Первые компьютерные сети
Первые глобальные 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 зада чи —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 до ступ 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 являетсябазовым признаком любой вычислительной сети. На основе подобного механизма в первых сетях были реализованы службы обмена фай лами, синхронизации баз данных, электронной почты и другие ставшие теперь традици онными 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, состояло 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 информа цию с постоянной скоростью, не мог эффективно использоваться пульсирующим трафиком компьютерных данных, у которого периоды интенсивного обмена чередуются с продолжи тельными паузами. Натурные эксперименты и математическое моделирование показали, что
| Первые компьютерные сети | 29 |
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 самостоя тельно 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 ка налы связи, изначально предназначенные совсем для других целей. Наиример, 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 глобаль ных сетях такого типа обычно ограничивался передачей файлов (преимущественно в фоно вом режиме) и электронной почтой. Помимо низкой скорости такие каналы имеют и другой недостаток —они вносят значительные искажения в передаваемые сигналы. Поэтому про токолы глобальных сетей, построенных с использованием каналов связи низкого качества, отличаются сложными процедурами контроля и восстановления данных. Типичным приме ром таких сетей являются сети Х.25, разработанные еще в начале 70-х, когда низкоскорост ные 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 еди ную 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 рассре доточить 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, позво ляющими ей взаимодействовать через сеть с операционными системами других компью теров. 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 автома тические 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.
| зо | Глава 1. Эволюция компьютерных сетей |
Первые локальные 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 невы сокая 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 оборудо ванием, 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 (рис. 1.4). предприятие
| Терминал |
| Терминалы |
| Отдел 1 предприятия | Отдел 2 предприятия |
| Мини-ЭВМ | Мини-ЭВМ |
о а Терминалы Терминалы
| Отдел 3 предприятия | Отдел 4 предприятия |
| Первые компьютерные сети | 31 |
Шло время, и потребности пользователей вычислительной техники росли. Их уже не удовлетворяла изолированная работа на собственном компьютере, им хотелось в авто матическом режиме обмениваться компьютерными данными с пользователями других подразделений. Ответом на эту потребность стало появление первых локальных вычис лительных сетей (рис. 1.5). Устройство сопряжения мини-компьютеров Терминалы
| Терминалы |
| Устройство сопряжения |
| Стандартная сеть Ethernet | мини-компьютеров |
| I | с персональными |
| компьютерами |
Персональные компьютеры Персональные компьютеры Рис. 1.5. Различные типы связей в первыхлокальных сетях Локальные сети (Local Area Network, LAN) —это объединения компьютеров, сосредото ченных 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 си стему, принадлежащую одной организации. На первых порах для соединения компьютеров друг с другом использовались нестандарт ные сетевые технологии. Сетевая технология это согласованный набор программных и аппаратных средств (на пример, 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 представ ления данных на линиях связи, свои типы кабелей и т. п., могли соединять только те
| 32 | Глава 1. Эволюция компьютерных сетей |
конкретные модели компьютеров, для которых были разработаны, например, мини компьютеры PDP-11 с мэйнфреймом IBM 360 или мини-компьютеры HP с микроком пьютерами 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. Утвер дились 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 мас совые продукты стали идеальными элементами построения сетей —с одной стороны, они были достаточно мощными, чтобы обеспечивать работу сетевого программного обеспече ния, а с другой —явно нуждались в объединении своей вычислительной мощности для решения сложных задач, а также разделения дорогих периферийных устройств и диско вых 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 ^иникомпьютеры 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 кабе лю стандартными разъемами и установить на компьютеры одну из популярных сетевых операционных систем, например Novell NetWare. Разработчики локальных сетей привнесли много нового в организацию работы пользова телей. Так, стало намного проще и удобнее, чем в глобальных сетях, получать доступ к об щим 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 пред приятия и потребностям пользователей. Важно также, что все технологии Ethernet очень близки друг к другу по принципам работы, что упрощает обслуживание и интеграцию этих сетей. Хронологическую последовательность важнейших событий, ставших историческими ве хами на пути появления первых компьютерных сетей, иллюстрирует табл. 1 . 1 .
Источник