Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Организация и управляемая передача потоков данных






Существует несколько способов организации обмена информационными ресурсами между узлами локальных или глобальных ТКС и распределённых ИКС [1-4].

Для организации информационных связей между любыми двумя узлами ТКС можно использовать общие информационные шины данных, к которым присоединяются все узлы (компьютеры) ИКС. Реализация этого способа наталкивается на значительные трудности (радикальные изменения локальных ОС и т.п.). По существу она сравнима по сложности с созданием новой мультипроцессорной компьютерной системы. Поэтому такой подход практически неприемлем для глобальных разнородных (гетрогенных) ТКС.

Более простой способ организации информационных обменов в ТКС заключается в объединении узлов (компьютеров) через специально подключённое к ним оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) - память адресов. Это ОЗУ играет роль “почтового ящика”, куда каждый узел ТКС может послать сообщение, адресованное любому другому узлу, или получить сообщение, адресованное ему самому. В этом случае необходим специальный интерфейс для прямой и обратной связи с “почтовым ящиком” ТКС, т.е. с её ОЗУ.

Ещё более простым способом обмена информацией является установление прямых связей между сетевыми компьютерами (узлами ТКС) с помощью парных адаптеров и групповых коммутаторов типа “канал-канал”. Этот способ позволяет реализовывать любую (например, кольцевую) топологию связей между узлами ТКС. Поэтому такой способ часто применяется на практике.

В современных ТКС для обмена информацией между компьютерами широко используются средства и стандарты телефонной и телеграфной связи, а также мультимедийные технологии. Поэтому возникла необходимость в создании многоуровневой системы протоколов для представления и передачи потоков данных в ТКС различного масштаба и назначения.

Для управления потоками данных в ТКС обычно используются сетевые принципы централизованного и децентрализованного информационного управления.

При централизованном управлении ТКС обычно выделяется некоторый управляющий центр - центральный компьютер, который координирует (например, с помощью сетевого администратора) работу остальных компьютеров ТКС и через них управляет различными потоками данных в ТКС. Главным недостатком централизованных систем управления потоками данных является их полная зависимость от “центра” и связанная с этим низкая надёжность, так как выход из строя центрального компьютера и его каналов связи нарушает работоспособность всей ТКС.

При децентрализованном управлении ТКС каждый узловой компьютер локально управляет с помощью ЛСУ потоками данных на основе обмена информацией со всеми другими узловыми компьютерами ТКС. Поэтому децентрализованные системы управления, распределённые по всей ТКС, более надёжны и независимы.

2.4. Архитектура глобальных сетей и роль сетевой системы управления

Глобальная ТКС служит для предоставления пользователям информационных и вычислительных ресурсов, распределённых в ИКС. Архитектура глобальных ТКС и их связь с пользователями и распределённой ИКС представлена на рис. 2.1.

Распределённая система связи (РСС)

Распределённая транспортная система (РТС)
    Пользователи

Сетевая система управления (ССУ)
Распределённая информационная подсистема(РИС)
Глобальная ТКС


Распределённая компьютерная сеть (ИКС)


Рис. 2.1. Архитектура глобальных ТКС как средства доступа пользователей к распределённым информационным и вычислительным ресурсам ИКС.

Глобальная ТКС состоит из четырёх основных (базисных) подсистем [29–32]:

1. Распределённая система связи (РСС);

2. Сетевая система управления (ССУ);

3. Распределённая информационная система (РИС);

4. Распределённая транспортная система (РТС).

Эти подсистемы связаны между собой и предназначены для управляемой передачи пользователям глобальной ТКС распределённых информационных и вычислительных ресурсов, хранящихся в распределённой ИКС.

РСС состоит из распределённых средств доступа и пользовательских интерфейсов, а также портов и шин данных, обеспечивающих прямую и обратную связь между пользователями глобальной ТКС, различными подсистемами ТКС и связанной с ней глобальной ИКС, состоящей из распределённых (удалённых на значительные расстояния) локальных ИКС.

