Презентация "Компьютерные системы и сети. Введение. История развития компьютерных систем. Основные понятия"

• Введение. История развития компьютерных систем. Основные понятия.

• Олизарович Евгений Владимирович
• ГрГУ им. Я.Купалы, 2014/2015

• Изучить способы организации внутренней программно-аппаратной и логической структуры компьютерных систем и сетей.
• Научиться анализировать функциональные возможности (в т.ч. недокументированные) и ограничения, определяемые структурой системы.

• Задачи курса

• Структура системы

• 1 000 000 серверов;
• 70 офисов в 40 странах;
• 30 000 сотрудников;
• уникальные алгоритмы поиска;
• исследовательский центр и десятки ученых;
• 200 млрд. $

• Структура системы

• Структура системы. Возможности и ограничения

• Структура системы

• Система:
• наличие цели создания;
• взаимодействие и взаимосвязь элементов;
• появление новой функциональности или достижение уровня производительности не равного сумме элементов;
• регулярность;
• наличие механизма управления…

• cистема
• f

• вход
• x

• выход
• y

• Внешние условия
• h

• y=f(x,h)

• Механизм
• Устройство
• Комплекс
• Инфрастуктура
• …

• Теория систем

• Сложная система:
• большое число элементов и связей;
• наличие подсистем;
• существование нескольких уровней функционирования;
• наличие нескольких способов достижения целей;
• невозможность/сложность точного описания состояния элементов и их взаимосвязей.

• x

• y

• h

• f1

• f4

• f3

• f2

• Сложная система

• Компьютерная система (computer system) – это система, в которой часть функций реализована с использованием средств вычислительной (микропроцессорной) техники.
• Компьютерная система – это система, объединяющая компьютеры, которые используют общие накопители, периферийное оборудование (принтеры, сканеры, маршрутизаторы).

• Компьютерные системы

• Компьютерные системы

• Компьютерная система (computer system) – это система, в которой часть функций реализована с использованием средств вычислительной (микропроцессорной) техники.

• Компьютерные системы

• Компьютерные системы

• Компьютерная система – это система, объединяющая компьютеры и периферийное оборудование (принтеры, сканеры, маршрутизаторы и т.д.) в единую инфраструктуру.

• Компьютерные системы

• Пользователь

• Прикладные
• программы

• Прочие
• системные
• программы

• Операционная
• система

• Аппаратное
• обеспечение

• Системные
• программы

• Программное
• обеспечение

• Узел компьютерной системы

• АЛУ

• УУ

• УВв

• УВыв

• Процессор

• ЗУ

• Однопроцессорные компьютерные системы

• Исполнение

• Ожидание

• Выполнение кода ОС

• Исполнение

• Готовность

• Работа аппаратуры

• Работа аппаратуры

• Работа аппаратуры

• Восстановление контекста

• Выполнение кода
• пользователя

• Прерывание

• Обработка
• прерывания

• Выполнение кода ОС

• Выполнение кода
• пользователя

• Процесс 1

• Процесс 2

• Однопроцессорные компьютерные системы

• SMP - Symmetric Multi-Processing, симметричные мультипроцессорные системы – компьютеры с 2 - 16 процессорами, имеющими равноправный (симметричный) доступ к общей оперативной памяти.
• Серверы
• MPP - Massively Parallel Processing, многопроцессорные системы с массовым параллелизмом - системы с распределенной памятью и с произвольной коммуникационной системой в которых каждый из узел системы является универсальным процессором, действующим по своей собственной программе.
• кластеры

• Проблема совместной работы процессоров

• Многопроцессорные компьютерные системы

выполняются на основе множества самостоятельных универсальных компьютерных систем, объединенных компьютерной сетью.

• выполняются на основе множества самостоятельных универсальных компьютерных систем, объединенных компьютерной сетью.

