Индивидуальное задание по курсу: Информатика. На тему: Компьютерные сети
Начнем рассмотрение истории с последнего существенного российского достижения в области информатики, создания БЭСМ-6.
1960-1966г. – транзисторные ЭВМ. БЭСМ-6 (1млн. оп./с, ОП 1Мб).
1966-1970г. – ИС малой интеграции. IBM 360 (20000-1млн. оп. с, ОП до 1Мб ). Отказ от отечественных разработок в области вычислительной техники, переход на использование ЭВМ серий ЕС и СМ.
В период с 1970г. по 1990г. в основном создавались вычислительные системы, АСУ, АСУ ТП, дисплейные классы на базе ЕС ЭВМ, СМ ЭВМ. В 80-е годы началось использование единственной в СССР коммерческой сети – системы продажи авиабилетов “Сирена”. Существовали также экспериментальные сети, например, Академсеть. В 90е годы начался бум персональных компьютеров, локальных сетей и подключений к сети Internet в основном через телефонные каналы невысокого качества.
1975г. – поступление на ВЦ ОмПИ ЭВМ ЕС-1020 (20000тыс. оп./с.). В дальнейшем были получены ЕС-1030, ЕС-1060 (1млн. оп/с., 1Мб ОП). Создавались дисплейные классы. В 90е годы началось поступление персональных компьютеров и создание локальных сетей.
Персональные компьютеры
1970г. – выпуск корпорацией Intel микросхем памяти и микропроцессора.
1975-1976г. После того, как микросхемы корпорации Intel стали относительно дешевыми, Стив Джобс со своим другом в гараже создает ПК Apple, дизайн которого послужил основой для последующих ПК. ПК Apple послужили основой для развития “Макинтошей”. Примерно, в это же время будущий миллиардер и основатель Microsoft Билл Гейтс выпускает для ПК интерпретатор Бейсика.
1981г. IBM выпускает на базе Intel 8088 ПК IBM PC (16разрядов, ОП до 1 Мб). ПО было поручено разработать небольшой фирме Microsoft. Последующие годы ознаменовались победным шествием персональных компьютеров, подготовившим условия для бума локальных сетей.
1970г.-сотрудник Гавайского университета Норман Абрамсон изобрел метод эффективного соперничества за канал между некоординируемыми пользователями. Этот метод был назван ALOHA (гавайское приветствие) и реализован в пакетной радиосети.
1975г. – создание фирмой Xerox первого варианта технологии локальных сетей Ethernet, в основу которой были положены идеи метода ALOHA. В дальнейшем, благодаря относительной простоте и дешевизне, технология Ethernet оттеснила другие технологии на рынке локальных сетей и начала успешное шествие. В настоящее время она все чаще используется в виде высокоскоростной FAST Ethernet.
80-е -90-е годы – годы бурного внедрения локальных сетей.
1969 -1975г. – Начальное становление сети ARPA (Advanced Research Project Agency – Управления перспективными исследовательскими проектами министерства обороны США ). Основными требованиями к этой сети были:
— функционирование в условиях выхода из строя некоторых участков сети;
— объединение разнородных сетей в единую сеть.
Поэтому не случайно, что межсетевой протокол IP (Internet Protocol) возник в недрах именно этой сети. В этой же сети возник протокол TCP и множество других идей по организации больших сетей. В результате стало появляться множество взаимосвязанных IP-сетей.
1975-1985г.- Годы становления стека протоколов TCP/IP, семиуровневой модели взаимосвязи открытых систем (OSI), развития стандартизации, создания TCP/IP-сетей, представления информации в электронном виде. В это время были заложены основы для создания единого сетевого пространства.
1985-1990г. – окончательное оформление ассоциации сетей под названием Internet, развитие технологии сбора, представления, доступа к информации.