В качестве пользователей глобальной ТКС могут выступать клиенты, администраторы, операторы и провайдеры ТКС. Будем называть их внешними интеллектуальными агентами ТКС.

ССУ получает через РСС запросы клиентов и команды сетевых администраторов и операторов от ТКС, обрабатывает внутреннюю информацию о текущем состоянии РТС и внешнюю информацию о состоянии информационных и вычислительных ресурсов в ИКС, поступающую от РИС, и формирует сетевое управление РТС, обеспечивающее удовлетворение запросов пользователей путём передачи им необходимых информационных и вычислительных ресурсов ИКС.

РИС получает сигналы внутренней и внешней обратной связи о текущем состоянии РТС как объекта управления, мониторинга и системного анализа и доступных информационных и вычислительных ресурсов, хранящихся в глобальной ИКС. Она передаёт эти сигналы в ССУ для формирования или адаптивной коррекции управления потоками данных, передаваемых через РТС.

РТС состоит из коммуникационных узлов (в роли которых могут выступать специальные коммуникационные процессоры) и каналов связи между ними. Она играет роль распределён-ного объекта управления и служит для управляемой адресной передачи потоков данных от пользователей к ИКС через ТКС и обратно.

Все указанные подсистемы глобальной ТКС имеют распределённый характер, тесно взаимосвязаны и активно взаимодействуют между собой в процессе обслуживания пользователей информационными и вычислительными ресурсами, хранящимися в распределенной ИКС.

Главную роль в целенаправленной и высококачественной обработке информации, адаптивном принятии решений и адресной передаче потоков данных по запросам пользователей играет ССУ.

Основной задачей ССУ глобальных ТКС нового поколения, работающих на больших скоростях передачи данных, является автоматическое формирование такого сетевого управления потоками данных в РТС, которое поддерживает трафик гетерогенных данных большого объёма с надёжными гарантиями высокого качества обслуживания (Quality of Service, QoS) пользователей ТКС.

Решение этой глобальной задачи сетевого управления распадается на локальные задачи управления потоками данных, адаптации к изменяющемуся трафику, предотвращения перегрузок и разрешения сетевых конфликтов. Практическая реализация решения этих задач осуществляется с помощью специальных сетевых протоколов передачи информационных и управляющих сигналов и потоков данных.

В общем случае указанные проблемы сетевого управления должны решаться для двух основных платформ глобальных ТКС [12, 20–24]:

- объединённые IP-сети, взаимодействующие через маршрутизаторы потоков данных по протоколу IP (Internet Protocol) из набора протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol);

- АТМ-сети, использующие протоколы АТМ (Asynchronous Transfer Mode).

Сегодня эти платформы активно развиваются и конкурируют на рынке сетевых инфокоммуникационных услуг, что проявляется в так называемой “битве между IP и АТМ” [14]. В этой связи представляется особенно важной такая эволюция ССУ, которая обеспечит конвергенцию и интеграцию IP- и АТМ-сетей в глобальных ТКС нового поколения и их дальнейшее развитие.

2.5. Централизованная, децентрализованная и мульти-агентная модели сетевого управления

Традиционно для организации управления потоками данных и оборудованием РТС используются сетевые принципы и архитектуры централизованного или децентрализованного управления [1-3]. Каждый из этих принципов обладает определёнными достоинствами и недостатками.

Централизованная архитектура ССУ основывается на выделении центрального компьютера, связанного через РСС с администартором ТКС и выполняющего функции единого “центра управления” передачей данных через узлы и каналы связи РТС с использованием обратной связи через РИС.

Достоинством такой архитектуры является глобальность управления из единого “центра”. Недостатками централизованного управления являются низкая надёжность и отказо-устойчивость, проявляющиеся в том, что выход из строя центрального управляющего компьютера или центральных каналов связи приводит к полной или частичной потере управляемости РТС. Поэтому обычно предусматривается резервирование центрального компьютера и каналов связи ССУ.

Децентрализованная архитектура ССУ распределяет функции обработки информации и управления между рядом локальных компьютеров, управляющих различными сегментами РТС или потоками данных в них.

