Меню

Распределенные системы сетевое оборудование



Распределенная сеть

Распределённая сеть – тип сети, позволяющий распределить имеющуюся вычислительную мощность по колоссальную количеству узлов, исключая её концентрацию в едином центре (сервере).

Как появились распределенные сети

Изначально распределённая сеть создавалась для реализации научных проектов. Ещё не так давно программисты были вынуждены создавать и поддерживать работу серверов, которые, как правило, называли суперкомпьютерами. Эти единые центры производили сложные расчеты, необходимые для конкретных целей. Однако мощность суперкомпьютеров не безгранична, а для её увеличения требовалось инвестировать внушительные средства, которые можно было бы потратить на более важные проекты.

Именно тогда появилась идея расширить вычислительные ресурсы за счёт компьютеров, принадлежащих пользователям по всему миру. Люди стали безвозмездно предоставлять ученым вычислительные мощности собственного оборудования.

Распределенные сети и криптовалюта

Абсолютно каждый майнер и криптоинвестор знает, что, например, биткоин – децентрализованная криптовалюта, которая не контролируется ни одним финансовым органом или государственным институтом. Своей независимостью платформа Биткоин обязана распределенной сети, которая называется Р2Р (Peer-to-Peer).

Распределенная сеть Р2Р уже давно знакома продвинутым пользователям ПК. Как правило, эта технология применяется файлообменниками, например, Gnutella, БитТоррент или eDonkey2000, а также ресурсами, предоставляющими пользователям услуги IP телефонии (Skype и т. д.). Сатоши Накамото досконально изучил принцип её работы и неспроста выбрал именно Peer-to-Peer в качестве основы для построения собственной криптоплатформы.

Использование Р2Р в качестве пиринговой сети, предназначающейся для финансовых операций, – инструмент, позволяющий уравнять права всех пользователей. В подобных сетях разрабатываются и модернизируются модели децентрализованных валютных платформ. Главная концепция заключается в том, что современные фиатные денежные знаки – механизм расчётов, который очень далёк от совершенства, так как многое зависит от воли политической элиты. Децентрализованная валюта, которая генерируется в распределенной сети Р2Р, призвана исправить сложившуюся ситуацию и уравнять права всех криптодержателей. Технология Р2Р предлагает более справедливую, открытую и понятную систему взаимных расчетов между пользователями.

Следует упомянуть тот факт, что криптовалютные платформы, работа которых основана на технологии Р2Р, могут существовать долгое время абсолютно автономно. На данный момент в пиринговых сетях находится довольно много заброшенных проектов, которые не получают никакой поддержки со стороны разработчиков, но при этом продолжают стабильно работать. Это объясняется тем, что программное обеспечение этих сетей успело установить на свои компьютеры огромное количество пользователей. Программы, удаленно задействованные на чужом оборудовании, поддерживают работоспособность распределенной сети. Закрытие нескольких НОДов (узлов), не является критическим фактором, практически никак не влияя на саму структуру. А в некоторых случаях – это даже провоцирует подключение новых НОДов.

Преимущество распределённых сетей

Распределённые сети, базирующиеся на технологии Р2Р, используются для распределённых вычислений. Их применение позволяет в относительно короткие сроки решать колоссальное количество всевозможных задач, на расчёт которых даже у самого мощного и современного суперкомпьютера уйдут годы. Сверхвысокая производительность достигается за счёт того, что определённая глобальная задача разбирается на множество блоков, которые выбрасываются в пиринговую сеть. Затем блоки распределяются между всеми компьютерами, участвующими в поддержании работоспособности данной сети. Получив задание, оборудование приступает к вычислительным операциям, а получив единственно правильный ответ – возвращает обработанный блок обратно в систему.

Именно такая схема используется в майнинге криптовалют. Пользователь присоединяется к пиринговой сети платформы, внутренняя валюта которой представляет для него интерес, а затем находит блоки, содержащие информацию об осуществленных транзакциях. Далее предстоит путём перебора цифр найти правильный хеш (решение), которое служит криптографической подписью для информационного блока. Как только майнер справляется с поставленной задачей, блок встраивается в непрерывную цепочку аналогичных блоков – блокчейн. После чего система анализирует, какое количество мощностей было затрачено оборудованием пользователя для решения задачи, исходя из чего формирует общую сумму вознаграждения.

Источник

Активное сетевое оборудование: виды и принцип работы

Активное сетевое оборудование отличается от пассивных устройств наличием электронных схем, получающих электропитание от источников энергоснабжения и выполняющих обработку сигналов в соответствии с заданным алгоритмом. Оно передает, принимает, обрабатывает, перенаправляет и распределяет информацию под управлением специальных протоколов сетевого и канального уровня. Рассмотрим несколько видов активного сетевого оборудования.

Маршрутизаторы

Маршрутизаторы (роутеры) – это оборудование, работающее на сетевом уровне OSI и выполняющее задачи по оптимизации маршрута трафика между локальными сетями, а также обеспечивающее доступ к ресурсам глобальной сети Интернет. Информация передается пакетами, имеющими регламентированную структуру. Заголовок пакета содержит IP адрес получателя, используемый маршрутизатором для определения пути передачи данных.

Маршрутизатор

В процессе работы устройство обращается к таблице маршрутизации, в которой размещаются записи о возможных маршрутах с адресами узлов, идентификаторами получателей и метриками. По метрикам вычисляется кратчайший путь до адресата. Обновление таблицы маршрутизации выполняется вручную или автоматически с помощью специальных протоколов.

Роутеры функционируют под управлением сетевых протоколов и протоколов маршрутизации. Применение маршрутизатора уменьшает загрузку сети за счет разделения на несколько доменов коллизий, широковещательных доменов и фильтрации пакетных данных. При помощи роутера можно объединять сети разного типа, отличающиеся архитектурой и протоколами.

