122

10 Компьютерные сети

10.1 Телеобработка и сети с коммутацией каналов

Компьютерные сети, как и сами компьютеры имеют достаточно долгую и непростую историю. Хронологию их развития можно подразделить на три этапа [1].

Первый этап (1950-е и 1960-е годы) – подключение удаленных терминалов к компьютерам (теледоступ). В первое десятилетие (1950-е годы), когда ЭВМ были большойредкостью, большой удачейсчиталась сама возможность пообщаться с ними хотя бы по медленному и ненадежному телетайпу. Развитие техники связи и изобретение модемов в 1960-е годы дали возможность организовать разветвленные сети теледоступа.

Второй этап (1970-е годы) – подключение компьютеров друг к другу. С начала 1970-х годов в мире начали создаваться многочисленные терри-

ториальные (Wide Area Networks – WAN) и локальные (Local Area

Networks – LAN) компьютерные сети в современном понимании, предоставляющие высокоуровневые сетевые услуги (передача файлов, электронная почта и др.). Сети второго поколения отличались разнообразием и несовместимостью.

Третий этап (1980-е и 1 990-е годы) – подключение изолированных сетей друг к другу и образование всемирной «сети сетей» Internet.

10.1.1 Первые эксперименты по телеобработке

Теледоступ или, иначе, телеобработка – процесс общения пользователя по каналом связи с вычислительной машиной, находящейся от него на значительном расстоянии. Эксперименты по телеобработке были предприняты еще до изобретения ЭВМ.

Исторически первым считается опыт, показанный Джорджем Стибицем в 1940 году на заседании Американского математического общества, который проходил в Дартмутском колледже в городе Ганновере.

Телеграфный аппарат, расположенный там, был подключен к релейному вычислителю Bell-I, находящемуся за сотни километров в НьюЙорке. Два комплексных числа были отправлены по телеграфу в машину, перемножены, а результат вернулся обратно в Ганновер.

Сразу после появления первых ЭВМ стали реализовываться различные технические идеи по телеобработке. Поскольку самым доступным диалоговым устройством ввода-вывода в то время был телетайп, то большинство систем телеобработки в 1950-е годы основывалось на телеграфных каналах связи.

123

Принципиальным недостатком такой схемы является крайне низкий коэффициентиспользования компьютера. Дело втом, что скоростьработы электромеханического телетайпа – до 10 символов в секунду, а операционных систем с разделением времени еще не существовало, таким образом, при работе по телеграфной линии процессор почти все время простаивал. Только после того как к одному компьютеру стало возможным подключать несколько одновременно работающих терминалов, телеобработка стала экономически целесообразной.

10.1.2 Телеобработка в 60-е и 70-е годы

ЭВМ третьего-четвертого поколений, получившие широкое распространение в конце 1960-х и 1970-х годах, были уже достаточно мощными, но еще слишком дорогими и громоздкими. Надежды пользователей в то время были связаны с идеей коллективного использования компьютеров, тем более что техническая возможность поддержания многопользовательского режима уже появилась: на смену телетайпам пришли электронные дисплейные терминалы, былисозданы диалоговыеоперационныесистемы с разделением времени.

Для подключения удаленных терминалов к ЭВМ стали широко использоваться телефонные каналы. Типичная схема системы телеобработки, использующей телефонные каналы, приведена на рисунке 10.1.

Рис. 10.1. Система телеобработки с коммутацией телефонных каналов

124

Центральная ЭВМ, работающая в режиме разделения времени, оснащена специальным устройством – мультиплексором передачи данных, позволяющим подключить несколько (в системе IBM/360 - до 256) удаленных абонентов. Абоненты подключаются к системе по каналам связи, которые могут быть либо выделенными, либо обычными телефонными каналами, устанавливаемыми на время сеанса связи через коммутирующее оборудование городских телефонных станций. Абонентами могут выступать не только дисплейные терминалы, но и другие устройства – кассовые аппараты, банковские терминалы и т.д. В частности, в роли абонента может выступить другая ЭВМ, в этом случае мы имеем уже не просто систему телеобработки, а простейшую компьютерную сеть.

Характерным для приведенной схемы является установление и поддержание на все время сеанса связи физического канала между абонентами. Поэтому она называется схемой с коммутацией каналов.

По схеме с коммутацией каналов в 1970-е годы на Западе были созданы многочисленные вычислительные сети, причем некоторые из них разрослись до больших масштабов.

10.1.3 Проект ГСВЦ в СССР

Когда в конце 1960-х – начале 1970-х годов в СССР началась массовая компьютеризация на основе ЕС ЭВМ, все эксперты были единодушны в том, что будущее принадлежит централизованной модели вычислительного процесса. Наилучшим решением проблемы скорейшей компьютеризации всей страны казалось строительство государственной сети вычислительных центров (ГСВЦ), соединенных между собой и с абонентами единой государственной сетью передачи данных (ЕГСПД).

