Топології мереж.Граф як основа побудови комп’ютерної мережі
1. Вступ
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 за-соби 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, та-кими як ступень швидкодії, надійності, захищеності та іншими. В цій роботі пропонується взяти за приклад деяки аспекти побудови мережі на 40 - 50 ро-бочих місць (що в реальному житті відповідає мережі середнього офісу або неве-ликого підприємства) з можливістю її подальшого розвитку.
2.Топології комп'ютерних мереж
2.1 Аналіз топологій мереж
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 оброб-люватися, 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 визнача-ються напрям і порядок обробки потоків данних (шина, кільце).
При аналізі топологій мереж використовуються таке поняття, як робота бага-топроцесорного 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. Малюнок 1. В ній кожен процес пов'язаний з усіма іншими. Її позитивними рисами є те, що діаметр цієї схеми дорівнює 1, а з'єднання будь-яких двох процесорів відбувається за один такт. На практиці мережі повного з'єднання мають свої недоліки. Через велику кількість дроту такі мережі не можуть мати велику кількість процесорів. Кількість зв'язків, необхідних для комутації P процесорів, дорівнює P*(P-1)/2.