Реферат: Топології мереж Граф як основа побудови комп ютерної мережі

🛑 👉🏻👉🏻👉🏻 ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻

3. Структурована кабельна система (СКС)
3.1 Загальні відомості про з’єднувальні матеріали
4. Типові реалізації комп’ютерних мереж
4.1 Методи доступу робочих станцій до середовища передачі данних
4.2 Приклад реалізації мережі середнього підприємства.
З розвитком комп’ютерної техніки стала можливою обробка потоків інформації, що постійно збільшуються та стають дедалі складними. Для обміну інформацією між комп’ютерами винайшли способи іх з’єднання, використовуючи різні фізичні середовища для передачі данних.
Система, яка поєднує в собі апаратне та програмне забезпечення, а також засоби з’єднання комп’ютерів називається комп’ютерною мережею

, яка характеризується багатьма параметрами. Основними з них є топологія та архітектура. Крім того, мережі характеризуються додатковими параметрами, такими як ступень швидкодії, надійності, захищеності та іншими. В цій роботі пропонується взяти за приклад деяки аспекти побудови мережі на 40 - 50 робочих місць (що в реальному житті відповідає мережі середнього офісу або невеликого підприємства) з можливістю її подальшого розвитку.
При проектуванні мережі в першу чергу треба розробити її топологію. При правильному підході до цього питання мають бути ретельно проаналізованими такі характеристики мережі, як передбачувані обсяги інформації, яка буде оброблюватися, кількість робочих станцій та серверів, типи з’єднань, необхідна швидкість передачі данних, поділ мережі на сегменти тощо. Від неупередженого підходу до цього питання залежить майбутня продуктивність мережі.
В загальному випадку, топологією

можна назвати форму розміщення кабелів, які з’єднують всі компоненти мережі. Існують три основних
типи топологій: в вигляді шини
, зірки
та кільця
. Використовуються також різні варіанти їх комбінацій. Розрізняють також фізичну
топологію, яка визначає фізичне розміщення вузлів та з’єднань (шина, зірка, кільце), і логічну
, при якій визначаються напрям і порядок обробки потоків данних (шина, кільце).
При аналізі топологій мереж використовуються таке поняття, як робота багатопроцесорного паралельного комплексу, в якому кожний процесор є окремим комп'ютером в мережі, а зв'язки між процесорами являють собою ліній, якими з'єднано робочі станції.
Існує багато підходів до побудови паралельних комплексів. Класифікацію їх архітектур почнемо з машин безпосереднього зв'язку, в яких кожен процесор безпосередньо пов'язаний з декількома іншими. За такої архітектури кожен процесор має власну пам'ять, яка містить локальні змінні та сполучаються один з одним за допомогою керуючих сигналів.
Машини безпосереднього зв'язку подаються у вигляді графу: кожен процесор позначається вершиною графа, зв'язок між процесорами — дугами. Відстань між процесорами P1',P2' визначається як відстань між вершинами у графі: відстанню є таке мінімальне число d, що існує послідовність P1' = P0, P1, P2, ..., Pd = P2', де Pi - сусід Pi+1; два процесори називаються сусідами, якщо вони з'єднані безпосередньо.
Діаметром
машини безпосереднього зв'язку називається максимальна відстань між двома будь-якими процесорами.
Степенем
процесора називається кількість його сусідів. Степенем машини безпосереднього зв'язку називається максимальний степінь процесора, задіяного у паралельному комплексі. Будь-який комплекс зі степенем k має, як мінімум, діаметр logP/logk -1 (Готліб та Крускал [16]).
Схемою з'єднання
будемо називати сполучення декількох процесорів в один комплекс за деякими правилами.
Для спрощення будемо вважати, що два сусідні процесори можуть з'єднатися за один такт. Для великих схем з'єднання це твердження нереальне через їх фізичні можливості, але для паралельних процесорів помірного розміру це реально. Розглянемо різні архітектури машин безпосереднього зв'язку.
Схема повного з'єднання. Схема з'єднання в коло
для 6 процесорів. для 6 процесорів.
Схема з'єднання в коло
. Малюнок 2. Ця архітектура більш реалістична і будується просто. Кількість дроту дорівнює кількості процесорів. Діаметр дорівнює P/2, середня відстань між процесорами дорівнює приблизно P/4. Передача інформації відбувається по колу за чи проти ходу годинникової стрілки при спільній роботі всіх P процесорів. Для обміну даними між будь-якими двома процесами необхідно зробити не більш ніж P-1 такт.
