ГЛАВА 1 Эволюция компьютерных сетей
История любой отрасли науки и техники позволяет не толькоудовлетворить естественное любопыт ство, но и глубже понять сущность основных достижений в этой отрасли, осознать существующие тенденции и правильно оценить перспективность тех или иных направлений развития. Компью терные сети появились сравнительно недавно, в конце 60-х годов прошлого столетия (правда, уточнение «прошлого столетия» прибавляет им вес и даже делает старше своих «тридцати с чемто» лет). Естественно, что компьютерные сети унаследовали много полезных свойств от других, более старых и распространенных телекоммуникационных сетей, а именно телефонных. В то же время компьютерные сети привнесли в телекоммуникационный мир нечто совершенно новое —они сделали общедоступными неисчерпаемые объемы информации, созданные цивилизацией за не сколько тысячелетий своего существования и продолжающие пополняться с растущей скоростью в наши дни. Результатом влияния компьютерных сетей на остальные типы телекоммуникационных сетей стал процесс их конвергенции. Этот процесс начался достаточно давно, одним из первых признаков сближения была передача телефонными сетями голоса в цифровой форме. Компьютерные сети также активно идут навстречу телекоммуникационным сетям, разрабатывая новые сервисы, кото рые ранее были прерогативой телефонных, радио ителевизионных сетей — сервисы ІР-телефонии, радио- и видеовещания, ряд других. Процесс конвергенции продолжается, и о том, каким будет его конечный результат, с уверенностью пока говорить рано. Однако понимание истории развития сетей, описываемой в данной главе, делает более понятными основные проблемы, стоящие перед разработчиками компьютерных сетей. При написании этой главы авторы столкнулись с дилеммой: невозможно рассказывать об истории отрасли, не называя конкретные технологии и концепции. Но в то же время невозможно давать по яснения этих технологий и концепций, так как читатель, перелистывающий первые страницы, еще не готов к восприятию объяснений. Авторы пошли по пути компромисса, отложив на будущее ис черпывающие пояснения многихтерминов ради того, чтобы в самом начале изучения компьютерных сетей читатель имел возможность представить картину эволюции компьютерных сетей во всем ее красочном многообразии. И, конечно, былобы очень полезно вернуться к этой главе, после того как будет перевернута последняя страница книги, чтобы, вооружась новыми знаниями, сделать каче ственно новую попытку оценить прошлое и будущее компьютерных сетей.
Два корня компьютерных сетей
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 ком-
| 26 | Глава 1. Эволюция компьютерных сетей |
пьютеры 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 пер фокарты, содержащие данные и команды программ, и передавали их в вычислительный центр (рис. 1.2). 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 вычисли тельной машины —процессора, даже в ущерб эффективности работы использующих его специалистов. Пакет заданий 1 Устройство ввода
| Мэйнфрейм | Дисковый |
Многотерминальные системы — прообраз сети По мере удешевления процессоров в начале 60-х годов появились новые способы орга низации вычислительного процесса, которые позволили учесть интересы пользователей. Начали развиваться интерактивные многотерминальные системы разделения времени (рис. 1.3). В таких системах каждый пользователь получал собственный терминал, с помо щью которого он мог вести диалог с компьютером. Количество одновременно работающих с компьютером пользователей определялось его мощностью: время реакции вычислитель ной 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 пред приятию. И хотя вычислительная мощность оставалась полностью централизованной,
| Два корня компьютерных сетей | 27 |
некоторые функции, такие как ввод и вывод данных, стали распределенными. Подобные многотерминальные централизованные системы внешне уже были очень похожи на ло кальные вычислительные сети. Действительно, рядовой пользователь работу за терми налом 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 выпол няются внутри их дисплея.) Рис. 1.3. Многотерминальная система —- прообраз вычислительной сети Мнопяермиїтьнью^системм, работающиеврежимеразделения времени, стали первымшагом н&гфгйсозданиялйкайьныхвычислительныхсетей.
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.
Эволюция сетей.