1992г.- создание технологии WWW (World Wide Web) – широкомасштабной гипермедиа среды, ориентированной на предоставление универсального доступа к огромному миру документов. Средства WWW были разработаны в Европейской лаборатории ядерной физики в Женеве (CERN). Основное назначение: интеграция распределенных по сети баз данных, обеспечение доступа к документам. Создание WWW значительно облегчило доступ к ресурсам Internet, увеличило ее привлекательность.
a). Выживают технологии, главным качеством которых является демократичность, проявляющаяся в дешевизне, удобстве эксплуатации, доступности. (Выжили: ПК, Ethernet, Internet, Microsoft).
b). Время жизни идей, знаний, технологий, значительно больше, чем программного обеспечения и оборудования. Принципы работы компьютера фон Неймана-54года. Технология ARPA – 29лет. Технология, метод ALOHA – 28лет. Принципы построения ПК – 23 года. Модель OSI – 15 лет. Конкретное устройство-5 лет. Конкретная программа – 1 год.
В результате развития средств сбора, хранения, передачи информации человек в конце 20 века оказался в бушующем океане информации. Основные задачи 21 века в области информатики состоят в том, чтобы разобраться в том, что есть информация и создать эффективные технологии борьбы с информационным мусором.
Основные проблемы компьютерных сетей связаны с передачей данных. На скорость и надежность передачи данных большое влияние оказывают расстояния. Стоимость физических каналов, коммуникационного оборудования вносит существенный вклад в общую стоимость сети. Поэтому основными классификационными признаками компьютерных сетей являются пространственные характеристики территорий, которые они охватывают. С этой точки зрения сети можно разделить на локальные, региональные, территориальные и глобальные. Точно указать границу между этими классами сетей в настоящее время не представляется возможным. Однако приблизительно можно сказать, что локальные (LAN – Local Area Network) сети расположены в пределах зданий, небольших территорий (радиусом до 10км). Повышение скорости передачи в локальных сетях сопровождается ужесточением требований к расстояниям (порядка сотен метров). Региональные сети охватывают территории городов, областей. К территориальным сетям можно отнести сети стран, совокупность региональных сетей. Глобальные сети охватывают территории нескольких стран и континентов.
Под структурой компьютерной сети будем понимать отображение, описание связей между ее элементами.
На рисунке представлена общая структура компьютерной сети на уровне функциональных элементов.
Назначение компьютерной сети – предоставление пользователям сетевого сервиса. Организация сетевого сервиса осуществляется сетевыми службами. Краткий перечень сетевого сервиса:
— передача, хранение, чтение файлов;
— работа с распределенными базами данных;
Основным поставщиком сетевого сервиса является сервер. Сетевой сервис предоставляют и другие компоненты сети. Например, коммуникационное оборудование предоставляет сервис по передаче данных. Поэтому, строго говоря, сетевой сервис предоставляют все ресурсы сети. Рабочая станция – потребитель сетевого сервиса. Задача сети – обеспечить связь рабочих станций и серверов. В сложных случаях эта задача решается с помощью магистральной сети передачи данных (МСПД). Узлами МСПД являются маршрутизаторы или коммутаторы, основной задачей которых является выбор маршрута для передачи данных. Узлы МСПД располагаются таким образом, чтобы облегчить подключение к ним пользователей. Каналы МСПД могут быть реализованы с помощью выделенных (арендованных) каналов телефонной сети, с помощью специально созданных каналов (спутниковых, оптоволоконных, радиоканалов). К магистральной сети подсоединяются пользовательские сети или отдельные абоненты. Можно выделить следующие средства подключения к МСПД:
— выделенные или коммутируемых каналы телефонной сети;
— специально созданные каналы (на базе оптоволоконного кабеля, радиоканала, спутникового канала);
— с помощью локальной сети, в состав которой входит магистральный маршрутизатор;
— c помощью региональной сети, в состав которой входит магистральный маршрутизатор.
На рисунке представлено также следующее оборудование, необходимое для соединения рабочих станций, серверов, маршрутизаторов:
Модемы служат для передачи данных по аналоговым (телефонным) каналам связи.