Соединения на физическом уровне:

  • оптические порты с трансиверами SFP – соединение с провайдером по оптоволоконному кабелю;
  • разъемы RJ-45 – соединение по «витой паре» с оборудованием провайдера, коммутаторами и компьютерами.

На высокопроизводительных маршрутизаторах крупных сетей могут размещаться до 50 физических портов. Для роутеров небольших офисных сетей достаточно 4 – 8 портов. Многие маршрутизаторы, используемые в небольших сетях, поддерживают протокол беспроводной Wi-Fi сети для подключения компьютерных терминалов.

Коммутаторы

Коммутаторы (свичи) предназначены для перенаправления информации между несколькими узлами или сегментами локальной сети. Коммутаторы могут работать на канальном и сетевом уровнях OSI в зависимости от назначения.

Коммутатор

Свич направляет трафик только непосредственным получателям на основе их MAC-адресов, что положительно сказывается на производительности и безопасности сети, исключая необходимость обработки данных остальными сетевыми узлами.

В памяти коммутатора хранится таблица коммутации с информацией о соответствии MAC-адресов пользователей портам устройства. Таблица заполняется в процессе работы за счет анализа фреймов и определения MAC-адреса отправителя. При поступлении на любой из портов кадров, адресуемых известному получателю, осуществляется их трансляция через порт, соответствующий MAC-адресу.

При отсутствии MAC-адреса в таблице, фреймы транслируются на все порты, кроме порта отправления. По прошествии времени свич учитывает в таблице всю линейку активных MAC-адресов, улучшая локализацию трафика.

Типы коммутаторов:

  • неуправляемые – стандартные модели, работающие на канальном уровне;
  • управляемые – сложное оборудование для коммутации данных на сетевом уровне.

Для управления свичем используются: Web-интерфейс, протоколы SNMP, RMON и другие. В управляемых коммутаторах реализуется дополнительный функционал: VLAN, QoS, агрегирование. Кроме того, оборудование способно выполнять сегментацию фреймов между портами, контролировать трафик на появление шторма, обнаруживать петли, ограничивать скорости на каждом из портов. Возможно объединение коммутаторов в единую логическую схему, называемую стеком, для увеличения общего количества портов.

Назначение портов:

  • оптические с SFP – подключение к маршрутизатору, доступ удаленных сегментов сети, организация стека;
  • разъемы RJ-45 – подключение компьютеров, сервера, МФУ, принтера, плоттера и т.д.

Коммутаторы с PoE и PoE+

Коммутаторы с PoE передают по кабелю «витая пара» не только электрические информационные сигналы, но и постоянное напряжение 48 В для электропитания абонентских устройств. Это оптимальное решение по энергоснабжению автономных IP видеокамер, VoIP телефонов, беспроводных точек доступа. Для передачи питания задействуются две пары проводов.

Коммутатор TFortis с PoE для систем уличного цифрового видеонаблюдения

Использование технологии PoE позволяет:

  • экономить деньги за счет уменьшения количества силового кабеля и оборудования электропитания;
  • размещать оборудование в местах, где отсутствует возможность подключения к общей электросети.

Отличия стандартов:

  • PoE – регламентируется IEEE 802.3af, мощность нагрузки – 15,4 Вт;
  • PoE+ – регламентируется IEEE 802.3at, мощность нагрузки – 30 Вт.

Особенностью технологии является использование высокочастотных трансформаторов с центральными отводами на обоих концах кабельной линии. Такое решение позволяет передавать полезные сигналы и электропитание по одним и тем же сигнальным парам.

Сетевое оборудование GEPON и GPON

Сетевое оборудование, реализующее технологию PON (Пассивная оптоволоконная сеть), обеспечивает широкополосный мультисервисный доступ по оптоволоконным линиям связи при минимальном количестве активных устройств. Сфера применения: IP телефония, цифровое телевидение, высокоскоростной Интернет.

Сеть строится на одном станционном OLT (Оптическом линейном терминале), передающем информацию на абонентские устройства ONT (Оптические сетевые терминалы) или ONU (Оптические сетевые единицы) числом до 1024 штук. Трафик передается приемопередатчиком по одной паре оптоволокна и распределяется по абонентам с помощью сплиттеров.

В настоящее время для реализации проектов используются 2 типа оборудования: GPON (Gigabit PON) и GEPON (Gigabit Ethernet PON). Технологические отличия заключаются в двух характеристиках:

Скорость нисходящего потока:

  • GPON – 2,5 Гбит/с;
  • GEPON – 1,25 Гбит/с.

Структура кадров:

  • GPON – выполнена по аналогии с синхронной цифровой иерархией SDH (множественный доступ с временным разделением сигналов);
  • GEPON – близка к фреймам Ethernet.

Все сетевые устройства стандартизированы рекомендациями ITU G.984 и IEE 802.3ah.

Станционное оборудование

Провайдер устанавливает у себя терминалы OLT и управляемые Ethernet-коммутаторы. Трансиверы OLT работают на длине волны передача/прием – 1490/1310 нм. Для цифрового телевидения задействуется длина 1550 нм, которая вводится в оптический тракт с помощью WDM фильтра или разветвителя.

Оптический линейный терминал на 256 абонентов C-DATA EPON OLT FD1104SN

Станционное оборудование передает на абонентскую сторону широковещательный трафик. Терминалы пользователей распознают адресное поле и выделяют информацию, предназначенную именно для них.

Абонентские терминалы

Абонентское оборудование устанавливается у клиентов для приема и обработки оптических сигналов, поступающих от линейного терминала. Все абонентские устройства принимают данные на длине волны 1490 нм, а передают – на 1310 нм. Цифровой поток, выделенный из общего широковещательного трафика, поступает на конечные пользовательские устройства: телевизор, компьютер, IP телефон.

Абонентский терминал Optronic EPON ONU TRNU-1G4R

Абонентские терминалы имеют одно существенное отличие: к ONT можно подключить только одного клиента, а ONU предназначены для многопользовательского подключения.

VoIP шлюзы

VoIP-шлюз – это оборудование, предназначенное для передачи голосовой информации по IP сети. К шлюзу подключаются классические телефонные аппараты и АТС. Принцип работы основан на аналого-цифровом и обратном цифро-аналоговом преобразовании речевого трафика. Поток оцифрованных данных конвертируется в пакеты и передается по сети в соответствии с адресом конечного получателя. Далее выполняется декодирование и восстановление исходного голосового сигнала.

Абонентский VoIP-шлюз TAU-24.IP

VoIP шлюзы могут обеспечивать маршрутизацию пакетных данных с поддержкой соответствующих протоколов и сетевую безопасность, авторизовать пользователей, получать и раздавать IP адреса, устанавливать приоритеты разных видов трафика, вести учет и анализировать трафик, выполнять администрирование. VoIP-шлюзы подразделяются на цифровые и аналоговые по типам телефонного стыка, что позволяет интегрировать их с любыми АТС.

Читайте также:  Принципы компании по оборудованию

АО «Компонент»: лучшие решения для сетей

АО «Компонент» предлагает заказчикам качественное активное сетевое оборудование, как собственного производства, так и других производителей. Обращайтесь при необходимости реализации задач по организации сетей любого уровня сложности и назначения. Специалисты грамотно подберут оборудование, полностью соответствующее техническим условиям проекта, в рамках выделенного бюджета.

Лучшее «Спасибо» — ваш репост

Айтишник

Специалист по ремонту ноутбуков и компьютеров, настройке сетей и оргтехники, установке программного обеспечения и его наладке. Опыт работы в профессиональной сфере 9 лет.

Если у вас на сайте зарубежная аудитория

Если у вас на сайте зарубежная аудитория

Удаленный доступ к компьютеру

Удаленный доступ к компьютеру – TeamViewer

Использование облачных хранилищ на компьютере

Удобное использование облачных хранилищ на компьютере

Добавить комментарий Отменить ответ

Компьютерная помощь

  • Компьютеры
  • Ноутбуки
  • Windows
  • BSOD
  • BIOS
  • Программы
  • Безопасность
  • Сеть и интернет
  • Носители данных
  • Принтеры и сканеры
  • Apple
  • Android
  • Телефоны
  • Телевизоры
  • Аудио и видео
  • Графика
  • Игры и развлечения
  • Обзоры
  • Сайтостроение
  • Соцсети и мессенджеры
  • Технологические бизнес решения

Последнее на сайте

eSIM

В чем преимущества технологии eSIM

eSIM (она же embeddedSim, встроенная) – новый формат СИМ-карты. Данный формат не физический, а виртуальный. Пока его поддержка есть не

Источник

Распределенные системы сетевое оборудование

Распределенные системы управления (РСУ) — DCS

к.т.н., эксперт по автоматизации производства,

Школа Fine Start

В данной статье рассмотрим такое эффективное решение, как

распределенная система управления

Подробно изучим: понятие, сферы применения, задачи и преимущества РСУ.
Итак, начнём!

С ростом количества датчиков, увеличением площади территории, на которой расположена автоматизированная система и усложнением алгоритмов управления, становится более эффективным решением — применение Распределенных Систем Управления (РСУ).

Распределенные системы состоят из множества территориально разнесенных контроллеров и модулей ввода-вывода. При таком подходе структура распределенной системы и структура алгоритма ее работы становятся подобны структуре самого объекта автоматизации, а функции сбора, обработки данных, управления и вычисления оказываются распределенными среди множества контроллеров.

Каждый контроллер работает со своей группой устройств ввода-вывода и обслуживает определенную часть объекта управления. Тенденция децентрализации управления и приближения контроллеров к объектам управления является общей для всех систем автоматизации. Кроме того, сосредоточенная система является частью или частным случаем распределенной, поэтому появление распределенных систем является следствием естественного развития от частного к общему.

Распределённая система управления (РСУ) (Distributed Control System, DCS) —

система управления технологическим процессом, отличающаяся построением распределённой системы ввода-вывода и децентрализацией обработки данных.

РСУ (Рис.1) можно определить — как систему, состоящую из множества устройств, разнесенных в пространстве, каждое из которых не зависит от остальных, но взаимодействует с ними для выполнения общей задачи.

В предельном случае элементы системы могут находиться на разных континентах земного шара, а связь между ними может выполняться через интернет.

» data-img-src=»https://fs-thb02.getcourse.ru/fileservice/file/thumbnail/h/6076478d3b869a7dd40b6e0a9f738475.png/s/s1200x/a/163679/sc/73″ > » alt=»Рис.1. Типовая схема РСУ

В качестве «множества устройств» могут выступать любые микропроцессорные устройства, например, ПЛК или разнесенные в пространстве модули ввода-вывода одного контроллера. Однако в последнем случае только сбор данных можно рассматривать как распределенный, в то время как функция управления является сосредоточенной в одном контроллере.

Первые инструментальные средства для создания DCS были представлены на рынок в 1975 году компаниями Honeywell (система TDC 2000) и Yokogawa (система CENTUM). Американский производитель Bristol Babcock в том же году представил свои универсальные контроллеры UCS 3000. Иногда к DCS относят систему Contronic 3 фирмы Schoppe & Faeser.

В 1979 году компания Fisher & Porter представила свою систему DCI-4000, а Invensys систему SPECTRUM.

В 1980 году компания Bailey представила систему NETWORK 90, а компания Alfa Laval систему SattLine.

Системы управления реляционными базами данных (СУРБД) хранят информацию в таблицах, имеющих отношения, или связанных, друг с другом. Запись и извлечение информации с использованием таких таблиц выполняется более эффективно, чем в случае записи данных в одну большую таблицу.

Microsoft SQL Server является реляционной базой данных.

Сферы применения РСУ многочисленны:

  • Химия и нефтехимия
  • Нефтепереработка и нефтедобыча
  • Газодобыча и газопереработка
  • Металлургия
  • Пищевая промышленность: молочная, сахарная, пивная
  • Энергоснабжение и т.д.

Требования к современной РСУ:

  • Отказоустойчивость и безопасность
  • Простота разработки и конфигурирования
  • Поддержка территориально распределённой архитектуры
  • Единая конфигурационная база данных
  • Развитый человеко-машинный интерфейс
  • Соединение пользователей с ресурсами
  • Прозрачность — свойство систем, которые представлены в виде единой компьютерной системы
  • Открытость — система, предлагающая службы, вызов которых требует стандартные синтаксис и семантику
  • Масштабируемость

В итоге РСУ имеет следующие характеристики, отличающие ее от сосредоточенной:

  • Большее быстродействие благодаря распределению задач между параллельно работающими процессорами
  • Повышенную надежность (отказ одного из контролеров не влияет на работоспособность других)
  • Большую устойчивость к сбоям
  • Более простое наращивание или реконфигурирование системы
  • Упрощенную процедуру модернизации
  • Большую простоту проектирования, настройки, диагностики и обслуживания благодаря соответствию архитектуры системы архитектуре объекта управления, а также относительной простоте каждого из модулей системы
  • Улучшенную помехоустойчивость и точность благодаря уменьшению длины линий передачи аналоговых сигналов от датчиков к устройствам ввода
  • Меньший объем кабельной продукции, пониженные требования к кабелю и более низкая его стоимость
  • Меньшие расходы на монтаж и обслуживание кабельного хозяйства

Функциональное отличие РСУ от систем ПЛК+СКАДА — заключается в следующем :

  • База данных распределена между контроллерами, но выглядит единой с точки зрения инженера. Именно это свойство и заложено в название «РСУ»
  • Операторский интерфейс тесно интегрирован в систему. Это не ПО SCADA, которое нужно «привязывать» к аппаратным средствам (железу). Здесь все работает сразу после включения питания и без какой-либо настройки
  • Интенсивная и обширная обработка тревог (алармов) и событий реализуется также без каких-либо усилий со стороны разработчика
  • Возможность вести разработку конфигурации и вносить изменения он-лайн, (то есть, не останавливая процесса управления)
  • Возможность менять отказавшее оборудование и расширять систему (добавлять новые узлы и платы) без отключения питания
  • Глубокая диагностика от уровня операторского интерфейса до отдельного канала ввода/вывода без какой-либо настройки
  • Возможность резервирования любого компонента системы (контроллер, модуль ввода/вывода, операторские станции) на аппаратном уровне и без какой-либо настройки программного обеспечения

Все это, разумеется, делает начальную цену РСУ более высокой по сравнению с ПЛК+СКАДА, но на порядок снижает время разработки и внедрения.

Контроллеры для распределенных систем управления

В связи с резким удешевлением микропроцессорной техники с одновременным повышением их надежности и характеристик, уменьшением их размеров и увеличением их функциональных возможностей появилось большое количество малогабаритных контроллеров и компьютеров, обладающих невысокой стоимостью.

Наличие развитых сетевых средств позволяет связывать эти контроллеры в единую сеть, причем различные узлы (контроллеры, интеллектуальные модули ввода-вывода, компьютеры) этой сети могут быть разнесены друг от друга на достаточно большие расстояния.

Такая распределенная архитектура системы управления обладает следующими достоинствами:

  • Высокая надежность работы системы. Четкое распределение обязанностей в распределенной системе делает ее работоспособной даже при выходе из строя или зависания любого узла
  • Малое количество проводных соединении. Контроллеры имеют возможность работать в тяжелых промышленных условиях, поэтому они как правило, устанавливаются в непосредственной близости от объекта управления
  • Легкая расширяемость системы. При появлении дополнительных точек контроля и управления достаточно добавить в системы новый узел (контроллер, интеллектуальный модуль ввода-вывода)
  • Малые сроки проведения модернизации
  • Использование компьютеров и контроллеров меньшей мощности
  • Легкость тестирования и отладки. Поскольку все элементы системы активны, легко обеспечить самодиагностику и поиск неисправности

С ростом блоков ввода-вывода и соответственно — количество датчиков в системе, показанной на Рис. 1, увеличивается число и суммарная длина проводов, соединяющих датчики с устройством ввода.

Это приводит не только к росту стоимости кабельного оборудования, но и к проблемам, связанным с электромагнитными наводками, особенно если датчики распределены по большой площади.

В распределенной системе модули ввода-вывода изготавливаются с небольшим количеством входов (обычно от 1 до 16), а сами модули располагаются вблизи места установки датчиков. Увеличение количества датчиков (входов) достигается путем наращивания числа модулей и объединения их с помощью общей шины. Это сокращает общую длину проводов в системе, а также уменьшает длину проводов с аналоговыми сигналами.

Источник

Распределенные системы: определение, особенности и основные принципы

Распределенная система в своем самом простом определении — это группа компьютеров, работающих вместе, что отображаются как один для конечного пользователя. Машины имеют общее состояние, работают одновременно и могут работать независимо, не влияя на время безотказной работы всей системы. Истина заключается в том, что управление такими системами — сложная тема, наполненная подводными камнями.

Общее представление о системе

Распределенная система позволяет реализовать совместное использование ресурсов (включая программное обеспечение), подключенных к сети в одно и то же время.

Примеры распространения системы:

  1. Традиционный стек. Эти базы данных хранятся в файловой системе одной машины. Всякий раз, когда пользователь хочет получить информацию, он напрямую общается с этой машиной. Чтобы распространить эту систему баз данных, нужно, чтобы она работала на нескольких ПК одновременно.
  2. Распределенная архитектура.

