6.2. ARKITEKTUR AV DATORNÄT

REFERENSMODELLER FÖR SYSTEMS INTERAKTION

Interaktionsmodell öppna system

För att bestämma de uppgifter som tilldelas komplext objekt, såväl som för att markera de viktigaste egenskaperna och parametrarna som den borde ha, skapas allmänna modeller av sådana objekt. Den allmänna modellen för ett datornätverk bestämmer egenskaperna hos nätverket som helhet och egenskaperna och funktionerna hos dess huvudkomponenter.

Datornätverksarkitektur - En beskrivning av dess allmänna modell.

Mångfalden av tillverkare av datornätverk och nätverksprogramvaror har skapat problemet med att kombinera nätverk med olika arkitekturer. För att lösa det utvecklade MoE en modell öppen systemarkitektur.

Öppna system - ett system som samverkar med andra system i enlighet med vedertagna standarder.

Den föreslagna arkitekturmodellen för öppna system fungerar som en grund för tillverkare i utvecklingen av kompatibel nätverksutrustning. Denna modell är inte en slags fysisk kropp, vars individuella delar kan beröras. Modellen ger de mest allmänna riktlinjerna för att bygga interoperabla nätverksstandarder. mjukvaruprodukter... Dessa rekommendationer bör implementeras både i hårdvara och mjukvara i datornätverk.

Open Systems Interconnection (OSI)-modellen är för närvarande den mest populära nätverksarkitekturmodellen. Modellen tar hänsyn till allmänna funktioner, inte speciallösningar, så inte alla riktiga nätverk de följer det absolut. Interaktionsmodellen för öppna system består av sju nivåer (Figur 6.15).

7:e nivån - applicerad- ger stöd för ansökningsprocesser slutanvändare... Denna nivå definierar omfånget av tillämpade uppgifter som implementeras i detta datornätverk. Den innehåller också alla nödvändiga serviceelement för användarapplikationer. På applikationsnivå vissa uppgifter i nätverksoperativsystemet kan renderas.

6:e nivån - representativ- definierar syntaxen för data i modellen, d.v.s. presentation av data. Det garanterar presentationen av data i koder och format som accepteras i det givna systemet. I vissa system kan detta skikt kombineras med applikationsskiktet.

5:e nivån - session- implementerar etablering och underhåll av en kommunikationssession mellan två abonnenter genom kommunikationsnät... Det tillåter utbyte av data i det läge som definieras av applikationsprogrammet, eller ger möjlighet att välja utbytesläge. Sessionsnivå underhåller och avslutar kommunikationssessionen.

De tre övre nivåerna förenas under ett gemensamt namn - bearbeta eller tillämpad process. Dessa nivåer avgör funktionella egenskaper datornätverk som applikationssystem.

4:e nivån - transport- Ger ett gränssnitt mellan processer och nätverket. Den upprättar logiska kanaler mellan processer och säkerställer överföringen av informationspaket genom dessa kanaler, som utbyts mellan processer. De logiska kanalerna som upprättas av transportskiktet kallas transportkanaler.

Plastpåse- en grupp bytes som sänds av nätabonnenter till varandra.

Ris. 6.15.Referensmodell för öppen systemarkitektur

3:e nivån - nätverk- definierar gränssnittet dataterminalutrustning användare med ett paketväxlingsnätverk. Den ansvarar också för att dirigera paket i ett kommunikationsnätverk och för kommunikation mellan nätverk - den implementerar internetarbete.

Ris. 6.16.Meddelandebehandling av lager av OSI-modellen

Notera. Inom kommunikationsteknik används begreppet dataterminalutrustning. Den definierar all utrustning som är ansluten till en kommunikationskanal i ett databehandlingssystem (dator, terminal, specialutrustning).

2:a nivån - kanal- datalänksnivå - implementerar processen att överföra information över en informationskanal. En informationskanal är en logisk kanal, den upprättas mellan två datorer sammankopplade med en fysisk kanal. Länkskiktet tillhandahåller dataflödeskontroll i form av ramar i vilka informationspaket packas, upptäcker överföringsfel och implementerar en informationsåterställningsalgoritm i händelse av fel eller dataförlust.

1:a nivån - fysisk- utför alla nödvändiga procedurer i kommunikationskanalen. Dess huvudsakliga uppgift är att kontrollera dataöverföringsutrustningen och den kommunikationskanal som är ansluten till den.

När information överförs från ansökningsprocessen till nätverket, bearbetas den av nivåerna i modellen för interaktion mellan öppna system (Fig. 6.16). Meningen med denna bearbetning är att varje nivå lägger till sin egen processinformation rubrik- Serviceinformation, som är nödvändig för att adressera meddelanden och för vissa kontrollfunktioner. Utöver rubriken lägger datalänklagret även till en trailer - en kontrollsekvens som används för att kontrollera korrektheten av meddelandemottagningen från kommunikationsnätverket.

Det fysiska lagret lägger inte till en rubrik. Meddelandet, inramat av rubriker och trailer, går in i kommunikationsnätverket och går in i abonnentdatorerna i datornätverket. Varje abonnentdator som har tagit emot ett meddelande dekrypterar adresserna och avgör om detta meddelande är avsett för den.

I det här fallet sker den omvända processen i abonnentdatorn - läser och skär av rubriker med nivåerna för modellen för interaktion mellan öppna system. Varje nivå svarar bara på sin egen titel. Rubrikerna på de övre nivåerna av de lägre nivåerna uppfattas eller ändras inte - de är "transparenta" för de lägre nivåerna. Så, genom att gå igenom nivåerna i OSI-modellen, kommer information äntligen fram till den process som den riktades till.

Uppmärksamhet! Varje nivå i interaktionsmodellen för öppna system svarar bara på sin egen titel.

Notera. I fig. 6.16 visar processen för att skicka data genom nivåerna.
modeller. Varje nivå lägger till sin egen rubrik - 3.

Vilken är den största fördelen med OSI-modellen med sju nivåer? I processen för utveckling och förbättring av alla system finns det ett behov av att ändra dess individuella komponenter. Ibland gör detta det nödvändigt att ändra andra komponenter, vilket avsevärt komplicerar och komplicerar processen att uppgradera systemet.

Det är här fördelarna med sjunivåmodellen kommer in i bilden. Om gränssnitt är unikt definierade mellan nivåerna, innebär det inte att byta en av nivåerna behöver göra ändringar på andra nivåer. Det finns alltså ett relativt oberoende av nivåerna från varandra.

Det är nödvändigt att göra ytterligare en anmärkning angående implementeringen av nivåerna för OSI-modellen i riktiga datornätverk. Funktionerna som beskrivs av modellens lager måste implementeras antingen i hårdvara eller i form av program.

Funktioner fysiskt lager implementeras alltid i hårdvara. Dessa är adaptrar, multiplexorer för dataöverföring, nätverkskort etc.

Funktionerna för de återstående nivåerna implementeras som mjukvarumoduler- förare.

Kommunikationsmodell för LAN

För att ta hänsyn till kraven på det fysiska överföringsmediet som används i LAN, gjordes en viss modernisering av sjunivåmodellen för interaktion mellan öppna system för lokala nätverk. Behovet av sådan modernisering orsakades av det faktum att för att organisera interaktionen mellan abonnentdatorer i LAN används speciella metoder tillgång till det fysiska överföringsmediet. De övre lagren av OSI-modellen genomgick inga förändringar, och länklagret delades upp i två undernivåer (Fig. 6.17). Undernivå LLC (Logical Link Control ) ger kontroll över den logiska länken, dvs. utför funktionerna för det faktiska länklagret. Undernivå MAC (Media Access Control ) ger åtkomstkontroll till miljön. De huvudsakliga metoderna för åtkomstkontroll till det fysiska överföringsmediet kommer att diskuteras i kap. 6.3.

DATORNÄTVERKSPROTOKOLL

Protokoll koncept

Som visats tidigare, vid utbyte av information i nätverket, reagerar varje lager i OSI-modellen på sin egen rubrik. Det finns med andra ord en interaktion mellan nivåerna med samma namn i modellen i olika abonnentdatorer. Sådan interaktion bör utföras enlvissa regler.

Ris. 6.17.Referensmodell för lokal dator nätverk

Protokoll- en uppsättning regler som bestämmer interaktionen mellan två nivåer med samma namn i modellen för interaktion mellan öppna system i olika abonnentdatorer.

Protokollet är inte ett program. Reglerna och sekvensen av åtgärder vid informationsutbytet, definierade av protokollet, måste implementeras i programmet. Typiskt är funktionerna för protokoll på olika nivåer implementerade i drivrutiner för olika datornätverk.

I enlighet med modellens sjunivåstruktur kan vi prata om behovet av att det finns protokoll för varje nivå.

Konceptet med öppna system tillhandahåller utveckling av standarder för protokoll av olika lager. Protokollen för de nedre tre skikten av arkitekturmodellen för öppna system är lättast att standardisera, eftersom de definierar de åtgärder och procedurer som är inneboende i alla klasser av datornätverk.