Концентраторы служат для объединения потоков данных, поступающих от подключенных к нему устройств. Некоторые концентраторы выполняют функции ретрансляторов, регенерирующих поступающие сигналы.
Основная роль коммутаторов состоит в коммутации каналов, заключающейся в соединении на своих внутренних шинах входных и выходных цепей в зависимости от того, куда направляются данные. Иногда коммутация осуществляется с помощью буферов, без непосредственного электрического соединения.
Коммутатор обычно значительно более сложное и дорогое устройство, чем концентратор. Иногда для названия того и другого используется термин hub, что в переводе с английского означает центр, основа, сердце. При использовании термина hub часто непонятно, о чем идет речь, о коммутаторе или концентраторе. Путаница возникает также из-за того, что концентраторы иногда выполняют функции коммутации, а коммутаторы выполняют функции маршрутизации. Поэтому для понимания того, что есть что, надо меньше обращать внимания на название устройства, а больше на набор функций, которые оно выполняет.
Под топологией сети будем понимать часть общей структуры сети, отражающей физические связи между ее элементами. Термины структура и топология практически равноправны. Термин топология прежде всего связан с местом расположения объектов, их внешним видом.
Общая шина. Характеризуется использованием общего канала равноправными устройствами. Основное преимущество – простота и низкая стоимость. Основной недостаток – необходимость организации очередности доступа к каналу. Наиболее популярное использование – технология Ethernet, широковещательные радиоканалы с равноправными пользователями.
Кольцо. Пользователи канала могут быть объединены в кольцо одним каналом или независимыми каналами. Первый случай походит на общую шину. Разница в том, что из кольца необходимо удалять передаваемые данные. Наиболее популярное использование – технологии Token Ring и FDDI. Требует управления доступа к каналу. Во втором случае кабельная система дороже, данные передаются с ретрансляцией, зато станции могут обмениваться данными относительно независимо друг от друга. Большое значение имеет наличие двух путей для передачи данных, что повышает производительность и надежность сети. Чаще всего используется при больших расстояниях между узлами, при использовании для их соединения выделенных каналов.
Полносвязная. Каждая пара узлов соединена между собой отдельным каналом. Наиболее дорогая кабельная система. При этом достигается максимальная производительность, надежность, скорость передачи. Используется, например, при соединении ATC телефонной сети, для построения сети передачи общего пользования.
Звезда. Является в то же время элементом иерархической структуры. Отличается относительно высокой стоимостью кабельной системы. Особенно, если узлы находятся на больших расстояниях. Позволяет сосредоточить в одном месте все проблемы по передаче данных, по адресации. Является основой для построения структурированных кабельных систем, широковещательных радиосетей, радиосот.
Иерархия. Позволяет сократить длину кабелей (по сравнению со звездой) и структурировать систему в соответствии с функциональным назначением элементов. Наиболее гибкая структура. Практически все сложные системы имеют в своем составе иерархические структуры.
Сложная структура. Является совокупностью типовых, классических структур. Часто сеть простой структуры создается на основе сети передачи информации сложной структуры (нижняя левая структура).
Реальные сети имеют обычно сложную топологию. В разных фрагментах сети, на разных уровнях можно увидеть разные топологии даже в сетях, имеющих, казалось бы, простую структуру. На рисунке показана разница между топологией кабельной системы и топологией реальных соединений. Необходимо заметить, что для подключения как к Ethernet, так и к Token Ring может использоваться один и тот же кабель (например, 8-жильная витая пара с разъемом RJ-45). Таким образом, топологии верхнего и нижнего уровней могут значительно различаться. На следующем рисунке более детально отображено построение оптоволоконного кольца на реальных волоконно-оптических линиях.
“Структурированные кабельные системы” И. Г. Смирнов “Компьютерные системы и сети” В. П. Косарев “Основы компьютерных сетей” А. М. Пуртов “Информационные сети и системы” Э. А. Якубайтис