chap8 计算机分布式控制系统

Chapter 8 计算机分布式 控制系统

主要内容8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 分布式控制系统概述 分布式系统平台模型 网络与通信 网络协议 网络控制系统

网络

一组互联的资源 主机(Hosts)运行网络应用 软件： 客户/服务器 对等节点 网络基础设施由一组互联的设 备构成： 网络节点： 接收/发 送、转发、路由选择 的主机及软硬件 连接： 传送信息的通 道

8.1.1 分布式系统定义 一个分布式系统是一组由网络联接的具有独立功能的 计算机，在一套特殊软件的管理下，整个系统在用户 面前呈现为一个透明的整体。 (Tanenbaum et al. 2002)

一个分布式系统是一组位于网络计算机上的并发构件， 这些构件之间的通信以及任务协调都只能通过信件传 递进行，其目的是实现资源共享。 (Coulouris et al. 2005)

分布式控制网络结构

分布式系统与单机系统的比较单机系统 分布式系统

用户共享一台计算机 可以访问所有资源 单一时钟 单一系统控制 单一地理位臵 单一故障点

一组由网络互联的、自治的计算机和资源 资源为用户所共享 可以集中控制，也可以分布控制 计算机可以同构，也可以异构 分散的地理位臵 分布式故障点 没有全局时钟 没有共享内存(大多数情况)

任何一台计算机都不可能掌握全局状态 任何一台计算机都根据自己的局部信息做出 决定 一台计算机的故障不会导致全局崩溃 不存在全局时钟 调节对象：系统规模，系统功能，管理结构 调节方法：隐蔽通信延迟，资源分布，资源 复制等

分布式系统的发展简史系统名称 CM* 组织机构 卡内基.· 梅隆大学 网络要求 层次总线 计算机 PDP 研制日期 1975

Cambridge DCSLocus V System Mach CORBA Distributed COM JINI

剑桥大学加州大学 洛杉矶分校 斯坦佛大学 卡内基.· 梅隆大学 OMG 微软公司 Sun Microsystems

剑桥环以太网 以太网 以太网 互联网 互联网 互联网

LSI-4PC Sun Sun, PC 任何机器 PC 任何机器

19791980 1982 1985 1990 1996 2000

经典分布式系统应用 rlogin or telnet (远程访问) 网络文件系统 ATM (银行自动取款机) 分布式数据库 WWW (万维网) 全球定位系统 自动售货终端机 航空管制系统 网络拍卖系统

8.1.2 典型的网络拓扑结构星形 环形 二叉树形

全连通形

正则形

任意形

星形 路径算法 连通性 负载均匀 易 差 否 易 差 是

环形

二叉树形 易 较差 否

全连通形 易 好 是

正则形 易 较好 是

任意形 不易 不详 不详

主要内容8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 分布式控制系统概述 分布式系统平台模型 网络与通信 网络协议 网

络控制系统

8.2 分布式系统平台模型 客户/服务器模型：把使用者看成客户 (client),把应用的具体实现者看成服务器 (server),可以帮助人们容易理解分布式系统， 也便于人们管理一个复杂的分布式系统。 浏览器/服务器模型：为了充分利用互联网自 由、开放的特征，为了使计算机应用尤其是电 子商务的市场范围扩展到千家万户，基于浏览 器/服务器(Browser/Server) 的分布式系统平 台模型浮出水面，使得网络应用呈现出全球化、 个性化的趋势。

客户/服务器模型回应

功能逻辑 表示逻辑客户

功能逻辑 请求 数据逻辑

服务器

(1) 表 示 逻 辑 ： 用 户 如何与应用交往，交 往时会出现什么？ (2) 功 能 逻 辑 ： 应 用 提供什么功能以及如 何实现这些功能？ (3) 数 据 逻 辑 ： 如 何 管理、更新、保护数 据信息？

表示逻辑一般都用图形用户接口(GUI: Graphic User Interface) 实现。当改变表示逻辑时，我们只需要改写用户界面以及数据检 查程序，而不涉及或影响其它层面的任务。 功能逻辑可以完全由服务器提供，客户一端只担负表示逻辑的实 现。然而，为了进一步缓解服务器一端的负载，有的系统也把一 部分前期功能逻辑实现在客户一端。 数据逻辑一般是由数据库管理系统(DBMS) 实现的。

客户 服务请求

服务器

等待回应

服务回应

执行服务

客户/服务器系统：所谓服务器可以是一个进程，提供 一些特殊服务，如文件系统服务或数据库服务；而所 谓客户也是一个进程，向服务器发送信息，请求某个 服务，并等待服务的结果。 交互过程：请求-回应(request-reply)。

浏览器/服务器模型回应 功能逻辑 表示逻辑 客户 浏览器 请求 功能逻辑 数据逻辑 请求 回应 功能逻辑 数据逻辑

Web 服务器

数据库 服务器

浏览器/服务器模型是一种以WEB技术为基础的新型系统 平台。这种模型把传统的客户/服务器模型中的服务器 部分分解为WEB服务器和数据服务器，从而构成一个三 级结构的客户服务器体系。

方便用户

简化系统的开发、安装与维护 易于标准化 交互能力较差 安全性较差

效率不如客户/服务器模型

主要内容8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 分布式控制系统概述 分布式系统平台模型 网络与通信 网络协议 网络控制系统

8.3.1 传送介质

传送字位、字节、或者数据包 网络延迟：两个节点之间传送一个空数据包所需时间 传输速率：两个节点之间传输数据的速度 (bps) 物理介质： 同轴电缆 光纤 激光 无线电(微波、卫星、无线局域网等) 传输模式： 点对点 组播 广播

基本数据块: 帧

一块(定长)数据称为帧 (frame) 在 开关之间的基本传输单位 帧被用来传输网络节点之间的数据包 (packets ) 帧头 地址 (通常低级协议地址) 控制信息 帧尾 错误校验 帧的长度一般由接口缓冲的大小所限制

帧:

帧头

数据

帧尾

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