Достоинством такой архитектуры является то, что относительная независимость распределённых локальных “центров управления” повышает надёжность адресной передачи потоков данных. Недостатками децентрализованного управления являются локальность и неполнота целей управления, что требует координации и согласованной работы распределённых локальных управляющих компьютеров и каналов связи.

Учитывая недостатки описанных традиционных сетевых архитектур, целесообразно разработать “гибридную” архитектуру ССУ для глобальных ТКС нового поколения, сочетающую в себе достоинства централизованной и децентрализованной архитектур. Будем называть такую “компромиссную” архитектуру мульти-агентной архитектурой ССУ [29-31, 57–69].

В этом случае основные функции обработки информации и управления потоками данных в глобальных ТКС нового поколения распределяются между взаимосвязанными интеллекту-альными агентами. Каждый сетевой агент имеет собственную локальную БД и БЗ и средства связи с другими агентами для обмена информацией в процессе совместного (кооперативного) принятия решений и автоматического формирования сетевого управления РТС, обеспечивающего адресную доставку информационных вычислительных ресурсов ИКС по запросам пользователей глобальной ТКС [29–30].

В роли сетевых агентов могут выступать компьютеры ССУ, связанные с узлами РТС, а также программные агенты РСС и РИС. Будем называть таких агентов внутренними агентами глобальной ТКС. Тогда роль внешних агентов играют пользователи (клиенты, администраторы и т.п.) вместе со средствами доступа в ТКС и сетевым интерфейсом, а также, возможно, некоторые компьютерные узлы (хосты) ИКС.

В процессе проектирования ССУ на базе теории интеллектуальных агентов возникают новые проблемы организации многоадресной и многопотоковой адресации и мульти-агентного диалога между внутренними агентами глобальной ТКС нового поколения и внешними агентами-пользователями и агентами ИКС как распределённого хранилища данных, знаний и приложений. Для решения этих проблем необходимо разработать методы предотвращения или автоматического разрешения сетевых конфликтов под контролем адаптивной или интеллектуальной ССУ с мульти-агентной архитектурой.

Для управляемой адресной передачи и навигации потоков данных, разрешения сетевых конфликтов, функциональной диагностики и распознавания состояний глобальной ТКС нового поколения целесообразно ввести специальных агентов-координаторов (например, на уровне маршрутизации потоков данных) [29–32, 69, 95] и, возможно, других глобальных агентов (например, для автоматической классификации web-сайтов) [60–62, 70–71]. Особенность этих агентов высокого уровня заключается в том, что их БД и БЗ формируются на основе локальных БД и БЗ агентов более низкого уровня. Поэтому они имеют глобальный (мульти-агентный) характер и позволяют оценивать сетевую ситуацию “в целом” [61, 69, 95].

Таким образом, развитие и совершенствование архитектур ССУ глобальных ТКС нового поколения должно осуществляться не только и не столько “вширь” (т.е. “ по горизонтали” охвата территории), но и “вглубь” (т.е. “по вертикали” иерархии сетевого управления). Важную роль при этом играют процессы адаптации и интеллектуализации ССУ потоками данных в глобальных ТКС и распределённых ИКС [29, 42, 60–62, 95].

2.6. Принципы построения адаптивных и интеллектуальных систем сетевого управления

Начавшийся в ХХ веке переход к современному информационному обществу с распределёнными ресурсами невозможен без разработки и внедрения глобальных ТКС нового поколения, интегрирующих эти ТКС и связанные с ними ИКС в единую инфотелекоммуникационную сетевую среду, предоставляющую необходимые услуги многочисленным пользователям по всему миру. Развитие и интеллектуализация таких инфотелекоммуникационных сетей, обеспечивающих хранение, обработку и передачу информации, направлено на улучшение качества, увеличение быстродействия (производительности) и расширение объема информационных и вычислительных услуг, предоставляемых пользователям глобальных ТКС и ИКС.

