История развития компьютерных сетей достаточно сложна; за прошедшие 35 лет в этом процессе приняли участие многие специалисты и пользователи сетей. Процесс создания и коммерческого применения новых типов сетей был значительно более сложным, в этой заметке отмечены лишь основные этапы.
Развитие компьютерных сетей сопряжено с развитием вычислительной техники и телекоммуникаций. Компьютерные сети могут рассматриваться как средство передачи информации на большие расстояния, для чего в них применяются методы кодирования и мультиплексирования данных, получившие развитие в различных телекоммуникационных системах.
Хронология важнейших событий из истории развития компьютерных сетей:
| Этап | Время |
| Первые глобальные связи компьютеров, первые эксперименты с пакетными сетями | Конец 60-х |
| Начало передач по телефонным сетям голоса в цифровой форме | Конец 60-х |
| Появление больших интегральных схем, первые мини-компьютеры, первые нестандартные локальные сети | Начало 70-х |
| Создание сетевой архитектуры IBM SNA | 1974 |
| Стандартизация технологии Х.25 | 1974 |
| Появление персональных компьютеров, создание Интернета в современном виде, установка на всех узлах стека TCP/IP | Начало 80-х |
| Появление стандартных технологий локальных сетей (Ethernet — 1980 г., Token Ring, FDDI — 1985 г.) | Середина 80-х |
| Начало коммерческого использования Интернета | Конец 80-х |
| Изобретение Web | 1991 |
Системы пакетной обработки
Обратимся сначала к компьютерному корню вычислительных сетей. Первые компьютеры 50-х годов — большие, громоздкие и дорогие — предназначались для очень небольшого числа избранных пользователей. Часто эти монстры занимали целые здания. Такие компьютеры не были предназначены для интерактивной работы пользователя, а применялись в режиме пакетной обработки.
Системы пакетной обработки, как правило, строились на базе мэйнфрейма — мощного и надежного компьютера универсального назначения. Пользователи подготавливали перфокарты, содержащие данные и команды программ, и передавали их в вычислительный центр (см. рис. ниже). Операторы вводили эти карты в компьютер, а распечатанные результаты пользователи получали обычно только на следующий день. Таким образом, одна неверно набитая карта означала как минимум суточную задержку. Конечно, для пользователей интерактивный режим работы, при котором можно с терминала оперативно руководить процессом обработки своих данных, был бы удобней. Но интересами пользователей на первых этапах развития вычислительных систем в значительной степени пренебрегали. Во главу угла ставилась эффективность работы самого дорогого устройства вычислительной машины — процессора, даже в ущерб эффективности работы использующих его специалистов.
Централизованная система на базе мэйнфрейма
Многотерминальные системы — прообраз сети
По мере удешевления процессоров в начале 60-х годов появились новые способы организации вычислительного процесса, которые позволили учесть интересы пользователей. Начали развиваться интерактивные многотерминальные системы разделения времени. В таких системах каждый пользователь получал собственный терминал, с помощью которого он мог вести диалог с компьютером. Количество одновременно работающих с компьютером пользователей определялось его мощностью: время реакции вычислительной системы должно было быть достаточно мало, чтобы пользователю была не слишком заметна параллельная работа с компьютером других пользователей.
Терминалы, выйдя за пределы вычислительного центра, рассредоточились по всему предприятию. И хотя вычислительная мощность оставалась полностью централизованной, некоторые функции, такие как ввод и вывод данных, стали распределенными. Подобные многотерминальные централизованные системы внешне уже были очень похожи на локальные вычислительные сети. Действительно, рядовой пользователь работу за терминалом мэйнфрейма воспринимал примерно так же, как сейчас он воспринимает работу за подключенным к сети персональным компьютером. Пользователь мог получить доступ к общим файлам и периферийным устройствам, при этом у него поддерживалась полная иллюзия единоличного владения компьютером, так как он мог запустить нужную ему программу в любой момент и почти сразу же получить результат. (Некоторые далекие от вычислительной техники пользователи даже были уверены, что все вычисления выполняются внутри их дисплея.)
Многотерминальная система — прообраз вычислительной сети
Многотерминальные системы, работающие в режиме разделения времени, стали первым шагом на пути создания локальных вычислительных сетей.
Однако до появления локальных сетей нужно было пройти еще большой путь, так как многотерминальные системы, хотя и имели внешние черты распределенных систем, все еще поддерживали централизованную обработку данных.
К тому же потребность предприятий в создании локальных сетей в это время еще не созрела — в одном здании просто нечего было объединять в сеть, так как из-за высокой стоимости вычислительной техники предприятия не могли себе позволить роскошь приобретения нескольких компьютеров. В этот период был справедлив так называемый закон Гроша, который эмпирически отражал уровень технологии того времени. В соответствии с этим законом производительность компьютера была пропорциональна квадрату его стоимости, отсюда следовало, что за одну и ту же сумму было выгоднее купить одну мощную машину, чем две менее мощных — их суммарная мощность оказывалась намного ниже мощности дорогой машины.
Первые глобальные компьютерные сети
А вот потребность в соединении компьютеров, находящихся на большом расстоянии друг от друга, к этому времени уже вполне назрела. Началось все с решения более простой задачи — доступа к компьютеру с терминалов, удаленных от него на многие сотни, а то и тысячи километров. Терминалы соединялись с компьютерами через телефонные сети с помощью модемов. Такие сети позволяли многочисленным пользователям получать удаленный доступ к разделяемым ресурсам нескольких мощных суперкомпьютеров. Затем появились системы, в которых наряду с удаленными соединениями типа терминал-компьютер были реализованы и удаленные связи типа компьютер-компьютер.
Компьютеры получили возможность обмениваться данными в автоматическом режиме, что, собственно, и является базовым признаком любой вычислительной сети.
На основе подобного механизма в первых сетях были реализованы службы обмена файлами, синхронизации баз данных, электронной почты и другие ставшие теперь традиционными сетевые службы.
Итак, хронологически первыми появились глобальные сети (Wide Area Network, WAN), то есть сети, объединяющие территориально рассредоточенные компьютеры, возможно находящиеся в различных городах и странах.
Именно при построении глобальных сетей были впервые предложены и отработаны многие основные идеи, лежащие в основе современных вычислительных сетей. Такие, например, как многоуровневое построение коммуникационных протоколов, концепции коммутации и маршрутизации пакетов.
Глобальные компьютерные сети очень многое унаследовали от других, гораздо более старых и распространенных глобальных сетей — телефонных. Главное технологическое новшество, которое привнесли с собой первые глобальные компьютерные сети, состоял в отказе от принципа коммутации каналов, на протяжении многих десятков лет успешно использовавшегося в телефонных сетях.
Выделяемый на все время сеанса связи составной телефонный канал, передающий информацию с постоянной скоростью, не мог эффективно использоваться пульсирующим трафиком компьютерных данных, у которого периоды интенсивного обмена чередуются с продолжительными паузами. Натурные эксперименты и математическое моделирование показали, что пульсирующий и в значительной степени не чувствительный к задержкам компьютерный трафик гораздо эффективней передается сетями, работающими по принципу коммутации пакетов, когда данные разделяются на небольшие порции — пакеты, — которые самостоятельно перемещаются по сети благодаря наличию адреса конечного узла в заголовке пакета.
Так как прокладка высококачественных линий связи на большие расстояния обходится очень дорого, то в первых глобальных сетях часто использовались уже существующие каналы связи, изначально предназначенные совсем для других целей. Например, в течение многих лет глобальные сети строились на основе телефонных каналов тональной частоты, способных в каждый момент времени вести передачу только одного разговора в аналоговой форме. Поскольку скорость передачи дискретных компьютерных данных по таким каналам была очень низкой (десятки килобитов в секунду), набор предоставляемых услуг в глобальных сетях такого типа обычно ограничивался передачей файлов (преимущественно в фоновом режиме) и электронной почтой. Помимо низкой скорости такие каналы имеют и другой недостаток — они вносят значительные искажения в передаваемые сигналы. Поэтому протоколы глобальных сетей, построенных с использованием каналов связи низкого качества, отличаются сложными процедурами контроля и восстановления данных. Типичным примером таких сетей являются сети Х.25, разработанные еще в начале 70-х, когда низкоскоростные аналоговые каналы, арендуемые у телефонных компаний, были преобладающим типом каналов, соединяющих компьютеры и коммутаторы глобальной вычислительной сети.
В 1969 году министерство обороны США инициировало работы по объединению в единую сеть суперкомпьютеров оборонных и научно-исследовательских центров. Эта сеть, получившая название ARPANET, стала отправной точкой для создания первой и самой известной ныне глобальной сети — Интернет.
Сеть ARPANET объединяла компьютеры разных типов, работавшие под управлением различных операционных систем (ОС) с дополнительными модулями, реализующими коммуникационные протоколы, общие для всех компьютеров сети. ОС этих компьютеров можно считать первыми сетевыми операционными системами.
Истинно сетевые ОС в отличие от многотерминальных ОС позволяли не только рассредоточить пользователей, но и организовать распределенные хранение и обработку данных между несколькими компьютерами, связанными электрическими связями. Любая сетевая операционная система, с одной стороны, выполняет все функции локальной операционной системы, а с другой стороны, обладает некоторыми дополнительными средствами, позволяющими ей взаимодействовать через сеть с операционными системами других компьютеров. Программные модули, реализующие сетевые функции, появлялись в операционных системах постепенно, по мере развития сетевых технологий, аппаратной базы компьютеров и возникновения новых задач, требующих сетевой обработки.
Прогресс глобальных компьютерных сетей во многом определялся прогрессом телефонных сетей.
С конца 60-х годов в телефонных сетях все чаще стала применяться передача голоса в цифровой форме.
Это привело к появлению высокоскоростных цифровых каналов, соединяющих автоматические телефонные станции (АТС) и позволяющих одновременно передавать десятки и сотни разговоров.
К настоящему времени глобальные сети по разнообразию и качеству предоставляемых услуг догнали локальные сети, которые долгое время лидировали в этом отношении, хотя и появились на свет значительно позже.
Первые локальные компьютерные сети
Важное событие, повлиявшее на эволюцию компьютерных сетей, произошло в начале 70-х годов. В результате технологического прорыва в области производства компьютерных компонентов появились большие интегральные схемы (БИС). Их сравнительно невысокая стоимость и хорошие функциональные возможности привели к созданию мини-компьютеров, которые стали реальными конкурентами мэйнфреймов. Эмпирический закон Гроша перестал соответствовать действительности, так как десяток мини-компьютеров, имея ту же стоимость, что и мэйнфрейм, решали некоторые задачи (как правило, хорошо распараллеливаемые) быстрее.
Даже небольшие подразделения предприятий получили возможность иметь собственные компьютеры. Мини-компьютеры решали задачи управления технологическим оборудованием, складом и другие задачи уровня отдела предприятия. Таким образом, появилась концепция распределения компьютерных ресурсов по всему предприятию. Однако при этом все компьютеры одной организации по-прежнему продолжали работать автономно:
Автономное использование нескольких мини-компьютеров на одном предприятии
Шло время, и потребности пользователей вычислительной техники росли. Их уже не удовлетворяла изолированная работа на собственном компьютере, им хотелось в автоматическом режиме обмениваться компьютерными данными с пользователями других подразделений. Ответом на эту потребность стало появление первых локальных вычислительных сетей.
Различные типы связей в первых локальных сетях
Локальные сети (Local Area Network, LAN) — это объединения компьютеров, сосредоточенных на небольшой территории, обычно в радиусе не более 1-2 км, хотя в отдельных случаях локальная сеть может иметь и большие размеры, например несколько десятков километров. В общем случае локальная сеть представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую одной организации.
На первых порах для соединения компьютеров друг с другом использовались нестандартные сетевые технологии. Это вызывало много проблем свзязанных с несовместимостью сетевого оборудования.
Сетевая технология — это согласованный набор программных и аппаратных средств (например, драйверов, сетевых адаптеров, кабелей и разъемов), а также механизмов передачи данных по линиям связи, достаточный для построения вычислительной сети.
Разнообразные устройства сопряжения, использующие собственные способы представления данных на линиях связи, свои типы кабелей и т. п., могли соединять только те конкретные модели компьютеров, для которых были разработаны, например, мини-компьютеры PDP-11 с мэйнфреймом IBM 360 или мини-компьютеры HP с микрокомпьютерами LSI-11. Такая ситуация создала большой простор для творчества студентов — названия многих курсовых и дипломных проектов начинались тогда со слов «Устройство сопряжения…».
В середине 80-х годов положение дел в локальных сетях кардинально изменилось. Утвердились стандартные сетевые технологии объединения компьютеров в сеть Ethernet, Arcnet, Token Ring, Token Bus, несколько позже — FDDI.
Мощным стимулом для их появления послужили персональные компьютеры. Эти массовые продукты стали идеальными элементами построения сетей — с одной стороны, они были достаточно мощными, чтобы обеспечивать работу сетевого программного обеспечения, а с другой — явно нуждались в объединении своей вычислительной мощности для решения сложных задач, а также разделения дорогих периферийных устройств и дисковых массивов. Поэтому персональные компьютеры стали преобладать в локальных сетях, причем не только в качестве клиентских компьютеров, но и в качестве центров хранения и обработки данных, то есть сетевых серверов, потеснив с этих привычных ролей мини-компьютеры и мэйнфреймы.
Все стандартные технологии локальных сетей опирались на тот же принцип коммутации, который был с успехом опробован и доказал свои преимущества при передаче трафика данных в глобальных компьютерных сетях, — принцип коммутации пакетов.
Стандартные сетевые технологии превратили процесс построения локальной сети из решения нетривиальной технической проблемы в рутинную работу. Для создания сети достаточно было приобрести стандартный кабель, сетевые адаптеры соответствующего стандарта, например Ethernet, вставить адаптеры в компьютеры, присоединить их к кабелю стандартными разъемами и установить на компьютеры одну из популярных сетевых операционных систем, например Novell NetWare.