Det är svårast att standardisera protokollen på det övre skiktet, särskilt det tillämpade, på grund av mångfalden av tillämpade uppgifter och, i vissa fall, deras unika karaktär. Om man utifrån typerna av strukturer, metoderna för åtkomst till det fysiska överföringsmediet, nätverksteknologierna som används och några andra funktioner kan räkna ett dussin olika modeller av datornätverk, då med deras funktionellt syfte det finns inga gränser.

Grundläggande typer av protokoll

Det är lättast att föreställa sig funktionerna hos nätverksprotokoll med exemplet med länklagerprotokoll, som är indelade i två huvudgrupper: byte-orienterade och bitorienterade.

Byte-orienterad protokollet tillhandahåller överföring av ett meddelande över datakanalen i form av en sekvens av bytes. Förutom informationsbytes

kontroll- och servicebytes överförs också till kanalen. Denna typ av protokoll är bekvämt för en dator, eftersom det är fokuserat på att bearbeta data som presenteras i form av binära bytes. För en kommunikationsmiljö är ett byte-orienterat protokoll mindre bekvämt, eftersom att dela upp informationsflödet i kanalen i bytes kräver användning av ytterligare signaler, vilket i slutändan minskar kommunikationskanalens bandbredd.

Det mest kända och utbredda byte-orienterade protokollet är det binära synkrona kommunikationsprotokollet. BSC (Binary Synchronous Communication ) utvecklat av företaget IBM ... Protokollet tillhandahåller överföring av två typer av ramar: kontroll- och informationsramar. V ledningspersonal kontroll- och servicetecken överförs, in information- meddelanden (enskilda paket, sekvens av paket). Protokolldrift Bsc Det utförs i tre faser: upprättande av en anslutning, upprätthållande av en meddelandeöverföringssession och avslutande av en anslutning. Protokollet kräver för varje sänd ram sändning av ett kvitto om resultatet av dess mottagning. Ramar som sänts av misstag sänds om. Protokollet definierar det maximala antalet återsändningar.

Notera. Ett kvitto är en kontrollram som innehåller en bekräftelse på det mottagna meddelandet (positiv bekräftelse) eller ett avslag på grund av ett fel (negativ bekräftelse).

Sändning av nästa ram är endast möjlig när ett positivt kvitto för den föregående har mottagits. Detta begränsar protokollets hastighet avsevärt och ställer höga krav på kvaliteten på kommunikationskanalen.

Lite orienterad protokollet tillhandahåller överföring av information i form av en ström av bitar som inte är uppdelade i byte. Därför, för att separera ramar, används speciella sekvenser - flaggor. I början av ramen sätts öppningsflaggan, och i slutet - den avslutande flaggan.

Det bitorienterade protokollet är bekvämt i förhållande till kommunikationsmiljön, eftersom kommunikationskanalen är exakt orienterad mot överföringen av en sekvens av bitar. För en dator är det inte särskilt bekvämt, för från den inkommande bitsekvensen är det nödvändigt att allokera byte för den efterföljande behandlingen av meddelandet. Men med hänsyn till datorns hastighet kan vi anta att denna operation inte kommer att ha en betydande inverkan på dess prestanda. Potentiellt bitorienterade protokoll är snabbare än byteorienterade, vilket gör dem bred användning i moderna datornätverk.

En typisk representant för gruppen av bitorienterade protokoll är protokollet HDLC (High - Level Data Link Control - den högsta nivån av kommunikationskanalkontroll) och dess delmängder. Protokoll HDLC hanterar informationskanalen med hjälp av speciella kontrollramar i vilka kommandon sänds. Informationsramar är numrerade. Dessutom protokollet HDLC låter dig sända upp till tre till fem bildrutor till kanalen utan att få ett positivt kvitto. Ett positivt kvitto mottaget, till exempel på den tredje ramen, indikerar att de två föregående mottogs utan fel och det är nödvändigt att upprepa överföringen av endast den fjärde och femte ramen. En sådan arbetsalgoritm ger en hög hastighet på protokollet.

Bland toppnivåprotokollen för OSI-modellen, X.400-protokollet (e-post) och FTAM (filöverföring, åtkomst och hantering - filöverföring, filåtkomst och filhantering).

Datanätverksprotokollstandarder

För fysiska lagerprotokoll definieras standarder av CCITT-rekommendationer. Digital överföring möjliggör användning av protokollen X.21 och X.21 bis.

Länklagret definierar protokollet HDLC och dess delmängder, såväl som X.25/3-protokollet.

Det utbredda antagandet av lokala nätverk krävde utveckling av standarder för detta område. För närvarande används LAN-standarder av de standarder som utvecklats av Institute of Electrical and Electronic Engineers - IEEE ( IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers).

IEEE-kommittéer 802 har utvecklat ett antal standarder, av vilka några antas av ISO ( ISO ) och andra organisationer. Följande standarder har utvecklats för LAN:

802.1 - övre nivåerna och administrering;

802.2 - logisk datalänkhantering ( LLC);

802.3 - metod för slumpmässig medieåtkomst ( CSMA / CD - Carrier Sense Multiple Access med kollisionsdetektion - multipel åtkomst med transmissionskontroll och kollisionsdetektering);

802.4 - markeringsbuss;

802.5 - markeringsring;

802.6 - storstadsnätverk.

Interaktion mellan två noder från olika nätverk visas schematiskt i fig. 6.18. Utbytet av information mellan lagren med samma namn bestäms av protokollen som diskuterats ovan.

Notera. Noderna ansluts med hjälp av en kommunikationskanal. Detta är miljön för vilkensvärmen sprider meddelanden från en nätverksnod till en annan. Paket ochramar, om vilka det fördes ett samtal, i form av en sekvens av elektriska signalerfångster kommer från en nod till en annan. Interaktion på samma nivåhennes modell visas med streckade pilar.

6.3. LOKALDATORANVÄNDNINGNÄTVERK

EGENSKAPER HOS EN LAN-ORGANISATION

Funktionella grupper av enheter i nätverket

Huvudsyftet med alla datornätverk är att tillhandahålla information och datorresurser till användare som är anslutna till det.

Ur denna synvinkel kan ett lokalt nätverk ses som en samling servrar och arbetsstationer.

Server- en dator som är ansluten till nätverket och förser sina användare med vissa tjänster.

Servrarkan utföra datalagring, databashantering, fjärrbearbetning av jobb, utskriftsjobb och en rad andra funktioner, vilka behov kan uppstå från nätverksanvändare. Servern är källan till nätverksresurser.

Arbetsstation- en persondator ansluten till nätverket genom vilken användaren får tillgång till sina resurser.

Arbetsstationnätverk fungerar både i nätverk och i lokalt läge. Den är utrustad med sitt eget operativsystem, ger användaren allt nödvändiga verktyg för att lösa tillämpade problem.

Särskild uppmärksamhet bör ges till en av servertyperna - fil server ( Fil server ). I vanlig terminologi antas ett förkortat namn för det - fil server.

Filservern lagrar data från nätverksanvändare och ger dem tillgång till dessa data. Detta är en dator med stor kapacitet random access minne, hårddiskar stor kapacitet och ytterligare bandenheter (streamers).

Det körs under kontroll av ett speciellt operativsystem som ger nätverksanvändare åtkomst samtidigt till data som finns på den.

Filservern körs följande funktioner: datalagring, dataarkivering, synkronisering av dataändringar av olika användare, dataöverföring.

För många uppgifter räcker det inte att använda en enda filserver. Då kan flera servrar anslutas till nätverket. Det är också möjligt att använda minidatorer som filservrar.

Hantera interaktionen mellan enheter i nätverket

Informationssystem byggda på grundval av datornätverk säkerställer lösningen av följande uppgifter: datalagring, databehandling, organisation av användaråtkomst till data, överföring av data och databehandlingsresultat till användare.

I centraliserade bearbetningssystem utfördes dessa funktioner av den centrala datorn ( Stordator, värd).

Datornätverk implementerar distribuerad databehandling. Databehandling i detta fall är fördelad mellan två objekt: klient och server.

Kund- en uppgift, arbetsstation eller datornätverksanvändare.

I processen för databehandling kan klienten skapa en begäran till servern om att utföra komplexa procedurer, läsa en fil, söka information i en databas, etc.

Servern som definierats tidigare uppfyller begäran från klienten. Resultaten av frågan skickas till klienten. Servern tillhandahåller lagring av offentliga data, organiserar åtkomst till dessa data och överför data till klienten.

Klienten bearbetar mottagna data och presenterar bearbetningsresultaten i en form som är bekväm för användaren. Databehandling kan i princip även utföras på servern. För sådana system används termerna - system klient-server eller arkitektur klient-server.

Klient-server-arkitekturen kan användas både i peer-to-peer lokala nätverk och i ett nätverk med en dedikerad server.

