В. П. Дьяконов, А. Н. Черничин Новые информационные технологии Часть Основы и аппаратное обеспечение Под общей редакцией проф. В. П. Дьяконова Смоленск 2003
| Вид материала | Документы |
- Высшее образование новые педагогические и информационные технологии в системе образования, 4841.75kb.
- Перевод с норвежского М. П. Дьяконовой Под редакцией М. А. Дьяконова Предисловие проф., 5465.89kb.
- Литература: Калугина Т. А. Новые информационные технологии в сфере образования: методологические, 14.35kb.
- Юрия Михайловича Лахтина, прочитанной на 3-х Лахтинских чтениях 21 сентября 2003 года, 1244.48kb.
- Под общей редакцией проф. Малого В. П., проф. Кратенко И. С. Харьков 2008, 8344.22kb.
- Информационные технологии и управление в технических системах всех форм обучения Под, 793.84kb.
- Леонид Владимирович Дьяконов указатель, 8647.04kb.
- Международный общественный благотворительный, 2426.77kb.
- 2. технические основы информационных технологий в экономике, 988.43kb.
- Учебник под редакцией, 9200.03kb.
4.3. Принципы организации сетей
4.3.1. Организация компьютерных сетей
Из истории создания компьютеров известно, что первые компьютеры были большими ЭВМ. Для предоставления доступа к таким ЭВМ многих пользователей стали широко использоваться локальные сети. Они нередко содержали крупную обслуживающую ЭВМ – сервер, к которой подключались упрощенные компьютеры – терминалы, или рабочие станции РС. В настоящее время они в основном заменены персональными компьютерами. Подобная звездообразная структура сети показана на рис. 4.4 сверху.
Р
ис. 4.4. Сосредоточенные компьютерные локальные сетиТ
акая структура сети имеет очевидный недостаток - выход сервера из строя вел к выходу из строя всей сети. Затем была предложена шинная архитектура сетей (рис. 4.4, снизу). При ней имелась общая для всех компьютеров шина, и они подключались к ней своими отрезками кабелей. Возможна также кольцевая структура сети (рис. 4.5).Рис. 4.5. Кольцевая структура сосредоточенной сети
Широкое распространение получили одноранговые сети, у которых все компьютеры равноценны по своим возможностям. Впрочем, роль сервера в такой сети может выполнять любой компьютер. Одноранговые сети поддерживаются операционными системами Windows 95/98/NT/2000/XP.
Для подключения ПК к сети используются сетевые карты. Из них самые распространенные карты типа Ethernet. К 2002 году в мире было выпущено более 250 миллионов таких карт со скоростью передачи данных 10 и 100 Мбит/с. На них построено множество локальных сетей во всем мире. Ныне Intel внедряет технологию городских сетей 10 Gigabit Ethernet с очень большой скоростью в 10 Гбит/c. Специально для сетевых применений созданы сетевые процессоры с архитектурой Intel Internet Exchange Architecture (Intel IXA).
Сети, структуры которых показаны на рис. 4.4 и 4.5, могут комбинироваться в различных вариантах. Сложные структуры сетей иногда называют распределенными. В них нередко имеется множество серверов и рабочих станций.
4.3.2. Кластерные системы
Когда были созданы персональные компьютеры, то казалось, что они смогут решать только относительно простые задачи (в сравнении с суперкомпьютерами). Но это далеко не так. Объединение множества (порою миллионов) ПК в единую сеть позволяет получить вычислительную мощность, намного превосходящую мощность даже суперкомпьютеров. И такие успешные эксперименты, например, в области разгадки очень сложных кодов уже успешно проведены.
Компьютеры, объединенные скоростными (как правило, световолоконными) сетями и имеющие единое программное обеспечение, называют кластерами. Ныне кластеры стали главным конкурентом супер-ЭВМ, обеспечивая наиболее высокое отношение производительность/цена. Таким образом, налицо тенденция замены сверхбольших ЭВМ сетями из малых ЭВМ. В них перспективно применение новейших микропроцессоров корпорации Intel.
