Розділ 1 Еволюція комп'ютерних мереж

Розділ 1 Еволюція комп'ютерних мереж

Історія будь-якої галузі науки і техніки дозволяє не тільки задовольнити природну цікавість, а й глибше зрозуміти сутність основних досягнень в цій галузі, усвідомити існуючі тенденції і правильно оцінити перспективність тих чи інших напрямків розвитку. Комп'ютерні мережі з'явилися порівняно недавно, в кінці 60-х років минулого століття (правда, уточнення «минулого століття» додає їм ваги і навіть робить старше своїх «тридцяти з чимось» років). Природно, що комп'ютерні мережі успадкували багато корисних властивостей від інших, більш старих і поширених телекомунікаційних мереж, а саме телефонних. У той же час комп'ютерні мережі внесли в телекомунікаційний світ щось зовсім нове – вони зробили загальнодоступними невичерпні обсяги інформації, створені цивілізацією за кілька тисячоліть свого існування і продовжують поповнюватися зі зростаючою швидкістю у наш час.

Результатом впливу комп'ютерних мереж на інші типи телекомунікаційних мереж став процес їх конвергенції. Цей процес почався досить давно, одним з перших ознак зближення була передача телефонними мережами голосу в цифровій формі. Комп'ютерні мережі також активно йдуть назустріч телекомунікаційних мереж, розробляючи нові сервіси, які раніше були прерогативою телефонних, радіо і телевізійних мереж - сервіси IP-телефонії, радіо- і відеотрансляції, ряд інших. Процес конвергенції триває, і про те, яким буде його кінцевий результат, з упевненістю поки говорити рано. Однак розуміння історії розвитку мереж, описуваної в цьому розділі, робить більш зрозумілими основні проблеми, що стоять перед розробниками комп'ютерних мереж.

При написанні цього розділу автори зіткнулися з дилемою: неможливо розповідати про історію галузі, без зазначення конкретних технологій та концепцій. Але в той же час неможливо давати пояснення цих технологій і концепцій, так як читач, перегортаючи перші сторінки, ще не готовий до сприйняття пояснень. Автори пішли шляхом компромісу, відкласти на майбутнє вичерпні пояснення багатьох термінів заради того, щоб на самому початку вивчення комп'ютерних мереж читач мав можливість уявити картину еволюції комп'ютерних мереж у всьому її барвистому розмаїтті. І, звичайно, було б дуже корисно повернутися до цього розділу, після того як буде перегорнуто останню сторінку книги, щоб озброївшись новими знаннями, зробити якісно нову спробу оцінити минуле і майбутнє комп'ютерних мереж.

 

Два кореня комп'ютерних мереж

Обчислювальна і телекомунікаційна технології

Комп'ютерні мережі, котрим присвячується дана книга, аж ніяк не є єдиним видом мереж, створеним людською цивілізацією. Навіть водопровід Стародавнього Риму можна розглядати як один з найбільш древніх прикладів мереж, що покривають великі території і обслуговують численних клієнтів. Інший, менш екзотичний приклад - електричні мережі. У них легко можна знайти аналоги компонентів будь-якої територіальної комп'ютерної мережі: джерела інформаційних ресурсів відповідають електростанції, магістралям - високовольтні лінії електропередачі, мережам доступу - трансформаторні підстанції, клієнтським терміналам – освітлювальні і побутові електроприлади.

Комп'ютерні мережі, так звані мережі передачі даних, є логічним результатом еволюції двох найважливіших науково-технічних галузей сучасної цивілізації - комп'ютерних і телекомунікаційних технологій.

З одного боку, мережі являють собою окремий випадок розподілених обчислювальних систем, в яких група комп'ютерів узгоджено вирішує набір взаємопов'язаних завдань, обмінюючись даними в автоматичному режимі. З іншого боку, комп'ютерні мережі можуть розглядатися як засіб передачі інформації на великі відстані, для того в них застосовуються методи кодування і мультиплексування даних, що знайшли застосування в різних телекомунікаційних системах (рис. 1.1).