Peer-to-peer-nätverk. Det finns inget sådant nätverk ett enda centrum hantera interaktionen mellan arbetsstationer och det finns ingen enskild lagringsenhet. Nätverksoperativsystemet är distribuerat över alla arbetsstationer. Varje station i nätverket kan utföra funktionerna för både en klient och en server. Den kan betjäna förfrågningar från andra arbetsstationer och dirigera sina serviceförfrågningar till nätverket.

Alla enheter som är anslutna till andra stationer (diskar, skrivare) är tillgängliga för nätverksanvändaren.

Fördelar med peer-to-peer-nätverk: låg kostnad och hög tillförlitlighet.

Nackdelar med peer-to-peer-nätverk:

beroende av nätverkets effektivitet på antalet stationer;

komplexitet i nätverkshantering;

komplexiteten i att säkerställa skyddet av information;

svårigheter med att uppdatera och ändra stationsmjukvaran. De mest populära är peer-to-peer-nätverk baserade på nätverksoperativsystem LANtastic, NetWare Lite.

Dedikerat servernätverk. I ett nätverk med en dedikerad server utför en av datorerna funktionerna att lagra data avsedd för användning av alla arbetsstationer, hantera interaktionen mellan arbetsstationer och ett antal servicefunktioner.

En sådan dator kallas vanligtvis för en nätverksserver. Den installerar ett nätverksoperativsystem och ansluter till alla delade externa enheter - hårddiskar, skrivare och modem.

Kommunikation mellan arbetsstationer i ett nätverk sker vanligtvis via en server. Logisk organisation ett sådant nätverk kan representeras av en topologi stjärna. Roll centralenhet exekveras av servern. I nätverk med centraliserad kontroll är det möjligt att utbyta information mellan arbetsstationer, förbi filservern. För att göra detta kan du använda programmet Nätlänk ... Efter att ha startat programmet på två arbetsstationer kan du överföra filer från en stations disk till disken på en annan (liknande operationen att kopiera filer från en katalog till en annan med programmet Norton Commander).

Fördelar med ett nätverk med en dedikerad server:

pålitligt system informationsskydd;

hög prestanda;

inga begränsningar för antalet arbetsstationer;

enkel hantering jämfört med peer-to-peer-nätverk.

Nackdelar med nätverket:

hög kostnad på grund av tilldelningen av en dator för servern;

beroendet av nätverkets hastighet och tillförlitlighet på servern;

mindre flexibilitet jämfört med peer-to-peer-nätverk.

Dedikerade servernätverk är de vanligaste bland datornätverksanvändare. Nätverksoperativsystem för sådana nätverk - LANServer (IBM), Windows NT Server 3.51 och 4.0 och NetWare (Novell).

TYPISKA TOPOLOGIER OCH METODER FÖR LAN-ÅTKOMST

Fysiska LAN-media

Fysisk miljö tillhandahåller informationsöverföring mellan abonnenter i ett datornätverk. Som redan nämnts representeras det fysiska överföringsmediet för ett LAN av tre typer av kablar: partvinnade ledningar, koaxialkabel, fiberoptisk kabel.

Tvinnat parbestår av två isolerade ledningar som är tvinnade ihop (bild 6.19). Att vrida ledningarna minskar effekten av externa elektromagnetiska fält på de överförda signalerna. Det enklaste alternativet med tvinnat par är en telefonkabel. Tvinnade par har olika egenskaper bestäms av dimensioner, isolering och vridningsstigning. Det billiga med denna typ av överföringsmedium gör det ganska populärt för LAN.

Ris. 6.19. Tvinnade par ledningar

Den största nackdelen med det tvinnade paret är dålig brusimmunitet och låg dataöverföringshastighet - 0,25 - 1 Mbit / s. Teknologiska förbättringar gör det möjligt att öka överföringshastigheten och brusimmuniteten (avskärmat twisted pair), men samtidigt ökar kostnaden för denna typ av överföringsmedium.

Koaxialkabel (Fig. 6.20) i jämförelse med tvinnat par har en högre mekanisk styrka, brusimmunitet och ger informationsöverföringshastigheter upp till 10-50 Mbit/s. Det finns två typer av koaxialkablar tillgängliga för industriellt bruk: tjocka och tunna. Tjock kabelär mer hållbar och sänder signaler med den erforderliga amplituden över ett större avstånd än tunn. Samtidigt / race kabel är betydligt billigare. Koaxialkabel, som tvinnat par, är en av de populära typerna av överföringsmedia för LAN.

Ris. 6.20. Koaxialkabel

Ris. 6.21. Fiberoptisk kabel

Fiberoptisk kabel - idealiskt överföringsmedium (fig. 6.21). Den påverkas inte av elektromagnetiska fält och har praktiskt taget ingen strålning i sig. Den sistnämnda egenskapen gör det möjligt att använda den i nätverk som kräver ökad informationssekretess.

Informationsöverföringshastighet fiberoptisk kabel mer än 50 Mbps. Jämfört med tidigare typeröverföringsmedium är det dyrare, mindre tekniskt i drift.

LAN producerade av olika företag, antingen designad för en av typerna av överföringsmedier, eller kan implementeras i olika versioner, baserat på olika överföringsmedier.

Grundläggande LAN-topologier

Datormaskiner ingår i LAN-sammansättning, kan lokaliseras på det mest slumpmässiga sättet på det territorium där datornätverket skapas. Det bör noteras att för sättet att komma åt överföringsmediet och metoder för nätverkshantering är det inte likgiltigt hur abonnentdatorerna är placerade. Därför är det vettigt att prata om LAN-topologi.

LAN-topologiär ett genomsnittligt geometriskt schema för nätverksnodanslutningar.

Datornätverkstopologier kan vara mycket olika, men för lokala datornätverk är endast tre typiska: ring, buss, stjärna.

Ibland används termerna för att förenkla - ring, däck och stjärna. Man bör inte tro att de övervägda typerna av topologier representerar en ideal ring, en ideal rak linje eller en stjärna.

Alla datornätverk kan ses som en samling noder.

Knut- varje enhet som är direkt ansluten till nätverkets överföringsmedium.

Topologi ger ett genomsnitt av nätverksnodanslutningarna. Så, både en ellips och en sluten kurva och en sluten polylinje tillhör en ringtopologi och en öppen polylinje till en busstopologi.

Ringformigtopologi tillhandahåller anslutning av nätverksnoder med en sluten kurva - en överföringsmediumkabel (Fig. 6.22). Utgången från en värd är ansluten till ingången på en annan. Information om ringen sänds från nod till nod. Varje mellannod mellan sändaren och mottagaren vidarebefordrar det skickade meddelandet. Den mottagande noden känner igen och tar endast emot meddelanden adresserade till den.

Ris. 6.22. Ringtopologinätverk

En ringtopologi är idealisk för nätverk som tar upp relativt lite utrymme. Den har ingen central hubb, vilket ökar tillförlitligheten i nätverket. Återöverföring av information gör det möjligt att använda alla typer av kablar som överföringsmedium.

Den konsekventa disciplinen att betjäna noderna i ett sådant nätverk minskar dess prestanda, och felet i en av noderna kränker ringens integritet och kräver speciella åtgärder för att bevara informationsöverföringsvägen.

Däcktopologi är en av de enklaste (Figur 6.23). Det är förknippat med användningen av koaxialkabel som överföringsmedium. Data från den sändande nätverksnoden sprids längs bussen i båda riktningarna. Mellanliggande noder sänder inte inkommande meddelanden. Information kommer till alla noder, men endast den som den är adresserad till tas emot av meddelandet. Servicedisciplinen är parallell.

Ris. 6.23. Busstopologinätverk

Detta ger ett buss-LAN med hög prestanda. Nätverket är lätt att bygga ut och konfigurera, samt anpassa till olika system... Busstopologinätverket är resistent mot eventuella felfunktioner enskilda noder.

Busstopologinätverk är för närvarande de vanligaste. Det bör noteras att de är korta och inte tillåter användning av olika typer av kabel inom samma nätverk.

Stjärnformadtopologin (Figur 6.24) bygger på konceptet med en central nod till vilken perifera noder är anslutna. Varje perifer nod har sin egen separata kommunikationslinje med den centrala noden. All information överförs genom ett centralt nav som vidarebefordrar, växlar och dirigerar informationsflöden i nätverket

Ris. 6.24.Stjärntopologinätverk

En stjärnformad topologi förenklar avsevärt interaktionen av LAN-noder med varandra, tillåter användning av enklare nätverkskort... Samtidigt är prestandan för ett LAN med stjärntopologi helt beroende av den centrala platsen.

I riktiga datornätverk kan mer komplexa topologier användas, som i vissa fall representerar kombinationer av de övervägda.

Valet av en viss topologi bestäms av LAN:s tillämpningsområde, den geografiska platsen för dess noder och dimensionen av nätverket som helhet.

