Что было унаследовано компьютерными сетями от вычислительной техники а что от телефонных сетей

Обновлено: 07.07.2024

Однако неверно было бы говорить, что методы коммутации каналов морально устарели и у них нет будущего. На новом витке спирали развития они находят свое применение, но уже в новых технологиях.

Компьютерные сети тоже многое позаимствовали у телефонных и телевизионных сетей. В частности, они берут на вооружение методы обеспечения отказоустойчивости телефонных сетей, за счет которых последние демонстрируют высокую степень надежности, так недостающую порой Интернету и корпоративным сетям.

Сегодня становится все более очевидным, что мультисервисная сеть нового поколения не может быть создана в результате «победы» какой-нибудь одной технологии или одного подхода. Ее может породить только процесс конвергенции, когда от каждой технологии будет взято все самое лучшее и соединено в некоторый новый сплав, который и даст требуемое качество для поддержки существующих и создания новых услуг. Появился новый термин — инфокоммуникационная сеть, который прямо говорит о двух составляющих современной сети — информационной (компьютерной) и телекоммуникационной. Учитывая, что новый термин еще не приобрел достаточной популярности, мы будем использовать устоявшийся термин «телекоммуникационная сеть» в расширенном значении, то есть включать в него и компьютерные сети.

Компьютерные сети стали логическим результатом эволюции компьютерных и телекоммуникационных технологий. С одной стороны, они являются частным случаем распределенных компьютерных систем, а с другой — 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.

Классифицируя сети по территориальному признаку, различают глобальные (WAN), локальные (LAN) и городские (MAN) сети. •

Хронологически первыми появились сети WAN. Они объединяют компьютеры, рассредоточенные на расстоянии сотен и тысяч километров. Первые глобальные компьютерные сети очень многое унаследовали от телефонных сетей. В них часто использовались уже существующие и не очень качественные линии связи, что приводило к низким скоростям передачи данных и ограничивало набор предоставляемых услуг передачей файлов в фоновом режиме и электронной почтой.

Сети LAN ограничены расстояниями в несколько километров; они строятся с использованием высококачественных линий связи, которые позволяют, применяя более простые методы передачи данных, чем в глобальных сетях, достигать высоких скоростей обмена данными — до нескольких гигабитов в секунду. Услуги предоставляются в режиме подключения и отличаются разнообразием.

Сети MAN предназначены для обслуживания территории крупного города. При достаточно больших расстояниях между узлами (десятки километров) они обладают качественными линиями связи и поддерживают высокие скорости обмена. Сети MAN обеспечивают экономичное соединение локальных сетей между собой, а также доступ к глобальным сетям.

Важнейший этап в развитии сетей — появление стандартных сетевых технологий: Ethernet, FDDI, Token Ring, позволяющих быстро и эффективно объединять компьютеры различных типов.

В конце 80-х годов локальные и глобальные сети имели существенные отличия по протяженности и качеству линий связи, сложности методов передачи данных, скорости обмена данными, разнообразию предоставляемых услуг и масштабируемости. В дальнейшем в результате тесной интеграции LAN, WAN и MAN произошло взаимопроникновение соответствующих технологий.

1. Что было унаследовано компьютерными сетями от вычислительной техники, а что от телефонных сетей?

2. Какие свойства многотерминальной системы отличают ее от компьютерной сети?

3. Когда впервые были получены значимые практические результаты по объединению компьютеров с помощью глобальных связей?

1. Что было унаследовано компьютерными сетями от вычислительной техники, а что от телефонных сетей?

2. Какие свойства многотерминальной системы отличают ее от компьютерной сети?

4. Что такое ARPANET?

5. Какое из следующих событий произошло позже других:

а) изобретение Web;

б) появление стандартных технологий LAN;

в) начало передачи голоса в цифровой форме по телефонным сетям.

6. Какое событие послужило стимулом к активизации работ по созданию LAN?

7. Когда была стандартизована технология Ethernet?

8. По каким направлениям идет сближение компьютерных и телекоммуникационных сетей.

9. Поясните термины «мультисервисная сеть*, «инфокоммуникационная сеть», «интеллектуальная сеть».

10. Поясните, почему сети WAN появились раньше, чем сети LAN.

11. Найдите исторические связи между технологией Х.25 и сетью ARPANET, пользуясь источниками информации в Интернете.