Разработчики локальных сетей привнесли много нового в организацию работы пользователей. Так, стало намного проще и удобнее, чем в глобальных сетях, получать доступ к общим сетевым ресурсам. Последствием и одновременно движущей силой такого прогресса стало появление огромного числа непрофессиональных пользователей, освобожденных от необходимости изучать специальные (и достаточно сложные) команды для сетевой работы.
Конец 90-х выявил явного лидера среди технологий локальных сетей — семейство Ethernet, в которое вошли классическая технология Ethernet со скоростью передачи 10 Мбит/с, а также Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с и Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с.
Простые алгоритмы работы предопределяют низкую стоимость оборудования Ethernet. Широкий диапазон иерархии скоростей позволяет рационально строить локальную сеть, выбирая ту технологию семейства, которая в наибольшей степени отвечает задачам предприятия и потребностям пользователей. Важно также, что все технологии Ethernet очень близки друг к другу по принципам работы, что упрощает обслуживание и интеграцию этих сетей.
studfiles.net
Количество просмотров публикации Эволюция компьютерных сетей - 729
Концепция вычислительных сетей представляет собой логический результат эволюции компьютерных технологий. Первые компьютеры 1950-х гᴦ. были большими, громоздкими и дорогими. Их основным предназначением являлось небольшое число избранных операций. Данные компьютеры не применялись для интерактивной работы пользователя, а использовались в режиме пакетной обработки.
Системы пакетной обработки обычно строились на базе мейнфрейма, который является мощным и надежным компьютером универсального назначения. Пользователи готовили перфокарты, содержащие данные и команды программ, и передавали их в вычислительный центр. Размещено на реф.рфОператоры вводили эти карты в компьютер и на следующий день отдавали пользователям результаты. При этом одна неправильно набитая карта могла привести как минимум к суточной задержке.
Для пользователей был бы намного удобней интерактивный режим работы, который подразумевает возможность оперативно руководить процессом обработки данных с терминала. При этом на этом этапе именно пакетный режим являлся самым эффективным режимом использования вычислительной мощности, так как он позволял выполнить в единицу времени больше пользовательских задач, чем любые другие режимы. Во главе угла находилась эффективность работы самого дорогого устройства вычислительной машины, которым являлся процессора, в ущерб эффективности работы использующих его специалистов.
В начале 1960-х гᴦ. затраты на производство процессоров уменьшились и появились новые способы организации вычислительного процесса, позволяющие учесть интересы пользователей. Началось развитие интерактивных многотерминальных систем разделения времени. В данных системах на компьютере работали сразу несколько пользователей. Каждый из них получал в распоряжение терминал, который помогал ему производить общение с компьютером. При этом время реакции вычислительной системы было достаточно мало для того, чтобы пользователь не замечал параллельную работу с компьютером других пользователей. Поделив таким образом компьютер, пользователи могли за сравнительно небольшую плату обладать преимуществами компьютеризации.
Терминалы, при выходе за пределы вычислительного центра, были рассредоточены по всему предприятию. Несмотря на то что вычислительная мощность оставалась полностью централизованной, многие операции, к примеру ввод и вывод данных, стали распределенными. Данные многотерминальные централизованные системы внешне стали очень похожи на локальные вычислительные сети. На самом деле каждый пользователь воспринимал работу за терминалом мейнфрейма приблизительно аналогично тому, как сейчас работу за подключенным к сети ПК. Он имел доступ к общим файлам и периферийным устройствам и при этом был убежден в единоличном владении компьютером. Это было вызвано тем, что пользователь мог запустить необходимую ему программу в любой момент и почти сразу же получить результат.
Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, многотерминальные системы, работающие в режиме разделения времени, явились первым шагом на пути создания локальных вычислительных сетей. При этом до появления локальных сетей крайне важно было еще преодолеть большой путь, так как многотерминальные системы, хотя и имели внешние черты распределенных систем, все еще сохраняли централизованный характер обработки информации, и потребность предприятий в создании локальных сетей к данному моменту времени еще не созрела. Это объяснялось тем, что в одном здании просто нечего было объединять в сеть. Высокая стоимость вычислительной техники не давала возможности предприятиям приобретать несколько компьютеров. В данный период был справедлив так называемый закон Гроша, эмпирически отражающий уровень технологии того времени. По этому закону производительность компьютера была пропорциональна квадрату его стоимости, следовательно, за одну и туже сумму было выгоднее купить одну мощную машину, чем две менее мощных, так как их суммарная мощность оказывалась намного ниже мощности дорогой машины.
При этом потребность в соединении компьютеров, находившихся на большом расстоянии друг от друга, к этому времени вполне назрела. Разработка компьютерных сетей началась с решения более простой задачи – доступа к компьютеру с терминалов, удаленных от него на многие сотни или даже тысячи километров. Терминалы соединялись с компьютерами посредством телефонных сетей через модемы. Такие сети позволяли многочисленным пользователям осуществлять удаленный доступ к разделяемым ресурсам нескольких мощных компьютеров класса суперЭВМ. После этого появились системы, в которых наряду с удаленными соединениями типа терминал-компьютер использовались и удаленные связи типа компьютер-компьютер. Размещено на реф.рфКомпьютеры смогли обмениваться данными в автоматическом режиме, что и представляет собой базовый механизм любой вычислительной сети. На базе данного механизма в первых сетях была организована служба обмена файлами, синхронизация баз данных, электронной почты и других, которые в настоящее время стали традиционными сетевыми службами.
Итак, хронологически первыми были разработаны и применены глобальные вычислительные сети. Именно при построении глобальных сетей были предложены и отработаны почти все базовые идеи и концепции существующих вычислительных сетей, к примеру многоуровневое построение коммуникационных протоколов, технология коммутации пакетов, маршрутизация пакетов в составных сетях.
В 1970-х гᴦ. наблюдался технологический прорыв в сфере производства компьютерных компонентов, что выразилось в появлении БИС. Их небольшая стоимость и огромные функциональные возможности позволили создать мини-компьютеры, которые стали реальными конкурентами мейнфреймов. Закон Гроша перестал действовать, так как десять мини-компьютеров были способны выполнять некоторые задачи намного быстрее одного мейнфрейма, а стоила такая мини-компьютерная система меньше.
Небольшие подразделения предприятий теперь могли приобретать для себя компьютеры. Мини-компьютеры были способны выполнять задачи управления технологическим оборудованием, складом и решать другие проблемы, соответствующие уровню подразделения предприятия, т. е. появилась концепция распределения компьютерных ресурсов по предприятию, но при этом все компьютеры одной организации продолжали работать независимо.
Со временем потребности пользователей вычислительной техники увеличивались, появлялась крайне важно сть получения возможности обмена данными с другими близко расположенными компьютерами. По этой причине предприятия и организации стали использовать соединение своих мини-компьютеов и разработали программное обеспечение, крайне важно е для их взаимодействия. В итоге это привело к появлению первых локальных вычислительных сетей. Οʜᴎ еще значительно отличались от современных сетей, в частности в устройстве сопряжения. Изначально для соединения компьютеров друг с другом применялись самые разнообразные нестандартные устройства с собственными способами представления данных на линиях связи, своими типами кабелей и т. п. Такие устройства были способны соединять только те типы компьютеров, для которых были разработаны. Данная ситуация породила большой простор для творчества студентов. Названия многих курсовых и дипломных проектов было посвящено устройству сопряжения.
В 1980-х гᴦ. положение дел в локальных сетях начало кардинально меняться. Появились стандартные технологии объединения компьютеров в сеть – Ethernet, Arcnet, Token Ring. Сильный импульс для их развития дали ПК. Данные массовые продукты стали идеальными элементами для построения сетей. Οʜᴎ, с одной стороны, были достаточно мощными и способными работать с сетевым программным обеспечением, а с другой – нуждались в объединении своей вычислительной мощности для решения сложных задач. Персональные компьютеры стали преобладать в локальных сетях, при этом не только как клиентские компьютеры, но и как центры хранения и обработки данных, т. е. сетевых серверов, потеснив при этом с привычных ролей мини-компьютеры и мейнфреймы.
Обычные сетевые технологии обратили процесс построения локальной сети из искусства в рутинную работу. Для того чтобы создать сети, достаточно было приобрести сетевые адаптеры соответствующего стандарта͵ к примеру Ethernet, стандартный кабель, соединить адаптеры и кабель стандартными разъемами и установить на компьютер какую-либо из имеющихся сетевых операционных систем, к примеру NetWare. Теперь сеть начинала работать, и присоединение нового компьютера не приводило к появлению проблем. Соединение происходило естественно, в случае если на нем был установлен сетевой адаптер той же технологии.
Локальные сети по сравнению с глобальными внесли много нового в технологии организации работы пользователей. Доступ к разделяемым ресурсам стал намного удобнее, так как пользователь мог просто изучать списки наличествующих ресурсов, а не запоминать их идентификаторы или имена. При соединении с удаленным ресурсом можно было работать с ним при помощи уже известных пользователю по работе с локальными ресурсами команд. Последствием и при этом движущей силой такого прогресса стало появление большого числа непрофессиональных пользователей, которые совершенно не нуждались в изучении специальных (и достаточно сложных) команд для сетевой работы. Возможность использовать все эти удобства разработчики локальных сетей получили при появлении качественных кабельных линий связи, с помощью которых даже сетевые адаптеры первого поколения могли обеспечить скорость передачи данных до 10 Мбит/с.
При этом о таких скоростях разработчики глобальных сетей не подозревали, так как им приходилось использовать те каналы связи, которые были в наличии. Это было вызвано тем, что прокладка новых кабельных систем для вычислительных сетей протяженностью в тысячи километров вызвала бы колоссальные капитальные вложения. Доступными на тот период были только телефонные каналы связи, плохо приспособленные для высокоскоростной передачи дискретных данных, – скорость в 1200 бит/с стала для них хорошим достижением. По этой причине экономное использование пропускной способности каналов связи становилось основным критерием эффективности методов передачи данных в глобальных сетях. В таких условиях разные процедуры прозрачного доступа к удаленным ресурсам, стандартные для локальных сетей, для глобальных сетей значительное время оставались непозволительной роскошью.
В настоящий момент вычислительные сети непрерывно развиваются, и достаточно быстро. Разделение между локальными и глобальными сетями постоянно уменьшается во многом благодаря появлению высокоскоростных территориальных каналов связи, которые не уступают по качеству кабельным системам локальных сетей. В глобальных сетях образовались службы доступа к ресурсам, такие же удобные и прозрачные, как и службы локальных сетей. Такие примеры в огромном количестве показывает самая популярная глобальная сеть – Интернет.
Преобразуются и локальные сети. Соединяющий компьютеры пассивный кабель в них сменили разнообразные типы коммуникационного оборудования – коммутаторы, маршрутизаторы, шлюзы. Из-за использования такого оборудования появилась возможность построения больших корпоративных сетей, которые насчитывают тысячи компьютеров и имеют сложную структуру. Вновь появился интерес к крупным компьютерам. Это было вызвано тем, что после спада эйфории по поводу легкости работы с ПК стало ясно, что системы, которые состоят из сотен серверов, обслуживать сложнее, чем несколько больших компьютеров. По этой причине на новом этапе эволюции мейнфреймы возвращаются в корпоративные вычислительные системы. При этом они являются полноправными сетевыми узлами, поддерживающими Ethernet или Token Ring, а также стек протоколов TCP/IP, которые стали благодаря Интернет сетевым стандартом де-факто.
Образовалась еще одна важная тенденция, затрагивающая в равной степени как локальные, так и глобальные сети. В них начала обрабатываться несвойственная ранее вычислительным сетям информация, такая, как голос, видеоизображения, рисунки. Это привело к крайне важно сти внесения изменений в работу протоколов, сетевых ОС и коммуникационного оборудования. Затруднение передачи данной мультимедийной информации по сети связано с ее чувствительностью к задержкам в случае передачи пакетов данных. Задержки чаще всего вызывают искажения такой информации в конечных узлах сети. Так как обычные службы вычислительных сетей, среди которых передача файлов или электронная почта͵ образуют малочувствительный к задержкам трафик и все элементы сетей изобретались в расчете на него, то появление трафика реального времени стало причиной больших проблем.
В настоящий момент эти проблемы решаются различными способами, к примеру с помощью специально рассчитанной на передачу разного типа трафика технологии ATM. При этом, несмотря на большие усилия, предпринимаемые в данном направлении, до приемлемого решения проблемы пока далеко, и в этой области еще много следует предпринять, чтобы достичь слияния технологий не только локальных и глобальных сетей, но и технологий любых информационных сетей – вычислительных, телефонных, телевизионных и т. п. Несмотря на то что сегодня эта идея многим кажется нереальной, специалисты считают, что предпосылки для такого объединения уже существуют. Данные мнения расходятся только в оценке приблизительных сроков такого объединения – называются сроки от 10 до 25 лет. При этом считается, что основой для синтеза послужит технология коммутации пакетов, применяемая сегодня в вычислительных сетях, а не технология коммутации каналов, которая используется в телефонии.
referatwork.ru
История развития компьютерных сетей достаточно сложна; за прошедшие 35 лет в этом процессе приняли участие многие специалисты и пользователи сетей. Процесс создания и коммерческого применения новых типов сетей был значительно более сложным, в этой заметке отмечены лишь основные этапы.
Развитие компьютерных сетей сопряжено с развитием вычислительной техники и телекоммуникаций. Компьютерные сети могут рассматриваться как средство передачи информации на большие расстояния, для чего в них применяются методы кодирования и мультиплексирования данных, получившие развитие в различных телекоммуникационных системах.