• Сетевые/распределенные компьютерные системы

• Однопроцессорные (одноядерные, многоядерные)
• Многопроцессорные (многоядерные, SMP, MPP)
• Сетевые (Intranet, Internet, Extranet, cloud, GRID, Web, …)

• Прикладные
• программы

• Операционная
• система

• Аппаратное
• обеспечение

• Способы организации компьютерных систем

• СЕТЕВЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ

• Сетевые компьютерные системы

• Цели создания :
• Передача информации между компьютерами.
• (компьютерные сети)
• 2. Совместное использование ресурсов.
• (компьютерные системы)

• Сетевые компьютерные системы

• Модель сетевого взаимодействия (ВОС, TCP/IP )

• Компьютер -клиент

• Компьютер- сервер

• Программная модель «клиент - сервер»

• Приложение - клиент

• Приложение - сервер

• Базовые сетевые модели

• Компьютер –клиент 2

• Компьютер- сервер

• Приложение – клиент 2

• Приложение – сервер 2

• Базовые сетевые модели

• Приложение – сервер 1

• Компьютер –клиент 1

• Приложение – клиент 1

• Обработка данных «клиент-сервер»

• Олифер В.Г., Олифер Н.А., Компьютерные сети: принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. – 4-е изд. – СПб.: Питер, 2010 – 944с.: ил.
• Tanenbaum, Andrew S.,David J. Computer networks. 5th ed. - Prentice Hall, 2011. - 938p.
• Шиндлер, Дебра Литтлджон., Основы компьютерных сетей.: Пер. с англ.- М.: Издательский дом "Вильямс", 2002. - 656с.
• Э. Таненбаум, М. ван Стеен. Распределенные системы. Принципы и парадигмы — СПб.: Питер, 2003. — 877 с.
• Вишневский В.М., Теоретические основы проектирования компьютерных сетей. – М: Техносфера, 2003. – 512с.

• Компьютерные сети

• WWW-cайт компании Cisco. http://www.cisco.ru
• WWW-cайт компании Zyxel. http://www.zyxel.ru
• WWW-cайт компании Microsoft. http://www.microsoft.ru

• Компьютерные сети

• XX век
• Технические сети

• Компьютерные сети

• XXI век
• Информационные сети

• Компьютерные сети

• Пакетная передача информации

Пакет –блок данных, передаваемый между абонентскими системами и приложениями.

• Пакет –блок данных, передаваемый между абонентскими системами и приложениями.

• Основы сетевого взаимодействия

Пакет

• Пакет

• 0000 00 40 ca dd e4 3e 00 0c 29 85 52 1f 08 00 45 00 .@...>.. ).R...E.
• 0010 05 ac 16 8b 40 00 80 06 bc 6e 0a 1f 01 4a 0a 1f ....@... .n...J..
• 0020 0c cb 00 50 c4 47 95 d6 80 08 27 fa 5f bb 50 18 ...P.G.. ..'._.P.
• 0030 fc 40 79 0e 00 00 3c 21 44 4f 43 54 59 50 45 20 .@y...<! DOCTYPE
• 0040 68 74 6d 6c 20 50 55 42 4c 49 43 20 22 2d 2f 2f html PUB LIC "-//
• 0050 57 33 43 2f 2f 44 54 44 20 58 48 54 4d 4c 20 31 W3C//DTD XHTML 1
• 0060 2e 30 20 54 72 61 6e 73 69 74 69 6f 6e 61 6c 2f .0 Trans itional/
• 0070 2f 45 4e 22 20 22 68 74 74 70 3a 2f 2f 77 77 77 /EN" "ht tp://www
• 0080 2e 77 33 2e 6f 72 67 2f 54 52 2f 78 68 74 6d 6c .w3.org/ TR/xhtml
• 0090 31 2f 44 54 44 2f 78 68 74 6d 6c 31 2d 74 72 61 1/DTD/xh tml1-tra
• 00a0 6e 73 69 74 69 6f 6e 61 6c 2e 64 74 64 22 3e 0a nsitiona l.dtd">.
• 00b0 3c 68 74 6d 6c 20 78 6d 6c 6e 73 3d 22 68 74 74 <html xm lns="htt
• 00c0 70 3a 2f 2f 77 77 77 2e 77 33 2e 6f 72 67 2f 31 p://www. w3.org/1
• 00d0 39 39 39 2f 78 68 74 6d 6c 22 20 6c 61 6e 67 3d 999/xhtm l" lang=
• 00e0 22 72 75 22 20 64 69 72 3d 22 6c 74 72 22 3e 0a "ru" dir ="ltr">.
• 00f0 3c 68 65 61 64 3e 0a 3c 74 69 74 6c 65 3e d0 9a <head>.< title>..
• 0100 d0 b0 d1 82 d0 b5 d0 b3 d0 be d1 80 d0 b8 d1 8f ........ ........
• 0110 3a d0 90 d1 80 d1 82 d0 b8 d1 81 d1 82 d1 8b 20 :....... .......
• 0120 e2 80 94 20 d0 92 d0 b8 d0 ba d0 b8 d0 bf d0 b5 ... .... ........
• 0130 d0 b4 d0 b8 d1 8f 3c 2f 74 69 74 6c 65 3e 0a 3c ......</ title>.<
• 0140 6d 65 74 61 20 68 74 74 70 2d 65 71 75 69 76 3d meta htt p-equiv=
• 0150 22 43 6f 6e 74 65 6e 74 2d 54 79 70 65 22 20 63 "Content -Type" c
• 0160 6f 6e 74 65 6e 74 3d 22 74 65 78 74 2f 68 74 6d ontent=" text/htm
• 0170 6c 3b 20 63 68 61 72 73 65 74 3d 55 54 46 2d 38 l; chars et=UTF-8