Расширение круга (номенклатуры) и качества информационных услуг при максимальной скорости передачи потоков данных с учётом возможных перегрузок и сетевых конфликтов порождают новые требования к сетевым системам управления (ССУ). На современном этапе эти ССУ должны не только обеспечить доступ пользователей к коммуникационным ресурсам глобальной ТКС, но и организовать надёжный доступ и быстрое использование информационных и вычислительных ресурсов, которые аккумулируются в ИКС в виде распределённых БД, БЗ, разного рода приложений, общедоступных вычислительных программ и т.п..

Основными функциями ССУ являются следующие управляющие операции:

- организация взаимодействия пользователей с оборудованием ТКС;

- целенаправленная обработка запросов (вызовов, команд и т.п.) пользователей;

- адресное использование коммуникационных и информационных сетевых ресурсов;

- одно- и мульти-агентное использование сетевых услуг и приложений;

- регулируемое установление или разрыв каналов связей;

- регулирование полосы пропускания передаваемых сигналов и т.п..

ССУ должна управлять информационными потоками и телекоммуникационным оборудованием в реальном времени, обеспечивая целостность передаваемых данных. При этом главная задача ССУ заключается в управлении процессами предоставления информационных, вычислительных и коммуникационных услуг, обеспечивающем высококачественное удовлетворение потребностей пользователей ТКС и ИКС.

ССУ глобальных ТКС нового поколения должны быть адаптивными и интеллектуальными [16–18, 29–31, 95]. Это означает, что ССУ должны обладать способностями к:

- адаптации (автоматической самонастройке) по отношению к изменяющемуся количеству пользователей, их запросов и требований к качеству предоставляемых услуг, изменяющимся структуре (топологии) ТКС и параметрам узлов и каналов связи и т.п.;

- обучению и самообучению новым функциям и правилам функционирования ТКС;

- самоорганизации структуры и функций сетевого управления в зависимости от изменений компонент и архитектуры глобальной ТКС;

- предсказанию (предвидению) последствий сетевого управления, возможностей появления сетевых конфликтов и т.п.

Таким образом, адаптивность и интеллектуальность являются важнейшими отличительными чертами перспективных ССУ, предназначенных для глобальных ТКС и распределённых ИКС нового поколения.

Адаптивные и интеллектуальные ССУ с мульти-агентной архитектурой имеют иерархический и распределённый характер. На верхних уровнях таких ССУ осуществляется адаптивная и интеллектуальная обработка информации, а на нижнем уровне формируется управление коммуникационным оборудованием, обеспечивающее целенаправленную (адресную) транспортировку потоков данных.

Распределённость архитектуры адаптивных и интеллектуальных ССУ проявляется в распределённости их компонент и децентрализации (распараллеливании) выполняемых ими функций обработки информации и управления. Исходя из этого, ССУ можно разделить на три взаимодействующие подсистемы, обеспечивающие следующие функции:

- управляемый доступ к коммуникационным и информационным ресурсам;

- управление информационными потоками данных по запросам пользователей ТКС;

- управляемое предоставление запрошенных коммуникационных и информационных ресурсов с требуемым качеством обслуживания.

Масштабируемость глобальных ТКС порождает множество возможных вариантов распределения функций обработки информации и управления между компонентами ССУ.

Методы и алгоритмы маршрутизации потоков данных по запросам пользователей, используемые в адаптивных и интеллектуальных ССУ, должны обеспечивать асинхронный характер доступа к сетевым ресурсам и высокую надёжность такого доступа за счёт многопотоковой маршрутизации и резервирования соответствующих каналов связи.

Важным принципом построения адаптивных и интеллектуальных ССУ является открытость. Реализация этого принципа в ССУ основывается на их способности к обучению, адаптации и самоорганизации, использовании стандартных и новых протоколов сигнализации и передачи потоков данных, пользовательских интерфейсов для получения информационных услуг и приложений и т.п.