Metoder för mediaåtkomst

Överföringsmediet är gemensam resurs för alla noder i nätverket. För att kunna komma åt denna resurs från en värd krävs speciella mekanismer - åtkomstmetoder.

Mediaåtkomstmetod - en metod som säkerställer uppfyllandet av en uppsättning regler enligt vilka nätverksnoder får tillgång till en resurs.

Det finns två huvudklasser av accessormetoder: deterministiska, icke-deterministiska.

På deterministisk I accessmetoder fördelas överföringsmediet mellan noderna med hjälp av en speciell styrmekanism som garanterar överföring av noddata under ett visst tillräckligt kort tidsintervall.

De vanligaste deterministiska åtkomstmetoderna är pollingmetod och berättigandemetod. Undersökningsmetoden diskuterades tidigare. Den används främst i stjärntopologinätverk.

Metoden för överföring av rättigheter används i nätverk med en ringtopologi. Det är baserat på överföringen av ett speciellt meddelande över nätverket - en token.

Markör- servicemeddelande av ett visst format, i vilket ab- Nätverksmedlemmar kan lägga sina egna informationspaket.

Token cirkulerar runt ringen, och varje nod som har data att överföra lägger den i en gratis token, sätter token upptagen flaggan och sänder den runt ringen. Noden som meddelandet adresserades till tar emot det, sätter bekräftelseflaggan och skickar token till ringen.

Sändningsnoden, efter att ha mottagit en bekräftelse, släpper token och skickar den till nätverket. Det finns accessoarer som använder flera tokens.

Icketerministiskt - Metoder för direktåtkomst möjliggör konkurrens från alla nätverksnoder om rätten att överföra. Samtidiga överföringsförsök från flera noder är möjliga, vilket resulterar i kollisioner.

Den vanligaste icke-deterministiska åtkomstmetoden är bäraravkänning av multipel åtkomst med kollisionsdetektering ( CSMA / CD ). I huvudsak är detta rivalitetsläget som beskrivits tidigare. Bärvågsfrekvensstyrning innebär att en nod som vill sända ett meddelande "lyssnar" på överföringsmediet och väntar på att det släpps. Om mediet är ledigt börjar noden sända.

Det bör noteras att nätverkstopologin, mediumaccessmetoden och överföringsmetoden är nära besläktade med varandra. Den definierande komponenten är nätverkstopologin.

Syftet med LAN

Under de senaste fem åren har lokala nätverk blivit utbredda inom olika områden inom vetenskap, teknik och produktion.

LAN används särskilt ofta i utvecklingen av kollektiva projekt, till exempel komplexa mjukvarusystem. På basis av ett LAN är det möjligt att skapa datorstödda designsystem. Detta möjliggör implementering av ny teknik för design av maskintekniska produkter, radioelektronik och datorteknik. Under villkoren för utvecklingen av en marknadsekonomi blir det möjligt att skapa konkurrenskraftiga produkter, för att snabbt modernisera dem, vilket säkerställer genomförandet av företagets ekonomiska strategi.

LAN gör det också möjligt att implementera ny informationsteknik i system för organisatorisk och ekonomisk förvaltning.

I universitetens undervisningslaboratorier tillåter LAN att förbättra kvaliteten på utbildningen och introducera modern intelligent undervisningsteknik.

LAN KOMBINATION

Orsaker LAN-konsolidering

Med tiden upphör ett LAN-system som skapats i ett visst utvecklingsstadium att möta alla användares behov, och då uppstår problemet med att utöka det. funktionalitet... Det kan bli nödvändigt att inom företaget förena olika LAN som dykt upp på dess olika avdelningar och filialer i annan tid, åtminstone för att organisera datautbyte med andra system. Problemet med att utöka nätverkskonfigurationen kan lösas både inom ett begränsat utrymme och med tillgång till den externa miljön.

Viljan att få tillgång till vissa informationsresurser kan kräva Lan-anslutning till nätverk på högre nivå.

I själva enkel version LAN-anslutning är nödvändig för att utöka nätverket som helhet, men den tekniska kapaciteten befintligt nätverkär slut, kan nya abonnenter inte anslutas till den. Du kan bara skapa ett annat LAN och kombinera det med ett befintligt med någon av följande metoder.

LAN-anslutningsmetoder

Bro. Det enklaste sättet att ansluta ett LAN är att kombinera samma nätverk inom ett begränsat utrymme. Det fysiska överföringsmediet sätter begränsningar på nätverkskabelns längd. Inom den tillåtna längden byggs ett nätverkssegment - ett nätverkssegment. För att kombinera nätverkssegment, använd broar.

Bridge - En enhet som ansluter två nätverk med samma nätverk Idag dataöverföring.

Nätverken som är sammankopplade med bryggan måste ha samma nätverkslager som interaktionsmodellen för öppna system, de lägre lagren kan ha vissa skillnader.

För ett nätverk av persondatorer är en brygga en separat dator med speciell programvara och extra hårdvara. Bryggan kan koppla ihop nätverk med olika topologier, men som körs under kontroll av samma typ av nätverksoperativsystem.

Broar kan vara lokala eller avlägsna.

Lokalbroar kopplar samman nätverk som finns i ett begränsat område inom ett befintligt system.

raderadebroar ansluter geografiskt åtskilda nätverk med hjälp av externa kanaler kommunikation och modem.

Lokala broar är i sin tur uppdelade i interna och externa.

Inrebryggor är vanligtvis placerade på en av datorerna i ett givet nätverk och kombinerar funktionen hos en brygga med funktionen hos en abonnentdator. Utbyggnad av funktioner utförs genom att installera ett extra nätverkskort.

Externbroar ger möjlighet att använda en separat dator med speciell programvara för att utföra sina funktioner.

Router (router). En komplex nätverkskonfiguration, som är en anslutning av flera nätverk, kräver en speciell enhet. Denna enhets uppgift är att skicka ett meddelande till adressaten i önskat nätverk... En sådan anordning kallas mars teaser.

Router, eller router, - en enhet som kopplar ihop olika typer av nätverk, men som använder samma operativsystem.

Routern utför sina funktioner på nätverksnivå, så det beror på kommunikationsprotokollen, men beror inte på typen av nätverk. Med hjälp av två adresser - nätverksadressen och värdadressen, väljer routern unikt en specifik station i nätverket.

Exempel6.7. Det är nödvändigt att upprätta en anslutning med abonnenten telefonnät ligger i en annan stad. Först slås adressen till telefonnätet i denna stad - riktnummer. Sedan - värdadressen för detta nätverk - telefonnummer abonnent. Routerns funktioner utförs av PBX-utrustningen.

Routern kan också välja det bästa sättet för att sända ett meddelande till en nätabonnent filtrerar den informationen som passerar genom den och skickar till ett av näten endast informationen som är adresserad till den.

Dessutom ger routern lastbalansering i nätverket genom att omdirigera meddelandeflöden över fria kommunikationskanaler.

Inkörsport.Att kombinera ett LAN, helt olika typer fungerar enligt väsentligt olika protokoll, speciella enheter tillhandahålls - gateways.

Inkörsport- en enhet som låter dig organisera utbytet av data mellan två nätverk med hjälp av olika kommunikationsprotokoll.

Gatewayen utför sina funktioner på nivåerna ovanför nätverket. Det beror inte på det använda överföringsmediet, utan beror på de använda kommunikationsprotokollen. Vanligtvis konverterar en gateway mellan de två protokollen.

Med hjälp av gateways kan du ansluta ett lokalt nätverk till värddatorn, samt ansluta ett lokalt nätverk till det globala.

Exempel 6.8.Det är nödvändigt att kombinera lokala nätverk ligger i olika städer. Denna uppgift kan lösas med hjälp av globalt nätverk dataöverföring. Ett sådant nätverk är ett paketförmedlingsnätverk baserat på X.25-protokollet. Gatewayen ansluter det lokala nätverket till nätverket X .2 S ... Gatewayen utför de nödvändiga protokollkonverteringarna och möjliggör kommunikation mellan nätverk.

Broar, routrar och till och med gateways är strukturellt gjorda i form av kort som installeras i datorer. De kan utföra sina funktioner både i läget för fullständig separation av funktioner och i läget för att kombinera dem med funktionerna hos en arbetsstation i ett datornätverk.

Moderna datorlösningar kan klassificeras utifrån deras tilldelning till en viss arkitektur. Men vad kan det vara? Vilka är de viktigaste metoderna för att förstå denna term?

Datorsystemens arkitektur som en uppsättning hårdvarukomponenter

Vad är kärnan i konceptet "arkitektur datorsystem"? Under motsvarande term kan man först och främst förstå en uppsättning elektroniska komponenter som utgör en PC, som interagerar inom en viss algoritm med hjälp av olika typer av gränssnitt.

Vilka är en del av datorsystemet:

• inmatningsapparat;
• huvudsakliga datorchipset;
• anordningar för lagring av data;
• komponenter för att visa information.

