Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1
Методические указания к задачам
Методические указания к задаче 2.
Реляционная база данных: таблицы, столбцы и строки.
С точки зрения пользователя, любая реляционная база данных - это совокупность одной или нескольких таблиц, и ничего кроме таблиц.
Таблицы.
По определению любая таблица:
- является тем компонентом структуры базы данных, в котором содержатся собственно данные;
- содержит данные, соответствующие какому-то заданному объектному типу, где под ним понимается некий класс различимых объектов, или/и событий, или/и концепций реального мира с общими свойствами (например, студенты, кинофильмы, гены, пациенты, погодные условия или бизнес-встречи - это разные объектные типы, поэтому вам следует хранить данные о, скажем, пациентах и бизнес-встречах в разных таблицах);
- является двумерной сеткой, образованной пересечением строк и столбцов.
- содержит на каждом пересечении строки и столбца некий элемент данных, называемый значением;
- всегда содержит не менее одного столбца, но может не содержать ни одной строки (всякая таблица, не имеющая строк, называется пустой таблицей);
- имеет имя, которое внутри любой базы данных, содержащей данную таблицу, является уникальным.
Столбцы
Столбцы любой заданной таблицы отличаются следующими свойствами:
- каждый столбец представляет какой-то конкретный атрибут (свойство) того объектного типа, который отображается этой таблицей (например, в таблице employees некий столбец по имени hire_date мог бы содержать даты найма сотрудников на работу);
- данные, вводимые в любую позицию столбца, являются однозначными (атомарными, неделимыми);
- порядок следования столбцов (при просмотре таблицы слева направо) не имеет значения.
Строки
Перечислим характеристики строк в произвольной заданной таблице:
- каждая строка описывает какой-нибудь объект (реального мира), являющийся уникальной реализацией объектного типа (например, какой-нибудь студент или определенная бизнес-встреча);
- каждая строка в каждом столбце содержит или какое-нибудь значение (ненулевое), или элемент null;
- порядок следования строк при просмотре таблицы (скажем, сверху вниз) не имеет значения;
- в любой таблице в любой паре строк найдется хотя бы один столбец, значения в котором и в строках этой пары различны;
- в любой таблице каждая строка однозначно идентифицируется своим первичным ключом.
Первичные ключи
Очевидно, что каждая база данных должна работать так, чтобы можно было обратиться к произвольному значению, хранящемуся в любой из ее таблиц. Но, поскольку все значения размещаются в таблицах, точнее - на пересечениях строк и столбцов этих таблиц, очевидно и то, что местоположение любого значения однозначно определяется, если известны конкретные таблица, столбец и строка. Не менее очевидно, что любые таблицу и столбец можно однозначно идентифицировать по их уникальным номерам. Однако строки уникальных имен не имеют. Тем не менее нам нужен механизм их однозначной идентификации. Такой механизм в реляционной модели существует и называется первичный ключ (Primary key). Поскольку, как мы видим, первичный ключ - это некая функция на строках произвольной таблицы, ее удобно связать со столбцами этой таблицы, которые тоже принимают свои значения на строках, то есть являются их функциями. Поэтому первичный ключ надо представлять себе как столбец особого рода, использующийся для уникальной идентификации каждой строки таблицы.
Внешние ключи:
Поскольку разные таблицы содержат информацию о разных объектных типах, должен быть способ осмысленного перемещения от таблицы к таблице. Так вот, рассматриваемая модель предоставляет нам такой механизм — внешний ключ (или вторичный ключ — Foreign key), который применяют для соединения одной произвольной таблицы с другой. Любой внешний ключ обладает следующими свойствами:
- является или одним столбцом, или группой столбцов в некоторой таблице, но таким столбцом или группой таких столбцов, что их значения или связаны со значениями столбцов другой какой-то таблицы, или содержат ссылки на значения столбцов этой таблицы;
- позволяет строкам из одной какой-нибудь таблицы иметь соответствующие им строки в другой таблице;
- таблица, которая содержит внешний ключ, называется указывающей, или дочерней, а таблица, на которую этот внешний ключ указывает, - указываемой, или материнской;
- устанавливает прямую взаимосвязь с первичным (или альтернативным) ключом материнской таблицы. Поэтому внешний ключ может принимать только те значения, которые уже принял первичный (или альтернативный) ключ в материнской таблице, или специальное значение NULL, если соответствующим столбцам разрешается его принимать. Это ограничение называется ссылочной целостностью. Например, любая строка в таблице appointments, содержащей, скажем, специальную информацию о визите к врачу, должна иметь связанную с ней строку в материнской таблице patients, где находится, предположим, специальная информация о тех пациентах, которые, кроме всего прочего, совершают визиты к врачу. В противном случае появились бы визиты к врачу несуществующих пациентов или визиты неизвестно кого. Любая строка произвольной дочерней таблицы, не имеющая связанной строки в материнской таблице, называется висячей;
- может иметь имя, отличное от имени родительского ключа;
- значения внешнего ключа в общем случае не являются уникальными в собственной таблице.