Эволюция компьютерных сетей на стыке вычислительной техники и телекоммуникационных технологий
Хронология важнейших событий из истории развития компьютерных сетей:
| Этап | Время |
| Первые глобальные связи компьютеров, первые эксперименты с пакетными сетями | Конец 60-х |
| Начало передач по телефонным сетям голоса в цифровой форме | Конец 60-х |
| Появление больших интегральных схем, первые мини-компьютеры, первые нестандартные локальные сети | Начало 70-х |
| Создание сетевой архитектуры IBM SNA | 1974 |
| Стандартизация технологии Х.25 | 1974 |
| Появление персональных компьютеров, создание Интернета в современном виде, установка на всех узлах стека TCP/IP | Начало 80-х |
| Появление стандартных технологий локальных сетей (Ethernet — 1980 г., Token Ring, FDDI — 1985 г.) | Середина 80-х |
| Начало коммерческого использования Интернета | Конец 80-х |
| Изобретение Web | 1991 |
Обратимся сначала к компьютерному корню вычислительных сетей. Первые компьютеры 50-х годов — большие, громоздкие и дорогие — предназначались для очень небольшого числа избранных пользователей. Часто эти монстры занимали целые здания. Такие компьютеры не были предназначены для интерактивной работы пользователя, а применялись в режиме пакетной обработки.
Системы пакетной обработки, как правило, строились на базе мэйнфрейма — мощного и надежного компьютера универсального назначения. Пользователи подготавливали перфокарты, содержащие данные и команды программ, и передавали их в вычислительный центр (см. рис. ниже). Операторы вводили эти карты в компьютер, а распечатанные результаты пользователи получали обычно только на следующий день. Таким образом, одна неверно набитая карта означала как минимум суточную задержку. Конечно, для пользователей интерактивный режим работы, при котором можно с терминала оперативно руководить процессом обработки своих данных, был бы удобней. Но интересами пользователей на первых этапах развития вычислительных систем в значительной степени пренебрегали. Во главу угла ставилась эффективность работы самого дорогого устройства вычислительной машины — процессора, даже в ущерб эффективности работы использующих его специалистов.
Централизованная система на базе мэйнфрейма
По мере удешевления процессоров в начале 60-х годов появились новые способы организации вычислительного процесса, которые позволили учесть интересы пользователей. Начали развиваться интерактивные многотерминальные системы разделения времени. В таких системах каждый пользователь получал собственный терминал, с помощью которого он мог вести диалог с компьютером. Количество одновременно работающих с компьютером пользователей определялось его мощностью: время реакции вычислительной системы должно было быть достаточно мало, чтобы пользователю была не слишком заметна параллельная работа с компьютером других пользователей.
Терминалы, выйдя за пределы вычислительного центра, рассредоточились по всему предприятию. И хотя вычислительная мощность оставалась полностью централизованной, некоторые функции, такие как ввод и вывод данных, стали распределенными. Подобные многотерминальные централизованные системы внешне уже были очень похожи на локальные вычислительные сети. Действительно, рядовой пользователь работу за терминалом мэйнфрейма воспринимал примерно так же, как сейчас он воспринимает работу за подключенным к сети персональным компьютером. Пользователь мог получить доступ к общим файлам и периферийным устройствам, при этом у него поддерживалась полная иллюзия единоличного владения компьютером, так как он мог запустить нужную ему программу в любой момент и почти сразу же получить результат. (Некоторые далекие от вычислительной техники пользователи даже были уверены, что все вычисления выполняются внутри их дисплея.)
Многотерминальная система — прообраз вычислительной сети
Многотерминальные системы, работающие в режиме разделения времени, стали первым шагом на пути создания локальных вычислительных сетей.
Однако до появления локальных сетей нужно было пройти еще большой путь, так как многотерминальные системы, хотя и имели внешние черты распределенных систем, всееще поддерживали централизованную обработку данных.
К тому же потребность предприятий в создании локальных сетей в это время еще не созрела — в одном здании просто нечего было объединять в сеть, так как из-за высокой стоимости вычислительной техники предприятия не могли себе позволить роскошь приобретения нескольких компьютеров. В этот период был справедлив так называемый закон Гроша, который эмпирически отражал уровень технологии того времени. В соответствии с этим законом производительность компьютера была пропорциональна квадрату его стоимости, отсюда следовало, что за одну и ту же сумму было выгоднее купить одну мощную машину, чем две менее мощных — их суммарная мощность оказывалась намного ниже мощности дорогой машины.
А вот потребность в соединении компьютеров, находящихся на большом расстоянии друг от друга, к этому времени уже вполне назрела. Началось все с решения более простой задачи — доступа к компьютеру с терминалов, удаленных от него на многие сотни, а то и тысячи километров. Терминалы соединялись с компьютерами через телефонные сети с помощью модемов. Такие сети позволяли многочисленным пользователям получать удаленный доступ к разделяемым ресурсам нескольких мощных суперкомпьютеров. Затем появились системы, в которых наряду с удаленными соединениями типа терминал-компьютер были реализованы и удаленные связи типа компьютер-компьютер.
Компьютеры получили возможность обмениваться данными в автоматическом режиме, что, собственно, и является базовым признаком любой вычислительной сети.
На основе подобного механизма в первых сетях были реализованы службы обмена файлами, синхронизации баз данных, электронной почты и другие ставшие теперь традиционными сетевые службы.
Итак, хронологически первыми появились глобальные сети (Wide Area Network, WAN), то есть сети, объединяющие территориально рассредоточенные компьютеры, возможнонаходящиеся в различных городах и странах.
Именно при построении глобальных сетей были впервые предложены и отработаны многие основные идеи, лежащие в основе современных вычислительных сетей. Такие, например, как многоуровневое построение коммуникационных протоколов, концепции коммутации и маршрутизации пакетов.
Глобальные компьютерные сети очень многое унаследовали от других, гораздо более старых и распространенных глобальных сетей — телефонных. Главное технологическое новшество, которое привнесли с собой первые глобальные компьютерные сети, состоял в отказе от принципа коммутации каналов, на протяжении многих десятков лет успешно использовавшегося в телефонных сетях.
Выделяемый на все время сеанса связи составной телефонный канал, передающий информацию с постоянной скоростью, не мог эффективно использоваться пульсирующим трафикомкомпьютерных данных, у которого периоды интенсивного обмена чередуются с продолжительными паузами. Натурные эксперименты и математическое моделирование показали, что пульсирующий и в значительной степени не чувствительный к задержкам компьютерный трафик гораздо эффективней передается сетями, работающими по принципу коммутациипакетов, когда данные разделяются на небольшие порции — пакеты, — которые самостоятельно перемещаются по сети благодаря наличию адреса конечного узла в заголовке пакета.
Так как прокладка высококачественных линий связи на большие расстояния обходится очень дорого, то в первых глобальных сетях часто использовались уже существующие каналы связи, изначально предназначенные совсем для других целей. Например, в течение многих лет глобальные сети строились на основе телефонных каналов тональной частоты, способных в каждый момент времени вести передачу только одного разговора в аналоговой форме. Поскольку скорость передачи дискретных компьютерных данных по таким каналам была очень низкой (десятки килобитов в секунду), набор предоставляемых услуг в глобальных сетях такого типа обычно ограничивался передачей файлов (преимущественно в фоновом режиме) и электронной почтой. Помимо низкой скорости такие каналы имеют и другой недостаток — они вносят значительные искажения в передаваемые сигналы. Поэтому протоколы глобальных сетей, построенных с использованием каналов связи низкого качества, отличаются сложными процедурами контроля и восстановления данных. Типичным примером таких сетей являются сети Х.25, разработанные еще в начале 70-х, когда низкоскоростные аналоговые каналы, арендуемые у телефонных компаний, были преобладающим типом каналов, соединяющих компьютеры и коммутаторы глобальной вычислительной сети.
В 1969 году министерство обороны США инициировало работы по объединению в единую сеть суперкомпьютеров оборонных и научно-исследовательских центров. Эта сеть, получившая название ARPANET, стала отправной точкой для создания первой и самой известной ныне глобальной сети — Интернет.
Сеть ARPANET объединяла компьютеры разных типов, работавшие под управлением различных операционных систем (ОС) с дополнительными модулями, реализующими коммуникационные протоколы, общие для всех компьютеров сети. ОС этих компьютеров можно считать первыми сетевыми операционными системами.
Истинно сетевые ОС в отличие от многотерминальных ОС позволяли не только рассредоточить пользователей, но и организовать распределенные хранение и обработку данныхмежду несколькими компьютерами, связанными электрическими связями. Любая сетевая операционная система, с одной стороны, выполняет все функции локальной операционной системы, а с другой стороны, обладает некоторыми дополнительными средствами, позволяющими ей взаимодействовать через сеть с операционными системами других компьютеров. Программные модули, реализующие сетевые функции, появлялись в операционных системах постепенно, по мере развития сетевых технологий, аппаратной базы компьютеров и возникновения новых задач, требующих сетевой обработки.
Прогресс глобальных компьютерных сетей во многом определялся прогрессом телефонных сетей.
С конца 60-х годов в телефонных сетях все чаще стала применяться передача голоса в цифровой форме.
Это привело к появлению высокоскоростных цифровых каналов, соединяющих автоматические телефонные станции (АТС) и позволяющих одновременно передавать десятки и сотни разговоров.
К настоящему времени глобальные сети по разнообразию и качеству предоставляемых услуг догнали локальные сети, которые долгое время лидировали в этом отношении, хотя и появились на свет значительно позже.
Важное событие, повлиявшее на эволюцию компьютерных сетей, произошло в начале 70-х годов. В результате технологического прорыва в области производства компьютерныхкомпонентов появились большие интегральные схемы (БИС). Их сравнительно невысокая стоимость и хорошие функциональные возможности привели к созданию мини-компьютеров, которые стали реальными конкурентами мэйнфреймов. Эмпирический закон Гроша перестал соответствовать действительности, так как десяток мини-компьютеров, имея ту же стоимость, что и мэйнфрейм, решали некоторые задачи (как правило, хорошо распараллеливаемые) быстрее.
Даже небольшие подразделения предприятий получили возможность иметь собственные компьютеры. Мини-компьютеры решали задачи управления технологическим оборудованием, складом и другие задачи уровня отдела предприятия. Таким образом, появилась концепция распределения компьютерных ресурсов по всему предприятию. Однако при этом все компьютеры одной организации по-прежнему продолжали работать автономно:
Автономное использование нескольких мини-компьютеров на одном предприятии
Шло время, и потребности пользователей вычислительной техники росли. Их уже не удовлетворяла изолированная работа на собственном компьютере, им хотелось в автоматическом режиме обмениваться компьютерными данными с пользователями других подразделений. Ответом на эту потребность стало появление первых локальных вычислительных сетей.
Различные типы связей в первых локальных сетях
Локальные сети (Local Area Network, LAN) — это объединения компьютеров, сосредоточенных на небольшой территории, обычно в радиусе не более 1-2 км, хотя в отдельных случаях локальная сеть может иметь и большие размеры, например несколько десятков километров. В общем случае локальная сеть представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую одной организации.
На первых порах для соединения компьютеров друг с другом использовались нестандартные сетевые технологии. Это вызывало много проблем свзязанных с несовместимостью сетевого оборудования.
Сетевая технология — это согласованный набор программных и аппаратных средств (например, драйверов, сетевых адаптеров, кабелей и разъемов), а также механизмов передачиданных по линиям связи, достаточный для построения вычислительной сети.
Разнообразные устройства сопряжения, использующие собственные способы представления данных на линиях связи, свои типы кабелей и т. п., могли соединять только те конкретные модели компьютеров, для которых были разработаны, например, мини-компьютеры PDP-11 с мэйнфреймом IBM 360 или мини-компьютеры HP с микрокомпьютерами LSI-11. Такая ситуация создала большой простор для творчества студентов — названия многих курсовых и дипломных проектов начинались тогда со слов «Устройство сопряжения…».
В середине 80-х годов положение дел в локальных сетях кардинально изменилось. Утвердились стандартные сетевые технологии объединения компьютеров в сеть Ethernet, Arcnet, Token Ring, Token Bus, несколько позже — FDDI.
Мощным стимулом для их появления послужили персональные компьютеры. Эти массовые продукты стали идеальными элементами построения сетей — с одной стороны, они были достаточно мощными, чтобы обеспечивать работу сетевого программного обеспечения, а с другой — явно нуждались в объединении своей вычислительной мощности для решения сложных задач, а также разделения дорогих периферийных устройств и дисковых массивов. Поэтому персональные компьютеры стали преобладать в локальных сетях, причем не только в качестве клиентских компьютеров, но и в качестве центров хранения и обработки данных, то есть сетевых серверов, потеснив с этих привычных ролей мини-компьютеры и мэйнфреймы.
Все стандартные технологии локальных сетей опирались на тот же принцип коммутации, который был с успехом опробован и доказал свои преимущества при передаче трафика данных в глобальных компьютерных сетях, — принцип коммутации пакетов.
Стандартные сетевые технологии превратили процесс построения локальной сети из решения нетривиальной технической проблемы в рутинную работу. Для создания сети достаточно было приобрести стандартный кабель, сетевые адаптеры соответствующего стандарта, например Ethernet, вставить адаптеры в компьютеры, присоединить их к кабелю стандартными разъемами и установить на компьютеры одну из популярных сетевых операционных систем, например Novell NetWare.
Разработчики локальных сетей привнесли много нового в организацию работы пользователей. Так, стало намного проще и удобнее, чем в глобальных сетях, получать доступ к общим сетевым ресурсам. Последствием и одновременно движущей силой такого прогресса стало появление огромного числа непрофессиональных пользователей, освобожденных от необходимости изучать специальные (и достаточно сложные) команды для сетевой работы.