I sin tur kan var och en av de markerade komponenterna inkludera Ett stort antal enskilda enheter. Till exempel kan den huvudsakliga beräkningskretsuppsättningen inkludera en processor, kretsuppsättning baserad på moderkort, grafisk databehandlingsmodul. I det här fallet kan samma processor bestå av andra komponenter: till exempel en kärna, cacheminne, register.

Utgående från strukturen av specifika hårdvarukomponenter på PC:n bestäms det vilken arkitektur för datorsystemet som är byggt. Låt oss överväga de viktigaste kriterierna enligt vilka vissa datorlösningar kan klassificeras.

Klassificering av datorsystem

I enlighet med det tillvägagångssätt som är utbrett bland experter kan datorsystem genom sin arkitektur innefatta:

• till stordatorer;
• till en minidator;
• till persondatorer.

Det bör nämnas att denna klassificering datorlösningar, i enlighet med vilka arkitekturen för ett datorsystem kan bestämmas, anses av många experter vara föråldrade. I synnerhet kan samma persondatorer idag delas in i ett stort antal varianter, mycket olika i syfte och egenskaper.

Allt eftersom datorsystem utvecklas kan det klassificeras med hjälp av ändrade kriterier. Icke desto mindre anses det angivna schemat vara traditionellt. Det kommer att vara användbart att överväga det mer i detalj. I enlighet med det är den första typen av datorer de som relaterar till arkitekturen hos stora maskiner.

Stora datorer

Stora datorer, eller stordatorer, används oftast inom industrin – som datacenter för olika produktionsprocesser. De kan installeras kraftfulla, extremt högpresterande chips.

Den övervägda arkitekturen i ett datorsystem kan utföra upp till flera tiotals miljarder beräkningar per sekund. Stordatorer kostar ojämförligt dyrare än andra system. Som regel kräver deras tjänst deltagande av ett ganska stort antal personer med nödvändiga kvalifikationer. I många fall utförs deras arbete inom de underavdelningar som är organiserade som företagets datorcentrum.

Mini-dator

Arkitektur datorsystem och datornätverk baserade på dem kan representeras av lösningar som klassificeras som minidatorer. I allmänhet kan deras syfte vara detsamma som i fallet med stordatorer: användningen av en motsvarande typ av dator inom industrin är mycket vanligt. Men som regel är deras användning typisk för relativt små företag, medelstora företag, vetenskapliga organisationer.

Moderna minidatorer: möjligheter

I många fall utförs användningen av dessa datorer just i syfte att effektiv förvaltning intranät. Således kan de övervägda lösningarna användas i synnerhet som högpresterande servrar. De är även utrustade med mycket kraftfulla processorer som Intels Xeon Phi. Detta chip kan arbeta i hastigheter över 1 teraflops. Motsvarande processor är designad för 22 nm tillverkningsprocessen och har en minnesbandbredd på 240 GB/s5.

Personliga datorer

Nästa typ av datorarkitektur är PC. Det är nog det vanligaste. Datorer är inte lika kraftfulla eller kraftfulla som stordatorer och mikrodatorer, men i många fall kan de lösa problem inom både industriella och vetenskapliga områden, för att inte tala om typiska användaruppgifter som att köra applikationer och spel.

En annan anmärkningsvärd egenskap hos persondatorer är att deras resurser kan slås samman. Datorkraften hos ett tillräckligt stort antal datorer kan alltså vara jämförbar med prestandan datorarkitekturer högre klass, men att nå sina nominella nivåer med en PC är naturligtvis mycket problematiskt.

Ändå kännetecknas arkitekturen av datorsystem, nätverk baserade på persondatorer av mångsidighet, vad gäller implementering i olika branscher, tillgänglighet och skalbarhet.

Persondatorer: klassificering

Som vi noterade ovan kan datorer klassificeras i ett stort antal varianter. Bland dessa: stationära datorer, bärbara datorer, surfplattor, handdatorer, smartphones - som kombinerar datorer och telefoner.

Som regel har stationära datorer de mest kraftfulla och produktiva arkitekturerna; den minst kraftfulla - smartphones och surfplattor på grund av deras lilla storlek och behovet av att avsevärt minska resurserna för hårdvarukomponenter. Men särskilt många av motsvarande enheter toppmodeller, när det gäller hastighet, i princip jämförbar med de ledande modellerna av bärbara datorer och budgetdatorer.

Den noterade klassificeringen av datorer vittnar om deras mångsidighet: i olika varianter kan de lösa typiska användaruppgifter, produktion, vetenskap, laboratorier. Programvara, arkitektur av datorsystem av motsvarande typ är i många fall anpassade för användning av en vanlig medborgare som inte har specialutbildning, vilket kan krävas av en person som arbetar med stordator eller minidator.

Hur upprättar man tilldelningen av en datorlösning till en PC?

Huvudkriteriet för att klassificera en datorlösning som en PC är dess personliga orientering. Det vill säga att motsvarande är designad huvudsakligen för användning av en användare. Men många av de infrastrukturella resurser som han vänder sig till är onekligen sociala till sin natur: detta kan spåras till exemplet med användningen av Internet. Trots att en datorlösning är personlig kan den praktiska effektiviteten i dess användning registreras endast om en person får tillgång till datakällor som genererats av andra människor.

Programvaruklassificering för datorarkitekturer: stordatorer och minidatorer

Tillsammans med klassificeringen av datorer som vi har diskuterat ovan, finns det också kriterier för att tilldela vissa kategorier av program som är installerade på motsvarande typer av datorutrustning. När det gäller stordatorer och de som är nära dem efter syfte, och i vissa fall av minidatorers prestanda, har de som regel förmågan att använda flera operativsystem anpassade för att lösa specifika produktionsuppgifter... I synnerhet kan dessa operativsystem anpassas för att lansera olika automationsverktyg, virtualisering, implementering av industriella standarder, integration med olika sorter Programvara.

Programvaruklassificering: persondatorer

Program för vanliga datorer kan presenteras i varianter som är optimerade för att i sin tur lösa användaruppgifter, såväl som sådan produktion som inte kräver den prestandanivå som kännetecknar stordatorer och minidatorer. Det finns alltså industriella, vetenskapliga och laboratorieprogram för datorer. Programvaran, arkitekturen för datorsystem av motsvarande typ beror på den specifika bransch där de används, på användarens förväntade skicklighetsnivå: det är uppenbart att professionella lösningar för industridesign får inte utformas för den som har endast grundläggande kunskap inom området för tillämpning av datorprogram.

PC-program i olika varianter har i många fall intuitivt tydligt gränssnitt, diverse hjälpdokumentation. I sin tur kan kraften hos stordatorer och minidatorer utnyttjas fullt ut, förutsatt att inte bara instruktionerna följs, utan också när användaren regelbundet gör ändringar i strukturen för de program som startas: detta kan kräva ytterligare kunskap, till exempel relaterad till användningen av språkprogrammering.

PC-programvaruarkitekturnivåer

Begreppet "arkitektur av datorsystem" lärobok i informatik, beroende på synpunkter från dess författare, kan tolkas på olika sätt. En annan vanlig tolkning av motsvarande term involverar dess korrelation med mjukvarulager. I detta fall är det inte av grundläggande betydelse i vilket speciellt datorsystem motsvarande mjukvarunivåer är implementerade.

I enlighet med detta tillvägagångssätt bör en dators arkitektur förstås som en uppsättning olika typer av data, operationer, egenskaper hos programvara som används för att bibehålla funktionen hos en dators hårdvarukomponenter, samt skapa förhållanden under vilka användaren kan använda dessa resurser i praktiken.

Arkitekturer för mjukvarulager

Experter identifierar följande huvudarkitekturer för datorsystem i samband med det övervägda tillvägagångssättet för att förstå motsvarande term:

• digital logisk arkitektur en datorlösning - faktiskt en PC i form av olika moduler, celler, register - till exempel placerad i processorstrukturen;
• mikroarkitektur på nivån för tolkning av olika mikroprogram;
• sändningsarkitektur specialteam- på assemblernivå;
• arkitekturen för tolkningen av motsvarande kommandon och deras implementering i programkoden, förståelig för operativsystemet;
• kompileringsarkitektur för att tillåta ändringar av programkoder vissa typer av programvara;
• arkitektur av högnivåspråk som tillåter anpassning av programkoder för att lösa specifika användarproblem.

Vikten av klassificering av programvaruarkitektur

Naturligtvis kan denna klassificering i samband med att betrakta en given term som motsvarande lager av mjukvara vara mycket godtycklig. En dators arkitektur och utformningen av datorsystem, beroende på deras tillverkningsbarhet och syfte, kan kräva olika tillvägagångssätt av utvecklare i klassificeringen av mjukvarunivåer, såväl som i själva verket för att förstå essensen av termen om vilken i fråga.

