Информационные сети
Лекция №1
Эволюция вычислительных систем.
Концепция вычислительных сетей (ВС) является логическим результатом эволюции компьютерной технологии. Первые компьютеры 50-х годов были чрезвычайно громоздкими, дорогими и предназначались для небольшого числа избранных. Такие компьютеры занимали значительные площади и были не пригодны для работы в интерактивном режиме и использовались, как правило, в режиме пакетной обработки.
Системы пакетной обработки.
Такие системы строились на базе мощного надежного универсального компьютера, например М3000, и получили за рубежом название мэйнфреймов. Пользователи готовили исходную информацию на перфокартах, которые представляли собой фактически листинг программного продукта. Последние вводились операторами в компьютер, причем результаты пользователь получал, как правило, на следующий день. Неверно подготовленная информация приводила к существенным временным затратам.
Рис.1.
На этом этапе интересы пользователей отходили на второй план, так как пакетный режим позволял наиболее эффективно использовать вычислительные мощности, т.е. существенно возрастала производительность в единицу времени.
Многотерминальные системы.
В шестидесятых, начали развиваться многотерминальные системы. Каждый пользователь получал в свое распоряжение терминал, с помощью которого мог вести диалог с компьютером. Причем, т.к. время реакции системы было не слишком велико, то пользователю задержка в процессе проведения вычислений была не слишком заметна. При разделении, таким образом, компьютера (времени вычисления), пользователь получал возможность пользоваться преимуществами компьютеризации (в России ЕС1020, ЕС1060 и т.д.).
Выйдя за пределы ВЦ, терминалы рассредоточились по всему предприятию, учреждению. Здесь не смотря на то, что вычислительные мощности оставались сосредоточенными, функция ввода-вывода стала распределенной и гораздо более удобной для пользователя.
Рис.2.
Такие много терминальные системы стали внешне походить на локальные сети. Действительно, рядовой пользователь при работе за терминалом мэйнфрейма воспринимал работу также как сейчас при работе за ПК, подключенного к сети. Пользователь мог получить доступ к периферийным устройствам, общим файлам и т.д., что создавало иллюзию единоличного владения компьютером.
Таким образом, многотерминальные системы можно рассматривать как прообраз создания локальных вычислительных сетей. В тоже время до создания локальных сетей было еще далеко. Предприятия, как правило, не могли позволить себе роскошь покупать несколько мощных компьютеров из-за их высокой стоимости. Создавались мощные ВЦ с терминалами находящимися на небольшом расстоянии от основной машины.
В тоже время потребность в соединении компьютеров находящихся на большом расстоянии уже созрела. Первоначально решалась задача доступа к центральному компьютеру (в ряде случаев класса суперЭВМ) удаленному на десятки и сотни километров. Терминалы обычно соединялись через телефонные сети с помощью модемов. Затем появились системы, в которых также реализовывались и связи компьютер–компьютер, что позволило обмениваться компьютерам данными в автоматическом режиме. Используя этот механизм. В первых сетях были реализованы службы обмена файлами, синхронизации баз данных, электронной почты – ставшие теперь традиционными сетевыми службами.
Таким образом, хронологически первыми появились глобальные сети. Именно здесь впервые отрабатывались основные концепции построения ВС; технология коммутации пакетов, маршрутизация, построения коммуникационных протоколов.
Появление локальных сетей.
С совершенствованием технологии производства интегральных микросхем стоимость компьютеров стала существенно уменьшаться при одновременном росте функциональных возможностей и потребительских параметров. Этот прорыв относится к началу 70-х. Ряд учреждений стал позволять себе покупать мини–ЭВМ для управления технологическими процессами, складом и т.д. Однако и на этой стадии компьютеры отдельных подразделений одного учреждения все еще небыли связанны в единую сеть и работали изолированно.
К концу 70-х с ростом числа пользователей ВТ и расширением функциональных возможностей средств ВТ естественным явилось желание осуществлять обмен данными между Комп. одного учреждения. Это повлекло создание программно-аппаратных средств необходимых для взаимодействия компьютеров. Появились первые локальные вычислительные сети (ЛВС).
Рис.3 Типы связей в ЛВС
Основным недостатком явилось отсутствия стандартных аппаратных и программных средств связи, что не позволяло проводить унификацию и разработанное оборудование годилось только для собственных «домашних» разработок. Т.е. создаваемые нестандартные устройства годились только для конкретных типов компьютеров. Что создавало большой простор творчеству.