12. Считаете ли вы, что история компьютерных сетей может быть сведена к истории Интернета? Обоснуйте свое мнение.

1. От вычислительной техники компьютерными сетями были унаследованы интеллектуальные возможности конечных узлов — компьютеров, а от телекоммуникационных сетей — методы передачи информации на большие расстояния.

2. Вычислительные ресурсы многотерминальных систем централизованы, а в компьютерной сети они распределены.

3. Значимые практические результаты по объединению компьютеров с помощью глобальных связей впервые были получены в конце 60-х годов.

4. Сеть ARPANET, созданная в конце 60-х, стала прародительницей Интернета.

7. Технология Ethernet была стандартизована в 1980 году.

8. Компьютерные и телекоммуникационные сети сближаются в отношении типов услуг и используемых технологий.

Глава 2 Общие принципы построения сетей

1. С какими ресурсами компьютера могут совместно работать несколько пользователей сети? Приведите примеры, когда у пользователей возникает необходимость разделять процессор?

а) порт; б) протокол; в) логический интерфейс; г) физический интерфейс.

3. Опишите роль буферизации данных в процедуре доступа приложения, выполняемого на одном компьютере сети, к периферийному устройству другого компьютера. Сколько раз данные буферизуются при этом? Какой размер должен иметь буфер в каждом из таких случаев?

4. Что из перечисленного можно считать одним из возможных определений понятия «веб-сервер»:

а) распределенная программа;

б) часть веб-службы;

в) клиентская часть распределенного сетевого приложения;

д) локальное приложение;

е) клиентская часть централизованного сетевого приложения;

ж) серверная часть распределенного сетевого приложения;

5. Приведите примеры сетевых служб. Какие из них ориентированы на администратора сети? Какие из них обычно входят в состав сетевой ОС?

6. Какие из перечисленных терминов п некотором контексте могут использоваться как

а) емкость канала связи;

б) скорость передачи данных;

в) полоса пропускания канала связи;

г) пропускная способность канала связи.

7. Какие соображения следует учитывать при выборе топологии сети? Приведите достоинства и недостатки каждой из типовых топологий.

8. К какому типу относится каждый из восьми вариантов топологии на рис. 2.9. Для определенности рассматривайте приведенные варианты топологии построчно сверху вниз, слева направо.

9. Каким типом адреса снабжают посылаемые данные, когда хотят, чтобы они были доставлены всем узлам сети:

а) multicast; б) anycast; в) broadcast; r)unicast

10. В соответствии с классификацией адресов, используемых в компьютерных сетях, существуют символьные, числовые адреса, плоские, иерархические, индивидуальные, групповые и широковещательные адреса, а также адреса групповой рассылки. Как бы вы классифицировали в приведенных терминах обычный почтовый адрес? Какой тип сетевого протокола соответствует процедуре определения адреса по почтовом) индексу?

11. В чем состоит и как решается задача маршрутизации?

12. Работа почтового отделения во многом аналогична работе коммутатора компьютерной сети. Какие процедуры обработки ПОЧТОВЫХ отправлений соответствуют мультиплексированию? Демультиплексированию? Как создается и какую информацию содержит «таблица маршрутизации» почтового отделения? Какой атрибут информационного потока может служить аналогом пометки АВИА на почтовом конверте?

13. Опишите два основных подхода к организации совместного использования передающей среды несколькими передатчиками.

14. Приведите аргументы за и против использования разделяемой среды в LAN и WAN.

Хотя теоретические работы по созданию концепций сетевого взаимодействия велись почти с момента появления вычислительных машин, значимые практические результаты по объединению компьютеров в сети были получены лишь в конце 60-х, когда с помощью глобальных связей и техники коммутации пакетов удалось реализовать взаимодействие машин класса мэйнфреймов и суперкомпьютеров (рис.1.4). Эти дорогостоящие компьютеры хранили уникальные данные и программы, обмен которыми позволил повысить эффективность их использования.

Рис. 1.4. Объединение удаленных супер-ЭВМ глобальными связями.

Но еще до реализации связей " компьютер - компьютер ", была решена более простая задача — организация связи " удаленный терминал - компьютер ". Терминалы, находящиеся от компьютера на расстоянии многих сотен, а то и тысяч километров, соединялись с компьютерами через телефонные сети с помощью модемов. Такие сети позволяли многочисленным пользователям получать удаленный доступ к разделяемым ресурсам нескольких мощных компьютеров класса супер-ЭВМ .

