Arquitectura de los Sistemas Distribuidos

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1 Arquitectura Arquitectura de los UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 1 Arquitectura Arquitectura Arquitectura de un sistema: Qué componentes lo forman? Cómo interaccionan entre sí? Dos modelos principales en los sistemas distribuidos Cliente-servidor Igual a Igual UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática

2 Arquitectura Modelo Cliente-Servidor (I) Ejemplo: Servidor de ficheros Client invocation invocation result result Client Key: Process: Computer: UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 3 Arquitectura Modelo Cliente-Servidor (II) Cliente: Proceso que quiere acceder a datos, usar recursos o realizar operaciones en un ordenador diferente. Servidor: Proceso que administra datos o cualquier otro tipo de recurso y que es capaz de hacerlos disponibles a otros procesos que están en otros ordenadores. Modelo cliente-servidor también aparece en el propio ordenador Interacción: Enviar petición/recibir resultado Clientes ligeros/clientes pesados Ejemplos X-Window: cliente pide representación/servidor realiza representación Servidor http: cliente pide página/servidor envía página UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 4

3 Arquitectura Interacción entre cliente y servidor 1.5 UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 5 Arquitectura Cliente-servidor: Paso de Mensajes Los modelos de comunicación basados en cliente-servidor con paso de mensajes responden al esqueleto: msg CLIENTE Send(msg) msg SERVIDOR msg Receive(msg) Mensaje msg,reply; msg=<dato a trasmitir> send(msg); receive(reply); if(isok(reply)) <operación correcto> else <error en operación>... Mensaje op,ack; receive(op); if(validop(op)) ack=<operación OK> else ack=<operación ERROR> send(ack);... UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 6

4 Arquitectura Paso de Mensajes Cada pareja send-receive transmite un mensaje entre cliente y servidor. Por lo general de forma asíncrona. Habitualmente: Send no bloqueante. Receive bloqueante (pude hacerse no bloqueante). Los mensajes intercambiados pueden ser: Mensajes de texto (por ejemplo: HTTP). Mensajes con formato (binarios). UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 7 Arquitectura Ejemplo de código de cliente-servidor (I) El servidor trabaja como servidor de ficheros. El fichero header.h es compartido por cliente y servidor. UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 8

5 Arquitectura Ejemplo de código de cliente-servidor (II) Ejemplo de servidor UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 9 Arquitectura Ejemplo de código de cliente-servidor (III) Ejemplo de cliente que utilizar al servidor para copiar un fichero. UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 10

6 Arquitectura Variaciones sobre la arquitectura cliente-servidor Clients Clients Service invocation invocation Results Results invocation invocation Results Results Un sólo servidor Múltiples servidores UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 11 Arquitectura Modelo de múltiples servidores Servicios son suministrados por múltiples servidores: Distribución de los recursos entre los servidores Ejemplo: Web Mantenimiento de los links Links perdidos Replicación de los recursos. Servidores de alta disponibilidad: sitios de descarga, portales Replicación de recursos Aumentar prestaciones Tolerancia a fallos Disponibilidad. Problema de coordinación o de coherencia La información no llega simultáneamente a todos los servidores UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 1

7 Arquitectura Modelo de servidor Proxy Servidor Proxy Caché de recursos recientemente accedidos. Varios niveles Cliente: navegador con las páginas más recientes Servidor proxy: a shared cache of resources Servidor Client Proxy server Web server Client Web server UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 13 Arquitectura Evolución Cliente-Servidor: Modelo n-niveles Cliente-Servidor clásico: niveles UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 14

8 Arquitectura Esquema base: Modelo de 3 niveles Interfaz con el usuario Procesamiento Recepción, búsqueda, preparación y envío de datos al cliente Datos Minimizar número de usuarios simultáneos en la base de datos UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 15 Arquitectura Funcionamiento del modelo de 3-niveles El servidor actúa de cliente UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 16

9 Arquitectura Ejemplo de modelo de 3 niveles Búscador en Internet 1-8 UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 17 Arquitectura Generalización: Cliente servidor de n-niveles UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 18