Создание стандартных технологий.
В средине 80-х положение дел кардинально изменилось. Утвердились стандартные технологии объединения компьютеров в сеть – Ethernet, Token Ring и др. Мощным стимулом для их развития послужили персональные компьютеры. Эти массовые продукты послужили идеальными элементами для построения сетей: с одной стороны достаточно мощные для сетевого программного обеспечения, с другой нуждались в объединении своих вычислительных мощностей, разделении дорогостоящей периферии (графопостроители, мощные дисковые накопители и т.д.). ПК стали преобладать в ЛВС, причем не только в роли клиентских компьютеров. Но и в роли центров хранения и обработки данных, потеснив мини-ЭВМ и мэйнфреймы.
Стандартизация сетевых технологий превратила процесс построения локальных сетей в стандартную рутинную работу. Для создания сети достаточно приобрести сетевые адаптеры соответствующего стандарта, стандартный кабель, осуществить необходимые соединения и установить сетевую ОС.
Именно ЛВС внесли много нового в способы организации работы пользователей. Доступ к разделяемым ресурсам стал гораздо удобнее – пользователь мог просто просматривать списки имеющихся ресурсов, а не запоминать их индификаторы или имена. После соединения с удаленными ресурсами можно было работать с ними с помощью уже знакомых пользователю команд по работе с локальными ресурсами.
Движущей силой явилось появление большого числа непрофессиональных пользователей. Последним было совсем не нужно изучать специальные команды для сетевой работы.
ЛВС первого поколения на ранних стадиях обеспечивали скорость передачи данных до 10 Мбит/с, что являлось тогда недостижимым для глобальных сетей. Последние вынуждены были пользоваться имеющимися каналами связи, так как прокладка новых кабельных систем требовала колоссальных капиталовложений. Под рукой были только телефонные линии связи не приспособленные к высокоскоростной передаче дискретных данных, поэтому скорость в 1200 бит/с была для них хорошим показателем. Здесь основным критерием являлось экономное расходование пропускной способности каналов. Здесь процедура прозрачного доступа к удаленным ресурсам была непозволительной роскошью.
Современные тенденции.
Сегодня вычислительные сети продолжают интенсивно развиваться, причем разрыв между Глоб. Сетями и ЛС постоянно сокращается. В основном благодаря появлению высокоскоростных территориальных каналов связи, не уступающих по качеству кабельным системам ЛВС. Подобные примеры демонстрирует самая популярная глобальная сеть Internet.
Существенно изменяется и ЛВС. Вместо соединяющего компьютеры пассивного кабеля в них в большом количестве появилось коммуникационное оборудование – коммутаторы, маршрутизаторы, шлюзы. Благодаря такому оборудованию появилась возможность построения больших корпоративных сетей, насчитывающих десятки и сотни тысяч компьютеров.
Возродился интерес и к крупным компьютерам, так как, выяснилось, что обслуживать системы состоящих из сотни серверов сложнее, чем несколько больших компьютеров. Поэтому в новом витке эволюции в корпоративные сети стали возвращаться мэйнфреймы как полноправные сетевые узлы. Поддерживающие различные сетевые технологии и сетевые протоколы.
Появилась еще одна важная, ранее не свойственная тенденция обработки несвойственной ранее сетям информации – голоса, видиоизображения, рисунков. Это потребовало внесения изменений в работу протоколов, сетевых операционных систем и коммуникационного оборудования. Сложность передачи такой мультимедийной информации связана прежде всего с ее высокой чувствительностью к задержкам при передаче пакетов данных, что приводит к искажению данных в конечных узлах. Традиционные сетевые службы типа электронной почты и передачи файлов слабо зависят от задержек трафика, а именно на них и были рассчитаны все элементы сетей.
Появление трафика реального времени привело и к новым проблемам. Не смотря на значительные усилия (например применение технологии АТМ), до приемлемого решения проблемы еще далеко. Заветная цель это слияние различных информационных технологий: вычислительных, телефонных, телевизионных и т.д. Сегодня эта цель еще кажется утопией, однако по оценкам специалистов сроки такого объединения составят около 25 лет. Причем считается, что основой объединения будет являться принцип коммутации пакетов, как это имеет место в ВС, а не коммутации каналов, как в телефонии.