Trots det faktum att dessa representationer är teoretiska, är deras adekvata förståelse av stor betydelse, eftersom det bidrar till utvecklingen av mer effektiva konceptuella tillvägagångssätt för att bygga vissa typer av datorinfrastruktur, gör det möjligt för utvecklare att optimera sina lösningar till användarnas önskemål och lösa specifika problem .

Sammanfattning

Så vi har definierat kärnan i termen "arkitektur för ett datorsystem", hur det kan betraktas beroende på ett visst sammanhang. I enlighet med en av de traditionella definitionerna kan motsvarande arkitektur förstås som hårdvarustrukturen för en PC, som förutbestämmer nivån på dess prestanda, specialisering och krav på användarnas kvalifikationer. Detta tillvägagångssätt förutsätter klassificeringen av moderna datorarkitekturer i tre huvudkategorier - stordatorer, minidatorer och datorer (som i sin tur också kan representeras av olika typer av datorlösningar).

Som regel är varje typ av specificerad arkitektur utformad för att lösa specifika problem. Stordatorer och minidatorer används oftast inom industrin. Med hjälp av en PC är det också möjligt att lösa ett brett utbud av produktionsuppgifter, genomföra ingenjörsutveckling – för detta anpassas även motsvarande arkitektur av datorsystem. Laboratoriearbete, vetenskapliga experiment med denna teknik blir tydligare och mer effektiva.

En annan tolkning av termen i fråga involverar dess korrelation med specifika nivåer av mjukvara. I denna mening är datorsystems arkitektur ett fungerande program som säkerställer att en PC fungerar, samt skapar förutsättningar för att använda den. beräkningskraft i praktiken för att lösa vissa användarproblem.

Föreläsning: Arkitektur av datorer och datornätverk

Datorarkitektur

Datorers arkitektur förstås som alla deras komponenter, såväl som principerna för deras funktion. Om vi ​​kopplar ihop flera datorer så kan vi få ett färdigt datornätverk.

Det finns två huvudkomponenter som krävs för att skapa ett datornätverk:

1. Specialutrustning för nätverksbildning;

2. programvara så att alla datorer kan arbeta tillsammans.

Datornätverk flera datorer kallas, sammankopplade med specialutrustning, kontrollerade specialprogram, vilket säkerställer utbyte och gemensam användning av information som lagras i ett datornätverk.

KommunikationslinjeÄr en miljö som kan koppla ihop datorer med varandra till ett datornätverk, är det via kommunikationslinjer som information överförs.

Om viss information överförs direkt mellan vissa abonnenter. Sedan sker det med hjälp av en kommunikationskanal. De förenade kommunikationslinjerna är kanalerna. En kommunikationslinje kan tillhöra flera kommunikationskanaler.

Datornätverk kan vara av lokal användning (på fältet, på företaget), regionala (som tillhör en viss region), globala nätverk.

Typer av datornätverk

Låt oss titta närmare på vad ett lokalt, regionalt och globalt nätverk är.

Det lokala nätverketÄr ett nätverk som kopplar ihop de datorer som är på kort avstånd från varandra, vanligtvis på territoriet för en byggnad eller till och med en våning.

Den stora fördelen med detta nätverk är att alla datorer är på kort avstånd, vilket ökar hastigheten på informationsöverföringen och utökar även möjligheterna för ett sådant nätverk.

Om ett visst nätverk ansluter användare över långa avstånd, så kallas ett sådant nätverk global.

En mängd olika kommunikationslinjer används för sådana nät, av vilka några ursprungligen användes för andra ändamål (till exempel telefon- eller telegraflinjer). Dock tack vare modernt tillvägagångssätt nästan alla förbindelseledningar har ersatts av radio- eller fiberoptiska ledningar.

Om flera lokala nätverk kombineras till ett nätverk, så kallas det regional.

Dessa nätverk förenar alla lokala nätverk i en stad, ett distrikt eller en region.

Det finns också företagsnätverk - nätverk som ansluter datorer från samma organisation eller bransch för utbyte av arbetsinformation.

För sådana nätverk behöver datorer inte vara placerade i samma byggnad.

NätverksarkitekturÄr en uppsättning parametrar, regler, protokoll, algoritmer, kartor som låter dig studera nätverket.

ProtokollÄr en uppsättning regler som antar beteckningar för de typer av data som kan överföras över ett nätverk.

Nätverks topologi

Nätverks topologiÄr en plan som beskriver platserna där datorer är anslutna, samt deras noder.

Det finns flera typer av topologier, som bestäms av antalet datorer, vad är avståndet mellan datorer, vilka parametrar som används och många andra egenskaper.

Det finns flera huvudtyper av topologier: "Point", "Buss". "Ring", "Stjärna".

"Punkt"

Point-teknologin förenar två datorer i serie med varandra.

RYSSLANDS MINISTERIET

Federal State Budgetary Education Institute

högre yrkesutbildning

Tula State University

Institutionen för "Robotik och produktionsautomation"

Samling av riktlinjer för laborationer

genom disciplin

Datormaskiner, system och nätverk

Utbildningens inriktning: 220400 "Mekatronik och robotik"

Specialitet: 220402 "Robotar och robotsystem"

Träningsformer: heltid

Tula 2012

Metodinstruktioner för laborationer upprättas Docent, Ph.D. Shmelev V.V. och diskuteras vid ett möte med avdelningen fakultet cybernetik ,

protokoll nr ___ daterat "___" ____________ 20 1 G.

Metodinstruktioner för laborationer reviderades och godkändes vid ett möte på institutionen robotik och industriell automation fakultet cybernetik ,

Protokoll nr ___ daterat "___" ____________ 20___

Huvud Avdelning ________________ E.V. Larkin

Laborationer nr 1. Klassificering av datorer och datorsystems arkitektur 4

2.1 Datorklassificering 4

Laboratoriearbete nr 2. Sammansättning och anordning personlig dator 9

2.1 En persondators struktur 9

Grundläggande PC-enheter 15

Laboratoriearbete nr 3. Persondatorlagringsenheter 29

2.1 Lagringsenheter 29

Laboratoriearbete nr 4. Externa apparater PC 58

Laboratoriearbete nr 5. Lokala nätverk 79

2.1 Lokala nätverk 79

Laboratoriearbete nr 6. Programvara, information och teknisk support av nätverk 91

2.1. Program- och informationsstöd för nätverk 92

2.2 Grundläggande principer för att bygga datornätverk 93

2.3. Tekniskt stöd för information och datornätverk 104

Studieobjektet är mjukvara, information och tekniskt stöd för nätverk 122

2. Att studera programvara, information och teknisk support för nätverk 122

Laboratoriearbete nr 7. Globalt informationsnätverk Internet 123

2. Teorins grunder 123

2.1 Globalt informationsnätverk Internet 123

Laborationer nr 8. Kommunikationssystem 133

1. Arbetets syfte och mål 133

2. Teorins grunder 133

2.1. TELEKOMMUNIKATIONssystem 133

Dokumenterade informationsöverföringssystem 146

Laboration nr 1. Klassificering av datorer och datorsystems arkitektur

1. Syfte och mål med arbetet.

Som ett resultat av detta arbete bör eleverna

känna till datorklassificering och arkitektur för datorsystem

2. Grunderna för teorin.

2.1 Datorklassificering

Dator - en uppsättning tekniska medel utformade för automatisk behandling av information i processen att lösa olika problem.

Det finns flera kriterier som en virtuell dator kan delas efter. Särskilt:

enligt handlingsprincipen,

på elementets bas och skapelsestadier,

enligt överenskommelse,

i storlek och processorkraft,

efter funktionalitet,

Genom handlingsprincipen VM: analog, digital och hybrid.

Analog eller kontinuerlig videobandspelare, arbeta med information presenterad i en kontinuerlig (analog) form, d.v.s. i form av en kontinuerlig ström av värden av vilken fysisk kvantitet som helst (oftast spänningen hos en elektrisk ström)

AVM:er är enkla och lätta att använda. Hastigheten att lösa problem regleras av operatören och kan vara mycket hög, men noggrannheten i beräkningarna är mycket låg. Sådana maskiner löser effektivt differentialkalkylproblem som inte kräver komplex logik.

Digital, eller diskret VM, arbeta med information presenterad i diskret, eller snarare digital form.

Hybrid- eller kombinerade virtuella datorer kombinerar förmågan att arbeta med både digital och analog information. De används vanligtvis vid automatisering av styruppgifter för tekniska och tekniska processer.

I ekonomin och vardagliga aktiviteter har digitala datorer blivit utbredda, oftare kallade bara datorer eller datorer.

Enligt elementets bas och skapelsestadier finns det:

1:a generationen, 50-talet av 1900-talet: en dator baserad på elektroniska vakuumrör.

2:a generationen, 60-tal: datorer baserade på halvledarenheter (transistorer).

3:e generationen, 70-talet: datorer baserade på integrerade halvledarkretsar med låg och medelhög integrationsgrad (hundratusentals till tusentals transistorer i ett paket, på ett chip).

