Лекция 1. Введение в инфокоммуникационные системы и сети.

Краткая история компьютерных сетей

Первые коммуникационные сети

К середине 20-го века электронные средства коммуникации, развивавшиеся уже более столетия, были широко распространены как в Европе, так и в США. Эти пер­вые коммуникационные сети были весьма разнообразны, однако все они передавали только закодированные сигналы. Позже они стали способны передавать голос.

В этом разделе приводится краткая история развития первых коммуникацион­ных сетей.

Телеграфные кабели

В начале 19-го века во Франции была создана первая оптическая телеграфная сеть, пе­редававшая информацию с потрясающей для того времени скоростью — 20 символов в се­кунду. Тогда же Сэмюель Морзе (Samuel Morse) продемонстрировал электрический теле­граф, значительно подтолкнувший развитие коммуникационных сетей в США

Телефонная сеть: технология коммутации каналов

В конце 19-го века началось создание огромной телефонной сети. Однако лидеры этой технологии были не более дальновидны, чем в начале компьютерной эры. В 1876 году во внутренней памятной записке компании Western Union говорилось: "Так называемый телефон имеет слишком много недостатков, чтобы его можно было серь­езно рассматривать как средство коммуникации. Для нас это устройство бесполезно".

Несмотря на такое отношение к телефону, в 1880 году в Соединенных Штатах бы­ло 50 тыс. телефонных линий, а к I960 году телефонные линии покрыли все города и коммуникационная телефонная сеть стала глобальной.

В телефонных системах используется технология коммутации каналов. Когда один телефон посредством сети соединяется с другим телефоном, между ними замыкается электрическая цепь, т.е. устанавливается физический путь. При передаче голоса это работает вполне удовлетворительно, потому что звук переносится по проводу почти с постоянной скоростью передачи информации.

В сети с коммутацией каналов соединение устанавливается так, как показано на рис. 1.1. В течение сеанса связи по этой цепи проходят все сигналы. Если связь раз­рывается и устанавливается снова, то она может установиться по совсем другой цепи (на рис. 1.1 это отмечено пунктирной линией).

При передаче компьютерных данных эта технология работает менее удовлетво­рительно, так как компьютеры передают информацию "взрывообразно": интерва­лы максимальной интенсивности чередуются с интервалами низкой или нулевой интенсивности.

Технология коммутации пакетов

В 1960-х годах правительство США было заинтересовано в развитии компьютер­ных сетей, способных обеспечить связь военных организаций и основных учебных центров друг с другом. Поскольку это было в разгар холодной войны, сеть должна бы­ла обладать достаточной избыточностью и устойчивостью, чтобы надежно функцио­нировать в условиях реальной ядерной войны.

Исследователи Массачусетского технологического института (Massachusetts In­stitute of Technology — MIT), Института RAND (RAND Institute) и Национальной физической лаборатории (National Physical Laboratory — NPL, Англия) разработа­ли технологию, названную коммутацией пакетов, работавшую с взрывообразньгми порциями информации лучше, чем традиционная технология коммутации кана­лов. Таким образом, они заложили фундамент технологии коммуникации, ис­пользуемой сегодня в Internet.

Как показано на рис. 1.2, в сети с коммутацией пакетов соединение не устанавли­вается на все время сеанса связи. Напротив, отдельные пакеты данных могут переда­ваться различными путями. По одной и той же линии могут проходить сигналы раз­личных соединений, в то время как в технологии коммутации каналов линия полно­стью занимается соединением на протяжении всего сеанса связи.

Сравнение коммутации каналов и пакетов

Термины коммутация каналов и коммутация пакетов звучат похоже, однако они означают совершенно разные веши.

Общедоступная телефонная система, которую иногда называют TOTS (plain old tele­phone service — простая старая телефонная служба), представляет собой коммуникацион­ную сеть с коммутацией каналов. Когда в этой сети абонент набирает телефонный номер, между ним и другим абонентом устанавливается только один физический путь на все вре­мя сеанса связи. Этот путь, или канал, поддерживается исключительно для двух абонентов, пока один из них не завершит соединение, повесив телефонную трубку.

Однако обратите внимание на то, что если повторно позвонить по этому же номе­ру с этого же телефона, то отнюдь не обязательно установится этот же путь. Именно потому каналы называются коммутируемыми, т.е. плохая, неустойчивая связь между двумя телефонами может улучшиться, если позвонить повторно.

В сети с коммутацией пакетов путь между двумя абонентами не устанавливается. Из-за отсутствия установленного пути технологию коммутации пакетов иногда назы­вают технологией связи без установления соединения. При передаче данных, например файла с каким-либо текстом, с одного компьютера на другой по сети с коммутацией пакетов отдельные пакеты (т.е. небольшие фрагменты данных) могут передаваться разными маршрутами. И хотя все они прибудут в один и тот же пункт назначения, это не значит, что они прошли по одному и тому же пути. В Internet используется ис­ключительно технология коммутации пакетов.

Технологии коммутации пакетов и каналов можно сравнить с путешествием боль­шой группы туристов из Далласа в Сан-Франциско. Коммутация каналов напоминает перевозку всей группы в одном автобусе, поезде или самолете. Маршрут заранее спланирован, и вся группа едет одним и тем же путем.

В то же время коммутация пакетов похожа на поездку каждого туриста собствен­ным маршрутом. Группа разбивается на отдельные подгруппы, подобно тому как дан­ные разбиваются на пакеты. Некоторые туристы могут поехать на своем автомобиле, другие — на поезде, третьи — в автобусе и т.д. Одни из них поедут прямо в пункт на­значения, а другие могут избрать окольные маршруты. Однако со временем все они прибудут в один и тот же пункт, в котором группа опять соберется вместе, аналогично сборке пакетов в конечном пункте коммуникации.

ARPAnet

Первая компьютерная сеть с коммутацией пакетов была разработана в конце 1960-х годов под покровительством Министерства обороны США. Она была названа ARPAnei (Advanced Research Projects Agency network). Первый узел ARPAnet (пункт, или точка соединения) был установлен в 1969 году в университете Калифорнии (Лос-Анджелес) Всего за три года сеть "расползлась" по всей территории США, а еще через два го­да по всей Европе.

В процессе роста ARPAnet разделилась на две части. Военные назвали свою часть сел Milnet, а термин ARPAnet стал обозначать часть сети, соединяющую узлы исследователь ских организаций и университетов. В 1980-х годах на смену ARPAnet пришла сеть, образо ванная из отдельной военной сети Defense Data Network и сети NSFNet (компьютерная сеть научных и университетских узлов, финансируемая Национальным научным фондом США). Со временем эта глобальная сеть выросла в современную Internet.