Локальные и глобальные сети

Содержание

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Компьютеры появились в жизни человека не так уж давно, но почти любой человек может с твердой уверенностью сказать, что будущее - за компьютерными технологиями.

На заре своего появления компьютеры представляли собой громоздкие устройства, работающие на лампах и занимающие настолько много места, что для их размещения требовалась не одна комната. При всем этом производительность таких машин, по сравнению с современными была невероятно мала.

Время шло. Постепенно научная мысль и возможности ученых развились настолько, что производство меньших по размеру, но более производительных компьютеров стало реальностью.

Процесс развития персонального компьютера движется с постоянно увеличивающимся ускорением, в связи с чем в ближайшем будущем компьютеры станут обязательным и незаменимым атрибутом любого предприятия, офиса и большинства квартир.

Причиной столь интенсивного развития информационных технологий является все возрастающая потребность в быстрой и качественной обработки информации, потоки которой с развитием общества растут как снежный ком.

Одной из наиболее перспективных на данный момент областей исследования является разработка так называемых нейрокомпьютеров, основанных на молекулах ДНК определенного вида водорослей, и способных хранить громадные объёмы информации относительно современного ПК при минимальных размерах самих носителей информации.

Большой успех в последнее время получили так называемые виртуальные технологии, которые позволяют с большой точностью моделировать физические явления, процессы, предметы, а так же их взаимодействие в совокупности. Такие технологии используются в различных областях деятельности человека.

Компьютеры уже прочно вошли в современный мир, во все сферы человеческой деятельности и науки, тем самым создавая необходимость в обеспечении их различным программным обеспечением. Конечно, в первую очередь это связано с развитием электронной вычислительной техники и с её быстрым совершенствованием и внедрением в различные сферы человеческой деятельности.

Объединение компьютеров в сети позволило значительно повысить производительность труда. Компьютеры используются как для производственных (или офисных) нужд, так и для обучения.

 

1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ СЕТЕЙ

В 1957-м году по указу президента США Дуайта Эйзенхауэра в подразделении отдела государственной обороны были сформированы "Национальная аэрокосмическая администрация" (National Aeronautics and Space Administration - NASA) и агентство по передовым оборонным исследованиям (Defence Advanced Research Projects Agency - DARPA).

 

  История развития сетей  началась с того, что в начале 60-х годов основные усилия DARPA были направлены на то, чтобы  соединить между собой два  мейнфрейма, удаленные друг от  друга на большое расстояние (находящиеся  в двух разных штатах).

 

 Главный компьютер и много терминалов, подключенных к нему. Это, в любом случае, - централизованная обработка данных, осуществляемая одним компьютером. Терминалы - только средство удаленного ввода команд. А как соединить между собой два (или больше) мейнфрейма?!

 

  Агентство выделяет  большие средства для привлечения  к разработке передовых умов  различных национальных университетов  и образовательных центров. Одной  из таких "находок" для DARPA стал  Массачусетский Технологический  Институт - «MIT»  Именно в стенах этого университета получила свое начало история развития сетей. По низкоскоростным коммутируемым телефонным линиям были соединены между собой два суперкомпьютера (мейнфрейма), один из которых находился в Массачусетсе, а другой - в Калифорнийском университете. По такому же принципу (через телефонные линии связи) к основному компьютеру происходило и подключение удаленных на большие расстояния терминалов.

 

  В 1969-ом году министерство  обороны США объединило в одну  сеть суперкомпьютеры нескольких  оборонных и научно-исследовательских  центров:

• University of California (Los Angeles)

• Stanford Research Institute

• University of California (Santa Barbara)

• University of Utah

Эта сеть получила название «ARPANET». Можно сказать, - сеть-прародитель Интернета. В подобной структуре уже присутствует такое понятие, как распределенная обработка данных. Как Вы понимаете, для военных это - критически важный параметр. Устраняется единый центр обработки, который может быть потенциальной мишенью противника.

 

  На начальном этапе  развития компьютерных сетей  передачи данных, коммутация происходила  с помощью устройств, называемых  аналоговыми модемами (позже появились  цифровые модели). Модем это - сращение  двух слов: "модулятор" и "демодулятор". На фото ниже представлено  устройство компании «US Robotics».