И только потом были разработаны средства обмена данными между компьютерами в автоматическом режиме. На основе этого механизма в первых сетях были реализованы службы обмена файлами, синхронизации баз данных, электронной почты и другие, ставшие теперь традиционными, сетевые службы .

В 1969 году министерство обороны США инициировало работы по объединению в общую сеть суперкомпьютеров оборонных и научно-исследовательских центров. Эта сеть , получившая название ARPANET послужила отправной точкой для создания первой и самой известной ныне глобальной сети — Internet . Сеть ARPANET объединяла компьютеры разных типов, работавшие под управлением различных ОС с дополнительными модулями, реализующими коммуникационные протоколы , общие для всех компьютеров сети. Такие ОС можно считать первыми сетевыми операционными системами .

Сетевые ОС в отличие от многотерминальных позволяли не только рассредоточить пользователей, но и организовать распределенное 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, позволяющими ей взаимодействовать по сети с операционными системами других компьютеров. 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.

В 1974 году компания IBM объявила о создании собственной сетевой архитектуры для своих мэйнфреймов , получившей название SNA (System Network Architecture , системная сетевая архитектура). В это же время в Европе активно велись работы по созданию и стандартизации сетей X.25 .

Таким образом, хронологически первыми появились глобальные сети ( Wide Area Networks, 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 и концепции современных вычислительных сетей, такие, например, как многоуровневое построение коммуникационных протоколов , технология коммутации пакетов и маршрутизация пакетов в составных сетях .

Наследие телефонных сетей

Глобальные компьютерные сети очень многое унаследовали от других, гораздо более старых и глобальных сетей — телефонных.

Главным результатом создания первых глобальных компьютерных сетей был отказ от принципа коммутации каналов , на протяжении многих десятков лет успешно использовавшегося в телефонных сетях .

Выделяемый на все время сеанса связи составной канал с постоянной скоростью не мог эффективно использоваться пульсирующим трафиком компьютерных данных, у которого периоды интенсивного обмена чередуются с продолжительными паузами. Эксперименты и математическое моделирование показали, что пульсирующий и в значительной степени не чувствительный к задержкам компьютерный трафик гораздо эффективней передается по сетям, использующим принцип коммутации пакетов , когда данные разделяются на небольшие порции, которые самостоятельно перемещаются по сети за счет встраивания адреса конечного узла в заголовок пакета.

Так как прокладка высококачественных линий связи на большие расстояния обходится очень дорого, в первых глобальных сетях часто использовались уже существующие каналы связи, изначально предназначенные совсем для других целей. Например, 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 килобит в секунду), набор предоставляемых услуг в глобальных сетях такого типа обычно ограничивался передачей файлов, преимущественно в фоновом режиме, и электронной почтой.

Помимо низкой скорости такие каналы имеют и другой недостаток — они вносят значительные искажения в передаваемые сигналы. Поэтому протоколы глобальных сетей, построенных с использованием каналов связи низкого качества, отличаются сложными процедурами контроля и восстановления данных. Типичным примером таких сетей являются сети X.25, разработанные еще в начале 70-х, когда низкоскоростные аналоговые каналы, арендуемые у телефонных компаний, были преобладающим типом каналов, соединяющих компьютеры и коммутаторы глобальной вычислительной сети.

Развитие технологии глобальных компьютерных сетей во многом определялось прогрессом телефонных сетей . С конца 60-х годов в телефонных сетях все чаще стала применяться передача голоса в цифровой форме, что привело к появлению высокоскоростных цифровых каналов, соединяющих АТС и позволяющих одновременно передавать десятки и сотни разговоров. Была разработана специальная технология плезиохронной цифровой иерархии ( Plesiochronous Digital Hierarchy , PDH ), предназначенная для создания так называемых первичных, или опорных, сетей. Такие сети не предоставляют услуг конечным пользователям, они являются фундаментом, на котором строятся скоростные цифровые каналы " точка-точка ", соединяющие оборудование другой (так называемой наложенной) сети, которая уже работает на конечного пользователя.

Первоначально технология PDH , поддерживающая скорости до 140 Мбит/с, была внутренней технологией телефонных компаний. Однако со временем эти компании стали сдавать часть своих каналов PDH в аренду предприятиям, которые использовали их для создания собственных телефонных и глобальных компьютерных сетей .

