Розділ «10. Інформаційні технології комп'ютерних мереж»

o створення із серійного устаткування широкомасштабних розподілених обчислювальних систем і систем обробки, комплексного аналізу та моніторингу даних, джерела яких також можуть бути (глобально) розподілені;

o підвищення ефективності обчислювальної техніки шляхом надання в grid ресурсів, що тимчасово простоюють.

Пріоритет тієї чи іншої спільної задачі, яка вирішується за допомогою grid, визначається типом grid-системи та характером прикладних областей, в яких він використовується. Особливо ефективним такий підхід виявляється, коли в рамках будь-якого проекту (дослідження або прикладної проблеми) треба виконати величезний потік або набір однотипних завдань. В англомовній літературі такі прикладні задачі іноді називають "bag-of-tasks" (мішок завдань), де обчислення для кожної виконуються незалежно, а в кінці користувач або програмне забезпечення лише об'єднують результати індивідуальних обчислень.

Інше спільне завдання, яке вирішують системи розподілених обчислень, є традиційним для будь-якого виробничого процесу: підвищення ефективності використання обладнання (засобів виробництва). Це завдання стає особливо актуальним, коли продуктивність засобів виробництва стає вище, ніж необхідно для забезпечення локальних потреб.

Сьогодні більшість ПК використовуються лише на декілька відсотків своєї потужності, і вільні ресурси можуть надаватись для глобальних обчислювальних задач. Аналогічна ситуація характерна і для комп'ютерних центрів, оскільки громіздкі завдання з' являються у користувачів не постійно, тому потреба у виконанні обчислювальної роботи має піковий характер. Grid-технології дозволяють поєднати ці потужності в єдине, хоча й географічно розподілене обчислювальне середовище. В результаті користувач отримує можливість запуску своїх завдань на "глобальному кластері", що має потужність, яка істотно перевершує його власні ресурси. Результат обчислень буде отриманий значно швидше, ніж при послідовному запуску задач на окремому ПК.

Але не всі задачі найкраще розв'язувати, використовуючи розподілені кластери на основі grid-технологій. Суперкомп'ютери є незамінними для деяких наукових проблем, наприклад складання прогнозу погоди, коли ряд процесорів часто обмінюється даними. Очевидно, що таке часте спілкування неможливо забезпечити для географічно розподілених і, можливо, апаратно-неоднорідних ресурсів в grid-середовищі. Іншими словами, grid не дуже підходить для паралельних обчислень з інтенсивним міжпроцесорним обміном.

Необхідно зазначити відмінність grid-технології від технології паралельних обчислень. Основними перешкодами для здійснення нетривіальних паралельних обчислень в grid-середовищі є нестабільність, погана передбачуваність часу відгуку на запит. Причому це пов'язано не лише з тим, що в комп'ютерних мережах інформаційні пакети проходять через безліч мережевих пристроїв, але і з відмінностями в протоколах зв' язку, які використовуються у "зовнішніх" комп'ютерних мережах і для межпроцессорного обміну всередині суперкомп'ютерів. Це не дозволяє ефективно організувати паралельні обчислення з інтенсивним обміном інформацією між процесорами, які виконують окремі підзадачі в grid-середовищі.

Grid-технологія не є технологією паралельних обчислень, вона призначена для віддаленого запуску окремих завдань на територіально розподілених ресурсах. Тому якщо громіздке завдання може бути розбите на ряд маленьких, незалежних (які не обмінюються жодними даними) частин, - grid-технологія виявляється особливо ефективним і відносно дешевим рішенням. Навпаки, суперкомп'ютери виявляються для таких обчислень невиправдано дорогими і неефективними. Існують і гібридні проекти, метою яких є досягнення максимальної швидкості обчислень за рахунок глобального розподілу цих обчислень між суперкомп'ютерами - при цьому grid координує використання різних суперкомп' ютерів, а власне нетривіальне розпаралелювання відбувається всередині суперкомп'ютера.