Методические указания к задаче 3.
К серверу необходимо подключить семь АРМ дежурных по станции (АРМ ДСП), расположенных на прилегающих к району малых станциях. Подключение этих абонентов к серверу может быть организовано по выделенным каналам связи или через концентраторы, для которых известны три возможных пункта установки на малых станциях. Топологическое расположение абонентов Ai (i = 1-7 ), пунктов возможной установки концентраторов Wj(j = 1-3 ) и сервера АСУ ЛР W0 показаны на рисунке 4, из которого видно, что три возможных пункта установки концентраторов совпадают с пунктами расположения абонентов А2, А5 и A7 на соответствующих станциях.
Рис.4
К каждому концентратору может быть подключено не более 6 абонентов (ограничение по числу портов подключения каналов связи), следовательно d = 6.
Стоимости каналов связи сij между абонентами Аi (i = 1-7) и пунктами Wj (j = 1-3 ) сведены в таблице.
Суммарная стоимость с концентратора в пункте Wj (j = 1-3) и канала связи от пункта Wj до сервера W0 равны c1 = 9; с2 = 6; с3 = 10. Стоимости, приведенные в таблице 4, даны в некоторых условных единицах.
Таблица 4.
Стоимость каналов связи между абонентами Ai и пунктами Wj
|
|
W0 |
W1 |
W2 |
W3 |
|
A1 |
9 |
2 |
7 |
10 |
|
A2 |
7 |
0 |
6 |
11 |
|
A3 |
6 |
4 |
2 |
7 |
|
A4 |
9 |
9 |
6 |
2 |
|
A5 |
3 |
7 |
0 |
6 |
|
A6 |
11 |
13 |
8 |
2 |
|
A7 |
8 |
10 |
5 |
0 |
Реализация алгоритма добавления
Инициализация алгоритма добавления начинается со структуры сети, в которой все абоненты соединяются выделенными каналами (без использования концентраторов). Такая структура показана на рисунке 5.
Рис.5
В этом случае общая стоимость СПД составит
.
Далее последовательно предусматриваем установку концентраторов в возможных пунктах установки Wj (j = 1-3 ) и для каждого абонента вычисляем разность
Cij(нов)-Cij(пред.), i=1-7, j=0-3. (1)
где Cij(нов) — стоимость подключения абонента Ai в новой структуре сети;
Cij(пред.) — стоимость подключения абонента Аj в предыдущей структуре сети.
Если для некоторого абонента Ai разность (1-1) оказывается отрицательной, это означает, что вариант подключения для данного абонента является более дешевым и потенциально может быть достигнуто снижение общей стоимости сети Z (при условии, что стоимость установки концентратора не превысит общего снижения стоимости за счет отрицательных значений разностей (1).
Итерация 1.
Устанавливаем концентратор в пункте W1 и проверяем возможность снижения общей стоимости сети путем подключения к нему всех абонентов сети. Для этого вычисляем разности
Ci1-Ci0, i = 1,7.
Получаем
C11 - C10 = 2 – 9 = - 7,
C21 – C20 = 0 – 7 = - 7,
C31 – C30 = 4 – 6 = - 2,
C41 – C40 = 9 – 9 = 0,
C51 – C50 = 7 – 3 = 4,
C61 – C60 = 13 –11 = 2,
C71 – C70 = 10 – 8 = 2.
Отсюда видно, что подключение к концентратору в пункте W1 абонентов A1, А2, и А3 может привести к снижению общей стоимости сети Z.
