Распределенная обработка данных

Распределенная обработка данных – обработка данных, выполняемая на независимых, но связанных между собой компьютерах, представляющих распределенную систему. Распределенная обработка данных позволяет повысить эффективность удовлетворения информационной потребности пользователей и, обеспечить гибкость и оперативность принимаемых им решений.

Достоинствами распределенной обработки информации являются: 1) большое число взаимодействующих между собой пользователей; 2) устранение пиковых нагрузок с централизованной базы данных за счет распределения обработки и хранения локальных баз данных на разных ЭВМ; 3) возможность доступа пользователя к вычислительным ресурсам сети ЭВМ; 4) обеспечение обмена данными между удаленными пользователями.

При распределенной обработке производится работа с базой, т.е. представление данных, их обработка, работа с базой на логическом уровне осуществляется на компьютере клиента, а поддержание базы в актуальном состоянии – на сервере. При наличии распределенной базы данных база размещается на нескольких серверах. В настоящее время созданы базы данных по всем направлениям человеческой деятельности: экономической, финансовой, кредитной, статистической, научно-технической, маркетинга, патентной информации, электронной документации и т.д.

К организации баз данных предъявляются такие общие требования как, обеспечение высокой скорости обработки запросов, секретности, независимости (физической и логической) данных, безопасности и т. д. Кроме перечисленных требований, к РБД выдвигаются требования «прозрачности»: распределенной структуры БД; совместного доступа к данным; распределенной обработки.

Распределенная структура БД предполагает независимость конечных пользователей и программ от способа размещения информации на рабочих станциях сети, т.е. формулирование запросов к РБД производится аналогично запросам к централизованной БД.

Региональная вычислительная сеть (WAN)

Региональная вычислительная сеть (WAN) – нелокальная вычислительная сеть, соединяющая территориально удаленные ЭВМ. Региональная сеть по своим размерам занимает промежуточное положение между глобальной сетью и локальной сетью. Характерной ее особенностью часто является применение протяженных широкополосных каналов, большого числа узлов коммутации или спутников связи. WAN использует разнообразные типы каналов. Региональные сети решают проблему формирования из LAN (локальных сетей) сетей регионов и целых стран и даже наднациональных сетей.

Региональная сеть должна: включать большое число оконечных систем; покрывать географический регион; обеспечивать широковещание и доставку сообщений группам и отдельным адресатам; иметь большую пропускную способность; обладать высокой надежностью в работе; гарантировать безопасность данных; передавать разнообразные типы данных.

Выделяют два вида сетей:

1) Малая региональная сеть обычно покрывает территорию диаметром около 50 км. Например, город либо район. Нередко малая сеть неотличима от локальной сети. Четкой границы между большой и малой сетями нет.

2) Большая региональная сеть охватывает область, страну, группу стран. Часто эта сеть неотличима от глобальной сети.

 

Локальная вычислительная сеть (ЛВС)

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) (local area network (LAN)) – совместное подключение нескольких отдельных компьютерных рабочих мест (рабочих станций) к единому каналу передачи данных. Обычно такая сеть привязана к конкретному месту. К классу ЛВС относятся сети отдельных предприятий, фирм, банков, офисов и т.д. Протяженность такой сети можно ограничить пределами 2 – 2.5 км.

Преимущества, получаемые при объединении персональных компьютеров в виде ЛВС: разделение ресурсов (позволяет экономно использовать ресурсы, на­пример, управлять периферийными устройствами, такими как лазерные пе­чатающие устройства, со всех присоединенных рабочих станций; разделение данных (предоставляет возможность доступа и управле­ния базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в инфор­мации); разделение программных средств ( предоставляет возможность одно­временного использования централизованных, ранее установленных программных средств); разделение ресурсов процессора (при разделении ресурсов процессора возможно использование вы­числительных мощностей для обработки данных другими системами, вхо­дящими в сеть. Предоставляе­мая возможность заключается в том, что на имеющиеся ресурсы не «набрасываются» мо­ментально, а только лишь че­рез специальный процессор, доступный каждой рабочей станции); многопользовательский режим (многопользовательские свойства системы содействуют одновременному использованию централизованных прикладных программных средств, ранее установленных и управляемых, например, если пользователь системы работает с другим заданием, то те­кущая вы­полняемая работа отодвигается на задний план).

Физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов сети могут отличаться, поэтому выделяют несколько топологий ЛВС.

 

Топология

Топология типа звезда. Концепция топологии сети в виде звезды пришла из области больших ЭВМ, в которой головная машина получает и обрабатывает все данные с пе­риферийных устройств как активный узел обработки данных. Этот принцип применяется в системах передачи данных, например, в электронной почте RELCOM. Вся информация между двумя периферийными рабочими мес­тами проходит через центральный узел вычислительной сети.

 

Топология в виде звезды

Пропускная способность сети определяется вычислительной мощно­стью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий (столкновений) данных не возникает.

Кабельное соединение довольно простое, так как каждая рабочая станция связана с узлом. Затраты на прокладку кабелей высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии.

При расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненные кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра сети.

Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов передачи информации от одной станции к другой невысокая по сравнению с достигаемой в других тополо­гиях.

Производительность вычислительной сети в первую очередь зависит от мощности центрального файлового сервера. Он может быть узким ме­стом вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла на­рушается работа всей сети.