Конец 90-х выявил явного лидера среди технологий локальных сетей — семейство Ethernet, в которое вошли классическая технология Ethernet со скоростью передачи 10 Мбит/с, а также Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с и Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с.
Простые алгоритмы работы предопределяют низкую стоимость оборудования Ethernet. Широкий диапазон иерархии скоростей позволяет рационально строить локальную сеть, выбирая ту технологию семейства, которая в наибольшей степени отвечает задачам предприятия и потребностям пользователей. Важно также, что все технологии Ethernet очень близки друг к другу по принципам работы, что упрощает обслуживание и интеграцию этих сетей.
Сегодня компьютерные сети есть практически в каждом доме и все знакомы со словом «Интернет». Но на пути развития этой глобальной сети производители сетевого оборудования сталкивались с проблемой несовместимости своего оборудования с оборудованием других компаний. Такая ситуация была очень не выгодна для всех, и было решено создать стандарты по производству сетевого оборудования и не только. Это, на мой взгляд, и послужило толчком к лавинному росту и развитию компьютерных сетей. На данный момент существует множество различных стандартов для сетевого оборудования, для кабелей, стандарты создания новых сетей и т.д. Все это результат долгой и кропотливой работы огромного числа людей. Без них не было бы Интернета.
Ключом к понимаю организации и структуре современных компьютерных сетей является четкое понимание созданных сетевых стандартов.
Развитие компьютерных сетей напрямую связано с развитием самих компьютеров, поэтому напомню основные этапы развития микрокомпьютерных технологий.
| Период времени | Этапы развития |
| Начало 40-х годов XX в. | Электромагнитные устройства больших размеров, подверженные частым сбоям |
| 1947 | Изобретение полупроводникового транзистора предоставило многочисленные возможности создания компактных и более надежных компьютеров |
| 50-е годы | Изобретена интегральная микросхема. В ней на одном небольшом полупроводниковом кристалле объединялись несколько транзисторов, позднее их количество было увеличено (в настоящее время – миллионы) |
| 60-е годы | Становится привычным использование мэйнфреймов с несколькими терминалами, широко применяются интегральные микросхемы |
| Конец 60-х годов и 70-е годы XX в. | Появляются небольшие компьютеры, которые стали называть миникомпьютерами |
| 1977 | Компания Apple Computer создает микрокомпьютер, названный персональным компьютером (Personal Computer – PC) |
| 1981 | Корпорация IBM создает свой первый персональный компьютер |
| Середина 80-х годов | Пользователи, работающие на отдельных, изолированных друг от друга компьютерах, начинают обмениваться данными (файлами) с помощью модема, подсоединенного к другому компьютеру. Этот способ связи получил название соединения ‘‘точка-точка’’, или удаленного соединения |
В 40-х годах XX века компьютеры представляли собой большие электромагнитные устройства, подверженные частым сбоям. Создание в 1946 году полупроводникового транзистора открыло много новых возможностей для создания компактных и более надежных компьютеров. В 50-х годах крупные организации стали использовать компьютеры-мэйнфремы, которые выполняли программы, записанные на перфокартах. В конце 50-х годов были созданы первые интегральные микросхемы.Они включали в себя сначала несколько транзисторов (основная структурная единица в компьютерной технике, изготавливается из полупроводникового материала (преимущественно кремний) и может сохранять свое «состояние» — есть сигнал (1) и нет сигнала (0) ), позднее количество транзисторов увеличивалось, а в настоящее время их количество в интегральной микросхеме достигает нескольких миллионов. На протяжении 60-х годов стало обычным использование мэйнфреймов с подключенными к ним терминалами, широко применялись интегральные микросхемы.
В конце 60-х годов — начале 70-х годов появились компьютеры меньшего размера, названные микрокомпьютерами (хотя по современным стандартам они имели довольно большие размеры). В 1977 году компания Apple Computer создала микрокомпьютер, названный персональным компьютером (Personal Computer — PC). В 1981 году корпорация IBM выпустила свой первый персональный компьютер PC. Благодаря дружественному пользователю интерфейсу компьютера Apple Macintosh, открытой структуре IBM PC и дальнейшей микроминиатюризации интегральных схем PC стали широко применяться как в домашних условиях, так и на производствах.
В середине 80-х годов пользователи, работающие на изолированных компьютерах, стали совместно использовать данные (файлы) с помощью модемов, подсоединенных к другому компьютеру. Такой вид связи назвали соединением типа ‘‘точка-точка’’, или соединением удаленного доступа. Данный подход был впоследствии расширен путем использования специально выделенных компьютеров, которые служили центральными точками связи для соединений удаленного доступа. Такие компьютеры получили название электронные доски объявлений (bulletin board, BBS — Bulletin Board System, система электронных досок объявлений, в которой через интерфейс терминального доступа можно пользоваться электронной почтой, перекачивать нужные файлы и (в последнее время) получать отдельные услуги Internet. На сегодняшний день такие системы мало распространены). Пользователи подсоединялись к доске объявлений, оставляли там свои сообщения, получали сообщения от других пользователей, загружали в систему файлы или переписывали на свой компьютер файлы из нее. Недостатком такой системы был очень низкий уровень прямых соединений пользователей друг с другом, а часто такое непосредственное соединение вообще отсутствовало. Кроме того, соединение можно было установить лишь с теми, кто знал о существовании доски объявлений. Другим существенным ограничением было то, что компьютер, выполняющий роль доски объявлений, требовал отдельного модема для каждого соединения с другим компьютером в сети. При одновременной работе пяти пользователей на доске объявлений требовались пять модемов, подсоединенных к пяти отдельным телефонным линиям. Можно себе представить, что бы произошло, если бы 500 пользователей захотели подсоединиться к доске объявлений одновременно!
С начала 60-х годов и вплоть до конца 90-х годов XX века Министерство обороны США (U.S. Department of Defense — DoD) разрабатывало крупные и надежные распределенные WAN-сети для военных и научных целей. Эта технология значительно отличалась от соединений типа ‘‘точка-точка’’, используемых в досках объявлений. Она позволяла соединять между собой большое количество компьютеров с использованием многих маршрутов. Сама сеть определяла, каким образом передавать данные от одного компьютера другому. При использовании такого типа связи стало возможным по одному соединению осуществлять связь со многими компьютерами, в отличие от прежней технологии, которая позволяла осуществлять только одно соединение. Сеть Министерства обороны постепенно превратилась в сеть Internet.
По материалам книги В.Г. Олифер, Н.А. Олифер «Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы», 4 издание.
itandlife.ru
Эволюция вычислительных сетей
План
1. Два корня сетей передачи данных
2. Появление первых вычислительных машин
3. Программные мониторы — первые операционные системы
4. Мультипрограммирование
5. Многотерминальные системы — прообраз сети
6. Первые сети — глобальные
Два корня сетей передачи данных
История любой отрасли науки или техники позволяет не только удовлетворить естественное любопытство, но и глубже понять сущность основных достижений в этой отрасли, а также выявить тенденции и правильно оценить перспективность тех или иных направлений развития.
Сети передачи данных, называемые также вычислительными или компьютерными сетями, являются результатом эволюции двух важнейших научно-технических отраслей современной цивилизации — компьютерных и телекоммуникационных технологий (рис.1.1):
С одной стороны, сети передачи данных представляют собой частный случай распределенных вычислительных систем, в которых группа компьютеров согласованно выполняет набор взаимосвязанных задач, обмениваясь данными в автоматическом режиме.
С другой стороны, компьютерные сети могут рассматриваться как средство передачи информации на большие расстояния, для чего в них применяются методы кодирования и мультиплексирования данных, получившие развитие в различных телекоммуникационных системах.
Рис. 1.1 Эволюция компьютерных сетей на стыке вычислительной техники и телекоммуникационных технологий
Итак, компьютерная сеть — это набор компьютеров, связанных коммуникационной системой и снабженных соответствующим программным обеспечением, которое предоставляет пользователям сети доступ к ресурсам этого набора компьютеров.
Сеть могут образовывать компьютеры разных типов — небольшие микропроцессоры, рабочие станции, мини-компьютеры, персональные компьютеры или суперкомпьютеры.
Передачу сообщений между любой парой компьютеров сети обеспечивает коммуникационная система, которая может включать кабели, повторители, коммутаторы, маршрутизаторы и другие устройства.
Компьютерная сеть позволяет пользователю работать со своим компьютером, как с автономным, и добавляет к этому возможность доступа к информационным и аппаратным ресурсам других компьютеров сети.
Появление первых вычислительных машин
Идея компьютера была предложена английским математиком Чарльзом Бэбиджем (Charles Babbage) в середине девятнадцатого века. Однако его механическая «аналитическая машина» по-настоящему так и не заработала.
Подлинное рождение цифровых вычислительных машин произошло вскоре после окончания второй мировой войны. В середине 40-х были созданы первые ламповые вычислительные устройства. Для этого периода характерно следующее:
— компьютер представлял собой скорее предмет исследования, а не инструмент для решения каких-либо практических задач из других областей;
— одна и та же группа людей участвовала и в проектировании, и в эксплуатации, и в программировании вычислительной машины;
— программирование осуществлялось исключительно на машинном языке;
— не было никакого системного программного обеспечения, кроме библиотек математических и служебных подпрограмм;
— операционные системы еще не появились, все задачи организации вычислительного процесса решались вручную каждым программистом с пульта управления.
С середины 50-х годов начался следующий период в развитии вычислительной техники, связанный с появлением новой технической базы — полупроводниковых элементов. В этот период:
— выросло быстродействие процессоров, увеличились объемы оперативной и внешней памяти;
— компьютеры стали более надежными;
— появились первые алгоритмические языки, и, таким образом, к библиотекам математических и служебных подпрограмм добавился новый тип системного программного обеспечения — трансляторы;
— были разработаны первые системные управляющие программы — мониторы, которые автоматизировали всю последовательность действий оператора по организации вычислительного процесса.
Программные мониторы — первые операционные системы
Программные мониторы явились прообразом современных операционных систем, они стали первыми системными программами, предназначенными не для обработки данных, а для управления вычислительным процессом.
В ходе реализации мониторов был разработан формализованный язык управления заданиями, с помощью которого программист сообщал системе и оператору, какие действия и в какой последовательности он хотел бы выполнить на вычислительной машине. Типовой набор директив обычно включал признак начала отдельной работы, вызов транслятора, вызов загрузчика, признаки начала и конца исходных данных.
Оператор составлял пакет заданий, которые в дальнейшем без его участия последовательно запускались на выполнение монитором. Кроме того, монитор был способен самостоятельно обрабатывать наиболее распространенные аварийные ситуации, возникающие при работе пользовательских программ, такие как отсутствие исходных данных, переполнение регистров, деление на ноль, обращение к несуществующей области памяти и т. д.
Мультипрограммирование
Следующий важный период развития операционных систем относится к 1965–1975 годам. В это время в технической базе вычислительных машин произошел переход от отдельных полупроводниковых элементов типа транзисторов к интегральным микросхемам, что открыло путь к появлению следующего поколения компьютеров, представителем которого является, например, IBM/360.
В этот период были реализованы практически все основные механизмы, присущие современным ОС: мультипрограммирование, мультипроцессирование, поддержка многотерминального многопользовательского режима, виртуальная память, файловые системы, разграничение доступа и сетевая работа. В эти годы начинается расцвет системного программирования. Из направления прикладной математики, представляющего интерес для узкого круга специалистов, системное программирование превращается в отрасль индустрии, оказывающую непосредственное влияние на практическую деятельность миллионов людей.
В условиях резко возросших возможностей компьютера, связанных с обработкой и хранением данных, выполнение только одной программы в каждый момент времени оказалось крайне неэффективным.
Начались разработки в области мультипрограммирования.
Мультипрограммирование — способ организации вычислительного процесса, при котором в памяти компьютера находится одновременно несколько программ, попеременно выполняющихся на одном процессоре.
Мультипрограммирование было реализовано в двух вариантах:
пакетная обработка;
разделение времени.
Системы пакетной обработки предназначались для решения задач в основном вычислительного характера, не требующих быстрого получения результатов. Главной целью и критерием эффективности систем пакетной обработки является максимальная пропускная способность, то есть решение максимального числа задач в единицу времени.
Для достижения этой цели в системах пакетной обработки используется следующая схема функционирования: в начале работы формируется пакет заданий, каждое задание содержит требование к системным ресурсам; из этого пакета заданий формируется мультипрограммный набор, то есть множество одновременно выполняемых задач. Для одновременного выполнения выбираются задачи, предъявляющие к ресурсам различные требования, так, чтобы обеспечивалась сбалансированная загрузка всех устройств вычислительной машины. Например, в мультипрограммном наборе желательно присутствие и вычислительных задач, и задач с интенсивным вводом-выводом. Таким образом, выбор нового задания из пакета заданий зависит от внутренней ситуации, складывающейся в системе, то есть выбирается «выгодное» задание. Следовательно, в вычислительных системах, работающих под управлением пакетных ОС, невозможно гарантировать выполнение того или иного задания в течение определенного периода времени.
В системах пакетной обработки переключение процессора с одной задачи на другую происходит по инициативе самой активной задачи, например, когда она «отказывается» от процессора из-за необходимости выполнить операцию ввода-вывода. Поэтому существует высокая вероятность того, что одна задача может надолго занять процессор, и выполнение интерактивных задач станет невозможным. Взаимодействие пользователя с вычислительной машиной, на которой установлена система пакетной обработки, сводится к тому, что пользователь приносит задание, отдает его диспетчеру-оператору, а в конце дня после выполнения всего пакета заданий получает результат. Очевидно, что такой порядок повышает эффективность функционирования аппаратуры, но снижает эффективность работы пользователя.
В системах разделения времени пользователям (или одному пользователю) предоставляется возможность интерактивной работы сразу с несколькими приложениями. Для этого каждое приложение должно регулярно взаимодействовать с пользователем. Понятно, что в пакетных системах возможности диалога пользователя с приложением ограничены.