10 Arquitectura Dónde está la frontera entre cliente y servidor UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 19 Arquitectura Ejemplo de arquitectura de 5-niveles NT/IIS BSD/Apache NT/IIS SQL 7.0 Web Browser NT Web FTP NT Web Database Member Forum Member UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 0

11 Arquitectura Arquitectura cliente-servidor y código móvil Código móvil: Código que es envido por el servidor al cliente para que realice una determinada tarea a) client request results in the downloading of applet code Client Applet code Web server b) client interacts with the applet Client Applet Web server UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 1 Arquitectura Modelo Igual a Igual (Peer-to-Peer-PP) Los procesos tienen un rol similar, aunque pueden asumir un rol cliente/servidor en ciertos momentos Mejora la tolerancia a fallos y la escalabilidad Difícil de coordinar Ejemplos: búsqueda distribuida, enrutamiento, cálculo distribuido. Application Coordination code Application Coordination code Application Coordination code UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática

12 Arquitectura Otros modelos para estudiar los sist. distribuidos Modelo de interacción Asíncrono Síncrono Modelo Asíncrono. No existe limitación para Velocidad de procesamiento Retardo en la transmisión de los mensajes Diferencia en los relojes de cada componente del sistema Ejemplo: Internet Modelo Síncrono El tiempo de ejecución de cada etapa está limitado: min/máx Cada mensaje transmitido sobre un canal se recibe en un tiempo limitado conocido Los relojes de los componentes tienen una tasa de deriva conocida Ejemplo: Telemando, SCADA (Supervisory Control And Data Adquisition) UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 3 Arquitectura Arquitectura de un telemando IEC EMS EC, EDI ISO 9735 IEC DMS Control Centre 1 IEC 610 Substation PU IEC 6195 TR IEC , -104, IEC (TASE.), IEEE P155, ELCOM90, DNP3 IEC , IEC , IEEE P155, DNP3 IEC IEEE P155 IEC Pole-Top Market Participant IEC (TASE.), ELCOM90, DNP3, IEC , -104 PU IEC IEC IEC 6056 Substation Control Centre IEC , -104, IEC (TASE.), ELCOM90, DNP3 Distribution, Customer: Metering Billing Power Plant UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 4

13 Arquitectura Arquitectura del centro de control MMI MMI Mimic Board Controler dual LAN Application 1 Application Communication Communication Front-end to other Control Centers RTU UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 5 Arquitectura SCADA conectado a Internet Workstation Operator Terminals NT-Terminal Workstation To External Network Router New FEP Printers WEB Applications System RTUs UNIX NT Open System Master Station with Internet Interface UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 6

14 Arquitectura IEC Comunicación serie Centro de control es el maestro que dirige la comunicación El maestro interpela a una remota La remota correspondiente responde El cable es único: sólo una remota puede responder en cada momento. Cada remota debe tener una dirección REMOTA 1 REMOTA 1 CENTRO DE CONTROL REMOTA CENTRO DE CONTROL REMOTA REMOTA 3 REMOTA 3 UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 7 Arquitectura Pasos en la comunicación Maestro/Esclavo El maestro (centro de control) prepara una trama (secuencia de octetos o bytes) con: Dirección de la remota (esclavo) que debe recibirla Información concreta El maestro envía la trama al bus donde están conectadas las remotas (esclavos) La trama llega a todas las remotas Las remotas comparan la dirección de la trama recibida con su dirección La remota con dirección igual a la de la trama responde con otra trama: Dirección de la remota (comprobación) Información concreta La trama puede llegar a las otras remotas Una remota no puede responder si no ha sido preguntada CENTRO DE CONTROL CENTRO DE CONTROL REMOTA 1 REMOTA REMOTA 3 REMOTA 1 REMOTA REMOTA 3 UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 8

15 Arquitectura Características de la (I) Dirigida a transmitir información en el contexto de los sistemas eléctricos Ejemplo: Órdenes de tipo doble Ejemplo: Informaciones de tipo doble Contactos (NA y NC) asociados a un seccionador Maximizar el ancho de banda disponible Funcionamiento NORMAL: La remota sólo transmite hacia el centro de control los cambios en los elementos de campo que controla o supervisa. UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 9 Arquitectura Características de la (II) Funcionamiento Normal: El centro de control no pregunta a la remota sobre el estado de elementos concretos El centro de control se limita a preguntar a la remota si tiene información para él. La remota responde al centro de control transmitiendo los cambios en los elementos de campo recogidos: La remota debe tener un mecanismo de almacén (buffer) para ir guardando los cambios, hasta que son enviados hacia el centro de control Primero se envían los más prioritarios UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 30

16 Arquitectura Características de la (III) Minimizar el coste Un cable que conecta a varias remotas (directamente o a través de modems) Obliga a una estructura maestro/esclavo Maestro: centro de control Esclavos: remotas Determinista Se controlan los tiempos de transmisión UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 31 Arquitectura Comunicación en la Maestro/Esclavo Dos procedimientos principales Enviar órdenes desde centro de control a las remotas (en la norma se llama SEND/CONFIRM) Recoger información almacenada en las remotas como cambios en los estados de los elementos que controla la remota (procedimiento REQUEST/RESPOND) Dos tipos de tramas Trama de tamaño fijo: Información muy concreta Respuestas o preguntas cortas (ancho de banda) Trama de tamaño variable: Información de tamaño variable (ASDUS): órdenes, estado de elementos UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 3

17 Arquitectura Elementos básicos de la trama Tipo de trama (1 byte) Trama fija: 10H Trama variable: 68H Dirección de enlace ( bytes a0a1) Remota a la que se envía o responde Longitud de la trama (L caso variable) Byte de control (C) Bytes con información si es una trama de tamaño variable (ASDU) Trama de longitud fija (6 bytes) 10 C a0 a1 cs 16 Checksum Símbolo Final de trama Trama de longitud variable (<=58 bytes) 68 L L 68 C a0 a1 A S D U cs 16 Longitud repetida Símbolo UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 33 Arquitectura Recogida de información - Polling El centro de control va pidiendo información secuencialmente a todas las remotas Ventana de tamaño 1 El Request va seguido siempre de un Respond (igual para el Send con el Confirm). Operaciones de Request/Respond pueden ir precedidas de operaciones de Send/Confirm. Ventana 1 CENTRO DE CONTROL Pregunta remota 1 Remota 1 responde con ASDU Pregunta remota Remota responde no tiene nada pendiente Pregunta remota 3 Remota 3 responde con ASDU Pregunta remota 1 Remota 1 responde no tiene nada pendiente REMOTA 1 REMOTA REMOTA 3 UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 34

18 Arquitectura Modelo de remota Perfil 101 con ASDUS ó C_DC/SC-ACT Clase1 Ejecución de Órdenes IEC C_DC/SC-ACTCON M_DP/SP_TB M_DP/SP_NA Acept/No Acept InfoIEC InfoIEC InfoIEC Perfil 101 Detección de cambios Adquisición InfoI periódica M_DP/SP-REQ Buffer FIFO Tabla de Órdenes Tabla de Informaciones Reloj Órdenes a elementos de campo Recogida información de campo UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 35 Arquitectura Ejemplo: Envío orden desde CC a remota SEND: CC envía orden a remota C_DC_NA_1- ACT ASDU 68 L L f3 04 e Oc f dd cs 16 PRM=1,FCB=1,FCV=1,FC=3-SEND Dirección enlace remota 04f3-Menos significativo primero C_DC_NA_1 SQ=1 (sólo 1 orden/fijo) Causa de transmisión: act<6> OA: Dirección CC = 0c Dirección remota donde está el objeto = dirección de enlace Dirección objeto (orden) dentro de la remota 09DD10 Pulso corto 01 apertura UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 36

19 Arquitectura Centro de Control Maestro 101 Envío orden Red 101 C_DC_NA_1-ACT Remota Esclavo 101 Elementos de Campo Subest. FC<0>ACK Recepción orden aceptada FC<10> Pide Clase 1 FC<9>No hay FC<10> Pide Clase 1 C_DC_NA_1-ACTCON FC<10> Pide Clase 1 FC<9>No hay FC<10> Pide Clase 1 M_DP_TB_1-SPONT Preparación ASDU con orden aceptada Preparación ASDU con cambio estado Envío orden a disyuntor Cambio estado disyuntor Recepción evento UPCO ICAI Departamento de Electrónica y Automática 37

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