Первые сети — глобальные

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. Эти дорогостоящие компьютеры хранили уникальные данные и программы, обмен которыми позволил повысить эффективность их использования.

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.

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.

 

1. Территориальная распространенность. В зависимости от расстояния между связываемыми узлами различают вычислительные сети:

Локальные (ЛВС) или Local Area Net (LAN) – охватывающие ограниченную территорию (обычно в пределах удаленности станций не более чем на несколько десятков или сотен метров друг от друга, реже на 1…2км). Локальные сети обозначают LAN. Отличительной чертой ЛВС является большая скорость передачи данных, низкий уровень ошибок и использование дешевой среды передачи данных. Большинство ЛВС принадлежать какой-либо конкретной организации, которая их поддерживает.

Территориальные – охватывающие значительное географическое пространство; среди территориальных сетей можно выделить сети региональные и глобальные, имеющие соответственно региональные или глобальные масштабы; региональные сети иногда называют сетями MAN, а общее англоязычное название для территориальных сетей – WAN.

Региональная вычислительная сеть (РВС) или Metropolitan Area Net (MAN) – это сеть, включающая в себя город или группу городов, находящихся в одном регионе РВС – это самый новый тип сетей. РВС имеют много общего с ЛВС, но они по многим параметрам сложнее последних. Например, помимо обмена данными и голосового обмена; РВС могут передавать видео и аудиоинформацию.

РВС разработаны для поддержки больших расстояний, чем ЛВС. Они могут использоваться для связывания нескольких ЛВС вместе в высокоскоростные интегрированные сетевые системы. РВС сочетают лучшие характеристики ЛВС (низкий уровень ошибок, высокая скорость передачи) с большей географической протяженностью.

Глобальная вычислительная сеть (ГВС) или Wide Area Net (WAN)– это сеть, объединяющая пространство всей планеты, она включает в себя как ЛВС, так и К оммуникации по ГВС осуществляются посредством телефонных линий, спутниковой связи или наземных микроволновых систем. ГВС зачастую создаются путем объединения ЛВС и РВС. Фактически объединение изолированных ЛВС и РВС в форму ГВС является современной тенденцией в области сетей. Поскольку ГВС включают объединение многих ЛВС и РВС, то они часто представляют собой конгломерат различных технологий.

По сравнению с ЛВС большинство ГВС отличают медленная скорость передачи и более высокий уровень ошибок. Новые технологии в области ГВС призваны разрешить эти проблемы.

Корпоративные (масштаба предприятия) – совокупность связанных между собой ЛВС, охватывающих территорию, на которой размещено одно предприятие или учреждение в одном или нескольких близко расположенных зданиях. Локальные и корпоративные вычислительные сети – основной вид вычислительных сетей, используемых в системах автоматизированного проектирования (САПР).

2. По скорости передачи информации сети подразделяют на низко-, средне- и высокоскоростные.

Кроме того, иногда выделяют сети по степени интегрированности: интегрированные сети, неинтегрированные сети и подсети.

Интегрированная вычислительная сеть (интерсеть) представляет собой взаимосвязанную совокупность многих вычислительных сетей, которые в интерсети называются подсетями. В автоматизированных системах крупных предприятий подсети включают вычислительные средства отдельных проектных подразделений. Интерсети нужны для объединения таких подсетей, а также для объединения технических средств автоматизированных систем проектирования и производства в единую систему комплексной автоматизации (CIM – Computer Intergrated Manufacturing). Обычно интерсети приспособлены для различных видов связи: телефонии, электронной почты, передачи видеоинформации, цифровых данных и т.п., и в этом случае они называются сетями интегрального обслуживания.

Развитие интерсетей заключается в разработке средств сопряжения разнородных подсетей и стандартов для построения подсетей, изначально приспособленных к сопряжению.

В зависимости от того, одинаковые или неодинаковые ЭВМ применяют в сети, различают сети однотипных ЭВМ, называемые однородными, и разнотипных ЭВМ – неоднородные (гетерогенные). В крупных автоматизированных системах, как правило, сети оказываются неоднородными.

Сети также различают в зависимости от используемых в них протоколов и по способам коммутации.

3. По типу среды передачи можно выделить сети, построенные на базе коаксиального кабеля, витой пары, оптоволокна, радиоканалов, инфракрасного диапазона электромагнитного излучения.