В системах разделения времени эта проблема решается за счет того, что ОС принудительно периодически приостанавливает приложения, не дожидаясь, когда они сами освободят процессор. Всем приложениям попеременно выделяется квант процессорного времени, таким образом, пользователи, запустившие программы на выполнение, получают возможность поддерживать с ними диалог.
Системы разделения времени призваны исправить основной недостаток систем пакетной обработки — изоляцию пользователя-программиста от процесса выполнения задач. Каждому пользователю в этом случае предоставляется терминал, с которого он может вести диалог со своей программой. Так как в системах разделения времени каждой задаче выделяется только квант процессорного времени, ни одна задача не занимает процессор надолго, и время ответа оказывается приемлемым. Если квант небольшой, то у всех пользователей, одновременно работающих на одной и той же машине, складывается впечатление, что каждый из них использует машину единолично.
Ясно, что системы разделения времени обладают меньшей пропускной способностью, чем системы пакетной обработки, так как на выполнение принимается каждая запущенная пользователем задача, а не та, которая «выгодна» системе. Кроме того, производительность системы снижается из-за дополнительного расходования вычислительной мощности на более частое переключение процессора с задачи на задачу. Это вполне соответствует тому, что критерием эффективности систем разделения времени является не максимальная пропускная способность, а удобство и эффективность работы пользователя. Вместе с тем, мультипрограммное выполнение интерактивных приложений повышает и пропускную способность компьютера (пусть и не в такой степени, как пакетные системы). Аппаратура загружается лучше, поскольку пока одно приложение ждет сообщения пользователя, другие приложения могут обрабатываться процессором.
Многотерминальные системы — прообраз сети
Терминалы, выйдя за пределы вычислительного центра, рассредоточились по всему предприятию. Многотерминальный режим использовался не только в системах разделения времени, но и в системах пакетной обработки. При этом не только оператор, но и все пользователи получали возможность формировать свои задания и управлять их выполнением со своего терминала. Такие операционные системы получили название систем удаленного ввода заданий.
Терминальные комплексы могли располагаться на большом расстоянии от процессорных стоек, соединяясь с ними с помощью различных глобальных связей — модемных соединений телефонных сетей или выделенных каналов. Для поддержки удаленной работы терминалов в операционных системах появились специальные программные модули, реализующие различные (в то время, как правило, нестандартные) протоколы связи. Такие вычислительные системы с удаленными терминалами сохраняя централизованный характер обработки данных, в какой-то степени являлись прообразом современных компьютерных сетей (рис.1.2), а соответствующее системное программное обеспечение — прообразом сетевых операционных систем.
Рис. 1.2 Многотерминальная система — прообраз вычислительной сети
Многотерминальные централизованные системы уже имели все внешние признаки локальных вычислительных сетей, однако по существу ими не являлись, так как сохраняли сущность централизованной обработки данных автономно работающего компьютера.
Действительно, рядовой пользователь работу за терминалом мэйнфрейма воспринимал примерно так же, как сейчас воспринимает работу за подключенным к сети персональным компьютером. Пользователь мог получить доступ к общим файлам и периферийным устройствам, при этом у него создавалась полная иллюзия единоличного владения компьютером, так как он мог запустить нужную ему программу в любой момент и почти сразу же получить результат. (Некоторые далекие от вычислительной техники пользователи даже были уверены, что все вычисления выполняются внутри их дисплея.)
Первые сети — глобальные
Хотя теоретические работы по созданию концепций сетевого взаимодействия велись почти с момента появления вычислительных машин, значимые практические результаты по объединению компьютеров в сети были получены лишь в конце 60-х, когда с помощью глобальных связей и техники коммутации пакетов удалось реализовать взаимодействие машин класса мэйнфреймов и суперкомпьютеров. Эти дорогостоящие компьютеры хранили уникальные данные и программы, обмен которыми позволил повысить эффективность их использования.
Но еще до реализации связей «компьютер-компьютер», была решена более простая задача — организация связи «удаленный терминал-компьютер». Терминалы, находящиеся от компьютера на расстоянии многих сотен, а то и тысяч километров, соединялись с компьютерами через телефонные сети с помощью модемов. Такие сети позволяли многочисленным пользователям получать удаленный доступ к разделяемым ресурсам нескольких мощных компьютеров класса супер-ЭВМ.
И только потом были разработаны средства обмена данными между компьютерами в автоматическом режиме. На основе этого механизма в первых сетях были реализованы службы обмена файлами, синхронизации баз данных, электронной почты и другие, ставшие теперь традиционными, сетевые службы.
В 1969 году министерство обороны США инициировало работы по объединению в общую сеть суперкомпьютеров оборонных и научно-исследовательских центров. Эта сеть, получившая название ARPANET послужила отправной точкой для создания первой и самой известной ныне глобальной сети — Internet. Сеть ARPANET объединяла компьютеры разных типов, работавшие под управлением различных ОС с дополнительными модулями, реализующими коммуникационные протоколы, общие для всех компьютеров сети. Такие ОС можно считать первыми сетевыми операционными системами.
Сетевые ОС в отличие от многотерминальных позволяли не только рассредоточить пользователей, но и организовать распределенное хранение и обработку данных между несколькими компьютерами, связанными электрическими связями. Любая сетевая операционная система, с одной стороны, выполняет все функции локальной операционной системы, а с другой стороны, обладает некоторыми дополнительными средствами, позволяющими ей взаимодействовать по сети с операционными системами других компьютеров. Программные модули, реализующие сетевые функции, появлялись в операционных системах постепенно, по мере развития сетевых технологий, аппаратной базы компьютеров и возникновения новых задач, требующих сетевой обработки.
В 1974 году компания IBM объявила о создании собственной сетевой архитектуры для своих мэйнфреймов, получившей название SNA (System Network Architecture, системная сетевая архитектура). В это же время в Европе активно велись работы по созданию и стандартизации сетей X.25.
Таким образом, хронологически первыми появились глобальные сети (Wide Area Networks, WAN), то есть сети, объединяющие территориально рассредоточенные компьютеры, возможно, находящиеся в различных городах и странах. Именно при построении глобальных сетей были впервые предложены и отработаны многие основные идеи и концепции современных вычислительных сетей, такие, например, как многоуровневое построение коммуникационных протоколов, технология коммутации пакетов и маршрутизация пакетов в составных сетях.
Глобальные компьютерные сети очень многое унаследовали от других, гораздо более старых и глобальных сетей — телефонных.
Главным результатом создания первых глобальных компьютерных сетей был отказ от принципа коммутации каналов, на протяжении многих десятков лет успешно использовавшегося в телефонных сетях.
Выделяемый на все время сеанса связи составной канал с постоянной скоростью не мог эффективно использоваться пульсирующим трафиком компьютерных данных, у которого периоды интенсивного обмена чередуются с продолжительными паузами. Эксперименты и математическое моделирование показали, что пульсирующий и в значительной степени не чувствительный к задержкам компьютерный трафик гораздо эффективней передается по сетям, использующим принцип коммутации пакетов, когда данные разделяются на небольшие порции, которые самостоятельно перемещаются по сети за счет встраивания адреса конечного узла в заголовок пакета.
Так как прокладка высококачественных линий связи на большие расстояния обходится очень дорого, в первых глобальных сетях часто использовались уже существующие каналы связи, изначально предназначенные совсем для других целей. Например, в течение многих лет глобальные сети строились на основе телефонных каналов тональной частоты, способных в каждый момент времени вести передачу только одного разговора в аналоговой форме. Поскольку скорость передачи дискретных компьютерных данных по таким каналам была очень низкой (десятки килобит в секунду), набор предоставляемых услуг в глобальных сетях такого типа обычно ограничивался передачей файлов, преимущественно в фоновом режиме, и электронной почтой.
Помимо низкой скорости такие каналы имеют и другой недостаток — они вносят значительные искажения в передаваемые сигналы. Поэтому протоколы глобальных сетей, построенных с использованием каналов связи низкого качества, отличаются сложными процедурами контроля и восстановления данных. Типичным примером таких сетей являются сети X.25, разработанные еще в начале 70-х, когда низкоскоростные аналоговые каналы, арендуемые у телефонных компаний, были преобладающим типом каналов, соединяющих компьютеры и коммутаторы глобальной вычислительной сети.
Развитие технологии глобальных компьютерных сетей во многом определялось прогрессом телефонных сетей. С конца 60-х годов в телефонных сетях все чаще стала применяться передача голоса в цифровой форме, что привело к появлению высокоскоростных цифровых каналов, соединяющих АТС и позволяющих одновременно передавать десятки и сотни разговоров. Была разработана специальная технология плезиохронной цифровой иерархии (Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH), предназначенная для создания так называемых первичных, или опорных, сетей. Такие сети не предоставляют услуг конечным пользователям, они являются фундаментом, на котором строятся скоростные цифровые каналы «точка-точка», соединяющие оборудование другой (так называемой наложенной) сети, которая уже работает на конечного пользователя.
Первоначально технология PDH, поддерживающая скорости до 140 Мбит/с, была внутренней технологией телефонных компаний. Однако со временем эти компании стали сдавать часть своих каналов PDH в аренду предприятиям, которые использовали их для создания собственных телефонных и глобальных компьютерных сетей.
Появившаяся в конце 80-х годов технология синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy, SDH) расширила диапазон скоростей цифровых каналов до 10 Гбит/c, а технология спектрального мультиплексирования DWDM (Dense Wave Division Multiplexing) — до сотен гигабит и даже нескольких терабит в секунду.
Сегодня глобальные сети по разнообразию и качеству предоставляемых услуг догнали локальные сети, которые долгое время лидировали в этом отношении, хотя и появились на свет значительно позже.
www.ronl.ru
План
Введение
§1. Компьютерная сеть
1.1 Классификация компьютерных сетей
1.2 Структура компьютерных сетей
§2. Юридические и негативные аспекты компьютерных сетей
§3. Новые возможности компьютерных сетей
Заключение
Список используемой литературы
Введение
С появлением персональных компьютеров вопросы обмена данными приняли глобальный характер. Благодаря специальным программным и аппаратным средствам стало возможным организовать взаимодействие между людьми, отделенными друг от друга на расстояние в десятки тысяч километров.
Создание компьютерных сетей вызвано потребностью совместного использования информации на удаленных друг от друга компьютерах. Сети предоставляют ПК возможность не только обмена информацией, но также совместного использования оборудования одновременной работы с документами.
Все ещё при описании различных технологий приходится делать лирические отступления, ссылаясь на компьютерные сети будущего. Скептики скажут, это есть просто Сеть, и она вполне нас устраивает! Подключение к ней в наше время – дело быстрое и недорогое; бесплатного «софта», музыки и картинок – так зачем нужно что-то еще? Чтобы понять зачем. Заглянем в историю.
Цель моей работы: обзор истории возникновения и развития компьютерной сети (КС).
§ 1. Компьютерная сеть
Компьютеры уже не так давно вошли в современный мир, во все сферы человеческой деятельности, тем самым, создавая необходимость в обеспечении различным программным обеспечением. Объединение компьютеров в сети позволило значительно повысить производительность труда. Компьютеры используются как для производственных (или офисных) нуждах, так и для обучения в учебных заведениях.
В настоящее время компьютерные сети получили очень широкое распространение.
Если в одном здании или комплексе зданий имеется несколько компьютеров, пользователи которых должны совместно решать какие-то задачи, обмениваться данными или могут использовать общие данные, то эти компьютеры целесообразно объединить в компьютерную сеть. Компьютерная сеть — это группа из нескольких компьютеров, соединенных между собой посредством кабелей (иногда также телефонных линий или радиоканалов), через которые компьютеры могут обмениваться информацией. Использование компьютерных сетей позволяет обеспечить:
коллективную обработку данных пользователями подключенных в сеть компьютеров и обмен данными между ними;
совместное использование программ, а также принтеров, модемов и других устройств.
Поэтому практически все фирмы, имеющие более одного компьютера, объединяют свои компьютеры в компьютерные сети. Многие пользователи портативных компьютеров подключаются к компьютерной сети фирмы либо приходя в офис, либо соединяясь с компьютером фирмы по телефонным каналам посредством модема.
Процесс развития компьютера движется с постоянно быстрым ускорением, в связи, с чем в ближайшем будущем компьютеры станут обязательным и незаменимым атрибутом любого предприятия, офиса и организаций.
Одной из наиболее перспективных на данный момент областей исследования является разработка так называемых нейрокомпьютеров, основанных на молекулах ДНК, способных хранить большие объёмы информации относительно современного ПК при минимальных размерах самих носителей информации.
Большой успех в последнее время получили так называемые виртуозные технологии, которые позволяют с большой точностью моделировать физические явления, процессы, предметы, а так же их взаимодействие. Такие технологии используются в различных областях деятельности человека.
В настоящее время большинство организаций хранит и совместно использует в сетевой среде огромные объёмы жизненно важных данных. Вот почему сети сейчас так необходимы, как еще совсем недавно были необходимы пишущие машинки и картотеки.
Компьютерная сеть – объединение нескольких ЭВМ для совместного решения информационных, вычислительных, учебных и других задач.
Одна из первых возникших при развитии вычислительной техники задач, потребовавшая создания сети хотя бы из двух ЭВМ, — обеспечение многократно большей, чем могла дать в то время одна машина, надежности при управлении ответственным процессом в режиме реального времени. Так, при запуске космического аппарата необходимые темпы реакции на внешние события превосходят возможности человека, и выход из строя управляющего компьютера грозит непоправимыми последствиями. В простейшей схеме работу этого компьютера дублирует второй такой же, при сбое активной машины содержимое ее процесса и ОЗУ очень быстро перебрасывается на вторую, которая подхватывает управление (в реальных системах все, конечно, происходит существенно сложнее).
Вскоре после появления в начале 80-х годов ХХ в. Персональных компьютеров их стали объединяться в сети, что позволило совместно использовать файлы, базы данных и аппаратные ресурсы, такие как принтеры. К середине 80-х годов ХХ в. Сети стали несколько крупными и сложными, что управлять ими снова стали отделы информационного обеспечения. В настоящее время сети – это далеко не простые и легко обслуживаемые устройства. Кроме того, сети часто выходят за рамки одного учреждения, становятся глобальными. Это уже требует квалифицированного персонала другой сферы – специалистов по телефонным сетям, микроволновой или спутниковой связи.
Сети ЭВМ породили новые технологии обработки информации – сетевые технологии. В простейшем случае сетевые технологии позволяют совместно исключать ресурсы — накопители большой емкости, печатающие устройства, доступ к Интернету, базы и банки данных. Простая и ставшая привычной необходимостью возможность – обмен электронными сообщениями (электронная почта) между пользователями компьютерной сети. В условиях организации электронная почта обеспечивает электронный управленческий документооборот. Наиболее современные и перспективные подходы к сетям связаны с использованием коллективного разделения труда при совместной работе с информацией – разработке различных документов и проектов, совместном использовании базы данных, управлении учреждением или предприятиям.
Благодаря относительно большим длинам линий связи, по КС можно предавать информацию в цифровом виде с высокой скоростью передачи. На небольших расстояниях такой способ передачи неприемлем из- за неизбежного затухания высокочастотных сигналов, в этих случаях приходится прибегать к дополнительным техническим (протоколам коррекции ошибок) решениям. При подключении компьютера к сети он становится узлом сети и называется рабочей станцией.
После запуска СССР искусственного спутника Земли в 1957 году Министерство обороны США посчитало, что на случай войны требовалась надёжная система передачи информации и повсеместно распространялась. Агентство передовых исследовательских проектов США (DARPA) предложило разработать для этого компьютерную сеть. Разработка такой сети была поручена университету в Лос-Анджелесе. Компьютерные сеть была названа ARPANET и в 1969 году в рамках проекта сеть объединила четыре указанных научных учреждения, все работы финансировались за счёт Министерства обороны США. Затем сеть ARPANET начала активно развиваться, после чего её начали использовать ученые работники из разных областей науки.
Первый сервер ARPANET был установлен 1 сентября 1969 года в Калифорнийском университете. Этот компьютер «Honeywell 516» имел 12 КБ оперативной памяти.
К 1971 году была разработана первая программа для отправки электронной почты по сети, где программа сразу стала очень популярна и практична.
В 1973 году к сети были подключены через телефонный кабель первые организации из Великобритании и Норвегии, где сеть стала международной.
В 1970-х годах сеть в основном использовалась для отправки электронной почты, тогда же появились первые списки почтовой рассылки, новости и доска объявлений. Однако в то время сеть ещё не могла взаимодействовать с другими сетями, построенными на других легко технических стандартах. К концу 1970-х годов начали быстро развиваться протоколы передачи данных, которые были стандартны в 1982—83 годах.
Активную роль в разработке и стандартизации сетевых протоколов играл Джон Постел. 1 января 1983 года сеть ARPANET перешла с протокола NCP на TCP/IP1, который характерно применяется до сих пор для объединения (или, как ещё говорят, «наслоения») сетей. Именно в 1983 году термин «Интернет» закрепился за сетью ARPANET.
В 1984 году у сети ARPANET появился соперник. Национальный научный фонд США основал обширную сеть NSFNet (англ. National Science Foundation Network), которая была составлена из более неразвитых сетей (включая известные тогда сети Usenet и Bitnet) и имела гораздо большую способность, чем ARPANET. К этой сети за год подключились примерно 15 тыс. компьютеров, название «Интернет» начало плавно переходить к NSFNet.
В 1988 году был изобретён протокол Internet Relay Chat (IRC), благодаря чему в Интернете стало возможно общение в реальном виде.
В 1989 году в Европейском совете по ядерным исследованиям родилась концепция Всемирной паутины. Всеми́рная паути́на (англ. World Wide Web) — глобально-информационное пространство, основанное на структуре Интернета и протоколе передачи данных HTTP. Для обозначения Всемирной паутины также используют слово веб (англ. web) и «WWW».
Эту концепцию предложил знаменитый британский учёный Тим Бернерс-Ли, где в течение трех лет разработал протокол HTTP, язык HTML и идентификаторы URI.
В 1990 году сеть ARPANET прекратила своё существование, полностью проиграв конкуренцию NSFNet. В том же году было зафиксировано первое подключение к Интернету по телефонной линии (т. е. «дозвон» — англ. Dialup access).
В 1991 году Всемирная паутина стала развита и доступна в Интернете, а в 1993 году появился знаменитый веб-браузер NCSA Mosaic. Всемирная паутина набирала известность.
В 1995 году NSFNet вернулась к роли исследовательской сети, планом всего трафика Интернета теперь занимались сетевые провайдеры, а не суперкомпьютеры Национального научного фонда.
В том же 1995 году Всемирная паутина стала главным поставщиком информации в Компьютерныесети, обогнав по трафику протокол пересылки файлов FTP, был образован Консорциум всемирной паутины (W3C). Можно сказать, что Всемирная паутина приобрела Интернет и создала его национальный облик.
С 1996 года Всемирная паутина2в некоторой степени подменяет собой понятие «Интернет».
В 1990-е годы Интернет объединил в себе большинство просуществовавших тогда сетей (хотя некоторые, как Фидонет, остались такими же). Соединение выглядело привлекательным благодаря отсутствию единого руководства, а также благодаря открытости технических стандартов Интернета, что делало локальные сети независимыми от бизнеса и конкретных компаний.К 1997 году в Интернете насчитывалось уже около 15 млн компьютеров, было зарегистрировано более 1 млн доменных имён. Интернет стал очень популярным средством для обмена информацией.
--PAGE_BREAK--В 1998 году папа римский Иоанн Павел II учредил всемирный День Интернета (30 сентября).
В настоящее время подключиться к локальным сетям можно через спутники связи, кабельное телевидение, радиосигнал, телефон, сотовую связь, специальные оптико-волоконные линии или электропровода. Всемирная сеть стала неотъемлемой частью жизни в развитых и развивающихся странах.
Рождение компьютерных сетей было вызвано практической потребностью – иметь возможность для совместного использования данных. Если бы пользователь подключил свой компьютер к другим, он смог бы работать с их данными и их принтерами. Сетью называется группа соединенных компьютеров и других устройств.
Компьютерная сеть — набор аппаратных средств и алгоритмов, обеспечивающих соединение компьютеров, периферийных устройств и позволяющих им совместно использовать общую дисковую память, периферийные устройства, обмениваться данными.Компьютеры подключенные к локальной сети называются станциями.
Понятие ЛВС относится к географически ограниченным аппаратно — программным комплексам, в которых несколько компьютерных систем связаны между собой с помощью соответствующих средств коммуникаций.
Назначение компьютерных сетей — совместное использование ресурсов и осуществление интерактивной связи как внутри одной фирмы (предприятия), так и за пределами.
На сегодняшний день более 130 млн. компьютеров, т.е. более 80%, объединены в компьютерные сети, начиная от малых локальных сетей до глобальных сетей Internet. Тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом причин, таких как:
необходимость получения и передачи сообщений не отходя от рабочего места;
необходимость быстрого обмена информацией между пользователями;
возможность быстрого получения разнообразной информации, вне зависимости от ее местонахождения.
К середине 2008 года число пользователей, регулярно использующих компьютерную сеть, составило около 1,4 млрд. человек3.
В настоящее время компьютерные сети выходят за пределы ЛВС и вырастают в глобальные сети (ГВС), охватывая целые страны и континенты.
Интересная информация: русский писатель, философ и общественный деятель XIX века Владимир Одоевский (1803—1869) в своём незаконченном романе «4338-й год», похоже, первым предсказал появление современных устройств и Интернета. Среди других размышлений в тексте романа существуют следующие строки «между знакомыми домами устроены магнетические телеграфы, посредством которых живущие на далеком расстоянии, общаются друг с другом».
В 1997г. в целях совершенствования информационного обеспечения научно-технической сферы Совет Министров постановил признать полное активное создание единой научно-информационной компьютерной сети, определив ГКНТ государственным заказчиком по разработке и внедрению этой сети…(Постановление СМ №1677 от 18.12.1997).
В 1998г. в целях обеспечения развития работ по созданию НИКС Совет Министров постановляет ГКНТ приступить к формированию информационных ресурсов единой научно-информационной компьютерной сети, отработке перспективных сетевых приложений и телекоммуникационных технологий, обеспечивающих высокоскоростной доступ ведущих научных организаций и образовательных учреждений к международным и создаваемым в республике базам научно-технической информации...(Постановление СМ №1609 от 22.10.1998).
В 2000г. БГУ приступил к разработке проекта и строительству 1-ой очереди опорной магистрали научно-информационной компьютерной сети и основных принципов ее администрирования.
В 2002г. в соответствии с решением Межведомственной комиссии по вопросам информатизации (Протокол №05\185 от 01.07.1999) Центр информационных ресурсов и коммуникаций БГУ осуществляет проектирование, строительство, эксплуатацию и администрирование научно-информационной компьютерной сети Республики Беларусь, созданной в соответствии с Постановлением Совета Министров Республики Беларусь (Постановление СМ РБ №1609 от 22.10.1998)
Классификация компьютерных сетей
По размеру, охваченной территории (по масштабам):
Локальная сеть (LAN, Local Area Network) — совместное подключение нескольких отдельных компьютеров к единому каналу передачи данных, сеть в пределах одной организации, учреждении, фирм. Размер локальных сетей не превышает нескольких километров (до 10км).
Объединение нескольких зданий (CAN, Campus Area Network)
Городская или региональная сеть (MAN, Metropolitan Area Network)- в пределах города и региона.Абоненты могут находится в 10 … 100 км.В настоящее время такая каждая сеть является частью некоторой глобальной сети и особой спецификой по отношению к глобальным сетям не отличается.
Глобальная вычислительная сеть (WAN, Wide Area Network) глобальная сеть, соединяющие страны, континенты. В общем случае компьютер может находиться в любой точке земного шара. Это обстоятельство делает экономически невозможным прокладку линий связи, например, телефонные линии и спутниковые линии связи.
По типу функционального взаимодействия:
Клиент-сервер — выполнение специфических действий по запросам клиента, при этом сам сервер не инициирует никаких взаимодействий с клиентом.
Смешанная сеть – вид, обеспечивающий связь с разными пользователями, и позволяющие совместно использовать различные файлы, дисководы, принтеры.
Одноранговая сеть — простейший вид сети, обеспечивающий связь персональных компьютеров конечных пользователей и позволяющая совместно использовать дисководы, принтеры, файлы.
Многоранговые сети – вид, обеспечивающий разнообразие пользователей.
По типу сетевой топологии:
Шина — устройство подключается к кабелю последовательно, ограничение на длину определяет максимальное расстояние между станциями. (Недостаток — при использовании топологии шины сложно определить неисправность кабельной системы)
Звезда — каждое устройство подключается к центральному устройству. Передача данных только через центральное устройство. Достоинства: при соединении звездного типа легко искать неисправность в сети. Недостатки: этот тип не всегда надежен, потому что выход из строя центрального узла может привести к остановке сети.
Кольцо — к кабельному сегменту последовательно соединяются все станции сети, чтобы получилось кольцо. Данные передаются только в одном направлении.
Ячеистая (смешанная) топология — используется в региональных сетях. При выходе любого сегмента существует маршрут, по которому данные могут, переданы заданному узлу и обладает высокой точностью перезагрузкам сети (всегда можно найти маршрут наименования загруженных передачи данных).
По сетевым оперативным сетям — наиболее широкое распространение получили:
UNIX (LINUX) – сложная в освоении универсальной операционной системы, обладающей избыточными возможностями по отношению к использованию на персональных компьютерах, задачам поддержки компьютерной сети и обеспечению доступа к глобальным сетям. Это многопользовательская сетевая оперативная система с сетевой оконной графической системой X Window System. ОС Linux поддерживает стандарты открытых систем протоколы сети Интернет. Все компоненты системы, включая исходные тексты, распространяются с лицензий на свободное копирование и установку для неограниченного числа пользователей.
Windows – широко распространен в России, да и во всем мире. Причины такой распространенности системы – её дружественность, простота настроек и использования, пониженные требования к подготовке пользователей, ориентация на открытую недорогую платформу IBM-Intel, а также изобилие программного обеспечения «под ключ», совместимого с Windows и выпускаемого, прежде всего, самой компанией Microsoft.
Novell Net Ware – в настоящее время утратило большую популярность. Примером является централизованное управление. Выделенный компьютер – сервер поддерживает и отвечает за все сетевые ресурсы, в то время как любой клиент имеет доступ к ресурсам только через сетевую оболочку.
1.2 Структура компьютерных сетей
Если подразделения предприятия расположены не очень далеко друг от друга (скажем, в пределах одного города), можно проложить собственные линии связи между подразделениями (естественно, это стоит очень дорого). Но чаще целесообразно арендовать имеющиеся линии связи у поставщиков телекоммуникационных услуг (в нашей стране это — Спринт, Роспак, Роснет, Совам — телепорт, Голден Лайн и др.). При этом требуется проложить кабель только от каждого подразделения предприятия до ближайшего к этому подразделению узла сети поставщика телекоммуникационных услуг. Если объем данных, передаваемых и принимаемых подразделением предприятия, незначителен, то с узлом сети поставщика телекоммуникационных услуг можно связываться по телефонным линиям с помощью модема.