Ранее суперкомпьютеры почти исключительно строились на RISC процессорах и имели закрытую архитектуру. Так, в рейтинге TOP 500 суперкомпьютеров в 2000 году из 500 суперкомпьютеров только два были построены на процессорах Intel с открытой архитектурой. Но уже в 2002 году их число возросло до 56, а два суперкомпьютера на процессорах Intel попали в первую десятку рейтинга. Intel «скромно» полагает, что уже через три года кластеры на ее процессорах отвоюют 80% рынка этой могучей техники, и уже в 2005 году объем продаж их достигнет 2,3 миллиардов долларов (уже в 2001 году он составлял 508 миллионов долларов).
Кластеры на процессорах Pentium 4 и Itanium 2 уже достигли производительности в 2 терафлопа (21012 операций с плавающей запятой в секунду), и ожидается ее увеличение до 10 терафлоп. Любопытно, что такие компьютеры работают на основе операционной системы Linux, как бы случайно и свободно возникшей в программистских кругах.
4.4. Беспроводные линии связи и сети
4.4.1. Связь с применением инфракрасного порта
Инфракрасный порт, или ИК-порт, одно из наиболее часто используемых устройств для беспроводного обмена данными между мобильными устройствами: сотовыми телефонами, карманными компьютерами и ноутбуками. Есть даже внешние (периферийные) устройства с инфракрасными портами, например принтеры, сканеры, цифровые фотоаппараты и т.д.
ИК-порт представляет собой приемопередатчик, состоящий из свето- и фотодиодов, работающих в инфракрасном диапазоне (длина волны — от 850 до 880 нанометров). Цифровой сигнал после усиления направляется на светодиод одного устройства и посылается в виде инфракрасного излучения на фотодиод другого устройства. Сигнал фотодиода усиливается и восстанавливается по форме. Аналогично работает канал связи в обратном направлении. Таким образом, у обоих устройств должна быть пара светодиод-фотодиод.
Внешним признаком наличия ИК-порта является окошечко из темной (или темно-красной) прозрачной пластмассы, за которым находится пара светодиод-фотодиод. Скорость передачи информации с помощью ИК-связи колеблется в диапазоне от 2400 бит/с до 115 кбит/с, а в случае с компьютерными ИК-портами может достичь 4 Мб/с. Для ИК-связи существует свой стандарт совместимости — IrDA, позволяющий устройствам разных производителей понимать друг друга.
Для того чтобы связать два устройства посредством ИК-портов (рис. 4.6), необходимо соблюдать ряд требований. Так, между ИК-портами обоих устройств не должно быть никаких преград, расстояние между ними не должно превышать одного метра, а угол, под которым устройства должны находиться по отношению друг к другу, не должен превышать 60 градусов. Все эти нюансы делают ИК-связь не столь удобной в использовании, как бы того хотелось.
Рис. 4.6. Использование инфракрасного порта для связи между мобильным телефоном и компьютером (слева) и между двумя телефонами (справа)
Инфракрасный порт используется для решения простых задач - например, обмена данными телефонных книг, передачи музыкальных сигналов вызова и цифровых фото, подключения к компьютеру принтера и т.д.
4.4.2. Беспроводная связь с помощью модулей Bluetooth
В Х веке нашей эры король Дании Гарольд II, прозванный Голубой Зуб, прославился как неутомимый собиратель земель датских. А уже в 1998 году под именем Bluetooth (Голубой Зуб) образовался союз промышленных компаний - разработчиков новой технологии радиосвязи, которая могла бы объединить персональные компьютеры, мобильные телефоны и различные бытовые приборы. При этом расположение и число их не имело того значения, которое характерно для применения инфракрасных портов.