Физическая передающая среда – линии связи или пространство, в котором распространяются электрические сигналы, и аппаратура передачи данных.

Витая пара состоит из двух изолированных проводов, свитых между собой. Скручивание проводов уменьшает влияние внешних электромагнитных полей на передаваемые сигналы. Самый простой вариант витой пары – телефонный кабель. Витые пары имеют различные характеристики, определяемые размерами, изоляцией и шагом скручивания. Дешевизна этого вида передающей среды делает её достаточно популярной для ЛВС.

Основной недостаток витой пары – плохая помехозащищенность и низкая скорость передачи информации – 0,25-1 Мбит/с. Технологические усовершенствования позволяют повысить скорость передачи и помехозащищенность (экранированная витая пара), но при этом возрастает стоимость этого типа передающей среды. В настоящее время это наиболее распространённый сетевой проводник.

Коаксиальный кабель по сравнению с витой парой обладает более высокой механической прочностью, помехазащищенностью и обеспечивает скорость передачи информации до 10 -50 Мбит/с. Это один из первых проводников, использовавшихся для создания сетей. Содержит в себе центральный проводник, слой изолятора в медной или алюминиевой оплетке и внешнюю ПВХ изоляцию. Кабель достаточно сильно подвержен электромагнитным наводкам. В случае повреждения ремонтируется с трудом.

Оптоволоконный кабель – идеальная передающая среда. Он не подвержен действию электромагнитных полей и сам практически не имеет излучения. Последнее свойство позволяет использовать его в сетях, требующих повышенной секретности информации. По сравнению с предыдущими типами передающей среды он более дорог, менее технологичен в эксплуатации.Кабель содержит несколько световодов, хорошо защищенных пластиковой изоляцией. Он обладает сверхвысокой скоростью передачи данных (до 2 Гбит), и абсолютно не подвержен помехам. Расстояние между системами, соединенными оптиковолокном, может достигать 100 километров, но стоит чрезвычайно дорого (около 1-3$ за метр), и для работы с ним требуется специальные сетевые карты, коммутаторы и т.д. Данное соединение применяется для объединения крупных сетей, высокосортного доступа в Интернет (для провайдеров и крупных компаний), а также для передачи данных на большие расстояния.

4. По принадлежности. В зависимости от прав собственности на сети последние могут быть сетями общего пользования (public) или частными 9private). Среди сетей общего пользования выделяют телефонные сети ТфОП (PSTN – Public Switched Telephone Network) и сети передачи данных (PSDN – Public Switched Data Network).

5. Способ управления. В зависимости от способа управления различают сети:

Клиент/сервер – в них выделяется один или несколько узлов (их название – серверы), выполняющих в сети управляющие или специальные обслуживающие функции, а остальные узлы (клиенты) являются терминальными, в них работают пользователи. (Клиент – задача, рабочая станция или пользователь компьютерной сети). Сети клиент/сервер различаются по характеру распределения функций между серверами, другими словами по типу серверов (например, файл-серверы, серверы баз данных). При специализации серверов по определенным приложениям имеем сеть распределенных вычислений. Такие сети отличают также от централизованных ситем, построенных на мейнфреймах;

Одноранговые – в них узлы равноправны; поскольку в общем случае под клиентом понимается объект (устройство или программа), запрашивающий некоторые услуги, а под сервером – объект, предоставляющий эти услуги, то каждый узел в одноранговых сетях может выполнять функции и клиента, и сервера;

Сетецентрическая концепция, в соответствии с которой пользователь имеет лишь дешевое оборудование для обращения к удаленным компьютерам, а сеть обслуживает заказы на выполнение вычислений и получение информации. То есть пользователю не нужно приобретать программное обеспечение для решения прикладных задач, ему нужно лишь платить за выполненные заказы. Подобные компьютеры называют тонкими клиентами или сетевыми компьютерами.

6. Компьютеры могут объединяться в сеть разными способами. Способ соединения компьютеров в сеть называется её топологией - это усреднённая геометрическая схема соединений узлов сети

 

2.Топологии ЛВС

Сетевая топология (от греч. τоπος, - место) - способ описания конфигурации сети, схема расположения и соединения сетевых устройств.