Техническая концепция ГСВЦ была разработана под руководством академика В.М. Глушкова. Согласно ей, сеть должна была иметь иерархическую структуру. На верхнем уровне предполагалось создать несколько крупнейших ВЦ, обслуживающих высшие органы государственного управления– СоветминистровСССР, Госплан, Минфин, Центральноестатистическое управление (ЦСУ). Ихследовало разместить в специально построенных гигантских зданиях с искусственным климатом и изоляцией от всех внешних помех.

На следующем уровне иерархии должны располагаться региональные ВЦ коллективного пользования (ВЦКП), охватывающие сетью терминалов территорию отдельной области или края. Эти ВЦ были призваны обслуживать территориальные органы управления, а также взаимодействовать с ВЦ предприятий и учреждений, тем самым создавая техническую и информационную базу нижнего уровня единой общегосударственной автоматизированной системы (ОГАС).

125

Учитывая гигантский масштаб задачи, было решено реализовывать систему поэтапно, уточняя постановку задачи в ходе реализации отдельных проектов. В частности, для отработки идеи территориальных центров предполагалось построить четыре экспериментальных ВЦКП в Минске, Таллине, Туле и Томске. Город Томск попал в этот список не случайно.

Здесь с 1972 года объединенными усилиями вузовских ученых под руководством Феликса Ивановича Перегудова (1931-1990) - оригиналь-

ного ученого и талантливого организатора, будущего министра высшего образования разрабатывался проект автоматизированной системы управления (АСУ) Томской области (рис. 10.2).

Тогдашнее руководство области во главе с первым секретарем обкома КПСС Е.К. Лигачевым (во времена М.С. Горбачева он стал секретарем ЦК КПСС и вторым человеком в государстве) активно поддерживало проект и добилось включения Томска в престижный экспериментальный список.

Рис. 10.2. Ф.И. Перегудов (1931-1990)

Для ВЦКП в центре города на площади Революции (ныне Ново-Со- борной) выстроили красивое девятиэтажное здание, точнее говоря, его первую очередь, а кондиционированные машинные залы предполагалось разместить в рядом стоящей пристройке таких же размеров. Подключение абонентов – обкома КПСС, облисполкома, органов местного управления, ряда предприятий и организаций, в том числе вузов предполагалось провести по некоммутируемым телефонным каналам.

Для этого в центре города была проложена специальная кабельная канализация, в нее уложены многие километры кабеля, смонтированы кроссировочные шкафы и т.д. На самом ВЦ установили несколько ЕС ЭВМ, а

126

у пользователей – абонентские пункты, которые представляли собой алфа- витно-цифровые дисплеи с клавиатуройи модемамиразмером с тумбочку. Казалось, проект ВЦКП с телеобработкой благополучно воплощается в жизнь. Однако в действительности все оказалось значительно сложнее, чем на бумаге.

Крупномасштабные сети с коммутацией каналов, успешно работавшие на Западе, в Советском Союзе реализовать не удалось. Помешала исконно русская причина – «плохие дороги». В данном случае дороги для информации, то есть каналы связи. Качество телефонных линий в СССР

традиционно было настолько низким, что организовать устойчивую работу удаленных абонентов было невозможно даже на минимальной скорости модемов 1200-2400 бит/с. Для простейших протоколов передачи данных, которые можно было реализовать на примитивных абонентских пунктах, не имеющих собственных процессоров доля ошибок была недопустимо высокой. В результате связь постоянно прерывалась, программы, отвечающие за обслуживание абонентов, зависали.

В конце концов от телеобработки пришлось отказаться, а коллективное использование ЭВМ свелось к тому, что пользователи из разных организаций заказывали на ВЦКП машинное время, приходили туда со своими носителямиданных(перфокартами, магнитнымилентами)и |уходили с рулонами бумажных выдач.

Такпродолжалосьдосередины1980-хгодов,покаперсональныеком- пьютеры не вытеснили мэйнфреймы. Громоздкие и капризные ЕС ЭВМ были сданы в утиль, кондиционированные машинные залы уже не потребовались. Проект ВЦКП тихо скончался, так и не успев полномасштабно воплотиться в жизнь. Однако сама идея коллективного использования вычислительных и информационных ресурсов не умерла, к концу XX века она возродилась на новой технической базе компьютерных сетей с коммутацией пакетов.

У систем телеобработки с коммутацией каналов есть одно важное достоинство – отсутствие задержек при передаче данных. Поскольку коммутационная аппаратура на узлах ничего не делает с сообщениями, а только подключает одну из выходных линий к входной, электрический сигнал пролетает весь путь между абонентами почти со скоростью света. Однако это положительное качество достигается ценою двух принципиальных недостатков.

Во-первых, необходимость поддерживать сквозной физический канал на все время сеанса неизбежно приводит к ненадежности системы, когда канал образуется цепочкой из многих сотен отдельных участков линий передачи и соединений на узлах коммутации.