4:e generationen, 80-90-talet: datorer baserade på stora och ultrastora IC, varav den huvudsakliga är en mikroprocessor (tiotusentals miljoner aktiva element på en kristall).

Om den elektroniska utrustningen för datorer av den första generationen ockuperade en hall med en yta på 100-150 kvm. m, sedan VLSI 1-2 kvm. cm och avståndet mellan elementen på det är 0,11-0,15 mikron (tjockleken på ett människohår är flera tiotals mikron)

5:e generationen, nuförtiden: datorsystem med flera dussin parallella mikroprocessorer.

6:e och efterföljande generationer: datorer med massiv parallellitet och en optisk-elektronisk bas, där principen om associativ informationsbehandling är implementerad; så kallade neurala datorer.

Det är viktigt att veta:

Varje successiv generation överstiger systemets prestanda och lagringskapacitet med mer än en storleksordning.

Enligt överenskommelse det är brukligt att särskilja universella datorer, problemorienterade och specialiserade.

Universellär utformade för att lösa ett brett spektrum av tekniska, ekonomiska, matematiska och andra problem, som kännetecknas av stora mängder databehandling och komplexiteten hos algoritmer.

Problemorienteradär utformade för att lösa ett snävare spektrum av uppgifter relaterade till styrning av tekniska processer (objekt), med registrering, ackumulering och bearbetning av relativt små volymer data, utföra beräkningar enligt relativt enkla algoritmer. Dessa inkluderar begränsade hård- och mjukvaruresurser.

Specialiseradär utformade för att lösa specifika uppgifter för att styra driften av tekniska enheter (enheter). Dessa kan vara kontroller - processorer som styr driften av enskilda noder i ett datorsystem.

Storlek och processorkraft datorer kan delas in i ultrastora (superdatorer, superdatorer), stora, små och ultrasmå (mikrodatorer, mikrodatorer).

Jämförande egenskaper hos datorklasser

alternativ	Superdator			Mikrodator
Prestanda, MIPS
RAM-kapacitet, MB
OVC-kapacitet, GB
Lite djup

Genom att revidera funktionalitet datorer är klassade:

• processorhastighet,

  bithet av processorregister,

  former för representation av tal,

  nomenklatur, kapacitet och prestanda för lagringsenheter,

  nomenklatur och tekniska egenskaper för externa enheter,

  möjligheten att köra flera program samtidigt (multitasking),

  utbudet av operativsystem som används,

  programvarukompatibilitet - förmågan att köra program skrivna för andra typer av datorer,

  förmågan att arbeta i ett datornätverk

RYSKA FEDERATIONEN

UTBILDNINGSMINISTERIET OCH VETENSKAP

Statens läroanstalt

TYUMEN STATE UNIVERSITY

Institutionen för matematik och datavetenskap

E. A. Olennikov

Arkitektur av datorsystem och datornätverk

Utbildnings- och metodkomplex.

Arbetsprogram för heltidsstudenter,

specialitet 010500.62 "Matematiskt stöd och administration av informationssystem", utbildningsprofiler: "Programmeringsteknik",
« Parallell programmering»

Tyumen State University

... Arkitekturen för datorsystem och datornätverk.

Utbildnings- och metodkomplex. Arbetsprogram för heltidsstuderande av specialiteten 010500.62 "Programvara och administration informationssystem», utbildningsprofiler: "Programmeringsteknologier", "Parallell programmering". Tyumen, 2011, 13 sid.

Arbetsprogrammet är utarbetat i enlighet med kraven i Federal State Education Standard of Higher Professional Education, med hänsyn till rekommendationerna och PROP HPE i utbildningens riktning och profil.

Godkänd av vicerektor för akademiska frågor vid Tyumen State University

Ansvarig redaktör:, chef. stol informationssäkerhet, d. s. k., prof.

© GOU VPO Tyumen State University, 2014

2. Förklarande anmärkning

2.1. Mål och mål för disciplinen

Disciplinen "Architecture of Computing Systems and Computer Networks" syftar till att ge en helhetssyn på:

Om principerna för att bygga operativsystem och datorsystem (OS, VS);

Om OS:s huvudfunktioner;

Tabell 4.

Planera självständigt arbete studenter

	Moduler och teman	Typer av CPC	Terminsvecka	Klockvolym	siffra- i poäng
obligatorisk	ytterligare
Modul 1
	Historien om utvecklingen av operativsystem.
	Grundläggande begrepp och begrepp för OS. OS-funktioner. Arkitektoniska egenskaper OS.	Sammanfattningar av material i föreläsningar.	Arbeta med utbildningslitteratur
	Processledning. Racer, processsynkronisering. Återvändsgränder och metoder för att hantera dem.	Sammanfattningar av material i föreläsningar.	Arbeta med utbildningslitteratur
	Minneshantering.	Sammanfattningar av material i föreläsningar.	Arbeta med utbildningslitteratur
	Total modul 1:
Modul 2
	I/O-kontroll	Sammanfattningar av material i föreläsningar.	Arbeta med utbildningslitteratur
	Filsystem	Sammanfattningar av material i föreläsningar.	Arbeta med utbildningslitteratur
	Organisation av filsystemet FAT, NTFS	Sammanfattningar av material i föreläsningar. Utförande av kontrollarbete.	Arbeta med utbildningslitteratur
	Organisation filsystem används i Unix / Linux OS	Sammanfattningar av material i föreläsningar.	Arbeta med utbildningslitteratur
	Total modulo 2:
Modul 3
	OS-arkitektur Windows XP, Seven, Windows 2003/2008.	Sammanfattningar av material i föreläsningar.	Arbeta med utbildningslitteratur
	OS-arkitektur Unix familj	Sammanfattningar av material i föreläsningar.	Arbeta med utbildningslitteratur
	Linux OS-arkitektur. Linux-distributioner	Sammanfattningar av material i föreläsningar. Utförande av kontrollarbete.	Arbeta med utbildningslitteratur
	Totalt mod 3:
	TOTAL:

5. Delar av disciplinen och tvärvetenskapliga kopplingar till de angivna (efterföljande) disciplinerna

Disciplinämnen som krävs för att studera de angivna (efterföljande) disciplinerna

Modul 1.

Ämne 1.1. Historien om utvecklingen av operativsystem.

OS utveckling. Historien om utvecklingen av Unix.

Ämne 1.2. Grundläggande begrepp och begrepp för OS. OS-funktioner.

Arkitektoniska egenskaper hos operativsystemet. Funktioner, principer för konstruktion, funktionella komponenter och arkitektoniska egenskaper och OS-klassificering.

Ämne 1.3. Processledning. Racer, processsynkronisering. Återvändsgränder och metoder för att hantera dem.

Definition av processen och begrepp förknippade med den. Processplanering. Lopp. Synkronisering av processer. Återvändsgränder och metoder för att hantera dem.

Ämne 1.4. Minneshantering

Typer av adresser. Minnesallokeringsmetoder. Hierarki av lagringsenheter. Principen för datacaching.

Modul 2.

Ämne 2.1. I/O-kontroll

Fysisk organisation av input-output-enheter. Organisation av I/O-mjukvara

Ämne 2.2. Filsystem

Grundläggande koncept. Den logiska organisationen av filen. Operationer på filer och kataloger. Filskydd. Implementering av filsystem. Allmän filsystemmodell. Gratis och upptagen ledning disk utrymme... Filsystemstruktur på disk

Ämne 2.3. Organisation av filsystemet FAT, NTFS

Logisk organisation av FAT, NTFS filsystem.

Ämne 2.4. Organisation av filsystem som används i Unix / Linux OS

Logisk organisation av filsystem: S5, UFS, Ext2FS, ReiserFS, Ext3fs, XFS, JFS.

Modul 3.

Ämne 3.1. OS-arkitektur Windows XP, Seven, Windows 2003/2008.

Ämne 3.2. Unix-familjens OS-arkitektur

Ämne 3.3. Linux OS-arkitektur. Linux-distributioner

7. Planer för seminarier

Inte planerat.

8. Ämnen för praktiskt arbete

1. Skapande och hantering av processer med hjälp av verktyg Vinn API, konstruktion av programmeringsspråk.

2. Utveckling flertrådad applikation använder Win API, programmeringsspråk design.

3. Synkronisering av processer. Väntande funktioner. Väntande objekt: händelser.

4. Synkronisering av processer. Väntande objekt: väntande timer, semaforer

5. Synkronisering av processer. Vänta objekt: Mutexes, kritiska sektioner

6. Utveckling av en applikation som simulerar en av de klassiska algoritmerna för processtyrning i operativsystem

7. Utveckling av en applikation för att ta emot systeminformation Windows OS: lista över processer och trådar, storlek och minnesallokering.

8. Studie av distribution virtuellt minne process i Windows. Utveckling av en applikation för att få en karta över processernas virtuella adressutrymme.