Распределенная система позволяет масштабироваться горизонтально и вертикально. Например, единственным способом обработки большего трафика будет обновление оборудования, на котором работает база данных. Это называется масштабированием по вертикали. Масштабирование по вертикали хорошо до определенного предела, после которого даже лучшее оборудование не справляется с обеспечением требуемого трафика.

Масштабирование по горизонтали означает добавление большего количества компьютеров, а не обновление аппаратного обеспечения на одном. Вертикальное масштабирование повышает производительность до новейших возможностей аппаратного обеспечения в распределенных системах. Эти возможности оказываются недостаточными для технологических компаний с умеренной и большой нагрузкой. Самое лучшее в горизонтальном масштабировании состоит в том, что нет ограничений на размер. Когда производительность ухудшается, просто добавляется другая машина, что, в принципе, возможно делать до бесконечности.

На корпоративном уровне распределенная система управления часто подразумевает выполнение различных шагов. В бизнес-процессах в наиболее эффективных местах сети компьютеров предприятия. Например, в типичном распределении с использованием трехуровневой модели распределенной системы обработки данных выполняется на ПК в месте нахождения пользователя, обработка бизнеса выполняется на удаленном компьютере, а доступ к базе данных и обработка данных осуществляется совершенно на другом компьютере, который обеспечивает централизованный доступ для многих бизнес-процессов. Как правило, этот вид распределенных вычислений использует модель взаимодействия «клиент-сервер».

Читайте также:  Оборудование синтетические моющие средства

Основные задачи

К основным задачам распределенной системы управления относятся:

  1. Прозрачность — достижение одного системного образа без скрытия деталей местоположения, доступа, миграции, параллелизма, сбоя, перемещения, сохранения и ресурсов для пользователей.
  2. Открытость — упрощение настройки и изменения сети.
  3. Надежность — по сравнению с единой системой управления она должна быть надежной, последовательной и иметь высокую вероятность маскировки ошибок.
  4. Производительность — по сравнению с другими моделями, распределенные дают повышение производительности.
  5. Масштабируемость — эти распределенные управляющие системы должны быть изменяемыми по отношению к территории применения, администрированию или размеру.

К задачам распредсистем относятся:

  1. Безопасность — большая проблема в распределенной среде, особенно при использовании общедоступных сетей.
  2. Отказоустойчивость — может быть жесткой, когда модель построена на основе ненадежных компонентов.
  3. Координация и распределение ресурсов — могут быть трудными, если нет надлежащих протоколов или требуемой политики.

Распределенная вычислительная среда

(DCE) является широко используемым отраслевым стандартом, поддерживающим подобные распределенные вычисления. В Интернете сторонние поставщики предлагают некоторые обобщенные услуги, которые вписываются в эту модель.

Грид-вычисления — это вычислительная модель с распределенной архитектурой большого количества компьютеров, связанных с решением сложной задачи. В вычислительной модели сетки серверы или персональные компьютеры выполняют независимые задачи и слабо связаны между собой сетью Интернет или низкоскоростными сетями.

Крупнейшим проектом grid-вычислений является SETI@home, в котором отдельные владельцы компьютеров добровольно выполняют некоторые из своих циклов обработки многозадачности, используя свой компьютер для проекта поиска внеземного интеллекта (SETI). Эта компьютерная проблема использует тысячи компьютеров для загрузки и поиска данных радиотелескопа.

Одним из первых применений grid-вычислений было нарушение криптографического кода группой, которая теперь известна как distributed.net. Эта группа также описывает свою модель как распределенные вычисления.

Масштабирование базы данных

Распространение новой информации от ведущего к ведомому не происходит мгновенно. На самом деле существует временное окно, в котором можно получить устаревшую информацию. Если бы это было не так, производительность записи пострадала бы, так как пришлось бы синхронно ждать распространения данных распределенных систем. Они поставляются с несколькими компромиссами.

Используя подход подчиненной базы данных, можно горизонтально масштабировать трафик чтения в некоторой степени. Здесь много вариантов. Но просто нужно разделить трафик записи на несколько серверов, поскольку он не может его обрабатывать. Один из способов — использовать стратегию репликации с несколькими мастерами. Там вместо подчиненных есть несколько основных узлов, которые поддерживают чтение и запись.

Другой метод называется sharding (разделение). С помощью него сервер разбивается на несколько меньших серверов, называемых осколками. Эти осколки имеют разные записи, создаются правила о том, какие записи попадают в какой осколок. Очень важно создать такое правило, чтобы данные распространялись равномерно. Возможным подходом к этому является определение диапазонов в соответствии с некоторой информацией о записи.

Этот осколочный ключ следует выбирать очень осторожно, так как нагрузка не всегда равна основам произвольных столбцов. Единственный осколок, который получает больше запросов, чем другие, называется горячей точкой, и стараются не допустить ее образования. После разделения данные перекалибровки становятся невероятно дорогими и могут привести к значительному простою.

Алгоритмы консенсуса базы данных

БД сложны для реализации в распределенных системах защиты, поскольку они требуют, чтобы каждый узел согласовывал правильное действие прерывания или фиксации. Это качество известно как консенсус, и он является фундаментальной проблемой в строительстве распредсистемы. Достижение типа соглашения, необходимого для проблемы «фиксации транзакции», является простым, если участвующие процессы и сеть полностью надежны. Тем не менее реальные системы подвержены ряду возможных сбоев процессов разбиения на сети, потерянные, искаженные или дублированные сообщения.

Это создает проблему, и невозможно гарантировать, что правильный консенсус будет достигнут в течение ограниченного периода времени в ненадежной сети. На практике существуют алгоритмы, которые довольно быстро достигают консенсуса в ненадежной сети. Кассандра фактически обеспечивает легкие транзакции посредством использования алгоритма Paxos для распределенного консенсуса.