Структура сети в этом случае показана на рис. 6а.
Рис.6
Общая стоимость сети
.
Или
.
Далее устанавливаем концентратор в пункте W2 и проверяем возможность снижения общей стоимости сети путем подключения к нему всех абонентов сети. Для этого вычисляем разности
Ci2-Ci0, i = 1,7.
Получаем
C12 - C10 = 7 – 9 = -2,
C22 – C20 = 6 – 7 = -1,
C32 – C30 = 2 – 6 = -4,
C42 – C40 = 6 – 9 = -3,
C52 – C50 = 0 – 3 = -3,
C62 – C60 = 8 –11 = -3,
C72 – C70 = 5 – 8 = -3.
Отсюда видно, что подключение к концентратору в пункте W2 всех абонентов может привести к снижению общей величины Z.
Однако с учетом ограничения по числу подключаемых абонентов (d = 6) подключение их производится с учетом максимальных (по модулю) отрицательных значений вычисленных разностей. Поэтому абонент А2 в этой структуре подключается непосредственно к W0.
Структура сети в этом случае показана на рис. 6б.
Общая стоимость сети будет равна
Z = 6 + 7 + 7 + 2 + 6 + 0 + 8 + 5 = 41, или
Z12 = 53-(2+ 4 + 3 + 3 + 3 + 3-6) = 41.
Далее устанавливаем концентратор в пункте W3 и проверяем возможность снижения общей стоимости сети путем подключения к нему всех абонентов сети. Для этого вычисляем разности
Ci3-Ci0, i = 1,7.
Получаем
C13 - C10 = 10 – 9 = 1,
C23 – C20 = 11 – 7 = 4,
C33 – C30 = 7 – 6 = 1,
C43 – C40 = 2 – 9 = -7,
C53 – C50 = 6 – 3 = 3,
C63 – C60 = 2 –11 = -9,
C73 – C70 = 0 – 8 = -8.
Отсюда видно, что подключение к концентратору в пункте W3 абонентов А4, А6 и А7 может привести к снижению общей величины Z.
Структура сети в этом случае показана на рис. 6в.
Общая стоимость сети будет равна
Z=10 + 9 + 7 + 6 + 3 + 2 + 2 + 0 = 39, или
Z = 53 - (7 + 9 + 8 - 10) = 39.
После первой итерации получена оптимальная по стоимости структура сети с одним концентратором, установленным в пункте W3 , (см. рис. 6в).
Итерация 2.
Для структуры сети, имеющей минимальную стоимость после первой итерации (концентратор установлен в пункте W3 см. рис. 6в), определим возможность снижения стоимости сети за счет установки других концентраторов.
Размещаем концентратор в пункте W1 и вычисляем разности стоимости подключения абонентов к этому концентратору и стоимости их подключения в предыдущей структуре.
Получаем
C11 - C10 = 2 – 9 = - 7,
C21 – C20 = 0 – 7 = - 7,
C31 – C30 = 4 – 6 = - 2,
C41 – C43 = 9 –6 = 3,
C51 – C50 = 7 – 3 = 4,
C61 – C63 = 13 –2 = 11,
C71 – C73 = 10 – 0 = 10.
Отсюда видно, что к снижению стоимости сети может привести подключение абонентов А1, А2 и А3 к концентратору в пункте W1. Абоненты
A4, A6 и A7 целесообразно оставить подключенными к концентратору W3, а абонента А5 подключить по выделенному каналу к серверу АСУ ЛР.
Структура сети показана на рис. 7а.
Общая стоимость сети
или
Z = 39 -(7 + 7 + 2 - 9) = 32.
Таким образом, установка концентратора в пункте W1 приводит к снижению стоимости сети.
Далее проверим, приведет ли к снижению стоимости сети с концентраторами в пунктах W1 и W3 установка концентратора в пункте W2.
Вычислим соответствующие разности:
C12 - C11 = 7 – 2 = 5,
C22 – C21 = 6 – 0 = 6,
C32 – C31 = 2 – 4 = - 2,
C42 – C43 = 6 – 2 = 4,
C52 – C50 = 0 – 3 = -3,
C62 – C63 = 8 – 2 = 6,
C72 – C73 = 5 – 0 = 5,
Отсюда видно, что к снижению стоимости может привести подключение абонентов А3 и А5 к концентратору в пункте W2.