Малюнок 3. Двовимірна архітектура Малюнок 4. Зірка з 9 процесів.
мережевого з'єднання для 16 процесорів.
Малюнок 5. Бінарне дерево розміру 15.
Бінарне дерево
. Малюнок 5. Деревоподібна архітектура має найменший діаметр серед всіх існуючих, який дорівнює для бінарного дерева 2lg((P+1)/2) - відстань між двома листами, шлях між якими проходить через корінь. Для k-арних дерев діаметр зменшується зі збільшенням k. Недоліком деревоподібних мереж є те, що обмін даними між процесами відбувається за лінійний час, а процес-корінь є вузьким горлом при передачі інформації.
Багатопроцесорний комп'ютер з паралельною обробкою інформації називається деревовидною машиною (tree machine) [33], якщо його процесори сполучені зв'язками так, що утворюється топологія повного бінарного дерева. Такий комп'ютер має 2d-1 процесорних елементів для деякого d, які розбиті на d рівнів, пронумерованих від 1 до d. Кожний процесор на рівні j, 1ЈjЈd, зв'язаний з єдиним процесором на рівні j-1 (батьком), та з двома процесорами на рівні j+1 (синами). Зв'язки між процесами розташовані таким чином, що безпосередньо обмінюватися інформацією можуть лише батько з сином. Єдиний процесор на першому рівні називається коренем в топології дерева, а процесори на рівні d — листами. Корінь не має батька, а листи не мають синів. На малюнку 15 зображена топологія деревовидної машини з d=4 рівнями, яка містить 24-1 = 15 процесорних елементів.
Малюнок 6.Схема з'єднання в куб розміру 8.
Схема сумішно-обмінного з'єднання
(shuffle - exchange). Малюнки 7а.7б. Ця архітектура мережі є однією з найкращих для паралельної обробки інформації: її діаметр приблизно дорівнює 2*lgP, кількість тактів для обміну між двома процесами - 4*lgP-3. Використовується вона в телефонних комунікаціях. Ця схема вирішує проблеми великого діаметра моделі та повільного часу обміну між двома процесами. Кожен процес з'єднується з іншими за правилом, яке визначає функція суміші для P=2*id процесорів:
Якщо номер процеса i представити у двійковому коді idid-1...i2i1, то функцію суміші можна подати в наступному вигляді:
s(idid-1...i2i1)=id-1id-2...i1id і s-1(idid-1...i2i1)=i1id...i3i2.
Визначивши функцію суміші, запишемо правило за яким з'єднуються процеси в сумішно-обмінній моделі. В ній кожен процес Pi має три сусіди: Pj, де j відрізняється від i останнім бітом у двійковому розкладі, P s(i) та P s-1(i).
Малюнок 7а. Логічна схема сумішного з'єднання.
Малюнок 7б. Модель комп'ютера сумішно-обмінного з'єднання розміру 8.
Малюнок 8. Модель комп'ютера сумішно-зсувного з'єднання розміру 8
Схема з'єднання метеликом [5]
(butterfly network). Малюнок 9а. Метелик з N входами подається графом з рівнів, кожен з яких містить N вершин. j-та вершина на i-ому рівні позначається j1j2...jlogN,i, де j1j2...jlogN - бінарне подання числа j і вона з'єднується з вершинами j1j2...jlogN,i+1 та j1j2...jiji+2...jlogN,i+1 на рівні i+1. На нульовому рівні розташовані вхідні вершини, на рівні logN — вершини виходу. Шлях, який проходять дані з будь-якого входу на будь-який вихід визначається однозначно за номером виходу і його довжина дорівнює . З будь-якої вершини виходять дві дуги: нагору(0) та вниз(1). Наприклад, якщо виходом буде вершина 101, то з якого б входу ми не пішли, підемо вниз, вгору, вниз і обов'язково потрапимо у вихід 101. На малюнку 9б зображена схема метелика з випадковим з'єднанням вершин першого рівня. Його зв'язки повністю співпадають зі зв'язками стандартного метелика окрім першого рівня. З кожної вершини першого рівня виходить дві дуги в будь-які вершини другого рівня, одна з останніх повинна знаходитися в верхній половині, друга - в нижній.
Малюнок 9а. Схема з'єднання Малюнок 9б. Метелик з випадковим
метеликом для 32 процесів. з'єднанням першого рівня.
