1. Сети передачи данных

1. Общая характеристика

Термин «Сети передачи данных» часто используется как синоним термина «Компьютерные сети», что не совсем верно, но вместе они определяют основную функцию последних – передачу данных между компьютерами. Потребность в таком обмене в компьютерном мире возникла не сразу, поскольку вычислительные системы довольно долго работали в режиме пакетной обработки заданий, который не требовал передачи данных между компьютерами и обеспечивал наилучшее использование самого ценного ресурса вычислителей начала 60 годов ХХ века (мэйнфреймов) – центрального процессора (ЦП). С повышением производительности ЦП появилась возможность использовать его в режиме разделения времени для обработки нескольких вычислительных заданий «одновременно» (с точки зрения пользователей). Эффективная реализация этого режима потребовала формирования нескольких каналов ввода-вывода, посредством которых терминалы, которые могли находиться на значительном расстоянии (от нескольких десятков метров до сотен и тысяч километров) от центрального компьютера, могли отправлять ему исходные данные, команды управления и получать обратные сообщения и результаты. Вполне естественно, что для подключения удаленных терминалов были использованы каналы существующей и уже глобальной телефонной сети. Взаимодействие компонентов этой распределенной вычислительной системы требовало существенно более надежной, в сравнении с телефонией, передачи цифровых данных. В силу этого, возникла потребность в специальных аппаратных и программных средствах обработки компьютерных данных; их создание и положило начало конвергенции компьютерной и телекоммуникационной отраслей.

Однако, система «компьютер - терминалы» еще не является компьютерной сетью в современном смысле, поскольку функционирование всех компонентов такой системы обеспечивается одной управляющей программой (операционной системой главного компьютера). Очень скоро возникла необходимость организации обмена данными не только между терминалами и хост-компьютером, но и между самими компьютерами, каждый из которых работал под управлением своей операционной системы. Такой обмен потребовал определения ряда процедур обработки данных (прежде всего, ввода-вывода), одинаково понимаемых в разных операционных средах. Кроме этого, объем данных, передаваемый между компьютерами, часто оказывался существенно выше, чем при обмене «терминал-компьютер» и его передача по относительно узкополосным каналам телефонных сетей становилась затруднительной. Вместе с тем, эффективность использования пропускной способности телефонных каналов оказывалась недостаточно высокой из-за особенностей статистических характеристик трафика ЭВМ. Преодоление указанных ограничений потребовало очень тесного сотрудничества специалистов по архитектуре компьютеров и специалистов электросвязи. Результатом их совместных усилий стали новые высокоэффективные методы и средства кодирования данных, протоколы их передачи и существенная модернизация связной инфраструктуры. Все это породило новую сущность, которую сегодня называют «Компьютерная сеть».

Объединение компьютеров в сеть, в конечном итоге, производится для предоставления большому числу пользователей каких-то услуг (информационных, вычислительных, коммуникационных). Некоторые из них обеспечиваются работой одного компьютера, другие - требуют участия нескольких. При этом, определенная услуга может потребоваться нескольким пользователям практически одновременно. Следовательно, необходимо обеспечить бесконфликтное выделение многим пользователям процессорного времени, файлов, дискового пространства, периферии вполне определенной вычислительной системы. Управление сетевым доступом к каждому из этих ресурсов привело к включению в операционные системы компьютеров специализированных (сетевых) программных модулей. По признаку исполняемой ими в межсетевом обмене роли эти программные компоненты делятся на две большие категории. Модули, генерирующие запросы к удаленным ресурсам, образуют множество «клиентов», а модули, удовлетворяющие такие запросы, - множество «серверов». Пара взаимно согласованных модулей «клиент-сервер» формируют сетевую службу. Все сетевые операционные системы (Windows, Lunix, Solaris и т.д.) поддерживают несколько базовых служб, – ввода-вывода, удаленного запуска программ, управления периферией и ряд других. Базовые сетевые службы должны быть хорошо стандартизированы, а их реализации должны скрывать все специфические особенности операционных систем компьютеров, на которых они исполняются.

Клиент-серверная архитектура используется и для построения программ, решающих прикладные задачи. При этом, некоторая часть такого прикладного комплекса, например, требующая интенсивных вычислений, может выполняться на относительно мощном компьютере (сервере приложения), а формирование задания и визуализация результатов расчета – на компьютере конечного пользователя. Ясно, что работа такого распределенного прикладного приложения опирается на базовые сетевые службы операционных систем. Заметим, что «клиент-серверная» архитектура может вырождаться в чисто серверную, когда функция клиента сводится лишь к выполнению удаленного запуска программы на хост-компьютере.

Одним из современных воплощений архитектуры «клиент-сервер» является технология мобильных агентов - приложений, которые доставляют на удаленные системы код, расширяющий функциональность последних. Такие приложения важны, например, для поиска информации в сети или эффективной индексации сетевых информационных (особенно, мультимедийных) ресурсов. Файлы мультимедиа велики и загружать их на сервер для индексации накладно. Проще доставить на целевую систему индексирующий код, а затем получить оттуда лишь результаты индексации, имеющие существенно меньший размер. Агенты могут перемещаться с одного сетевого узла на другой по намеченному маршруту, что делает их автономными и не требующими постоянного управления, за счет чего экономятся вычислительные и коммуникационные ресурсы.

Таким образом, компьютерные сети являются многокомпонентными программно-аппаратными комплексами. Они могут использовать для передачи информации различные сети связи и различные способы управления обменом данными. Далее обсудим общую структуру сетей передачи данных и принципы коммутации трафика в них.