Центральный узел управления – файловый сервер мотает реализо­вать оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к информации. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра.

Кольцевая топология. При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны одна с дру­гой по кругу, т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция 3 с рабочей станцией 4 и т.д. Последняя рабочая станция связана с первой. Коммуникационная связь замыкается в кольцо.

Кольцевая топология

Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географически рабочие станции расположены далеко от кольца (например, в линию).

Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посы­лает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Пересылка сообщений является очень эффектив­ной, так как большинство сообщений можно отправлять «в дорогу» по ка­бельной системе одно за другим. Очень просто можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации увеличи­вается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычисли­тельную сеть.

Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информа­ции, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко.

Подключение новой рабочей станции требует кратко срочного выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограниче­ния на протяженность вычислительной сети не существует, так как оно, в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями.

 

Структура логической кольцевой цепи

Специальной формой кольцевой топологии является логическая кольцевая сеть. Физически она монтируется как соединение звездных топо­логий. Отдельные звезды включаются с помощью специальных коммутато­ров, которые по-русски также иногда называют «хаб». В зависимости от числа рабочих станций и длины кабеля между рабо­чими станциями применяют активные или пассивные концентраторы. Актив­ные концентраторы дополнительно содержат усилитель для подключения от 4 до 16 рабочих станций. Пассивный концентратор является исключи­тельно разветвительным устройством (максимум на три рабочие станции). Управление отдельной рабочей станцией в логической кольцевой сети про­исходит так же, как и в обычной кольцевой сети. Каждой рабочей станции присваивается соответствующий ей адрес, по которому передается управ­ление (от старшего к младшему и от самого младшего к самому старшему). Разрыв соединения происходит только для нижерасположенного (ближайшего) узла вычислительной сети, так что лишь в редких случаях мо­жет нарушаться работа всей сети.

Шинная топология. При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме коммуникационного пути, доступного дня всех рабочих станций, к которому они все должны быть подключены. Все рабочие станции могут не­посредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети.

Шинная топология

Рабочие станции в любое время, без прерывания работы всей вычис­лительной сети, могут быть подключены к ней или отключены. Функциони­рование вычислительной сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции.

В стандартной ситуации для шинной сети Ethernet часто используют тонкий кабель или Cheapernet-кaбeль с тройниковым соединителем. Выклю­чение и особенно подключение к такой сети требуют разрыва шины, что вы­зывает нарушение циркулирующего потока информации и зависание сис­темы.

Новые технологии предлагают пассивные штепсельные коробки, че­рез которые можно отключать и / или включать рабочие станции во время работы вычислительной сети.

Благодаря тому, что рабочие станции можно включать без прерыва­ния сетевых процессов и коммуникационной среды, очень легко прослуши­вать информацию, т.е. ответвлять информацию из коммуникационной среды.

В ЛВС с прямой (не модулируемой) передачей информации всегда может существовать только одна станция, передающая информацию. Для предот­вращения коллизий в большинстве случаев применяется временной метод разделения, согласно которому для каждой подключенной рабочей станции в определенные моменты времени предоставляется исключительное право на использование канала передачи данных. Поэтому требования к пропуск­ной способности вычислительной сети при повышенной нагрузке снижа­ются, например, при вводе новых рабочих станций. Рабочие станции при­соединяются к шине посредством устройств ТАР (англ. Terminal Access Point – точка подключения терминала). ТАР представляет собой специальный тип подсоединения к коаксиальному кабелю. Зонд игольчатой формы внедря­ется через наружную оболочку внешнего проводника и слой диэлектрика к внутреннему проводнику и присоединяется к нему.

В ЛВС с модулированной широкополосной передачей информации различные рабочие станции получают, по мере надобности, частоту, на ко­торой эти рабочие станции могут отправлять и получать информацию. Пе­ресылаемые данные модулируются на соответствующих несущих частотах, т.е. между средой передачи информации и рабочими станциями находятся соответственно модемы для модуляции и демодуляции. Техника широкопо­лосных сообщений позволяет одновременно транспортировать в коммуни­кационной среде довольно большой объем информации. Для дальнейшего развития дискретной транспортировки данных не играет роли, какая перво­начальная информация подана в модем (аналоговая или цифровая), так как она все равно в дальнейшем будет преобразована.

Древовидная структура ЛВС.

Древовидная структура

Наряду с известными топологиями вычислительных сетей кольцо, звезда и шина, на практике применяется и комбинированная древовидная структура. Она образуется в основном в виде комбинаций вы­шеназванных топологий вычислительных сетей. Основание дерева вычис­лительной сети располагается в точке (корень), в которой собираются ком­муникационные линии информации (ветви дерева).

Вычислительные сети с древовидной структурой применяются там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом виде. Для подключения большого числа рабочих станций соответст­венно адаптерным платам применяют сетевые усилители и / или коммута­торы. Коммутатор, обладающий одновременно и функциями усилителя, на­зывают активным концентратором.

На практике применяют две их разновидности, обеспечивающие под­ключение соответственно восьми или шестнадцати линий.

Устройство, к которому можно присоединить максимум три станции, называют пассивным концентратором. Пассивный концентратор обычно ис­пользуют как разветвитель. Он не нуждается в усилителе. Предпосылкой для подключения пассивного концентратора является то, что максимальное возможное расстояние до рабочей станции не должно превышать несколь­ких десятков метров.