Появившаяся в конце 80-х годов технология синхронной цифровой иерархии ( Synchronous Digital Hierarchy , SDH ) расширила диапазон скоростей цифровых каналов до 10 Гбит/c, а технология спектрального мультиплексирования DWDM (Dense Wave Division Multiplexing ) — до сотен гигабит и даже нескольких терабит в секунду.

Сегодня 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.

Интернет является самой быстрорастущей технической системой в истории человечества. Интернет растет постоянно начиная с 80-х годов и в соответствии с прогнозами специалистов будет продолжать расти. «Размеры» Интернета можно оценивать поразному, чаще всего используют такие показатели, как количество подключенных к Интернету терминальных устройств (компьютеров различных типов, планшетов, мобильных телефонов) , количество пользователей, объем трафика, передаваемый в единицу времени.

На (рис. 1.6) показан график роста числа пользователей Интернета за 40 лет существования этой сети. К 2014 году их число превысило 3 миллиарда, что составляет 42 % населения земного шара.

Количество терминальных устройств, выполняющих функции серверов (без учета пользовательских устройств) , росло примерно такими же темпами: в 1980 году насчитывалось около 1000 хостов, подключенных к Интернету, в 1991 - более 1 000 000, в начале 2000-х - около 100 000 000 и, наконец, в 2013 - свыше 1 миллиарда.

Рис. 1.6 Рост числа пользователей Интернета

С учетом пользовательских устройств (настольных компьютеров, ноутбуков, планшетов и мобильных телефонов) общее количество терминальных устройств, подключенных к Интернету, составило в 2013 году 12 миллиардов.

Абсолютно взрывным оказался рост объема трафика (количество байтов, переданных в месяц через магистрали Интернета) :

1990 - 1 ТВ (1 терабайт = 1012 байт, или 1000 гигабайт) ;
1996-2000 ТВ;
2000 - 84 РВ (1 петабайт = 1000 терабайт) ;
2008 - 10 ЕВ (1 экзабайт - 1000 петабайт) ;
2013-50 ЕВ.

В середине 90-х трафик рос особенно быстро, удваиваясь каждый год, то есть демонстрируя экспоненциальный рост. Затем рост несколько замедлился, но все равно за последние 5 лет объем передаваемого трафика вырос в 5 раз. Трафик рос не только в количественном отношении — существенно менялся процентный состав приложений, генерирующих трафик. Так, если в 90-е годы и начале 2000-х в общем объеме преобладал трафик приложений, передающих файлы (файлы электронной почты, веб-страниц, музыки и кинофильмов) , то уже к 2010 году он уступил лидерство трафику приложений, передающих видеопотоки в реальном масштабе времени (таких, как интернет-телевидение, просмотр кинофильмов в онлайновом режиме по требованию, видеоконференции) . Изменение характера трафика породило новые вызовы разработчикам сетевых технологий, так как требования к характеристикам сети у этих приложений значительно отличаются от требований приложений передачи файлов.

Еще одним революционным изменением в области передаваемого трафика стало резкое увеличение его доли, генерируемой мобильными устройствами - планшетами и мобильными телефонами. И если пока еще большая часть трафика генерируется персональными компьютерами (67 % в 2013 году) , то к 2018 году эта доля, по прогнозам, упадет до 43 %, остальное будут генерировать мобильные устройства, а также компьютеры, прямо обменивающиеся данными между собой.

Такой феноменальный рост и изменчивость Интернета (в различных аспектах) оказывали и оказывают сильнейше влияние на технологии компьютерных сетей, заставляя их постоянно изменяться и совершенствоваться, приспосабливаясь к новым требованиям пользователей и их количеству. Эту движущую силу нужно учитывать при изучении любых технологий компьютерных сетей, основные из которых рассматриваются в последующих главах этой книги. А пока для иллюстрации того, как технологии отвечали на вызовы роста, ограничимся таким понятным показателем, как скорость передачи данных транспортными сетевыми технологиями, и посмотрим, как она изменялась в локальных и глобальных сетях:

80-е годы:
- Локальные сети: большинство сетей используют Ethernet 10 Мбит/с, Token Ring 16 Мбит/с.
- Глобальные сети: магистраль Интернета построена на цифровых телефонных каналах 56 Кбит/с; магистрали телефонных сетей используют цифровые линии 35-45 Мбит/с.
90-е годы:
- Локальные сети: переход на 100 Мбит/с (FDDI и Fast Ethernet) .
- Глобальные сети: магистрали SDH 155 и 622 Мбит/с начинают применяться в Интернете.
конец 90-х - начало 2000-х:
- Локальные сети: в 1998 году появляется Gigabit Ethernet (1000 Мбит/с) и уже через четыре года, в 2002 году, - 10G Ethernet (10 Гбит/с) .
- Глобальные сети: иерархия скоростей SDH повышается до 10 Гбит/с; технология DWDM позволяет мультиплексировать в одном оптическом волокне до 40-80 каналов по 10 Гбит/с (общая пропускная способность волокна составляет 400800 Гбит/с) .
Начало 2010-х:
Локальные и глобальные сети: 40G и 100G Ethernet стандартизованы в 2012 году, версия 40G начинает применяться в серверах, a 100G — на магистралях сетей.

Как видно из этой краткой хронологии, разработчики сетевых транспортных технологий хорошо справлялись со своими обязанностями и смогли за 35 лет повысить потолок скорости в 10 000 раз. Подводя итог, перечислим последовательность важнейших событий, ставших историческими вехами на пути эволюции компьютерных сетей (Таблица. 1.1) .

Таблица 1.1. Хронология важнейших событий на пути появления первых компьютерных сетей

Этап	Время
Компьютерные сети
Первые глобальные связи компьютеров, первые эксперименты с пакетными сетями	Конец 60-х
Начало передач по телефонным сетям голоса в цифровой форме	Конец 60-х
Появление больших интегральных схем, первые мини-компьютеры, первые нестандартные локальные сети	Начало 70-х
Стандартизация технологии Х.25 для построения сети «удаленные терминалы — мейнфрейм»	1974
Появление персональных компьютеров, создание Интернета в современном виде, установка на всех узлах стека TCP/IP	Начало 80-х
Появление стандартных технологий локальных сетей (Ethernet — 1980 г., Token Ring, FDDI - 1985 г.)	Середина 80-х
Начало коммерческого использования Интернета	Конец 80-х
Появление первичных сетей SONET/SDH со скоростью передачи до 155 Мбит/с	Конец 80-х
Изобретение Web	1991
Доминирование Ethernet в локальных сетях, стандартизация Gigabit Ethernet	Конец 90-х
Появление технологии плотного мультиплексирования волн (DWDM) с возможностью передачи 40/80 волн в одном волокне	Конец 90-х
Появление первых смартфонов с ограниченными интернет-функциями	Конец 90-х
Интернет становится мультимедийным (IP TV, IP-телефония)	Конец 90-х -начало 2000-х
Повышение скорости передачи данных до 10 Гбит/с (10G Ethernet и 10G SDH/ OTN)	Начало 2000-х
Смартфоны становятся полнофункциональными интернет-терминалами	Середина 2000-х
Повышение скорости передачи до 100 Гбит/с (100G Ethernet и 100G OTN)	Начало 2010-х

Выводы

Компьютерные сети стали логическим результатом эволюции вычислительной техники и телекоммуникационных технологий.

Прообразом локальных вычислительных сетей являются многотерминальные системы, работающие в режиме разделения времени.

Хронологически первыми появились глобальные сети (Wide Area Network, WAN) , то есть сети, объединяющие территориально рассредоточенные компьютеры, возможно, находящиеся в различных городах и странах.

Для связывания компьютеров в сеть операционные системы, установленные на них, были дополнены модулями, которые реализовали коммуникационные протоколы, общие для всех компьютеров сети. Такие ОС можно считать первыми сетевыми операционными системами. Сетевые ОС позволили не только рассредоточить пользователей между несколькими компьютерами (как в многотерминальных системах) , но и организовать распределенные хранение и обработку данных. В начале 70-х годов начались работы по созданию первой и самой известной ныне глобальной сети мирового масштаба - Internet.

Важнейший этап в развитии сетей - появление стандартных сетевых технологий: Ethernet, FDDI, Token Ring, позволяющих быстро и эффективно объединять компьютеры различных типов.

Начиная с 80-х годов стала проявляться тенденция сближения технологий локальных и глобальных компьютерных сетей, а также технологий телекоммуникационных сетей разных типов: телефонных, радио, телевизионных.

В настоящее время ведутся активные работы по созданию универсальных мультисервисных сетей, способных одинаково эффективно передавать информацию любого типа: данные, голос и видео.

Читайте также: