Глобальные и локальные сети

Размещено на http://www.allbest.ru/

Глобальные и локальные сети

Введение

Сегодня уже трудно представить себе, как люди жили когда-то без столь удобного и полезного инструмента, как сети. Однако знало человечество и такие времена.

Потенциал сети Интернет оценить непросто. Очень часто сознание современников просто отказывается воспринимать то, что два человека, разделенные десятками тысяч километров, могут улыбаться друг другу, разговаривать между собой. Причем двое не президенты сверхдержав, а простые студенты. То, что еще вчера казалось фантастическим вымыслом, сегодня уже реальность, доступная простым смертным.

Потенциал сетей заключается в соединении компьютеров. Объединяя компьютеры, сеть объединяет людей. Десятки и сотни людей пользуются локальными сетями, а миллионы - Интернетом. Образуется целый социальный общественный пласт, для которого не существует географических, религиозных, политических барьеров. Буквально каждый пользователь Сети может связаться с любым другим пользователем. Именно для этого и создавался Интернет.

Появление глобальных сетей

Непосредственным предшественником Интернета была компьютерная сеть APRANET (Advanced Research Projects Agency NETwork) Министерства Обороны США, объединившая в 1969 г. несколько американских университетов и компаний, выполнявших военные заказы. Это был эксперимент по пакетной коммутации (2, с. 23).

В 1971 году было подключено уже 23 хоста ARPANET. Самое главное событие: Рэй Томлисон, программист из компании BBN, разрабатывает систему электронной почты и пишет программу почтовых сообщений - первый почтовый клиент, которые можно было передавать по сети. Он же предложил использовать значок @, который и по сей день является неотъемлемой частью любого электронного адреса.

Интересно, что в разных странах его называют совершенно по разному: у нас - "собачка", в Дании - "хобот слона", в Греции - "маленькая утка", а в Германии - "висящая обезьяна". Чего-чего, а чувства юмора программистам всего мира занимать не приходится.

В 1972 году на международной конференции по компьютерам и связи было продемонстрировано взаимодействие TIP (Terminal Interface Processor) c 40 машинами сети (2, с. 24).

Создана Рабочая Группа Национальной Сети (InterNetworking Working Group, INWG) под председательством профессора Станфордского университета Винтона Кирфа. На тот момент уже существовала путаница с протоколами. Группа с удовольствием взялась за разрешение этой проблемы (решение см. ниже).

Опубликована спецификация Telnet (RFC 454). Одновременно с ней появилась и первая коммерческая версия UNIX, написанная на C. Успех UNIX превзошел все ожидания (с нынешней точки зрения это вполне понятно).

Менее чем через полгода были проведены первые международные подключения к ARPANET. К сети подключились машины из Англии (University College of London) и Норвегии (Rogee Radar Establishment). Тогда же была запущена спутниковая линия связи с Гавайским университетом.

К концу 1980 года ARPANET объединяла в сложную иерархическую структуру более 100 хост-компьютеров на четырех континентах. Охватив половину земного шара, она сохранила принцип свободного доступа, за исключением оплаты услуг телекоммуникационных компаний, и стала важным инструментом сотрудничества для научных и бизнес-организаций. Число коммерческих сетей телеобработки данных (Telenet, Tymnet, Datapack и др.) превысило два десятка, а общий объем оказываемых ими услуг перешагнул отметку 300 млн дол.

В январе 1982 года основными протоколами передачи данных по Интернету стали Internet Protocol (IP) и Transmission Control Protocol (TCP).

В 1984 году введена знаменитая система DNS (Domain Name System). Число хостов превысило тысячу.

В 1988 году выпускник Корнельского университета Роберт Таппан Моррис запустил в сети свою программу, которая из-за ошибки (а может, и по злому умыслу) начала бесконтрольное распространение и многократное инфицирование узлов сети. В результате было инфицировано около 6200 машин, что составило примерно 8 процентов общей численности машин в сети. В связи с этим был сформирована CERT (Computer Emergency Response Team) (1, с. 54).

В 1990 году ARPANET прекратила свое существование, ее функции продолжала NSFNET, уже объединившая большинство сетей и практически ставшая Интернетом в том виде, в котором он есть сейчас. В связи с этим очень быстро начали расти Интернет-провайдеры. Первым коммерческим ISP был The World.

К сети подключились Австрия, Аргентина, Бельгия, Бразилия, Греция, Индия, Ирландия, Испания, Чили, Швейцария и Южная Корея. Создан первый текстовый браузер, названный WWW. Инженер из Европейской Физической Лаборатории CERN Тим Бернес-Ли (Tim Berness-Lee) разработал известный всем протокол WWW (World Wide Web) и идею гипертекста как таковую. Эта разработка была сделана, прежде всего, для обмена информацией среди физиков.