Конец 50-ых годов(системы пакетной обработки на базе мейнфрейма):
Первые компьютеры 50-х годов- большие, громоздкие и дорогие -предназначались для очень небольшого числа избранных пользователей. Такие компьютеры не были предназначены для интерактивной работы пользователя, а использовались в режиме пакетной обработки. Системы пакетной обработки, как правило, строились на базе мэйнфрейма (MainFrame) — мощного и надежного компьютера универсального назначения (рис.1.1). Пользователи подготавливали перфокарты, содержащие данные и команды программ и передавали их в вычислительный центр. Операторы вводили эти карты в компьютер, а распечатанные результаты пользователи получали обычно только на следующий день. Т Рис.1. 1 Централизованная система на базе мейнфреймааким образом, одна неверно набитая карта означала, как минимум, суточную задержку. Естественно, что пользовательский интерактивный режим, при котором можно с терминала оперативно руководить процессом обработки своих данных, был бы гораздо удобней. Но интересами пользователей на первых этапах развития вычислительных систем в значительной степени пренебрегали, поскольку пакетный режим — это самый эффективный режим использования вычислительной мощности, так как он позволяет выполнить в единицу времени больше пользовательских задач, чем любые другие режимы. В этот период времени во главу угла ставится эффективность работы самого дорогого устройства вычислительной машины — процессора, в ущерб эффективности работы использующих его специалистов.
1.2. Эволюция развития информационно-вычислительных систем.
Компьютерные сети, называемые также вычислительными сетями, или сетями передачи данных, являются логическим результатом эволюции двух важнейших научно-технических отраслей современной цивилизации – компьютерных и телекоммуникационных технологий. С одной стороны, сети 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.
Таким образом – компьютерная (вычислительная) сеть – это совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему, удовлетворяющую требованиям распределенной обработки данных.
В силу ряда объективных причин становление и развитие компьютерных сетей шло по двум основным направлениям. Первое направление связано с развитием и совершенствованием систем телеобработки. Это направление в основном поддерживалось фирмами производителями вычислительной техники. Так, наиболее характерным примером является сеть SNA (Systems Network Architecture – системная сетевая архитектура), разработанная фирмой IBM. По сути, данная сеть представляет множество систем телеобработки, объединенных между собой каналами передачи данных. В этом случае основная нагрузка по организации коммуникаций возлагается на процессоры телеобработки данных, сама же сеть передачи данных имеет относительно простую структуру.
Второе направление: компьютерная сеть рассматривается как сеть передачи данных, абонентами которой являются компьютеры. В этом случае основное внимание уделяется организации сети передачи данных на основе существующих сетей связи общего пользования. Постепенно эти два направления стали сближаться и в настоящее время компьютерные сети можно рассматривать как результат объединения систем телеобработки на основе развитой сети передачи данных, что позволило получить качественно новые возможности в сфере информатики.
Таким образом, компьютерные сети позволяют решать такие качественно новые проблемные задачи, как, например:
- обеспечение распределенной обработки данных и параллельной обработки многими ЭВМ;
- возможность создания распределенной базы данных (РБД), размещаемой в памяти различных ЭВМ;
- возможность обмена большими массивами информации между ЭВМ, удаленными друг от друга на различные расстояния;
- коллективное использование дорогостоящих ресурсов: прикладных программных продуктов (ППП), баз данных (БД), баз знаний (БЗ), печатающих устройств (ПУ), сетевых операционных систем (ОС);
- предоставление большего перечня услуг, в том числе таких, как электронная почта (ЭП), телеконференции, электронные доски объявлений (ЭДО), дистанционное обучение, организация безбумажного документооборота, электронная подпись, принятие управленческих решений;
- повышение эффективности использования средств вычислительной техники и информатики (СВТИ) за счет более интенсивной и равномерной их загрузки, а также надежности обслуживания запросов пользователей;
- возможность оперативного перераспределения вычислительных мощностей между пользователями сети в зависимости от изменения их потребностей, а также резервирование этих мощностей и средств передачи данных на случай выхода из строя отдельных элементов сети;
- сокращение расходов на приобретение и эксплуатацию СВТИ (за счет коллективного их использования);
- облегчение работ по совершенствованию технических, программных и информационных средств.
- размерность, то есть большое количество ЭВМ (от десятка до нескольких сотен), расположенных на расстоянии друг от друга от десятков метров до нескольких сотен и даже тысяч километров;
- разделение функций ЭВМ, то есть обработка данных и управление системой, анализ и хранение информации распределены между различными ЭВМ сети;
- необходимость решения в сети задачи маршрутизации сообщений, то есть сообщение от одной ЭВМ к другой в сети может быть передано по различным маршрутам в зависимости от приоритета и состояния каналов связи, соединяющих ЭВМ друг с другом.