Схема метелика належить до великого класа розчеплених багатостанових мереж (splitter multistage interconnection networks). Перемикачі на кожному рівні розчепленої мережі можна розбити на блоки. Всі перемикачі рівня 0 належать одному блоку. На рівні 1 існує два блоки - один складається з верхніх N/2 прцесів, другий - з нижніх N/2 процесів. Взагалі, на рівні кількість блоків дорівнює 2i, розмір кожного з яких дорівнює N/2i. Кожний блок на рівні i з'єднується з двома блоками на рівні i+1 - Bhigh та Blow, відповідно верхній та нижній блоки. Розгалуження блоку на два і називається розчепленням. Розчеплена мережа має складність d, якщо будь-яка вершина, яка не є вхідною, має 2d вхідних ребер, а з будь-якої вершини, яка не є виходом, виходить d верхніх та d нижніх ребер. Схеми метелика,які наведено на малюнках 9а та 9б, є розчепленими мережами складності 1. В розчеплених мережах існує лише один шлях між вхідною та вихідною вершиною.
Мережа вулиць Манхетена
[31] (Manhattan Street Network) (Малюнок 10) є двовимірна прямокутна мережа безпосереднього з'єднання, яка складається з N=m*n процесів, кожен з яких має ідентифікаційний номер (a,b), де 0ЈaЈm-1, 0ЈbЈn-1. Вершина (a,b) сполучається зв'язками з вершинами (x,b) та (a,y) наступним чином: (x,b) = {(a+/-1) mod m, b}, +/- коли b парне/непарне та (a,y)={a, (b+/-1) mod n}, +/- коли a парне/непарне. Напрямок з'єднань цієї мережі співпадає з напрямком руху по вулицям Манхетена. Діаметр мережі дорівнює N1/2+1, середня довжина шляхів між двома вершинами — (N3/2/2+N-4)/(N-1) [31].
HR4-мережа [34], або торовидна мережа, виглядає як і мережа вулиць Манхетена за винятком того, що її зв'язки двонаправлені. Її діаметр дорівнює N1/2, середня довжина шляхів — N3/2/(2*N-2) [31].
Малюнок 10. Мережа вулиць Манхетена розміру 4*4.
Малюнок 11а. Незгорнута Малюнок 11б. Згорнута
шестикутна мережа розміру 3. шестикутна мережа розміру 3.
Зірчатий граф
. Мережа, топологією якої є зірчатий граф, представлена у [35] і зображена на малюнку 12. Ця топологія є однією з найпривабливіших при розробці архітектур симетричних мереж завдяки невеликому діаметру, малій степені вершин, симетрії, та великій надійності при передачі даних. Основними напрямками робіт є вивчення топологічних властивостей зірчатого графу, питань надійності та стійкості до відмов, розробка алгоритмів [35].
Зірчатий граф розміру n, який позначається Sn, представляє собою симетричний граф степеню n-1, який має n! вершин. Кожна вершина має свій власний ідентифікаційний номер, який представляється кортежем з n елементів — перестановкою множини {1,2,...,n}. Дві вершини з'єднані зв'язком i, якщо номер однієї вершини можна буде отримати з номера другої вершини перестановкою першої (лівої) та i-тої цифри, де 1Реферат: Топології мереж Граф як основа побудови комп ютерної мережі
Реферат На Тему Америка
Реферат: Исследование интеллекта. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат по теме Созвездие Ориона
Дипломная работа по теме Феномен постмодернізму
Реферат: Растения Волгоградской области. Скачать бесплатно и без регистрации
Курсовая работа по теме Розроблення рекламної стратегії на прикладі ЗАТ Хлібзавод "Салтівский"
Мышление Реферат
Молодежная Политика Курсовая
Курсовая работа: Технико-экономическое сравнение вариантов трассы
Доклад по теме Легитимность власти
Как Написать Курсовую
Учитель Сочинение 11 Класс
Составьте Эссе О Русских Романсах
Курсовая работа: Русское зодчество 2
Реферат по теме Команда: ефект синергізму чи ефект ледаря?
Контрольная Работа На Тему Відтворення Основних Фондів Автомобільного Транспорту
Реферат по теме Сущность и задачи бухгалтерского учета в банках
Жюль Верн Полное Собрание Сочинений Купить
Курсовая работа по теме Методи пошуку та відбору артиста його персональним менеджером
Реферат: Легионеллёз. Скачать бесплатно и без регистрации
Контрольная работа: Кредитование Банком России коммерческих банков
Реферат: Вдосконалення системи митного регулювання в Україні на основі використання досвіду зарубіжних країн
Реферат: Внегалактическая астрономия