В принципе, можно не связываться с поставщиками телекоммуникационных услуг, а использовать в качестве транспорта между узлами распределенной сети InterNet. Но здесь возникают проблемы с безопасностью, пропускной способностью и надежностью такого соединения.
Естественно, во всех случаях для создания распределенной сети необходимо соответствующее оборудование (модемы, маршрутизаторы и др.). В нашей стране создание распределенных сетей весьма затруднено. Во-первых, большинство сколько-либо разветвленных сетей передачи данных в нашей стране — это низкоскоростные аналоговые сети, малопригодные для передачи больших массивов. Во-вторых, прокладка кабелей связи очень дорого стоит и сталкивается с многочисленными бюрократическими препятствиями.
Для эффективной работы пользователей в компьютерной сети применяется вспомогательное программное обеспечение:
Электронная почта -обеспечивает доставку писем (а часто и произвольных файлов, а также голосовых и факсимильных сообщений) от одних пользователей компьютерной сети другим, а иногда позволяет общаться и с удаленными пользователями по модему или через InterNet;
Средства удаленного доступа — позволяют подключаться к компьютерной сети с помощью модема и работать на компьютере, как будто он непосредственно подключен в сеть;
Средства групповой работы-позволяют совместно работать над документами, обеспечивают согласованность версий документов у разных пользователей, предоставляют средства для организации документооборота предприятия и т.д.;
Программы резервирования -позволяют создавать резервные копии данных, хранящихся на компьютерах компьютерной сети, а при необходимости — восстанавливать данные по их резервной копии;
Средства управления локальной сетью — позволяют управлять ресурсами компьютерной сети с одного рабочего места.
§2. Юридические и негативные аспекты компьютерных сетей
продолжение --PAGE_BREAK--У Интернета нет собственника, так как он является разновидностью сети, которые имеют распространенную географическую принадлежность.
Интернет стал достоянием человечества.
Компьютерную сеть нельзя выключить целиком, поскольку сети не имеют единого внешнего управления.
В Интернете имеется много полезных и даже не нужных свойств, для заинтересованных лиц. Это, прежде всего, средство хранения и распространения, передачи информации. По маршруту транспортировки незакодированная информация может быть перехвачена, прочитана и переделана.
Интернет может связать каждый компьютер с любым другим, подключенным к Сети, так же, как и телефонная сеть. Если телефон имеет автоответчик, то он способен распространять информацию, записанную в него, любому кто позвонил. Сайты в Интернете распространяют информацию по такому же принципу: индивидуально по инициативе читателя.
Распространение информации по локальной сети имеет такую же природу, что и новости в социальной среде. Если к информации есть большой интерес, то она распространяется быстро и всевозможно, нет интереса — нет распространения.
Чтение информации, полученной из Интернета или любой другой сети ЭВМ, относится, как правило, к непубличному воспроизведению текста или чего-либо другого. За распространение (разглашение), информации в Интернете, если это государственная или тайна, клевета, другие запрещённые законом к распространению сведения, вполне реальна юридическая ответственность по законам того места, откуда информация введена.
Компьютерная сеть предоставляет широкие технические возможности для общения. Кроме того, в ней сравнительно легко найти людей с похожими интересами и на разные взгляды. В принципе, общение в Сети начать проще, чем при личной встрече. Эти причины определяют создание и быстрое развитие веб-сообществ — групп людей, имеющих общие интересы, общающиеся через Интернет. Похожие Интернет-сообщества постепенно начинают играть движимую роль в жизни всего общества.
Современная компьютерная сеть имеет также очень много социальных и культурных разделов. Она является удобной информационной глобальной средой общения.
С развитием популярности Компьютерной сети проявились и негативные аспекты его применения. К примеру, некоторые люди настолько увлекаются виртуальным пространством, что начинают предпочитать Интернет в реальности, проводя за компьютером до 15 часов в день. Такую подобную зависимость многие считают сходной с химической зависимостью вроде курения или наркомании. Выражение Интернет — зависимости звучит так: «Это навязчивое желание войти в Интернет, находясь в прямой линии, и неспособность (нежелание) выйти из Интернета». По данным различных исследований, Интернет — зависимыми сегодня являются около 10 % пользователей во всём мире. Российские психиатры считают, что сейчас в стране таковых 4—6 %.
Во многих странах существуют серьёзные и постоянные ограничения на функционирование сети, то есть на международном уровне осуществляется запрет на доступ к отдельным незарегистрированным сайтам (СМИ, аналитическим, порнографическим) или всей сети.
Поскольку в компьютерных сетях присутствуют информационные ресурсы, которые бывают неудобны для некоторых стран, то последние пытаются декларировать компьютерную сеть (а это информационная среда, как и телефонная сеть, или просто бумага) как средство массовой информации, со всеми вытекающими ограничениями. Но встречается и государственная монополия на само подключение к сети.
Поскольку компьютерная сеть всегда развивалась стихийно и только на этапе превращения его в Интернет (глобальную сеть) правительства стали проявлять всё возрастающий интерес к его функционированию, возможности цензуры ограничены, так как сейчас уже ни одно государство в мире не решится полностью отключить внутренние сети от внешних. Это ограничивает и устраняет возможность цензуры. По признанию одного из отцов интернет: «Мы не смогли бы сделать ничего подобного, если бы это с самого начала находилось под контролем государства».
В то же время многие информационные ресурсы официально подвергают цензуре (модерации) публикуемую ими информацию в зависимости от настоящей политики и собственных внутренних правил и дел. Это не противоречит демократическим принципам свободы слова.
В апреле т2006 года компания «Google», наконец, открыла свой поисковый сайт на китайском языке. Однако по условиям соглашения и взаимодействия с китайским правительством, результаты поисков будут несколько ограничены и уменьшены в своих целях.
В период с 2005 по 2008 год, на Кубе Компьютерной сетью могли пользоваться только врачи, остальным гражданам это было запрещено на законодательном уровне.
§3. Новые возможности компьютерных сетей
В документах 1998 года специалисты прогнозировали, что 4 миллиарда IP-адресов закончатся к 2018 году. В 2000-м говорили, что их хватит до 2013-го, в 2005-м стало очевидно, что до наступления первых проблем осталось два-три года.
Чтобы примерно представить, сколько приборов сейчас реально претендуют на IP-адреса, достаточно вспомнить, что в 1996 году в мире действовало 300 миллионов персональных компьютеров, в 2000-м эта цифра уже приблизилось к 600 млн., а к 2010 году прогнозируют цифру в 1,3 млрд. К ним стоит добавить серверы, а их также немало, сетевое оборудование, которое составляет физическую основу Интернета, КПК, сотовые телефоны и другие устройства с выходом в Сеть.
В целом, как показала практика, стоимость обработки данных в компьютерных сетях, за счет расширения возможностей обработки данных, лучшей загрузки ресурсов и повышения надежности функционирования системы, не менее чем в полтора раза ниже по сравнению с обработкой аналогичных данных на автономных компьютерах.
При объединении компьютеров в сеть система должна сохранять надежность, то есть отказ, какого – либо компьютера не должен приводить к остановке работы системы, и более того, должна обеспечиваться передача функций отказавшего компьютера на другой компьютер сети.
В 2004 году в мире было зарегистрировано 63 миллиона доменных имен.
В 2002 году компания LG представила общественности первый холодильник с выходом в Интернет. В 2005 году его уже можно купить в России.4
В популярной прессе упоминается, что разрядности IPv6 хватит более чем на 1000 адресов на каждый квадратный метр поверхности нашей планеты. Наши собственные вычисления показывают, что это цифра занижена на несколько порядков. Площадь поверхности Земли к слову, — 510 073 млн. км2.
23 мая 2007 года суд города Новосибирска запретил сети Academ.org («Первая Миля») пускать своих пользователей на экстремистские ресурсы. Как отмечается в заявлении прокуратуры от 29 мая, ею «предприняты некоторые меры, позволяющие ограничить и удалить доступ пользователей к Интернет-ресурсам, имеющие признаки экстремизма». Совместно с областным управлением ФСБ прокуроры проверено четыре районных провайдеров: «Первая Миля», «Академтелеком», «Полимэкс плюс» и «СибирьТелеком» на осуществление доступа к экстремистским ресурсам.
Бурное развитие компьютерных сетей и подключение все большего числа персонального компьютера к сетям привело в последние десятилетия к формированию основ концепции сетевого компьютера.
Заключение
Следуя из того, какого прогресса смогли сетевые технологии достичь за последние годы, не трудно догадаться, что в ближайшее время скорость передачи данных по компьютерной сети возрастет минимум вдвое.
Привычный 10мегабитная компьютерная сеть, долгое время занимающий главенствующие позиции активно пользуется современными и существенно более быстрыми технологиями передачи данных.
W3C разрабатывает для компьютерной сети в единые принципы и стандарты (называемые «Рекомендациями», англ. W3C Recommendations), которые затем внедряются производителями программ и оборудованиям. И таким образом достигается совместимость и сосредоточенность между программными продуктами и аппаратурой различных компаний, что делает Компьютерную сеть более совершенной, универсальной и удобной. Все Рекомендации Консорциума компьютерной сети открыты, то есть защищены и могут внедряться любым человеком без всяких трудностей.
Ярким примером объединения компьютерных сетей в единое сообщество сетей является Интернет (Internet). Успех Интернета повлиял на развитие корпоративных сетей Интранет (Intranet). Иногда эти сети называют глобальными ЛВС, а работа с ними аналогична работе с Internet.
На этом историю можно закончить — компьютерная сеть приняла вполне современные очертания. Развитие технологии на этом, конечно, не остановилось.
Список использованной литературы
Фигурнов В.Э./ IBM РС для пользователя. Краткий курс.- М.: ИНФРА-М, 2001.
В.А. Дуленко, Ю.С. Кабальнов и др./Основы современных компьютерных технологий для юристов: Учебник – Уфа: ОН и УЮИ ВМД РФ, 2003.
А.В.Могилев, Е.К.Хеннер и др./ Пособие для студ.высш.пед.учеб.заведений 3-е изд, стер. – М.: Изд.центр « Академия», 2008.
Е.В. Михеева/ Информационные технологии в профессиональной дея-сти – 2-е изд., стер. – М.: Изд.центр «Академия», 2005.
С.Я. Казанцев/ Информатика и математика для юристов – 2-е изд., перераб. И доп. – М.: ЮНИТИДАНА, 2006.
Материалы из программы « Кирилл и Мефодий»
Журнал « Домашний компьютер » /12.2005. стр. 90-95.
Материалы сайта « Юридическая Энциклопедия»
www.ronl.ru
Эволюция вычислительных сетей
План
1. Два корня сетей передачи данных
2. Появление первых вычислительных машин
3. Программные мониторы — первые операционные системы
4. Мультипрограммирование
5. Многотерминальные системы — прообраз сети
6. Первые сети — глобальные
Два корня сетей передачи данных
История любой отрасли науки или техники позволяет не только удовлетворить естественное любопытство, но и глубже понять сущность основных достижений в этой отрасли, а также выявить тенденции и правильно оценить перспективность тех или иных направлений развития.
Сети передачи данных, называемые также вычислительными или компьютерными сетями, являются результатом эволюции двух важнейших научно-технических отраслей современной цивилизации — компьютерных и телекоммуникационных технологий (рис.1.1):
С одной стороны, сети передачи данных представляют собой частный случай распределенных вычислительных систем, в которых группа компьютеров согласованно выполняет набор взаимосвязанных задач, обмениваясь данными в автоматическом режиме.
С другой стороны, компьютерные сети могут рассматриваться как средство передачи информации на большие расстояния, для чего в них применяются методы кодирования и мультиплексирования данных, получившие развитие в различных телекоммуникационных системах.
Рис. 1.1 Эволюция компьютерных сетей на стыке вычислительной техники и телекоммуникационных технологий
Итак, компьютерная сеть — это набор компьютеров, связанных коммуникационной системой и снабженных соответствующим программным обеспечением, которое предоставляет пользователям сети доступ к ресурсам этого набора компьютеров.
Сеть могут образовывать компьютеры разных типов — небольшие микропроцессоры, рабочие станции, мини-компьютеры, персональные компьютеры или суперкомпьютеры.
Передачу сообщений между любой парой компьютеров сети обеспечивает коммуникационная система, которая может включать кабели, повторители, коммутаторы, маршрутизаторы и другие устройства.
Компьютерная сеть позволяет пользователю работать со своим компьютером, как с автономным, и добавляет к этому возможность доступа к информационным и аппаратным ресурсам других компьютеров сети.
Появление первых вычислительных машин
Идея компьютера была предложена английским математиком Чарльзом Бэбиджем (Charles Babbage) в середине девятнадцатого века. Однако его механическая «аналитическая машина» по-настоящему так и не заработала.
Подлинное рождение цифровых вычислительных машин произошло вскоре после окончания второй мировой войны. В середине 40-х были созданы первые ламповые вычислительные устройства. Для этого периода характерно следующее:
— компьютер представлял собой скорее предмет исследования, а не инструмент для решения каких-либо практических задач из других областей;
— одна и та же группа людей участвовала и в проектировании, и в эксплуатации, и в программировании вычислительной машины;
— программирование осуществлялось исключительно на машинном языке;
— не было никакого системного программного обеспечения, кроме библиотек математических и служебных подпрограмм;
— операционные системы еще не появились, все задачи организации вычислительного процесса решались вручную каждым программистом с пульта управления.
С середины 50-х годов начался следующий период в развитии вычислительной техники, связанный с появлением новой технической базы — полупроводниковых элементов. В этот период:
— выросло быстродействие процессоров, увеличились объемы оперативной и внешней памяти;
— компьютеры стали более надежными;
— появились первые алгоритмические языки, и, таким образом, к библиотекам математических и служебных подпрограмм добавился новый тип системного программного обеспечения — трансляторы;
— были разработаны первые системные управляющие программы — мониторы, которые автоматизировали всю последовательность действий оператора по организации вычислительного процесса.