Структура сети показана на рис. 7б.
Рис.7
Общая стоимость такой сети
Z = C1 + C2 + C3 + C11 + C21 + C32 + C43 + C52 + C63 + C73 =
= 9 + 6 + 10 + 2 + 0 + 2 + 2 + 0 + 2 + 0 = 33,
или
Z = 32 - (2 + 3 - 6) = 33.
Следовательно, установка третьего концентратора в пункте W2 не приводит к уменьшению стоимости сети. Оптимальная по стоимости структура сети, полученная с помощью алгоритма добавления, приведена на рис. а.
На рис.8 показано последовательное изменение стоимости сети в процессе применения алгоритма добавления.
Рис.8 Изменение стоимости сети за счет установки концентраторов.
Методические указания к задаче 4.
Адресация в IP-сетях
Типы адресов стека TCP/IP.
В стеке TCP/IP используются три типа адресов: локальные (называемые также аппаратными), IP-адреса и символьные доменные имена.
В терминологии TCP/IP под локальным адресом понимается такой тип адреса, который используется для доставки данных в пределах подсети. Если подсетью интерсети является локальная сеть, то локальный адрес — это МАС-адрес. МАС-адреса назначаются производителями оборудования и являются уникальными, так как управляются централизованно. Для всех существующих технологий локальных сетей МАС-адрес имеет формат 6 байт, например 11-A0-17-3D-BC-01.
IP-адреса представляют собой основной тип адресов, на основании которых сетевой уровень передает пакеты между сетями. Эти адреса состоят из 4 байт, например 109.26.17.100. IP-адрес назначается администратором во время конфигурирования компьютеров и маршрутизаторов. IP-адрес состоит из двух частей: номера сети и номера узла. Номер сети может быть выбран администратором произвольно, либо назначен по рекомендации специального подразделения Internet (Internet Network Information Center, InterNIC), если сеть должна работать как составная часть Internet. Номер узла в протоколе IP назначается независимо от локального адреса узла. Маршрутизатор по определению входит сразу в несколько сетей. Поэтому каждый порт маршрутизатора имеет собственный IP-адрес.
Символьные доменные имена. Символьные имена в IP-сетях называются доменными и строятся по иерархическому признаку. Составляющие полного символьного имени в IP-сетях разделяются точкой и перечисляются в следующем порядке: сначалa простое имя конечного узла, затем имя группы узлов (например, имя организации), затем имя более крупной группы (поддомена) и так до имени домена самого высокого уровня (например, домена объединяющего организации по географическому принципу: RU — Россия, UK — Великобритания, SU — США). Примеров доменного имени может служить имя base2.sales.zil.ru. Между доменным именем и IР-адресом узла нет никакого алгоритмического соответствия, поэтому необходимо использовать дополнительные таблицы или службы, чтобы узел сети однозначно определялся как по доменному имени, так и по IP-адресу. В сетях TCP/IP используется специальная распределенная служба Domain Name System (DNS), которая устанавливает это соответствие на основании создаваемых администраторами сети таблиц соответствия. Поэтому доменные имена называют также DNS-именами.
Классы IP-адресов
IР-адрес имеет длину 4 байта и обычно записывается в виде четырех чисел, представляющих значения каждого байта в десятичной форме и разделенных точками, например, 128.10.2.30 — традиционная десятичная форма представления адреса, а 0000000 00001010 00000010 00011110 - двоичная форма представления этого же адреса.
Адрес состоит из двух логических частей — номера сети и номера узла в сети. Какая часть адреса относится к номеру сети, а какая — к номеру узла, определяется значениями первых бит адреса. Значения этих бит являются также признаками ого, к какому классу относится тот или иной IP-адрес.
На рисунке 9 показана структура IP-адреса разных классов.
Рис.9 Структура IP-адреса
Если адрес начинается с 0, то сеть относят к классу А и номер сети занимает один байт, остальные 3 байта интерпретируются как номер узла в сети. Сети класса А в диапазоне от 1 до 126. (Номер 0 не используется, а номер 127 зарезервирован для специальных целей.) Сетей класса А немного, зато количество узлов в них может достигать 224, то есть 16 777 216 узлов.
