PIWIN II. Praktische Informatik für Wirtschaftsmathematiker, Ingenieure und Naturwissenschaftler II. Vorlesung 2 SWS SS 08

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1 PIWIN II Kap. 3: Verteilte Systeme & Rechnernetze 1 PIWIN II Praktische Informatik für Wirtschaftsmathematiker, Ingenieure und Naturwissenschaftler II Vorlesung 2 SWS SS 08 Fakultät für Informatik Technische Universität Dortmund lars.hildebrand@udo.edu

2 PIWIN II Kap. 3: Verteilte Systeme & Rechnernetze 2 Gliederung der Vorlesung 1. Prolog 2. Rechnerstrukturen/-architekturen 3. Betriebssysteme 4. Verteilte Systeme und Rechnernetze 5. Datenbanken, relationale Algebren, SQL (DML&DDL) 6. KI & CI 7. Petri-Netze

3 PIWIN II Kap. 3: Verteilte Systeme & Rechnernetze 3 Gliederung Kapitel 3 Verteilte Systeme & Rechnernetze Begriffsbestimmung Zur Architektur Verteilter Systeme Das OSI-Referenzmodell Lokale Netze Globale Netze

4 PIWIN II Kap. 3: Verteilte Systeme & Rechnernetze 4 Literatur Moraga, C.: Skript zu PIWIN II, SS 2000 Krumm,H.- Echtle, Banzhaf: Skript zu Rechnerstrukturen, SS 2000 Rechenberg,P.- Pomberger,G. (Edts): Informatik-Handbuch, 3. Auflage, Hanser, 2002 D10: Mühlhäuser, M. : Verteilte Systeme, p C6 : Steinmetz, R. - Mühlhäuser, M. : Rechnernetze, p E8 : Schiffer, S. -Templ, J. : Internetdienste, p

5 PIWIN II Kap. 3: Verteilte Systeme & Rechnernetze 5 Literatur Gumm, H.-P. - Sommer, M.: Einführung in die Informatik, Oldenbourg Verlag, 4. Auflage, München 2000 Kap. 7: Rechnernetze Vogt, C.: Informatik: Eine Einführung in Theorie und Praxis, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 2003 Kap. 7: Rechnernetze und verteilte Systeme

6 PIWIN II Kap. 3: Verteilte Systeme & Rechnernetze 6 Literatur Comer, D.: Computernetzwerke und Internets Pearson Studium/Prentice Hall,3. Auflage, München 2002 Coulouris, G.- Dollimore, J. - Kindberg, T.: Verteilte Systeme: Konzepte und Design Pearson Studium/Addison-Wesley,3. Auflage, München 2002 Tanenbaum, A.: Computernetzwerke Pearson Studium/Prentice Hall,3. Auflage, München 2000 Kurose, J.- Ross, K.: Computernetze: Ein Top-Down-Ansatz mit Schwerpunkt Internet Pearson Studium/Addison-Wesley,1. Auflage, München 2002

7 PIWIN II Kap. 3: Verteilte Systeme & Rechnernetze 7 Begriffsbestimmung Was ist ein verteiltes (Datenverarbeitungs)system? Verbindliche Definition existiert nicht Arten von Verteiltheit: verteilte Hardware verteilte Steuerung verteilte Daten

8 Begriffsbestimmung Verteilte Hardware Ein VS enthält mindestens zwei Rechner jeweils mit eigenem Speicher und eigenen Prozessoren. Kommunikationsnetzwerk Ausprägungen Homogenes System gleichartige Rechner Heterogenes System verschiedenartige Rechner PIWIN II Kap. 3: Verteilte Systeme & Rechnernetze 8

9 PIWIN II Kap. 3: Verteilte Systeme & Rechnernetze 9 Begriffsbestimmung Verteilte Kontrolle Kontrolle zur Ressourcenverwaltung und Koordination physikalischer Ressourcen logischer Ressourcen (Prozesse, Dateien) Ausprägungen zentralisiert (--> nicht verteilt) hierarchisch Lose Kopplung: Autonomie der Rechner und ihrer Ressourcen Wichtiges Ziel: sog. Transparenz den Benutzern erscheint das gesamte Verteilte System als ein einheitliches Ganzes. Physikalische Verteilung und Heterogenität bleiben für den Benutzer unsichtbar.