Рисунок 1 – Устройство компании «US Robotics»

 

  Как видите, в самом  названии заложен принцип работы: модуляция (кодирование) сигнала на  одном конце телефонной линии  и последующая демодуляция (раскодирование) на другом абонентском окончании.

 

  Для лучшего понимания  терминологии нам надо знать, какие же бывают виды сетей? Давайте перечислим три их  основные разновидности:

1. Wide Area Network (WAN)

2. Metropolitan Area Network (MAN)

3. Local Area Network (LAN)

Первый тип это - глобальные сети с большим количеством сопряженных в них устройств (компьютеров, шлюзов, маршрутизаторов, устройств IP телефонии и т.д.) Это, конечно, не весь Интернет, но - заметная его часть. Ко второму типу относятся компьютерные сети отдельных городов, где автономные (локальные) сети объединяются в нечто большее. Последний тип, который нас будет интересовать, это - локальные сети (LAN), к которым относятся объединенные для совместной работы компьютеры различных организаций или кампусов. 

 

  История развития сетей  и, в перспективе, - Интернета сначала  двигалась в сторону развития  глобальных сетей класса WAN, так  как между собой соединялись  компьютеры, находящиеся друг от  друга на расстоянии в сотни  и тысячи километров.

 

 Первые компьютерные сети взяли очень много от телефонных сетей, по которым передавали свои данные. Они внесли и нечто свое новое и - очень важное.

 

  Какой принцип коммутации  абонентов используется при телефонном  разговоре? Мы снимаем трубку, набираем  номер и ждем, когда на другом  конце человек тоже подымет  трубку. Это - коммутация каналов. При таком взаимодействии вся линия (канал) во время разговора двух абонентов заняты и никто другой в эту линию "вклиниться" не может. Редкие случаи "глюков" на подстанции мы сейчас не рассматриваем. Причем, по статистике, паузы в телефонном разговоре могут занимать до 40% от его общего времени, что, согласитесь, абсолютно неэффективно с точки зрения использования пропускной способности этого самого канала в разрезе IT технологий.

 

  Поэтому учеными был  выдвинут новый принцип передачи  информации: принцип коммутации пакетов. Данные здесь делятся на небольшие порции (пакеты) и передаются по сети. В заголовке каждого такого "пакета" четко прописан адрес узла-получателя. Причем, сами данные могут идти до конечного узла разными маршрутами через глобальную сеть, но, в конечном итоге, все они окажутся на входе его сетевой карты и будут "собраны" ей в исходную структуру (файл, фильм, архив программы и т.д.)

 

  Конечно, при таком  подходе некоторые пакеты могут  просто потеряться по пути  следования, но тогда в дело  вступают механизмы контроля  доставки, которые подают запрос  на повторную передачу недостающих  частей.

 

  История развития компьютерных  сетей уже тогда продемонстрировала, что компьютерный трафик - пульсирующий (передается не равномерно), в  его движении есть как периоды  простоя, так и активности. И принцип  коммутации пакетов позволяет  с максимальной эффективностью  использовать любое образовавшееся "окно" для передачи данных  другого компьютера,  Таким образом, один канал передачи может быть разделен между большим количеством пользователей, которые даже не будут догадываться, что используют его не монопольно.

 

  После определения метода передачи, в истории развития сетей назрела необходимость сменить среду передачи данных. Телефонные каналы тональной частоты (обычные телефонные линии) не годились для передачи все возрастающего трафика компьютерных сетей. Они были низкоскоростными, с узкой полосой пропускания и сильно подвержены помехам и различным наводкам на сигнал извне. Что вынуждало использовать в тогдашних модемах сложные алгоритмы контроля и восстановления формы передаваемого сигнала.

 

  В те годы (70-е годы прошлого века) широкое распространение получили сети X.25, арендуемые поставщиками услуг Интернета у местных телефонных компаний для передачи своих данных. Их неоспоримым преимуществом, на тот момент, было то, что внутри одной физической линии передачи данных могло быть создано большое количество виртуальных каналов для связи абонентов (мы читаем - компьютеров) и передачи их трафика.

