Основные понятия теории вычислительных систем и сетей. Структурная классификация вычислительных систем. Принципы организации вычислительного процесса

предназначенных для управления реальными объектами и процессами, выдача управляющих воздействий осуществляется в темпе, диктуемом внешним (управляемым) объектом. Такой режим функционирования системы называется реальным масштабом времени (РМВ) или просто режимом реального времени, а системы, работающие в РМВ, - системами реального времени (СРВ) или информационно-управляющими системами (ИУС).

РМВ характеризуется:

•  малым объемом вводимых-выводимых данных, представляемых в виде запросов на обработку;

•  высокой интенсивностью взаимодействия внешнего объекта с системой (более  10³ взаимодействий в час);

•  наличием жестких ограничений на время пребывания запросов в системе, называемое временем реакции.

Понятие "жесткое ограничение" подразумевает два обстоятельства:

1)  малые значения времени реакции, измеряемые долями секунд;

2)  жесткие требования по выполнению заданных ограничений, превышение которых может привести к резкому ухудшению функционирования системы или выходу системы из строя. РМВ обеспечивается за счет рационального распределения приоритетов между задачами, определяющих последовательность их выполнения, или за счет формирования эффективного расписания выполнения задач.

1.2.2.5. Функциональная организация вычислительных сетей

Функциональная организация вычислительной сети определяется:

1)  способом организации каналов связи между взаимодействующими абонентами и способом передачи данных по каналам;

2)  алгоритмом выбора маршрутов передачи данных; 3) способом управления потоками данных в сети.

Основные способы организации каналов связи между взаимодействующими абонентами:

•  коммутация каналов – формирование физического канала для непосредственной передачи данных между взаимодействующими абонентами;

•  коммутация сообщений – передача сообщений с промежуточным хранением в узлах связи по маршруту, определяемому каждым узлом в результате обработки заголовка сообщения и в соответствии с заданным алгоритмом маршрутизации;

•  коммутация пакетов, отличающаяся от коммутации сообщений тем, что каждое сообщение в сети разбивается на пакеты фиксированной длины (кроме последнего пакета), каждый из которых имеет структуру аналогичную структуре сообщений, т.е. заголовок, текст и, в общем случае, концевик; коммутация пакетов по сравнению с коммутацией сообщений позволяет сократить время доставки сообщений за счет мультиплексирования потоков данных и параллельной передачи пакетов по каналам связи, а также повысить эффективность использования буферной памяти в узлах сети (поскольку размер буфера строго фиксирован)  и  надежность передачи данных (в случае обнаружения ошибки повторно передается только один пакет, а не все сообщение);

•  коммутация ячеек, имеющих строго фиксированную длину в 53 байта (5 байт – заголовок и 48 байт – данные) и используемых в сетях технологии АТМ; коммутация ячеек направлена на повышение эффективности передачи данных за счет сокращения задержек в каналах связи (не монополизируется канал связи) и быстрой обработки заголовка ячейки в узлах (поскольку местоположение заголовка строго фиксировано).

Коммутация пакетов и коммутация каналов – основные и наиболее широко используемые способы передачи данных в вычислительных сетях, поскольку коммутация пакетов обеспечивает, в первую очередь, значительно меньшие задержки при передачи данных через СПД по сравнению с коммутацией сообщений, а коммутация каналов может быть достаточно легко реализована на основе существующей и хорошо развитой телефонной сети общего пользования.

Передача пакетов в СПД может быть реализована следующими способами:

•  дейтаграммный,

•  «виртуальный канал».

При дейтаграммном способе пакеты одного и того же сообщения могут передаваться между двумя взаимодействующими абонентами по разным маршрутам, в результате чего все пакеты приходят в конечный узел сети в разное время и в произвольной последовательности. Дейтаграммный способ передачи пакетов в СПД применяется, в основном, сетях без предварительного установления соединения между взаимодействующими абонентами сети. 

В сетях с предварительным установлением соединения между взаимодействующими абонентами обычно используется способ передачи пакетов «виртуальный канал». Суть его заключается в том, что до начала передачи путем обмена служебными пакетами между взаимодействующими абонентами сети устанавливается наиболее рациональный маршрут, по которому передаются в естественной последовательности все пакеты сообщения. 

В современных вычислительных сетях могут использоваться разнообразные алгоритмы маршрутизации, которые можно разделить на два больших класса: • статические или фиксированные;

•  динамические или адаптивные.

Многообразие способов управления потоками данных (трафиком) в сети обусловлено многообразием типов сетевого трафика, характеризующегося:

•  неоднородностью потока данных;

•  различными требованиями к качеству передачи данных разных типов;

•  нестационарностью (изменением трафика во времени);

•  возникновением периодов перегрузок.

Задачи управления трафиком:

1)  надежная передача данных (за счет механизмов квитирования и тайм-аута);

2)  малые задержки при передаче по сети (за счет маршрутизации и приоритетов);

3)  эффективная загрузка оборудования (каналов и узлов) сети (за счет механизма окна);

4)  предотвращение перегрузок и блокировок при передаче данных (за счет приоритетов и управления входящим в сеть потоком данных).

Управление потоком реализуется на различных уровнях сетевой модели