Распределенные вычисления — это ключ к притоку обработки больших данных, который используется в последние годы. Это метод разбиения огромной задачи, например, совокупных 100 миллиардов записей, из которых ни один компьютер не способен практически ничего выполнять самостоятельно, на множество небольших задач, что могут вписываться в единую машину. Разработчик разбивает свою огромную задачу на многие более мелкие, выполняет их на многих машинах параллельно, собирает данные соответствующим образом, в таком случае будет решена первоначальная проблема.

Этот подход позволяет масштабировать по горизонтали — когда есть большая задача, просто добавляется больше узлов в расчет. Эти задачи на протяжении многих лет выполняет модель программирования MapReduce, связанная с реализацией для параллельной обработки и генерации больших данных наборов с использованием распределенного алгоритма на кластере.

В настоящее время MapReduce несколько устарела и приносит некоторые проблемы. Появились другие архитектуры, которые решают эти проблемы. А именно, Lambda Architecture для распределенной системы обработки потоков. Достижения в этой области принесли новые инструменты: Kafka Streams, Apache Spark, Apache Storm, Apache Samza.

Файловые системы хранения и тиражирования

Распределенные файловые системы можно рассматривать как распределенные хранилища данных. Это то же самое, что концепция — хранение и доступ к большому количеству данных по всему кластеру машин, являющихся единым целым. Обычно они идут рука об руку с Distributed Computing.

Например, Yahoo известна тем, что работает HDFS на более чем 42 000 узлов для хранения 600 петабайт данных, еще с 2011 года. «Википедия» определяет разницу в том, что распределенные файловые системы разрешают доступ к файлам с использованием тех же интерфейсов и семантики, что и локальные файлы, а не через пользовательский API, такой как язык запросов Cassandra (CQL).

Распределенная файловая система Hadoop (HDFS) — это система, используемая для вычислений через инфраструктуру Hadoop. Обладая широким распространением, он используется для хранения и тиражирования больших файлов (размер GB или TB) на многих машинах. Его архитектура состоит в основном из NameNodes и DataNodes.

NameNodes несет ответственность за сохранение метаданных о кластере, например, какой узел содержит блоки файлов. Они выступают в качестве координаторов сети, выясняя, где лучше хранить и копировать файлы, отслеживая состояние системы. DataNodes просто хранят файлы и выполняют команды, такие как репликация файла, новая запись и другие.

Неудивительно, что HDFS лучше всего использовать с Hadoop для вычислений, поскольку он обеспечивает информационную осведомленность о задачах. Затем заданные задания запускаются на узлах, хранящих данные. Это позволяет использовать местоположение данных — оптимизирует вычисления и уменьшает объем трафика по сети.

Межпланетная файловая система (IPFS) представляет собой захватывающий новый одноранговый протокол/сеть для распределенной файловой системы. Используя технологию Blockchain, она может похвастаться полностью децентрализованной архитектурой без единого владельца или точки отказа.

IPFS предлагает систему именования (аналогичную DNS), называемую IPNS, и позволяет пользователям легко получать информацию. Она хранит файл через историческое управление версиями, подобно тому, как делает Git. Это позволяет получить доступ ко всем предыдущим состояниям файла. Он все еще переживает тяжелое развитие (v0.4 на момент написания), но уже видел проекты, заинтересованные в его создании (FileCoin).

Система передачи сообщений

Системы обмена сообщениями обеспечивают центральное место для хранения и распространения сообщений внутри общей системы. Они позволяют отделить прикладную логику от непосредственного общения с другими системами.

Известный масштаб — кластер Kafka LinkedIn обрабатывал 1 триллион сообщений в день с пиками в 4,5 миллиона сообщений в секунду.

Проще говоря, платформа обмена сообщениями работает следующим образом:

  1. Сообщение передается из приложения, которое потенциально создает его, называемое продюсером, переходит в платформу и считывается с нескольких приложений, называемых потребителями.
  2. Если нужно сохранить определенное событие в нескольких местах, например, создание пользователя для базы данных, хранилища, службы отправки электронной почты, то платформа обмена сообщениями является самым чистым способом распространения этого сообщения.

Есть несколько популярных первоклассных платформ обмена сообщениями.

RabbitMQ — брокер сообщений, который позволяет более тонко настраивать управление их траекториями с помощью правил маршрутизации и других легко настраиваемых параметров. Можно назвать «умным» брокером, поскольку в нем много логики и плотно отслеживает сообщения, которые проходят через него. Предоставляет параметры для AP и CP из CAP.

Kafka — брокер сообщений, который немного ниже по функциональности, так как в нем не отслеживается, какие сообщения были прочитаны, и не допускает сложной логики маршрутизации. Это помогает достичь удивительной производительности и представляет самую большую перспективу в этом пространстве с активной разработкой распределенных систем сообщества open-source и поддержкой команды Confluent. «Кафка» пользуется наибольшим успехом у высокотехнологичных компаний.

Приложения по взаимодействию машин

Эта распредсистема представляет собой группу компьютеров, работающих вместе, чтобы отображаться как отдельный компьютер для конечного пользователя. Эти машины имеют общее состояние, работают одновременно и могут работать независимо, не влияя на время безотказной работы всей системы.

Если считать базу данных как распределенную, только в том случае, если узлы взаимодействуют друг с другом для координации своих действий. Она является в этом случае чем-то вроде приложения, выполняющего его внутренний код в одноранговой сети, и классифицируется как распределенное приложение.

Примеры таких приложений:

  1. Известная шкала — BitTorrent рой 193 000 узлов для эпизода игры престолов.
  2. Базовая регистровая технология распределенных систем Blockchain.

Распределенные регистры можно рассматривать как неизменяемую, доступную только для приложений базу данных, которая реплицируется, синхронизируется и делится на всех узлах распредсети.

Известная шкала — сеть Ethereum — имела 4,3 миллиона транзакций в день 4 января 2018 года. Они используют шаблон Event Sourcing, позволяющий восстановить состояние базы за любое время.

Blockchain — это текущая базовая технология, используемая для распределенных регистров и фактически ознаменовавшая их начало. Это новейшее и самое большое новшество в распределенном пространстве позволило создать первый по-настоящему распределенный платежный протокол — биткойн.

Blockchain — это распределенная книга с упорядоченным списком всех транзакций, которые когда-либо происходили в его сети. Сделки группируются и сохраняются в блоках. Весь блок-цепочка по существу является связанным списком блоков. Указанные блоки дороги для создания и тесно связаны друг с другом посредством криптографии. Проще говоря, каждый блок содержит специальный хеш (который начинается с X количества нулей) содержимого текущего блока (в виде дерева Merkle) плюс хеш предыдущего блока. Для этого хеша требуется большая мощность процессора.

Читайте также:  Производство конвейерного оборудования в россии

Примеры распределенных операционных систем

Типы систем появляются для пользователя, поскольку они являются однопользовательскими системами. Они делят свою память, диск и пользователь не испытывают затруднений при навигации по данным. Пользователь хранит что-то в своем ПК, и файл хранится в нескольких местах, то есть на присоединенных компьютерах, так что потерянные данные могут легко восстановиться.

Примеры распределенных операционных систем:

  1. Windows Server 2003;
  2. Сервер Windows 2008;
  3. Сервер Windows 2012;
  4. UbuntuLinux (сервер Apache).

Если какой-либо компьютер загружается выше, то есть если многие запросы обмениваются между отдельными ПК, так происходит балансировка нагрузки. В этом случае запросы распространяются на соседний ПК. Если в сети становится больше нагрузки, тогда ее можно расширить, добавив в сеть больше систем. В сетевом файле и папках синхронизируются, и соглашения об именах используются таким образом, чтобы при извлечении данных не возникало ошибок.

Кэширование также используется при манипулировании данными. Для наименования файлов на всех компьютерах используется одно пространство имени. Но файловая система действует для каждого компьютера. Если в файле появляются обновления, то он записывается на один компьютер, и изменения передаются на все компьютеры, поэтому файл выглядит таким же.

В процессе чтения / записи происходит блокировка файлов, поэтому между разными компьютерами не происходит взаимоблокировки. Также происходят сеансы, такие как чтение, запись файлов за один сеанс и закрытие сеанса, а затем другой пользователь может сделать то же самое и так далее.

Преимущества использования

Операционная система разработана для облегчения повседневной жизни людей. Для пользовательских преимуществ и потребностей операционная система может быть однопользовательской или распределенной. В системе распределенных ресурсов многие компьютеры связаны друг с другом и совместно используют свои ресурсы.

Преимущества такой работы:

  1. Если один ПК в такой системе неисправен или поврежден, тогда другой узел или компьютер позаботятся о работоспособности.
  2. Можно легко добавить больше ресурсов.
  3. Ресурсы, такие как принтеры, могут обслуживать несколько компьютеров.

Это кратко о распредсистеме, почему ее используют. Некоторые важные вещи, которые нужно запомнить: они сложны и выбираются по соотношению масштаба и цены, и с ними труднее работать. Данные системы распределены в нескольких категориях хранилищ: вычислительные, файловые и системы обмена сообщениями, регистры, приложения. И все это только очень поверхностно о сложной информационной системе.

Источник

Что такое распределенные системы? Краткое введение

Что такое распределенные системы

Изучение

В свете последних технологических изменений и достижений распределенные системы становятся все более популярными. Многие ведущие компании создали сложные распределенные системы для обработки миллиардов запросов и обновления без простоев.

Распределенные проекты могут показаться сложными и сложными для создания, но в 2021 году они становятся все более важными для обеспечения экспоненциального масштабирования. Начиная сборку, важно оставить место для базовой, высокодоступной и масштабируемой распределенной системы.

Когда дело доходит до распределенных систем, есть много чего. Итак, сегодня мы просто познакомим вас с распределенными системами. Мы объясним различные категории, проблемы дизайна и соображения, которые необходимо учесть.

  1. Что такое распределенная система?
  2. Децентрализованные и распределенные
  3. Преимущества распределенной системы
  4. Проблемы проектирования с распределенными системами
  5. Облако против распределенных систем
  6. Примеры распределенных систем

Что такое распределенная система?

На базовом уровне распределенная система — это совокупность компьютеров, которые работают вместе, образуя единый компьютер для конечного пользователя. Все эти распределенные машины имеют одно общее состояние и работают одновременно.

Они могут выходить из строя независимо, не повреждая всю систему, как и микросервисы. Эти взаимозависимые автономные компьютеры связаны сетью, чтобы легко обмениваться информацией, общаться и обмениваться информацией.

Примечание. Распределенные системы должны иметь общую сеть для подключения своих компонентов, которые могут быть подключены с помощью IP-адреса или даже физических кабелей.

В отличие от традиционных баз данных, которые хранятся на одной машине, в распределенной системе пользователь должен иметь возможность связываться с любой машиной, не зная, что это только одна машина. Большинство приложений сегодня используют ту или иную форму распределенной базы данных и должны учитывать их однородный или неоднородный характер.

В однородной распределенной базе данных каждая система использует модель данных, а также систему управления базой данных и модель данных. Как правило, ими легче управлять, добавляя узлы. С другой стороны, гетерогенные базы данных позволяют иметь несколько моделей данных или различные системы управления базами данных, использующие шлюзы для трансляции данных между узлами.

Как правило, существует три типа распределенных вычислительных систем со следующими целями:

  • Распределенные информационные системы: распределяйте информацию по разным серверам с помощью нескольких моделей связи.
  • Распределенные всеобъемлющие системы: используйте встроенные компьютерные устройства (например, мониторы ЭКГ, датчики, мобильные устройства)
  • А также распределенные вычислительные системы: компьютеры в сети обмениваются данными посредством передачи сообщений.

Примечание. Важной частью распределенных систем является теорема CAP, которая утверждает, что распределенное хранилище данных не может одновременно быть согласованным, доступным и устойчивым к разделам.

Децентрализованные и распределенные

Существует довольно много споров о разнице между децентрализованными и распределенными системами. Децентрализованная система по существу распределена на техническом уровне, но обычно децентрализованная система не принадлежит одному источнику.

Управлять децентрализованной системой сложнее, поскольку вы не можете управлять всеми участниками, в отличие от распределенного единого курса, где все узлы принадлежат одной команде / компании.

Преимущества распределенной системы

Распределенные системы могут быть сложными в развертывании и обслуживании, но такая конструкция дает много преимуществ. Давайте рассмотрим некоторые из этих льгот.

  • Масштабирование: распределенная система позволяет масштабироваться по горизонтали, чтобы вы могли учитывать больший трафик.
  • Модульный рост: практически нет ограничений на масштабирование.
  • Отказоустойчивость: распределенные системы более отказоустойчивы, чем отдельная машина.
  • Рентабельность: начальная стоимость выше, чем у традиционной системы, но благодаря своей масштабируемости они быстро становятся более рентабельными.
  • Низкая задержка: пользователи могут иметь узел в нескольких местах, поэтому трафик попадет в узел в шкафу.
  • Эффективность: распределенные системы разбивают сложные данные на более мелкие части.
  • Параллелизм: распределенные системы могут быть разработаны для параллелизма, когда несколько процессоров разделяют сложную задачу на части.

Масштабируемость — самое большое преимущество распределенных систем

Масштабируемость — самое большое преимущество распределенных систем. Горизонтальное масштабирование означает добавление дополнительных серверов в пул ресурсов. Вертикальное масштабирование означает масштабирование за счет увеличения мощности (ЦП, ОЗУ, хранилища и т. Д.) На ваших существующих серверах.

Горизонтальное масштабирование легче динамически масштабировать, а вертикальное масштабирование ограничено мощностью одного сервера.

Хорошими примерами горизонтального масштабирования являются Cassandra и MongoDB. Они упрощают горизонтальное масштабирование за счет добавления дополнительных машин. Примером вертикального масштабирования является MySQL, когда вы масштабируете, переключаясь с меньших компьютеров на большие.

Проблемы проектирования с распределенными системами

Несмотря на то, что распределенные системы имеют много преимуществ, важно также отметить проблемы проектирования, которые могут возникнуть. Ниже мы кратко изложили основные соображения по поводу дизайна.

  • Обработка сбоев: Обработка сбоев может быть затруднена в распределенных системах, потому что некоторые компоненты выходят из строя, а другие продолжают работать. Это часто может служить преимуществом для предотвращения крупномасштабных сбоев, но также приводит к усложнению устранения неполадок и отладки.
  • Параллелизм: распространенная проблема возникает, когда несколько клиентов одновременно пытаются получить доступ к общему ресурсу. Вы должны убедиться, что все ресурсы безопасны в параллельной среде.
  • Проблемы безопасности: безопасность данных и совместное использование увеличивают риски в распределенных компьютерных системах. Сеть должна быть защищена, и пользователи должны иметь возможность безопасно получать доступ к реплицированным данным в нескольких местах.
  • Более высокие начальные затраты на инфраструктуру: начальные затраты на развертывание распределенной системы могут быть выше, чем для одиночной системы. Эта цена включает основные проблемы настройки сети, такие как передача, высокая нагрузка и потеря информации.

Распределенные системы нелегко установить и запустить, и часто эта мощная технология оказывается слишком «избыточной» для многих систем. Распространение данных, обеспечивающих выполнение различных требований в непредвиденных обстоятельствах, сопряжено с множеством проблем.

Точно так же ошибки труднее обнаружить в системах, которые разбросаны по разным местам.

Облако против распределенных систем

Облачные вычисления и распределенные системы разные, но в них используются похожие концепции. Распределенные вычисления используют распределенные системы, распределяя задачи по множеству машин. С другой стороны, облачные вычисления используют серверы, размещенные в сети, для хранения, обработки и управления данными.

Распределенные вычисления направлены на создание совместного использования ресурсов и обеспечение размера и географической масштабируемости. Облачные вычисления — это предоставление среды по запросу с использованием прозрачности, мониторинга и безопасности.

По сравнению с распределенными системами облачные вычисления имеют следующие преимущества:

  • Экономически эффективным
  • Доступ к мировому рынку
  • Инкапсулированное управление изменениями
  • Доступ к хранилищу, серверам и базам данных в Интернете

Однако облачные вычисления, возможно, менее гибки, чем распределенные вычисления, поскольку для построения системы вы полагаетесь на другие сервисы и технологии. Это дает вам меньше контроля.

Такие приоритеты, как балансировка нагрузки, репликация, автоматическое масштабирование и автоматическое резервное копирование. Могут быть упрощены с помощью облачных вычислений. Инструменты создания облака, такие как Docker, Amazon Web Services (AWS), Google Cloud Services или Azure, позволяют быстро создавать такие системы, и многие команды предпочитают создавать распределенные системы вместе с этими технологиями.

Примеры распределенных систем

Распределенные системы используются во всех сферах, от электронных банковских систем до сенсорных сетей и многопользовательских онлайн-игр. Многие организации используют распределенные системы для поддержки сетевых служб доставки контента.

В сфере здравоохранения распределенные системы используются для хранения и доступа, а также для телемедицины. В сфере финансов и торговли многие сайты онлайн-покупок используют распределенные системы для онлайн-платежей или системы распространения информации в финансовой торговле.

Распределенные системы также используются для транспорта в таких технологиях, как GPS, системы поиска маршрутов и системы управления дорожным движением. Сотовые сети также являются примерами распределенных сетевых систем из-за их базовой станции.

Google использует сложную и изощренную инфраструктуру распределенной системы для своих возможностей поиска. Некоторые говорят, что это самая сложная распределенная система на сегодняшний день.

Источник