 

  В середине 70-х годов  прошлого века случилось событие, которому история развития сетей  обязана многим. Появились БИС (большие  интегральные схемы, рисунок 1) - микрочипы, в одном кристалле кремния которых могло располагаться до 10 000 элементов.

Рисунок 2 – Большие интегральные схемы

 

  На тот момент, это  открывало грандиозные перспективы! Так родилась идея персональных  компьютеров для каждого. Одними  из ярых защитников ее были молодой Стив Джобс и его друг - Стив Возняк, которые на основе БИС собрали в гараже родителей Стива свой первый персональный компьютер.

 

  Начался отсчет последних  лет мощных мейнфреймов. Ведь  группа небольших ПК, объединенная  в сеть, могла производить необходимые  вычисления и расчеты быстрее, чем один, пусть даже и суперкомпьютер. На тот момент проблема была  в том, что не было сетей, как  таковых. Мини-компьютеры еще долгое  время продолжали работать на  различных предприятиях отдельно  друг от друга. Назревала необходимость  создания локальных вычислительных  сетей (LAN).

 

  Во второй половине  семидесятых, начале 80-х для объединения  вычислительной техники в сеть  использовались "устройства сопряжения" (аналог теперешних свитчей), которые  каждый из производителей компьютеров  делал строго под свои изделия. Не было единого стандарта  обмена данными (протокола передачи), что делало задачу построения  локальной сети очень не тривиальной.

 

  В середине 80-х годов  усилиями ученых-инженеров был  сделан еще один очень важный  шаг в истории развития сетей. Появились стандартные сетевые  технологии. Давайте перечислим  самые известные из них:

• Ethernet

• Token Ring

• Arcnet

• FDDI - появилась позже остальных

Что нового привнесли стандартные сетевые технологии? Во первых, все они изначально базировались на знакомом уже нам принципе коммутации пакетов, во вторых, имели четко стандартизированные (в рамках конкретной технологии) сетевое оборудование и протоколы передачи данных. Это позволяло без значительных усилий масштабировать локальную сеть практически без ограничений.

 

  История развития сетей  шла своим ходом, и в конце 80-х  годов различия между глобальными  и локальными сетями стали  достаточно существенными. В это  время ПК практически полностью  вытеснили мейнфреймы и сами  стали выполнять роль серверов, предоставляя в общий доступ файлы, принтеры, обеспечивая кооперативную работу с базами данных, предоставляя услуги корпоративной почты и т.д. Все то, что не могли себе, из-за низкоскоростных магистральных линий связи, позволить глобальные сети.

 

  И тут на выручку  пришла технология FDDI, разработанная  в середине 80-х Национальным Американским  институтом стандартов. FDDI (Fiber Distributed Data Interface) - волоконно-оптический интерфейс передачи данных. Информация здесь передается со скоростью распространения света, потому как ее носителем и является сам световой поток, "запертый" в тончайший сердечник из кварцевого стекла.

 

  Применение технологии FDDI позволило достичь невиданных, на то время, скоростей передачи  на магистральных участках всемирной  сети. Было устранено именно то  узкое место, которое и мешало  объединению разнородных по своей  топологии (структуре) глобальных сетей. Также свой вклад в этот  процесс интеграции внесло широкое  распространение протокола передачи IP (Internet Protocol), который успешно работает  поверх всех стандартных сетевых  технологий и соединяет их  в одну суперглобальную составную  сеть - «Интернет».

Начало активного использования Интернета приходится на конец 80-х годов, а в 1991-м году история развития сетей переживает еще одно грандиозное событие: изобретение WWW (World Wide Web - всемирной информационной паутины или сети)! Вводится такое понятие, как «гипертекст» (ветвящийся текст), когда по ссылкам, расположенным в нем, можно перейти к другим, связанным с основной темой, документам. Причем эти ссылки могут вести на другие ресурсы. Появляется протокол передачи гипертекста: http (Hyper Text Transfer Prоtocоl), вводится понятие «сайт», Интернет быстро трансформируется из текстового в графический.