирования - все это позволяет улучшить информационное обслуживание пользователей и резко повысить эффективность применения ВТ.

В условиях вычислительной сети предусмотрена возможность:

организовать параллельную обработку данных многими ЭВМ;

создавать распределенные базы данных, размещаемые в памяти различных ЭВМ;

специализировать отдельные ЭВМ (группы ЭВМ) для эффективного решения определенных классов задач;

автоматизировать обмен информацией и программами между отдельными ЭВМ и пользователями сети;

резервировать вычислительные мощности и средства передачи данных на случай выхода из строя отдельных из них с целью быстрого восстановления нормальной работы сети;

перераспределять вычислительные мощности между пользователями сети в зависимости от изменения их потребностей и сложности решаемых задач;

стабилизировать и повышать уровень загрузки ЭВМ и дорогостоящего периферийного оборудования;

сочетать работу в широком диапазоне режимов: диалоговом, пакетном, режимах <запрос-ответ>, а также сбора, передачи и обмена информацией.

Как показывает практика, за счет расширения возможностей обработки данных, лучшей загрузки ресурсов и повышения надежности функционирования системы в целом стоимость обработки данных в вычислительных сетях не менее чем в полтора раза ниже по сравнении) с обработкой аналогичных данных на автономных ЭВМ.

Вычислительные сети классифицируются по различным признакам. Сети, состоящие из программно-совместимых ЭВМ, являются однородными или гомогенными. Если ЭВМ, входящие в сеть, программно несовместимы, то такая сеть называется неоднородной.

По типу организации передачи данных различают сети с коммутацией каналов, с коммутацией сообщений, с коммутацией пакетов. Имеются сети, использующие смешанные системы передачи данных.

По характеру реализуемых функций сети подразделяются на:

вычислительные, предназначенные для решения задач управления на основе вычислительной обработки исходной информации;

информационные, предназначенные для получения справочных данных по запросу пользователей;

смешанные, в которых реализуются вычислительные и информационные функции.

По способу управления вычислительные сети делятся на сети децентрализованным, централизованным и смешанным управлением В первом случае каждая ЭВМ, входящая в состав сети, включает полный набор программных средств для координации выполняемых сетевых операций. Сети такого типа сложны и достаточно дороги, так как операционные системы отдельных ЭВМ разрабатываются с ориентацией на коллективный доступ к общему полю памяти сети. При этом в каждый конкретный момент времени доступ к общему полю памяти предоставляется только для одной ЭВМ. А координация работы ЭВМ осуществляется под управлением единой операционной системы сети.

В условиях смешанных сетей под централизованным управлением ведется решение задач, обладающих высшим приоритетом и, как правило, связанных с обработкой больших объемов информации.

По структуре построения (топологии) сети подразделяются на одноузловые и многоузловые, одноканальные и многоканальные. Топология вычислительной сети во многом определяется структурой сети связи, т.е. способом соединения абонентов друг с другом и ЭВМ. Известны такие структуры сетей: радиальная (звездообразная), кольцевая, многосвязная (<каждый с каждым>), иерархическая, общая шина.