Программные мониторы — первые операционные системы
Программные мониторы явились прообразом современных операционных систем, они стали первыми системными программами, предназначенными не для обработки данных, а для управления вычислительным процессом.
В ходе реализации мониторов был разработан формализованный язык управления заданиями, с помощью которого программист сообщал системе и оператору, какие действия и в какой последовательности он хотел бы выполнить на вычислительной машине. Типовой набор директив обычно включал признак начала отдельной работы, вызов транслятора, вызов загрузчика, признаки начала и конца исходных данных.
Оператор составлял пакет заданий, которые в дальнейшем без его участия последовательно запускались на выполнение монитором. Кроме того, монитор был способен самостоятельно обрабатывать наиболее распространенные аварийные ситуации, возникающие при работе пользовательских программ, такие как отсутствие исходных данных, переполнение регистров, деление на ноль, обращение к несуществующей области памяти и т. д.
Мультипрограммирование
Следующий важный период развития операционных систем относится к 1965–1975 годам. В это время в технической базе вычислительных машин произошел переход от отдельных полупроводниковых элементов типа транзисторов к интегральным микросхемам, что открыло путь к появлению следующего поколения компьютеров, представителем которого является, например, IBM/360.
В этот период были реализованы практически все основные механизмы, присущие современным ОС: мультипрограммирование, мультипроцессирование, поддержка многотерминального многопользовательского режима, виртуальная память, файловые системы, разграничение доступа и сетевая работа. В эти годы начинается расцвет системного программирования. Из направления прикладной математики, представляющего интерес для узкого круга специалистов, системное программирование превращается в отрасль индустрии, оказывающую непосредственное влияние на практическую деятельность миллионов людей.
В условиях резко возросших возможностей компьютера, связанных с обработкой и хранением данных, выполнение только одной программы в каждый момент времени оказалось крайне неэффективным.
Начались разработки в области мультипрограммирования.
Мультипрограммирование — способ организации вычислительного процесса, при котором в памяти компьютера находится одновременно несколько программ, попеременно выполняющихся на одном процессоре.
Мультипрограммирование было реализовано в двух вариантах:
пакетная обработка;
разделение времени.
Системы пакетной обработки предназначались для решения задач в основном вычислительного характера, не требующих быстрого получения результатов. Главной целью и критерием эффективности систем пакетной обработки является максимальная пропускная способность, то есть решение максимального числа задач в единицу времени.
Для достижения этой цели в системах пакетной обработки используется следующая схема функционирования: в начале работы формируется пакет заданий, каждое задание содержит требование к системным ресурсам; из этого пакета заданий формируется мультипрограммный набор, то есть множество одновременно выполняемых задач. Для одновременного выполнения выбираются задачи, предъявляющие к ресурсам различные требования, так, чтобы обеспечивалась сбалансированная загрузка всех устройств вычислительной машины. Например, в мультипрограммном наборе желательно присутствие и вычислительных задач, и задач с интенсивным вводом-выводом. Таким образом, выбор нового задания из пакета заданий зависит от внутренней ситуации, складывающейся в системе, то есть выбирается «выгодное» задание. Следовательно, в вычислительных системах, работающих под управлением пакетных ОС, невозможно гарантировать выполнение того или иного задания в течение определенного периода времени.
В системах пакетной обработки переключение процессора с одной задачи на другую происходит по инициативе самой активной задачи, например, когда она «отказывается» от процессора из-за необходимости выполнить операцию ввода-вывода. Поэтому существует высокая вероятность того, что одна задача может надолго занять процессор, и выполнение интерактивных задач станет невозможным. Взаимодействие пользователя с вычислительной машиной, на которой установлена система пакетной обработки, сводится к тому, что пользователь приносит задание, отдает его диспетчеру-оператору, а в конце дня после выполнения всего пакета заданий получает результат. Очевидно, что такой порядок повышает эффективность функционирования аппаратуры, но снижает эффективность работы пользователя.
В системах разделения времени пользователям (или одному пользователю) предоставляется возможность интерактивной работы сразу с несколькими приложениями. Для этого каждое приложение должно регулярно взаимодействовать с пользователем. Понятно, что в пакетных системах возможности диалога пользователя с приложением ограничены.
В системах разделения времени эта проблема решается за счет того, что ОС принудительно периодически приостанавливает приложения, не дожидаясь, когда они сами освободят процессор. Всем приложениям попеременно выделяется квант процессорного времени, таким образом, пользователи, запустившие программы на выполнение, получают возможность поддерживать с ними диалог.
Системы разделения времени призваны исправить основной недостаток систем пакетной обработки — изоляцию пользователя-программиста от процесса выполнения задач. Каждому пользователю в этом случае предоставляется терминал, с которого он может вести диалог со своей программой. Так как в системах разделения времени каждой задаче выделяется только квант процессорного времени, ни одна задача не занимает процессор надолго, и время ответа оказывается приемлемым. Если квант небольшой, то у всех пользователей, одновременно работающих на одной и той же машине, складывается впечатление, что каждый из них использует машину единолично.
Ясно, что системы разделения времени обладают меньшей пропускной способностью, чем системы пакетной обработки, так как на выполнение принимается каждая запущенная пользователем задача, а не та, которая «выгодна» системе. Кроме того, производительность системы снижается из-за дополнительного расходования вычислительной мощности на более частое переключение процессора с задачи на задачу. Это вполне соответствует тому, что критерием эффективности систем разделения времени является не максимальная пропускная способность, а удобство и эффективность работы пользователя. Вместе с тем, мультипрограммное выполнение интерактивных приложений повышает и пропускную способность компьютера (пусть и не в такой степени, как пакетные системы). Аппаратура загружается лучше, поскольку пока одно приложение ждет сообщения пользователя, другие приложения могут обрабатываться процессором.
Многотерминальные системы — прообраз сети
Терминалы, выйдя за пределы вычислительного центра, рассредоточились по всему предприятию. Многотерминальный режим использовался не только в системах разделения времени, но и в системах пакетной обработки. При этом не только оператор, но и все пользователи получали возможность формировать свои задания и управлять их выполнением со своего терминала. Такие операционные системы получили название систем удаленного ввода заданий.
Терминальные комплексы могли располагаться на большом расстоянии от процессорных стоек, соединяясь с ними с помощью различных глобальных связей — модемных соединений телефонных сетей или выделенных каналов. Для поддержки удаленной работы терминалов в операционных системах появились специальные программные модули, реализующие различные (в то время, как правило, нестандартные) протоколы связи. Такие вычислительные системы с удаленными терминалами сохраняя централизованный характер обработки данных, в какой-то степени являлись прообразом современных компьютерных сетей (рис.1.2), а соответствующее системное программное обеспечение — прообразом сетевых операционных систем.
Рис. 1.2 Многотерминальная система — прообраз вычислительной сети
Многотерминальные централизованные системы уже имели все внешние признаки локальных вычислительных сетей, однако по существу ими не являлись, так как сохраняли сущность централизованной обработки данных автономно работающего компьютера.
Действительно, рядовой пользователь работу за терминалом мэйнфрейма воспринимал примерно так же, как сейчас воспринимает работу за подключенным к сети персональным компьютером. Пользователь мог получить доступ к общим файлам и периферийным устройствам, при этом у него создавалась полная иллюзия единоличного владения компьютером, так как он мог запустить нужную ему программу в любой момент и почти сразу же получить результат. (Некоторые далекие от вычислительной техники пользователи даже были уверены, что все вычисления выполняются внутри их дисплея.)
Первые сети — глобальные
Хотя теоретические работы по созданию концепций сетевого взаимодействия велись почти с момента появления вычислительных машин, значимые практические результаты по объединению компьютеров в сети были получены лишь в конце 60-х, когда с помощью глобальных связей и техники коммутации пакетов удалось реализовать взаимодействие машин класса мэйнфреймов и суперкомпьютеров. Эти дорогостоящие компьютеры хранили уникальные данные и программы, обмен которыми позволил повысить эффективность их использования.
Но еще до реализации связей «компьютер-компьютер», была решена более простая задача — организация связи «удаленный терминал-компьютер». Терминалы, находящиеся от компьютера на расстоянии многих сотен, а то и тысяч километров, соединялись с компьютерами через телефонные сети с помощью модемов. Такие сети позволяли многочисленным пользователям получать удаленный доступ к разделяемым ресурсам нескольких мощных компьютеров класса супер-ЭВМ.
И только потом были разработаны средства обмена данными между компьютерами в автоматическом режиме. На основе этого механизма в первых сетях были реализованы службы обмена файлами, синхронизации баз данных, электронной почты и другие, ставшие теперь традиционными, сетевые службы.
В 1969 году министерство обороны США инициировало работы по объединению в общую сеть суперкомпьютеров оборонных и научно-исследовательских центров. Эта сеть, получившая название ARPANET послужила отправной точкой для создания первой и самой известной ныне глобальной сети — Internet. Сеть ARPANET объединяла компьютеры разных типов, работавшие под управлением различных ОС с дополнительными модулями, реализующими коммуникационные протоколы, общие для всех компьютеров сети. Такие ОС можно считать первыми сетевыми операционными системами.
Сетевые ОС в отличие от многотерминальных позволяли не только рассредоточить пользователей, но и организовать распределенное хранение и обработку данных между несколькими компьютерами, связанными электрическими связями. Любая сетевая операционная система, с одной стороны, выполняет все функции локальной операционной системы, а с другой стороны, обладает некоторыми дополнительными средствами, позволяющими ей взаимодействовать по сети с операционными системами других компьютеров. Программные модули, реализующие сетевые функции, появлялись в операционных системах постепенно, по мере развития сетевых технологий, аппаратной базы компьютеров и возникновения новых задач, требующих сетевой обработки.
В 1974 году компания IBM объявила о создании собственной сетевой архитектуры для своих мэйнфреймов, получившей название SNA (System Network Architecture, системная сетевая архитектура). В это же время в Европе активно велись работы по созданию и стандартизации сетей X.25.
Таким образом, хронологически первыми появились глобальные сети (Wide Area Networks, WAN), то есть сети, объединяющие территориально рассредоточенные компьютеры, возможно, находящиеся в различных городах и странах. Именно при построении глобальных сетей были впервые предложены и отработаны многие основные идеи и концепции современных вычислительных сетей, такие, например, как многоуровневое построение коммуникационных протоколов, технология коммутации пакетов и маршрутизация пакетов в составных сетях.
Глобальные компьютерные сети очень многое унаследовали от других, гораздо более старых и глобальных сетей — телефонных.
Главным результатом создания первых глобальных компьютерных сетей был отказ от принципа коммутации каналов, на протяжении многих десятков лет успешно использовавшегося в телефонных сетях.
Выделяемый на все время сеанса связи составной канал с постоянной скоростью не мог эффективно использоваться пульсирующим трафиком компьютерных данных, у которого периоды интенсивного обмена чередуются с продолжительными паузами. Эксперименты и математическое моделирование показали, что пульсирующий и в значительной степени не чувствительный к задержкам компьютерный трафик гораздо эффективней передается по сетям, использующим принцип коммутации пакетов, когда данные разделяются на небольшие порции, которые самостоятельно перемещаются по сети за счет встраивания адреса конечного узла в заголовок пакета.
Так как прокладка высококачественных линий связи на большие расстояния обходится очень дорого, в первых глобальных сетях часто использовались уже существующие каналы связи, изначально предназначенные совсем для других целей. Например, в течение многих лет глобальные сети строились на основе телефонных каналов тональной частоты, способных в каждый момент времени вести передачу только одного разговора в аналоговой форме. Поскольку скорость передачи дискретных компьютерных данных по таким каналам была очень низкой (десятки килобит в секунду), набор предоставляемых услуг в глобальных сетях такого типа обычно ограничивался передачей файлов, преимущественно в фоновом режиме, и электронной почтой.
Помимо низкой скорости такие каналы имеют и другой недостаток — они вносят значительные искажения в передаваемые сигналы. Поэтому протоколы глобальных сетей, построенных с использованием каналов связи низкого качества, отличаются сложными процедурами контроля и восстановления данных. Типичным примером таких сетей являются сети X.25, разработанные еще в начале 70-х, когда низкоскоростные аналоговые каналы, арендуемые у телефонных компаний, были преобладающим типом каналов, соединяющих компьютеры и коммутаторы глобальной вычислительной сети.
Развитие технологии глобальных компьютерных сетей во многом определялось прогрессом телефонных сетей. С конца 60-х годов в телефонных сетях все чаще стала применяться передача голоса в цифровой форме, что привело к появлению высокоскоростных цифровых каналов, соединяющих АТС и позволяющих одновременно передавать десятки и сотни разговоров. Была разработана специальная технология плезиохронной цифровой иерархии (Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH), предназначенная для создания так называемых первичных, или опорных, сетей. Такие сети не предоставляют услуг конечным пользователям, они являются фундаментом, на котором строятся скоростные цифровые каналы «точка-точка», соединяющие оборудование другой (так называемой наложенной) сети, которая уже работает на конечного пользователя.
Первоначально технология PDH, поддерживающая скорости до 140 Мбит/с, была внутренней технологией телефонных компаний. Однако со временем эти компании стали сдавать часть своих каналов PDH в аренду предприятиям, которые использовали их для создания собственных телефонных и глобальных компьютерных сетей.
Появившаяся в конце 80-х годов технология синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy, SDH) расширила диапазон скоростей цифровых каналов до 10 Гбит/c, а технология спектрального мультиплексирования DWDM (Dense Wave Division Multiplexing) — до сотен гигабит и даже нескольких терабит в секунду.
Сегодня глобальные сети по разнообразию и качеству предоставляемых услуг догнали локальные сети, которые долгое время лидировали в этом отношении, хотя и появились на свет значительно позже.
www.ronl.ru