Именно с 1991 года начинается история Всемирной Паутины (World Wide Web, WWW). Концепция Всемирной Паутины, в отличие от существующих к тому времени протоколов Интернет, таких как FTP, Telnet, WAIS, дала возможность представлять информацию в естественной форме с текстом, графикой, звуком и прочими атрибутами. Фактически же WWW - это распределенная система, основанная на использовании гипертекста, впервые предложенного в 70-х годах Тедом Нельсоном.

Появились первые компьютерные вирусы, распространяемые через Интернет.

Мир получил сеть с полностью добровольным участием, управляемую чем-то наподобие совета старейшин, без авторитарной фигуры. Высшая власть в Интернет признается за обществом с добровольным членством - ISOC (Internet SOCiety). Его цель - способствовать глобальному обмену информацией через Интернет. Оно назначает "совет старейшин", отвечающий за техническую политику, поддержку и управление Интернет и представляющий собой группу приглашенных добровольцев, называемую IAB (Совет по архитектуре Интернет). IAB ответственен за стандарты; он решает, когда стандарт необходим и каким ему следует быть. Он также следит за различными номерами (и другими вещами), которые должны оставаться уникальными. сеть глобальный локальный компьютер

Развитие локальных сетей

Впервые идея связать несколько независимо работающих компьютеров в единую распределенную вычислительную систему посетила светлые головы инженеров еще в середине 60-х годов XX века. А если говорить более конкретно, то первый успешный эксперимент по передаче дискретных пакетов данных между двумя компьютерами провел в 1965 году молодой исследователь из лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института Лари Роберте. Алгоритмы передачи данных, предложенные Робертсом, во многом послужили основой для построенной в 1969 году по инициативе американского "Агентства перспективных научных исследований" (Advanced Research Projects Agency, ARPA) глобальной вычислительной сети ARPANet, а она впоследствии, объединившись с несколькими другими существовавшими на тот момент сетями, стала фундаментом, на котором вырос современный Интернет. Однако и широко использовавшиеся в те времена многотерминальные системы, в которых пользователям предоставлялся доступ к одному головному многофункциональному компьютеру посредством нескольких конечных устройств удаленного подключения - терминалов - по принципу разделения процессорного времени, и глобальные сети, объединявшие между собой мейнфреймы крупных вычислительных центров и лабораторий, являлись лишь предтечей локальных сетей в их нынешнем понимании. Существенный толчок в направлении развития малых локальных сетей дало бурное развитие во второй половине 70-х годов настольных персональных компьютеров. И в авангарде этого процесса стояла фирма Xerox (2).

Персональные компьютеры Xerox Star были весьма и весьма популярны в начале 80-х годов, во-первых, благодаря сочетанию низкой стоимости и достаточно высокой производительности, во-вторых, потому, что работали они под управлением первой в мире операционной системы с оконным графическим интерфейсом, предоставлявшей пользователю возможность максимально комфортно взаимодействовать с ресурсами ЭВМ, и, наконец, по той простой причине, что разработчики предусмотрели возможность включения нескольких машин Xerox Star в единую сеть. Именно инженер-исследователь фирмы Xerox Роберт Меткалф впервые предложил стандарт организации малых локальных сетей Ethernet, который широко используется при проектировании подобных систем до сих пор. Тем не менее, несмотря на очевидные достоинства персональных компьютеров от Xerox, они были вскоре окончательно вытеснены с рынка изделиями корпорации IBM, впитавшими в себя все перспективные разработки и лучшие технические решения предшественников. Большие производственные мощности этой компании позволили снизить цены на персональные компьютеры до возможного минимума, и конкурировать с IBM PC стало практически невозможно. Количество локальных сетей росло в геометрической прогрессии, что вскоре привело к необходимости разработки четких стандартов архитектуры распределенных вычислительных систем. Действительно, одна из основных задач локальных сетей заключается не только в передаче данных и организации общего доступа к тем или иным периферийным устройствам, но также и в обеспечении совместной работы оборудования различных производителей. Это, естественно, означает необходимость унификации и стандартизации подходов к построению локальных сетей. Именно в 80-х годах окончательно сформировались основные стандарты распределенных вычислительных систем, такие как Ethernet, Token Ring, ArcNet, FDDI и некоторые другие. Все эти стандарты, а также многие смежные вопросы, связанные с теоретическими и практическими аспектами построения локальных сетей, мы подробно рассмотрим на страницах этой книги (5).

80-е годы можно назвать эпохой расцвета локальных сетей, поскольку как крупные, так и малые предприятия быстро оценили выгоды от использования этой перспективной технологии. Действительно, локальные сети позволяли осуществлять быстрый обмен данными между различными подразделениями и отделами фирмы, заметно уменьшив объем циркулирующей внутри предприятия бумажной документации. Это позволяло, во-первых, экономить на накладных расходах, а во-вторых, существенно повышало производительность труда. В сочетании с уже существовавшей тогда возможностью передавать данные на значительные расстояния по информационным каналам глобальной сети использование подобных технологий открывало широчайшие возможности не только для оптимизации бизнеса и расширения информационного пространства, но и для осуществления межкорпоративного взаимодействия.

С течением времени стандарты, позволявшие объединять компьютеры в локальные сети, постепенно оптимизировались, увеличивалась пропускная способность каналов связи, эволюционировало программное обеспечение, росла скорость передачи данных. Вскоре локальные сети стали использоваться не только для пересылки между несколькими компьютерами текста и различных документов, но также для передачи мультимедийной информации, такой как звук и изображение. Это открыло возможность организации внутри локальной сети систем видеоконференцсвязи, позволявших пользователям такой системы общаться в режиме реального времени "напрямую", физически находясь в различных помещениях, выполнять совместное редактирование текстов и таблиц, устраивать "виртуальные презентации". Уже сейчас системы компьютерной видеосвязи широко используются крупными коммерческими предприятиями, где служат для организации связи между различными отделами, в военных комплексах для быстрой передачи информации между несколькими абонентами и целыми подразделениями, а в последнее время - и в домашних "настольных" системах, в качестве средства организации досуга. Среди достоинств ЛBС можно упомянуть относительно низкую стоимость эксплуатации по сравнению с иными существующими на сегодняшний день системами коммуникаций, их многофункциональность, сравнительную легкость в использовании. В процессе работы абоненты видеоконференции в общем случае видят на экранах своих мониторов изображения собеседника и свое собственное, что необходимо для осуществления визуального контроля установленного соединения. Изображение динамически обновляется со скоростью от 0,5 кадра/с до 15-25 кадров/с в зависимости от скорости (пропускной способности) канала связи и загрузки канала данными. Участники для проведения переговоров используют миниатюрные видеокамеры и микрофоны с достаточно хорошими характеристиками. Речь для передачи по каналу связи оцифровывается. Основными достоинствами компьютерной видеосвязи являются возможности совместной работы с документами и интегрированной информацией (текст, графика, изображение, получаемое с видеокамер участников), а также дистанционный запуск программных приложений на компьютере собеседника. Изображения, получаемые с помощью видеокамер, могут передаваться не только в динамическом режиме (живое видео), но и в статическом. В последнем случае абонент выбирает необходимый кадр, захватывает и передает его по каналу связи в виде файла. В этом случае время передачи кадра не является критичным, и он может быть сформирован и передан со значительно более высоким качеством. Таким образом, участники подобного сеанса видеосвязи видят друг друга, могут разговаривать в дуплексном режиме, передавать цветные изображения графических документов и объектов, снимаемых видеокамерой, совместно редактировать документы, а также документировать процесс переговоров и результаты с помощью видеомагнитофонов и цветных принтеров. В итоге можно сделать вывод о том, что видеоконференцсвязь с успехом заменяет телефон, цветной факс и обеспечивает возможность записи сеанса или его части на видеомагнитофон для последующего анализа или демонстрации третьим лицам, не участвовавшим в сеансе видеосвязи (7).

Исходя из всего отмеченного выше можно сказать, что видеоконференции весьма перспективны для ведения переговоров между различными отделами одной компании, при согласовании технических вопросов, например, руководства промышленного предприятия с руководством производственного отдела без необходимости созывать совещание и с возможностью автоматически документировать весь ход переговоров с момента установления соединения до момента его разрыва.

Наконец, в начале 90-х годов XX века удешевление и расширение ассортимента конечного оборудования позволили локальным сетям выйти за пределы коммерческого сектора рынка. Появились небольшие домашние и частные локальные сети, объединявшие несколько компьютеров в одной семье или в пределах одного дома. В последнее время доля малых локальных сетей заметно выросла по отношению к общему количеству работающих в мире распределенных вычислительных систем, что, впрочем, не удивительно, поскольку такие локальные сети позволяют совместно использовать различные устройства, например принтеры, сканеры, цифровые камеры, а также организовывать подключение к Интернету через единственный канал связи, а значит - экономить на оборудовании и комплектующих. Не говоря уже о том, что практически все современные игры имеют возможность одновременного участия в игровом процессе нескольких пользователей, для чего опять же необходима локальная сеть. Таким образом, локальная сеть - это распределенная вычислительная система, позволяющая всем подключенным к ней компьютерам - узлам или рабочим станциям - обмениваться данными, а также совместно использовать различные аппаратные и программные ресурсы.

Практически все современные локальные сети используют подключение к Интернету либо по коммутируемым каналам связи, либо через непосредственное соединение с высокоскоростной магистралью передачи данных. Да и само появление Интернета было во многом стимулировано развитием локальных сетей, объединявшихся в глобальную вычислительную систему (2, с. 27).

В современных локальных сетях используются различные технологии подключения, различное оборудование и различные среды передачи данных. Еще несколько лет назад практически единственным возможным вариантом было объединение компьютеров на основе медного сетевого кабеля с пропускной способностью не более 10 Мбит/с, позже появились сети, в которых в качестве среды передачи информации стали использовать оптическое волокно, активно развиваются беспроводные локальные сети, в которых информация передается посредством инфракрасного излучения или широкополосных радиосигналов. Эволюция сетевых технологий обусловлена, в первую очередь, совершенствованием самих компьютеров. Специалистами подсчитано, что мощность процессоров современных ПК удваивается каждые 18 месяцев, соответственно, растет и трафик, передаваемый по линиям компьютерных коммуникаций. Вместе с тем наиболее узкое место в любой распределенной вычислительной системе - это устаревшее оборудование, поскольку уже довольно давно специалистами по компьютерным сетям было сформулировано простое правило: максимальная пропускная способность локальной сети равна максимальной пропускной способности ее самого медленного компонента. Из этого можно сделать вполне справедливый вывод, что эволюция сетевых стандартов во многом определяется ростом информационных потоков и производительности компьютеров, причем кривая роста производительности локальных сетей уже сейчас становится похожа на экспоненту: сети с пропускной способностью в 100 Мбит/с появились спустя 15 лет после возникновения 10-мегабитных сетей, сетевые системы с пропускной способностью в 1 Гбит/с были разработаны через 5 лет после 100-мегабитных сетей, первые проекты сетей со скоростью передачи данных в 10 Гбит/с родились спустя еще 2 года.

Тем не менее, несмотря на стремительное совершенствование сетевых технологий, они все же не поспевают за ростом вычислительной мощности современных персональных компьютеров. Для обоснования этого утверждения специалистами приводится два аргумента: во-первых, компьютеры, работающие в сети с вполне современной конфигурацией, обеспечивающей скорость передачи данных до 100 Мбит/с, принципиально способны обрабатывать намного большие потоки входящих и исходящих данных, во-вторых, современные приложения, такие как, например, Microsoft Office XP, способны полностью "утилизировать" эту пропускную способность под собственные потребности.

Разработчики программного обеспечения также стараются идти в ногу со временем. В офисных приложениях, программах обработки баз данных, прочих Intranet-приложениях в последнее время намечается устойчивая тенденция к обеспечению установки, деинсталляции, запуска и совместного использования программ в локальной сети, в них реализуется механизм хранения документов и баз данных на сетевых серверах, использования общих программных компонентов. В то же время с каждой новой версией прикладных программ растет и объем создаваемых этими программами файлов. А для пересылки и обработки таких документов требуется высокая скорость передачи данных (4).

Аналогичного курса стараются придерживаться и разработчики операционных систем. В частности, в ОС Microsoft Windows XP поддержка локальных сетей организована на небывало высоком уровне. Существует уверенность, что и в системных платформах последующих поколений будут совершенствоваться технологии приема и передачи управляемых мультимедийных потоков, поддержка видеоконференций, совместной работы с файлами. В частности, технология.NET демонстрирует нам очевидные перспективы дальнейшего сращивания локальных сетей с Интернетом. Основное предназначение Microsoft.NET - еще более тесная интеграция операционной системы с сетевыми технологиями и унификация применяемых для работы с сетью стандартов. Если раньше пользователь Интернета являлся просто "приемником" и "передатчиком" информации, то с появлением.NET он становится интегрированным участником сетевой среды. Прежде всего, проект.NET ориентирован на электронную коммерцию и создание многофункциональных сетевых служб, а также на предоставление пользователю более широкого спектра возможностей в Интернете.

Современные тенденции развития глобальной и локальных сетей

Сегодня вычислительные сети продолжают развиваться, причем достаточно быстро. Разрыв между локальными и глобальными сетями постоянно сокращается во многом из-за появления высокоскоростных территориальных каналов связи, не уступающих по качеству кабельным системам локальных сетей. В глобальных сетях появляются службы доступа к ресурсам, такие же удобные и прозрачные, как и службы локальных сетей. Подобные примеры в большом количестве демонстрирует самая популярная глобальная сеть - Internet.

Изменяются и локальные сети. Вместо соединяющего компьютеры пассивного кабеля в них в большом количестве появилось разнообразное коммуникационное оборудование - коммутаторы, маршрутизаторы, шлюзы. Благодаря такому оборудованию появилась возможность построения больших корпоративных сетей, насчитывающих тысячи компьютеров и имеющих сложную структуру. Возродился интерес к крупным компьютерам - в основном из-за того, что после спада эйфории по поводу легкости работы с персональными компьютерами выяснилось, что системы, состоящие из сотен серверов, обслуживать сложнее, чем несколько больших компьютеров. Поэтому на новом витке эволюционной спирали мэйнфреймы стали возвращаться в корпоративные вычислительные системы, но уже как полноправные сетевые узлы, поддерживающие Ethernet или Token Ring, а также стек протоколов TCP/IP, ставший благодаря Internet сетевым стандартом де-факто (2).

Проявилась еще одна очень важная тенденция, затрагивающая в равной степени как локальные, так и глобальные сети. В них стала обрабатываться несвойственная ранее вычислительным сетям информация - голос, видеоизображения, рисунки. Это потребовало внесения изменений в работу протоколов, сетевых операционных систем и коммуникационного оборудования. Сложность передачи такой мультимедийной информации по сети связана с ее чувствительностью к задержкам при передаче пакетов данных - задержки обычно приводят к искажению такой информации в конечных узлах сети. Так как традиционные службы вычислительных сетей - такие как передача файлов или электронная почта - создают малочувствительный к задержкам трафик и все элементы сетей разрабатывались в расчете на него, то появление трафика реального времени привело к большим проблемам.

Сегодня эти проблемы решаются различными способами, в том числе и с помощью специально рассчитанной на передачу различных типов трафика технологии ATM. Однако, несмотря на значительные усилия, предпринимаемые в этом направлении, до приемлемого решения проблемы пока далеко, и в этой области предстоит еще много сделать, чтобы достичь заветной цели - слияния технологий не только локальных и глобальных сетей, но и технологий любых информационных сетей - вычислительных, телефонных, телевизионных и т. п. Хотя сегодня эта идея многим кажется утопией, серьезные специалисты считают, что предпосылки для такого синтеза уже существуют, и их мнения расходятся только в оценке примерных сроков такого объединения - называются сроки от 10 до 25 лет. Причем считается, что основой для объединения послужит технология коммутации пакетов, применяемая сегодня в вычислительных сетях, а не технология коммутации каналов, используемая в телефонии, что, наверно, должно повысить интерес к сетям этого типа.

Заключение

В заключении хотелось бы казать еще несколько слов о дальнейшем развитии сетей.

Дать краткосрочный прогноз развития Интернета и назвать технологии, которые найдут применение в компьютерах ближайшего будущего, не слишком трудно. Но о том, какая принципиально новая технология придет на смену Интернету, какое событие в развитии вычислительной техники сможет сравниться с изобретением PC, нам остается только догадываться. Будущее технологии, о которой пойдет речь в заключении, сейчас непредсказуемо, но у нее есть шанс принципиально изменить облик компьютерного мира.

Речь идет о закате эры PC и исчезновении Интернета в его нынешнем виде - как сети пакетной передачи данных, напрямую связывающей своих пользователей и вошедшей чуть ли не в каждый дом. На смену им может прийти всемирная вычислительная Сеть, работающая как гигантский суперкомпьютер, предлагающий не услуги передачи данных, а доступ к работающим на нем приложениям с оплатой за фактическое использование его ресурсов. По сути, это означает переход от продажи услуг транспортного уровня к предоставлению услуг уровня приложений. Отчасти этот подход уже начал реализовываться, но только принципиально новые технологии связи позволят ему стать подлинной компьютерной революцией.

Литература

1. Алексеев В.Е. Вычислительная техника. - М.: Высшая школа, 2005.

2. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. - СПб.: Питер, 2002.

3. Симонович С. Вы купили компьютер. - М.: АСТпресс, 2004.

4. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. Краткий курс. - М.: Инфра-М, 2001.

5. PCMagazine.

6. PCUpgrade.

7. Chip.

8. www. Ixbt.com

9. www.pc-zone.net

10. www.pclink.ru

Размещено на Allbest.ru