10 PIWIN II Kap. 3: Verteilte Systeme & Rechnernetze 10 Begriffsbestimmung Verteilte Daten Daten können dort gehalten werden, wo sie meistens gebraucht oder erzeugt werden Redundanz aus Sicherheitsgründen werden Daten auch mehrfach gehalten Problem der Konsistenzerhaltung.

11 PIWIN II Kap. 3: Verteilte Systeme & Rechnernetze 11 Begriffsbestimmung Verteiltes System (nach Coulouris et al.2002) Bei einem verteilten System arbeiten Komponenten zusammen, die sich auf vernetzten Computern befinden und die ihre Aktionen durch Austausch von Nachrichten koordinieren Herausforderungen Nebenläufigkeit der Komponenten keine globale Uhr Komponenten können unabhängig voneinander ausfallen

12 PIWIN II Kap. 3: Verteilte Systeme & Rechnernetze 12 Begriffsbestimmung nach Sloman-Kramer: VS und R-Netze Ein verteiltes (Datenverarbeitungs)system VS ist eines, in dem mehrere autonome Prozessoren und Speicher, die Prozesse bzw. Datenzugriffe unterstützen, so kooperierend zusammenarbeiten, dass ein gemeinsames Ziel erreicht wird. Die Prozesse koordinieren ihre Aktivitäten und tauschen Informationen über ein Kommunikationsnetzwerk aus. VS bedingt damit verteilte Hardware verteilte Steuerung verteilte Daten Beispiel: White Board, Video Conferencing,...

13 PIWIN II Kap. 3: Verteilte Systeme & Rechnernetze 13 Keine Verteilten Systeme (nach dieser Def.) Systeme, die mehrere Prozessoren beinhalten, die über einen gemeinsamen Speicher kommunizieren Lose gekoppelte, völlig autonome (Teil-)systeme die zwar Dateien übertragen können, aber nicht zusammenarbeiten, um ein gemeinsames Ziel zu erreichen

14 PIWIN II Kap. 3: Verteilte Systeme & Rechnernetze 14 Wichtige Eigenschaften eines VS Beliebige Anzahl von Prozessoren Modulare physikalische Architektur Kommunikation über ein gemeinsam genutztes Netzwerk Existenz einer systemweiten Kontrolle Unmöglichkeit, vollständige und konsistente Information über den aktuellen Gesamtzustand des Systems zu erhalten. Grund Zeitverzögerung bei der Nachrichtenübertragung zwischen den Prozessen die Zustandsinformation ist ebenfalls verteilt

15 PIWIN II Kap. 3: Verteilte Systeme & Rechnernetze 15 Vorteile und Ziele von VS Leistungsverbund Rechenleistung ist an denjenigen Stellen verfügbar, an denen sie benötigt wird. Die Leistung einzelner Rechner lässt sich erhöhen durch "Hinzuschalten" weiterer Rechner, die an das Netz bereits angeschlossen sind. Erhöhte Zuverlässigkeit Bei Ausfall eines oder mehrerer Rechner kann auf andere ähnlichen oder vergleichbaren Typs zurückgegriffen werden. Bei Dezentralisierung von Datenbeständen geht z.b. bei "Platten-Crash" nur ein Teil der Daten verloren. Gleichmäßige Lastverteilung Momentan überlastete Rechner können zeitweise durch schwach ausgelastete Rechner unterstützt werden.

16 PIWIN II Kap. 3: Verteilte Systeme & Rechnernetze 16 Vorteile und Ziele von VS Verbreitertes Dienstleistungsangebot Alles, was in einem Rechner des Netzes an Dienstleistung (Anwenderprogramm, Datenbank, Laserdrucker, usw.) vorhanden ist, steht allen Netzkomponenten zur Verfügung. Modularität Verteilte Systeme müssen modular aufgebaut sein mit wohl definierten Schnittstellen zum Rest des Systems. Dies führt zu vereinfachter Planung und Installation eines Systems. Man kann zunächst "klein" beginnen und das System sukzessive um weitere Komponenten (Rechner, Peripherie) erweitern.