2.7. Иерархическая структура сетевого управления и декомпозиция глобальных компьютерных сетей

Глобальная ТКС (например, всемирная сеть Internet) является крупномасштабной ТКС иерархически взаимосвязанных ТКС меньшего масштаба (локальные, корпоративные, региональные ТКС и т.п.), как это представлено на рис. 2.2. При этом каждая ТКС соответствующего масштаба состоит из четырёх базовых подсистем: РСС, ССУ, РИС и РТС. На современном этапе развития информационных и телекоммуникационных технологий можно считать, что глобальная ТКС состоит из взаимосвязанных автономных, имеющих собственные ССУ, реализованные на десятках или сотнях узловых компьютеров, связанных между собой маршрутизаторами (граничными шлюзами).

 

 

Глобальные ТКС (Internet и т.п.)

 

 

Верхний уровень

 

Локальные ТКС (корпоративные ТКС и т.п.)
Нижний уровень
Автономные подсети (региональные ТКС и т.п.)

 


Рис. 2.2. Иерархическая структура взаимодействия ТКС разного масштаба и назначения

Для того, чтобы передать пакет данных от одного узлового компьютера ТКС к другому, его нужно транспортировать через одну или несколько автономных РТС по одному из возможных маршрутов. Обычно в глобальной сети Internet передача пакетов осуществляется с помощью внутренних и внешних маршрутизаторов ССУ между узловыми компьютерами, на которых выполняется сетевой протокол TCP/IP.

Канальный уровень передачи потоков данных реализуется в РТС, которая обеспечивает управляемую транспортировку пакетов между определёнными парами узловых компьютеров ТКС. Его основными характеристиками являются следующие параметры:

- максимальный размер (длина) пакета, который может передаваться по цифровому каналу связи (например, для автономных ТКС Ethernet величина этого параметра составляет 1500 байтов);

- коэффициент ошибок на пакет (например, для проводных каналов связи этот параметр составляет доли процента);

- скорость передачи данных (например, автономные АТМ-сети имеют скорость передачи 622 Мбит/с).

Сетевой уровень реализуется в ССУ, которая осуществляет адресацию узлов-хостов и маршрутизацию потоков данных между узлами глобальной ТКС.

Каждый пакет имеет адреса узла-источника (отправителя) и узла-приёмника (получателя) ТКС. Если эти узлы находятся в разных автономных ТКС, то выбор «глобального» маршрута передачи пакета осуществляется соответствующими маршрутизаторами, использующими либо традиционные таблицы маршрутизации, либо современные средства маршрутизации. При этом, если длина пакета превышает максимальный размер пакета для определённого канала связи, то IP разделяет (фрагментирует) его на части допустимой длины и передаёт их последовательно. Узел-приёмник (адресат) ТКС собирает переданный «большой» пакет из полученных частей (фрагментов).

Транспортный уровень также реализуется в ССУ. Однако маршрутизаторы сетевого уровня обычно не имеют (и поэтому не используют) информацию о транспортном уровне, т.е. эти уровни функционально разделены.

На транспортном уровне используются два протокола управляемой передачи данных:

- UDP - протокол пользовательских дейтаграмм, т.е. пакетов, передаваемых по ТКС независимо друг от друга;

- TCP - протокол управления передачей данных.

При этом TCP выполняет две основные функции:

- регулирование потоков данных;

- контроль ошибок передачи данных.

Управляя потоком данных, ССУ регулирует скорость передачи данных (например, при обнаружении перегрузок трафика ССУ снижает скорость передачи). Если при передаче данных возникают ошибки, РТС автоматически запрашивает повторную передачу повреждённых пакетов.

Таким образом, локальное управление потоками данных и контроль ошибок их передачи осуществляется на транспортном уровне сетевого управления, а маршрутизаторы сетвого уровня определяют только оптимальный или допустимый «глобальный» маршрут передачи данных.

Этот принцип распределённого локального управления потоками данных и адаптивного контроля ошибок их передачи между соседними узлами «глобального» маршрута придаёт глобальным ТКС свойство расширяемости (масштабируемости). Отсюда, в частности, следует, что при присоединении к глобальной ТКС новых узлов или автономных подсетей, ССУ будут обслуживать эти новые узлы, как и старые.







© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.