• адрес

• Шестнадцатеричное представление данных

• Символьное представление данных

• Основы сетевого взаимодействия

• Технические коммуникации
• Сигнал – изменяющая во времени физическая величина используемая для передачи пакетов по каналу связи

• Передача
• информации
• Пакет - единица информации, передаваемой по компьютерной сети

• Основы сетевого взаимодействия

• Компьютерные сети

• Коммутация каналов

• Коммутация пакетов

• Каналы связи

• Источник

• АЦП

• Модулятор/
• передатчик

• ЦАП

• Приёмник/
• демодулятор

• Получатель

• Источник

• Передатчик

• Приёмник

• Получатель

• Аналоговый способ передачи аналоговых данных

• Цифровой способ передачи аналоговых данных

• Основы сетевого взаимодействия

• Компьютерная сеть (network) - это совокупность компьютеров, связанных коммуникационной системой и снабженных специальным программным обеспечением, которое обеспечивает передачу данных в соответствии с заданными правилами (протоколами).
• Компьютерная сеть включает:
• Компьютеры или абонентские устройства на их основе;
• Коммуникационное оборудование;
• Линии и каналы передачи данных;
• Операционные системы;
• Сетевые приложения.

• Компоненты компьютерной сети

• История компьютерных сетей

• ~1950-1970 г.г.

• ~1970-е

• ~1980-е

• ~1990-е

• История компьютерных сетей

• ~ 2000-… г.г.

• создание и использование информационных систем общего пользования (веб-сайты, базы данных, информационно-коммуникационные сервисы, “облачные” среды, …);
• совместное использование устройств и каналов связи (дисковые хранилища, принтеры, факсы, Интернет,...);
• передача данных между устройствами (компьютеры, серверы, телеметрические системы и др.);
• организация параллельных вычислений, в т.ч. территориально распределенных;
• ….

• Назначение компьютерных сетей

• Сети локальные -
• Сети глобальные -
• Сети распределённые -
• Сети Интернет -
• Сети Интранет -
• Сети Экстранет -
• Сети Ethernet -
• Сети Arcnet -
• Сети ATM -
• Сети Frame Relay -
• Сети TokenRing -
• Сети Microsoft Windows -
• Сети Novell –
• Сети телефонные -

• Сети одноранговые -
• Сети вычислительные -
• Сети кабельные -
• Сети инфракрасные -
• Сети оптические -
• Сети IPX -
• Сети IP -
• Сети компьютерные -
• Сети корпоративные -
• Сети провайдерские -
• Сети региональные –
• Сети NGN –
• Сети Wi-Fi -
• .............................................

• Виды компьютерных сетей

• ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ

• Основы компьютерных сетей

• 8 А h

• 1000

• 1010

• 10001010

• 128 64 32 16 8 4 2 1

• 128+8+2 = 138

• 8 4 2 1

• 8 4 2 1

• Основы компьютерных сетей

• ХОСТ –устройство (компьютер), подключенное к сети.
• СЕРВЕР – компьютер (хост), предоставляющий свои ресурсы другим компьютерам.
• КЛИЕНТ - компьютер (хост), использующий ресурсы, предоставляемые другими компьютерами (серверами).