Найважливішим для розвитку галузі grid-обчислень є міждисциплінарний характер робіт - сьогодні ці технології застосовуються в найрізноманітніших прикладних областях. У світі виникли сотні grid-форумів і проектів - у фізиці високих енергій, космофізиці, мікробіології, екології, метеорології, різних інженерних додатках. Наприклад, дані із загальновідомого Великого андронного коллайдера надходять на обробку у grid-систему ЦЕРНу (Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire -міжнародний дослідницький центр європейської спільноти, найбільша в світі лабораторія фізики високих енергій).

В Україні грід-кластери (обчислювальний кластер, який є перспективним для включення у grid-мережу) створені у Харківському фізико-технічному інституті, НТУ "Київський політехнічний інститут", Інституті теоретичної фізики НАН України, Київському НУ ім. Т. Г. Шевченка, Інституті клітинної біології і генної інженерії, Інституті молекулярної біології i генетики НАН України, Головній астрономічній обсерваторії, Інституті фізики конденсованих систем, Інституті кібернетики НАН України, Інституті космічних досліджень.

10.3. Еталонна модель взаємодії відкритих мереж та систем

Комп'ютерні мережі будуються за багаторівневим принципом. Для організації зв'язку між комп'ютерами, необхідно спочатку розробити набір правил їх взаємодії, визначити мову їх "спілкування", тобто визначити зміст сигналів, що посилають комп'ютери. Ці правила та визначення називаються протоколом.

Для коректної роботи мережі використовується цілий ряд протоколів: наприклад, протокол управління фізичним зв'язком, встановлення зв'язку в мережі, доступу до ресурсів, тощо. Багаторівневу систему було створено з метою спрощення і впорядкування такої величезної кількості протоколів та зв'язків. Багаторівнева модель взаємодії передбачає реальну взаємодію (інтерфейси) лише із сусідніми рівнями (верхнім та нижнім) і віртуальну - виключно із аналогічним рівнем приймача лінії зв'язку.

Під реальною взаємодією будемо розуміти безпосередню взаємодію - передачу інформації. В такому випадку інформація залишається незмінною - в пункт призначення вона надходить у вигляді, ідентичному вигляду у пункті відправлення. Віртуальна взаємодія передбачає опосередковану передачу даних, коли останні можуть обумовленим способом змінюватись.

Наведемо приклад для ілюстрації процесів реальної та віртуальної взаємодії. Нехай директор однієї фірми (директорі) написав лист директорові іншої фірми (директор_2). Секретарі вкладає цей лист у конверт, пише адресу і передає на пошту. Пошта здійснює доставку за зазначеною адресою. Конверт отримує секретар_2, розкриває його і кладе лист на стіл директорові_2. Реальною в даній схемі є лише взаємодія на рівні поштового транспорту - тобто в процесі перевезення листа з однієї точки в іншу. Всі інші - віртуальні, починаючи із взаємодії поштових відділень і закінчуючи найвищим рівнем директорі <-> директор_2. В такій моделі взаємодії директора не хвилюють проблеми відправлення листа, а секретар не повинен знати про тонкощі перевезення поштової кореспонденції.

Саме такий підхід і є перевагою багаторівневої моделі взаємодії відкритих систем ISO OSI (International Standards Organization, ISO; Open System Interconnection, OSI), і саме він дозволяє встановлювати зв'язок із будь-яким комп'ютером мережі Інтернет, довільної конфігурації, і яку би ОС на ньому не було встановлено. Розглянемо детальніше зазначену модель із характеристикою рівнів (рис.10.4):

Рис.10.4. Схема еталонної модель відкритих систем ІSО ОSІ

Рівень 0 (канал зв'язку) пов'язаний із фізичним середовищем - передавачем сигналу і містить характеристики посередників, що з'єднують кінцеві пристрої: кабелі, радіолінії і т.п. Як правило, рівень 0 не зазначається в моделі ISO OSI, проте, знання його особливостей дозволяє налагодити стабільний зв'язок з точки зору фізичних з'єднань.

Рівень 1 (фізичний) містить фізичні аспекти передачі двійкової інформації лінією зв'язку. Детально описує, наприклад, напругу, частоту, природу середовища передачі. Відповідає за підтримку зв'язку та приймання/передачу бітового потоку.

Рівень 2 (канальний) забезпечує безпомилкову передачу пакетів через рівень 1, що може спотворювати дані (використовується завадостійке кодування). Визначає початок та кінець пакету в бітовому потоці.