Родоначальниками Bluetooth выступили гиганты компьютерного и телекоммуникационного рынка - Ericsson, IBM, Intel, Nokia и Toshiba. Сейчас концерн Bluetooth объединяет более 800 компаний, увлеченных новой технологией универсальной беспроводной связи. Технология Bluetooth обеспечивает универсальный механизм беспроводного соединения самых различных устройств друг с другом. Она позволяет заменять кабельные соединения и организовать каналы передачи.
Внешне модуль Bluetooth - это самая обычная интегральная микросхема с площадью около 1 кв. см., которая обеспечивает связь на частоте 2,4 ГГц на расстоянии пока до 10 метров. Он может связать до 8 других устройств, организуя при этом так называемую пикосеть, или PAN (Personal Access Network - Сеть персонального доступа). Одна из микросхем становится ведущей (master), остальные действуют под ее управлением (slaves). Ведущей схемой обычно является та, которая размещена в наиболее мощном устройстве, таком, как карманный персональный компьютер, ноутбук, настольный ПК или мини-ЭВМ.
Ведущая схема координирует посылку и прием данных в рамках образованной пикосети. Если в сети окажется более 8 устройств, будет автоматически сформирована вторая пикосеть. Множество пикосетей, способных взаимодействовать друг с другом, сформируют распределенную сеть (Scatternet).
Пикосети могут взаимодействовать друг с другом, автоматически корректируя поток данных, что достигается возможностью микросхемы Bluetooth быстро переходить с частоты на частоту. Этот способ известен как Frequency Hopping (FH), или просто хоппинг. Он обеспечивает хорошую защиту от помех других излучающих устройств путем быстрого перескока частот 1600 раз в секунду. Хоппинг по частоте обеспечивает также защиту сетей от несанкционированного доступа.
В принципе сети с Bluetooth решают те же задачи, что и инфракрасный порт, но без ограничения числа устройств и неудобств, связанных с их ориентацией. Но все это при условии, что все устройства имеют модуль Bluetooth. Следует иметь в виду, что технология Blustooth находится в начале внедрения, так что «нестыковки» устройств, увы, случаются. Есть и другие технологии беспроводной связи, решающие те же задачи, что и Bluetooth.
4.4.3. Перспективы развития беспроводных сетей
В настоящее время на смену проводным сетям пришли дешевые и доступные беспроводные сети. Некоторые из них, например Bluetooth и IEE 802.11, уже вовсю применяются в новых моделях поступивших на рынок карманных компьютеров и ноутбуков. Появились новые услуги 2G и 2.5G в системе сотовой телефонии GSM. А устройства нового стандарта UWB (Ultra Wide Band) обеспечивают беспроводную связь со скоростями более 100 Мбит/c.
Решены все технические вопросы предоставления услуг Интернета (в том числе электронной почты) через сотовые телефоны, карманные компьютеры и коммуникаторы. Беспроводная связь между ними (в дополнение к медленной связи по инфракрасному каналу) стала нормой. В 2003 году из почти 1 миллиарда пользователей сотовыми телефонами почти половина будет иметь беспроводный доступ в Интернет.
Появились и принципиально новые распределенные системы – специализированные сенсорные сети. Эти сети могут состоять из множества сенсорных (чувствительных к чему-либо) устройств, объединенных в распределенную сеть беспроводными каналами связи. Например, такая сеть может быть вмонтирована в постель ребенка и пробуждать мать, если ребенок описался или у него поднялась температура. А что вы скажете о сетях, наброшенных на лесные массивы, – это ли не способ обнаружить очаги возникновения лесных пожаров или найти заблудившихся в лесу ребятишек. Биологи и орнитологи могут следить с помощью таких сетей за всякой живностью без присутствия в ее среде человека, нарушающего их нормальную жизнь.
Со временем структура сетей стала усложняться. Некоторые сети по структуре начинают напоминать сети из паутины, сотканные пауками. К числу таких сетей принадлежат сети сотовой беспроводной связи и глобальная сеть Интернета. Мы рассмотрим их более подробно в последующих разделах этой главы.