• Основы компьютерных сетей

• Задачи, возникающие в процессе сетевого взаимодействия:
• Техническая реализация (исполнение, совместимость).
• Доставка (адресация, маршрутизация, повтор).
• Мультисервисность (идентификация приложения, приоритеты).
• Организация совместного доступа (очереди, транзакции).
• Независимость от платформы и ОС (форматы).
• Безопасность (защита данных, надежность каналов).

• Основы сетевого взаимодействия

• Основы сетевого взаимодействия

• Эталонная модель взаимодействия открытых систем (ВОС, OSI/ISO)

• ИНТЕРФЕЙС – набор формализованных правил, определяющих последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, в процессе взаимодействия соседних уровней одного узла.

• ИНТЕРФЕЙС - совокупность средств, методов и правил взаимодействия между элементами системы.

• Основы сетевого взаимодействия

• Физический интерфейс (аппаратный порт) –определяется набором электрических характеристик сигналов и технических параметров кабеля, разъемов.

• Линия связи – участок кабеля с разъемами

• Основы сетевого взаимодействия

• Медиаконвертер – устройство для согласования и интерфейсов

• Логический интерфейс (программный порт) - это виртуальный (программный) интерфейс, созданный средствами операционной системы и доступный для программных средств
• IP – интерфейс
• сетевой интерфейс – сетевой адаптер

• Канал связи - система технических средств для передачи сообщений от источника к получателю (от логического интерфейса источника до логического интерфейса получателя).
• Канал связи (технический) - совокупность физической среды распространения сигналов и приемопередающего (каналообразующего) оборудования.
• DTE (Data Terminal Equipment)
• DCE (Data Communications Equipment)

• Основы сетевого взаимодействия

• ПРОТОКОЛ - набор формализованных правил, определяющих последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне взаимодействия, но в разных узлах.

• ПРОТОКОЛ - совокупность правил, регламентирующих формат и процедуры обмена информацией.

• Основы сетевого взаимодействия

• Эффективная емкость канала (передача пакетов данных):
• 1 Гб/с (Gb/s) = 1000 Мб/с (Mb/s)
• 1 Гб/с (Gb/s) = 1024 Мб/с (Mb/s) = 128 КБ/с
• Полная техническая емкость канала (информационных сигналов):
• бод (baud)

• Основы сетевого взаимодействия

• Технические коммуникации
• (среда передачи)

• Основы сетевого взаимодействия

• СЕТЕВЫЕ ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

• Основы сетевого взаимодействия

• Сетевые операционные системы

• Сетевые операционные системы

СЕТЕВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

• Сетевое оборудование

• СЕТЕВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

• Сетевое оборудование

• Медиа-конвертер

• Медиа-конвертер

• Коммутатор,
• Мост

• Коммутатор,
• Мост

• Маршрутизатор,
• Шлюз

• Сетевое оборудование

• Сетевые адаптеры

• Проводные (RJ-45)

• PCI

• PC-card

• USB

• PCI

• USB

• Безпроводные (Wi-Fi, 3G)

• Сетевое оборудование

• Настольные

• неуправляемые (19”’)

• управляемые 19”

• Стек коммутаторов

• Коммутатор

• Сетевое оборудование

• Коммутатор

• MAC

• Сетевое оборудование

• Маршрутизатор

• IP

• Сетевое оборудование

• LAN

• Коммутатор и маршрутизатор

• Сетевое оборудование

• Маршрутизатор

• Сетевое оборудование

• Беспроводная точка доступа

• DSL маршрутизатор/мост

• MAC

• MAC

• Сетевое оборудование

• RJ45

• Wi-Fi

• RJ-11

• Аналоговые модемы

• Сетевое оборудование

• Промышленное оборудование

• Сетевое оборудование

• Сетевое оборудование

• Олизарович Евгений Владимирович
• ГрГУ им. Я. Купалы, 2014/2015