9. Använda virtuellt minne. Val av regioner, överföring fysiskt minne regionsidor i Windows. Utveckling av en applikation som använder virtuellt minne för att arbeta med stora datastrukturer.

10. Filer mappade till minnet. Utveckla en applikation för kopiering av stora filer med hjälp av mekanismen för minneskartade filer.

11. Utveckling av en applikation som simulerar en av de klassiska minneshanteringsalgoritmerna i operativsystem

12. Utforska strukturen för FAT-filsystem med hjälp av diskredigeraren

13. Utforska strukturen för NTFS-filsystem med hjälp av diskredigeraren

14. Installation och konfiguration av FreeBSD OS.

15. Arbeta med användare i FreeBSD OS. Hantera konton, grupper, begränsa användare. Utföra kommandon på uppdrag av andra användare: SU, SUDO-verktyg.

16. Filsystem i OS FreeBSD. Partitionshantering, montering, inställning av åtkomsträttigheter.

17. Nätverksinställningar på FreeBSD OS.

18. Bygga och konfigurera FreeBSD OS-kärnan.

9. Ungefärligt ämne för terminsuppsatser

Kursuppgifter om disciplinen tillhandahålls inte.

10. Utbildning - metodiskt stöd självständigt arbete av studenter. Utvärderingsverktyg för att övervaka framsteg, mellanliggande certifiering baserat på resultaten av att bemästra disciplinen (modul).

Kvalitetskontroll av beredning utförs genom kontroll teoretisk kunskap och praktiska färdigheter genom att använda:

a) Nuvarande intyg:

kontroll mellanliggande kontroll fungerar och mottagning laboratoriearbete,

b) Interimscertifiering:

tentamen i slutet av 4:e terminen (studenter antas till tentamen efter att ha klarat alla laborationer, löst alla problem med provpapper).

Aktuell och mellanliggande kontroll av att bemästra och behärska disciplinens material utförs inom ramen för betygssystemet (100 poäng).

Exempel på laborationsuppgift

Laboratoriearbete. Konfigurera FreeBSD OS-kärnan. Installerar programvara.

Uppgift 1. Bygga kärnan.

1. Bygg din egen kärna baserat på följande krav:

Välj kärnans namn efter eget gottfinnande;

Inaktivera oanvänd hårdvarustöd;

Aktivera alternativet som förbjuder omstart av systemet med kortkommandot ctrl-alt-del.

2. Installera kärnan.

Uppgift 2. Installera programvara från paket

1. Installera valfri textredigerare med hjälp av sysinstall-verktyget.

2. Installera vim-textredigeraren från paketet.

Uppgift 3. Installera programvara från portar

1. Installera MC-filhanteraren (port: ../misc/mc).

Testexempel

Implementera ett schema för att "larma" tre väntande trådar om att placera ett (godtyckligt format) meddelande i kön baserat på synkroniseringsobjektet "händelse". Händelser sänds ut till kön av två trådar som har en lägre prioritetsnivå än väntande. Beräkna det genomsnittliga antalet meddelanden som behandlas av varje tråd. Kön måste skyddas av en kritisk sektion.

Frågor till tentamen

Operativsystem koncept. Operativsystemet är som en virtuell maskin. Operativsystemet som ett resurshanteringssystem. Operativsystemet som en ständigt fungerande kärna. Begrepp driftsmiljö... Programvarumiljö. Primärt och sekundärt mjukvarumiljö ... OS utveckling. Grundläggande funktioner för operativsystem Grundläggande principer för att bygga ett operativsystem Arkitektur för ett operativsystem. Allmän riktlinje. Privilegerade och användarlägen. Arkitektoniska egenskaper hos moderna operativsystem. Monolitisk kärna. System i lager. Virtuella maskiner. Mikrokärnarkitektur. Blandade system. Klassificering av operativsystem. Funktioner för användningsområden. Klassificering av operativsystem. Stöd för multitasking. Klassificering av operativsystem. Förebyggande och icke-förebyggande multitasking. Klassificering av operativsystem. Flertrådsstöd. Klassificering av operativsystem efter hur de interagerar med en dator. Klassificering av operativsystem efter typ av centralisering. Klassificering av operativsystem. Multiprocessing. Klassificering av operativsystem. Stöd för flerspelarläge. Klassificering av operativsystem efter typ av hårdvara. Klassificering av operativsystem. Funktioner i användningsområden Klassificering av operativsystem. Funktioner av konstruktionsmetoder. Process koncept. Processtillstånd. Informationsstrukturer för processen. Processplanering. Planeringsnivåer. De viktigaste målen för planering. Processplaneringsalgoritmer. Förebyggande och icke-förebyggande multitasking Synkronisering av processer. Kritiska resurser. Lopp. Kritiska avsnitt. Mjukvarualgoritmer för att organisera interaktionen mellan processer. Inaktivera avbrott. Blockerande variabler. Mjukvarualgoritmer för att organisera interaktionen mellan processer. Semaforer. Övervaka. Meddelanden dödläge koncept. Villkor för förekomsten av återvändsgränder. De viktigaste inriktningarna i kampen mot återvändsgränder. Windows-trådsynkroniseringsverktyg. Väntande funktioner och objekt. OS:s huvudfunktioner för minneshantering. Typer av adresser. Metoder för att allokera minne utan att använda diskutrymme. Minnestilldelning av fasta partitioner. Minnesallokering i variabla partitioner. Allokera minne med flyttbara partitioner Förstå virtuellt minne Metoder för att allokera minne med hjälp av diskutrymme. Paging Memory Allocation Segment Memory Allocation Page-Segment Memory Allocation Swapping Konceptet med ett filsystem. Fil. Filtyper och attribut. Den logiska organisationen av filen. Operationer på filer och kataloger. Filskydd. Allmän filsystemmodell. Metoder för tilldelning av diskutrymme. Hantering av ledigt och använt diskutrymme. Minnesmappade filer Filsystemprestanda Samtida arkitekturer filsystem Fil FAT system 12/16/32 - logisk och fysisk organisation Fil NTFS-system- logisk och fysisk organisation. Filsystem NTFS - journalföring, säkerhet, komprimering, kryptering. Enheten för filsystem i Unix-familjens skyddade läge för processorn

11. Utbildningsteknik.

Kombination av traditionella utbildningsteknik i form av föreläsningar, datorlaborationer och kontrollåtgärder (kontrollarbeten).

Auditiva lektioner:

Föreläsnings- och datorlaboratoriestudier; i laboratorieklasser sker kontroll när laborationsuppgiften lämnas in. Under terminerna genomför eleverna de uppgifter läraren anger för varje lektion.

Aktiva och interaktiva former

Datormodellering och analys av resultat under laborationer

Fritidsaktiviteter:

Att utföra ytterligare uppgifter av olika typer och komplexitetsnivåer vid utförande av laborationer, förbereda för klassrumsstudier, studera enskilda ämnen och frågeställningar inom den akademiska disciplinen i enlighet med läroplanens tematiska plan, upprätta abstracts. Förberedelse av individuella uppdrag: kontrollarbeten, förberedelser för alla typer av kontrolltester: aktuell övervakning av framsteg och mellanliggande certifiering; individuella konsultationer.

12. Utbildningsmetodisk och informativt stöd för disciplinen

12.1. Huvudlitteratur:

1. E. Tanenbaum. Moderna operativsystem. - SPb .: Peter, 2011

12.2. Ytterligare litteratur:

1. , . Nätverksoperativsystem. - SPb .: Peter, 2005

2. Stolings V. Operativsystem. M .: Williams, 2004

3. Eben M., Tyman B. FreeBSD. Administration: konsten att uppnå balans. - SPb .: DiaSoftUP, 2003

4., FreeBSD: installation, konfiguration, användning. -SPb .: BHV-Petersburg, 2003

5. Gordeev-system. - SPb .: Peter, 2004

6. Carrie B. Forensisk analys av filsystem. - SPb .: Peter, 2007

7. E. Tanenbaum. Datorarkitektur. - SPb .: Peter, 2010

8. E. Tanenbaum. Operativsystem: design och implementering. - SPb .: Peter, 2006

12.3. Programvara och Internetresurser.

Universitetets elektroniska bibliotekssystem för utbildningslitteratur;

Vetenskaplig och teknisk informationsbas för VINITI RAS;

Tillgång till öppna citeringsdatabaser, inklusive forskare. , matte-nät. ru;

Utvecklingsmiljöer i C #, C ++, Pascal;

Programvara för systemvirtualisering: VMWare arbetsstation, Virtuell PC.

13. Tekniska medel och logistik.

För att organisera studenters självständiga arbete är det nödvändigt dator klass med en installerad utvecklingsmiljö i C #, C ++, Pascal och ett av programmen för systemvirtualisering: VMWare Workstation, Virtual PC, med möjlighet att köra bilder virtuella maskiner kör Windows NT, FreeBSD.