Если первые два бита адреса равны 10, то сеть относится к классу В. В сетях класса В под номер сети и под номер узла отводится по 16 бит, то есть по 2 байта. Таким образом, сеть класса В является сетью средних размеров с максимальным числом узлов 216, что составляет 65 536 узлов.
Если адрес начинается с последовательности 110, то это сеть класса С. В этом случае под номер сети отводится 24 бита, а под номер узла - 8 бит. Сети этого -класса наиболее распространены, число узлов в них ограничено 256 узлами.
Если адрес начинается с последовательности 1110, то он является адресом класса D и обозначает особый, групповой адрес - multicast. Если в пакете в качестве адреса назначения указан адрес класса D, то такой пакет должны получить все узлы, которым присвоен данный адрес.
Если адрес начинается с последовательности 11110, то это значит, что данный адрес относится к классу Е. Адреса этого класса зарезервированы для будущих применений.
В таблице 5 приведены диапазоны номеров сетей и максимальное число узлов, соответствующих каждому классу сетей.
Таблица 5. Характеристики адресов разного класса.
|
Класс |
Первые биты |
Наименьший номер сети |
Наибольший номер сети |
Максимальное число узлов в сети |
|
A |
0 |
1.0.0.0 |
126.0.0.0 |
224 |
|
B |
10 |
128.0.0.0 |
191.255.0.0 |
216 |
|
C |
110 |
192.0.1.0 |
223.255.255.0 |
28 |
|
D |
1110 |
224.0.0.0 |
239.255.255.255 |
Multicast |
|
E |
11110 |
240.0.0.0 |
247.255.255.255 |
Зарезервирован |
Таблицы маршрутизации в IP-сетях
Для продвижения пакетов используются таблицы маршрутизации.
Пример таблицы маршрутизции
Структура таблицы маршрутизации стека TCP/IP соответствует общим принципам построения таблиц маршрутизации. Приведем пример таблицы маршрутизации, с которыми мог бы работать маршрутизатор. Если представить, что в качестве маршрутизатора работает штатный программный маршрутизатор операционной системы Microsoft Windows NT, то его таблица маршрутизации могла бы иметь следующий вид.
Таблица 6. Таблица программного маршрутизатора Windows NT
|
Network Address |
Netmask |
Gateway Address |
Interface |
Metric |
|
127.0.0.0 |
255.0.0.0 |
127.0.0.1 |
127.0.0.1 |
1 |
|
0.0.0.0 |
0.0.0.0 |
198.21.17.7 |
198.21.17.5 |
1 |
|
56.0.0.0 |
255.0.0.0 |
213.34.12.4 |
213.34.12.3 |
15 |
|
116.0.0.0 |
255.0.0.0 |
213.34.12.4 |
213.34.12.3 |
13 |
|
129.13.0.0 |
255.255.0.0 |
198.21.17.6 |
198.21.17.5 |
2 |
|
198.21.17.0 |
255.255.255.0 |
198.21.17.5 |
198.21.17.5 |
1 |
В Назначение полей таблицы маршрутизации
В таблице есть все ключевые параметры, необходимые для работы маршрутизатора. К таким параметрам, безусловно, относятся адрес сети назначения (столбцы «Network Address») и адрес следующего маршрутизатора (столбцы «Gateway Address»).
Третий ключевой параметр — адрес порта, на который нужно направить пакет (поле «Interface»). Для непосредственно присоединенных сетей адресом следующего маршрутизатора всегда является адрес собственного порта маршрутизатора. Остальные параметры, которые можно найти в представленных версиях таблицы маршрутизации, являются необязательными для принятия решения о пути следования пакета.
Наличие или отсутствие поля маски в таблице говорит о том, насколько современный маршрутизатор. Стандартным решением сегодня является использование поля маски в каждой записи таблицы. Метрика является необязательным параметром. Оно обязательно должно использоваться только в качестве признака непосредственно подключенной сети. Признак непосредственно подключенной сети маршрутизатору нужен, поскольку пакет для этой сети обрабатывается особым способом — он не передается следующему маршрутизатору, а отправляется узлу назначения. Поэтому метрика 0 говорит маршрутизатору, что эта сеть непосредственно подключена к его порту, а другое значение метрики соответствует удаленной сети.