Системи пакетної обробки

Звернемося спочатку до комп'ютерного кореню обчислювальних мереж. Перші комп'ютери 50-х років - великі, громіздкі і дорогі - призначалися для дуже невеликого числа вибраних користувачів. Часто ці монстри займали цілі будівлі. Такі комп'ютери не були призначені для інтерактивної роботи користувача, а використовувалися в режимі пакетної обробки.

Системи пакетної обробки, як правило, будувалися на базі мейнфреймів - потужного і надійного комп'ютера універсального призначення. Користувачі готували перфокарти, що містять дані і команди програм, і передавали їх в обчислювальний центр (рис. 1.2). Оператори вводили ці карти в комп'ютер, а роздруковані результати користувачі отримували звичайно тільки на наступний день. Таким чином, одна невірно набита карта означала як мінімум добову затримку. Звичайно, для користувачів інтерактивний режим роботи, при якому можна з термінала оперативно керувати процесом обробки своїх даних, був би зручнішим. Але інтересами користувачів на перших етапах розвитку обчислювальних систем в значній мірі нехтували.

Головним вважали ефективність роботи найдорожчого пристрою обчислювальної машини - процесора, навіть на шкоду ефективності роботи використовуваних його фахівців.

Перші комп'ютерні мережі

Перші глобальні мережі

А ось потреба в поєднанні комп'ютерів, що знаходяться на великій відстані один від одного, до цього часу вже цілком назріла. Почалося все з рішення більш простої задачі - доступу до комп'ютера з терміналів, віддалених від нього на багато сотень, а то й тисячі кілометрів. Термінали з'єднувалися з комп'ютерами через телефонні мережі за допомогою модемів. Такі мережі дозволяли багатьом користувачам отримувати віддалений доступ до ресурсів декількох могутніх суперкомп'ютерів. Потім з'явилися системи, в яких поряд з віддаленими з'єднаннями типу термінал-комп'ютер були реалізовані і віддалені зв'язки типу комп'ютер-комп'ютер.

Комп'ютери отримали можливість обмінюватися даними в автоматичному режимі, що, власне і є базовою ознакою будь-якої обчислювальної мережі.

На основі подібного механізму в перших мережах були реалізовані служби обміну файлами, синхронізації баз даних, електронної пошти та інші, що стали тепер традиційними службами мережі.

Отже, хронологічно першими з'явилися глобальні мережі (Wide Area Network, WAN), тобто мережі, які об'єднують територіально віддалені комп'ютери, можливо знаходяться в різних містах і країнах.

Саме при побудові глобальних мереж були вперше запропоновані і розроблені основні ідеї, що лежать в основі сучасних обчислювальних мереж. Такі, наприклад, як багаторівнева побудова комунікаційних протоколів, концепції комутації і маршрутизації пакетів.

Глобальні комп'ютерні мережі дуже багато успадкували від інших, набагато більше старих і поширених глобальних мереж - телефонних. Головне технологічне нововведення, яке принесли з собою перші глобальні комп'ютерні мережі, складалося у відмові від принципу комутації каналів, протягом багатьох десятків років успішно використовувався в телефонних мережах.

Складовий телефонний канал, що виділяється на весь час сеансу зв'язку, передає інформацію з постійною швидкістю і не може ефективно використовуватися пульсуючим трафіком комп'ютерних даних, у якого періоди інтенсивного обміну чергуються з тривалими паузами. Натурні експерименти і математичне моделювання показали, що пульсуючий і значною мірою не чутливий до затримок комп'ютерний трафік набагато ефективніше передається мережами, що працюють за принципом комутації пакетів, коли дані поділяються на невеликі порції - пакети, - які самостійно переміщаються по мережі завдяки наявності адреси кінцевого вузла в заголовку пакета.

Так як прокладка високоякісних ліній зв'язку на великі відстані обходиться дуже дорого, то в перших глобальних мережах часто використовувалися вже існуючі канали зв'язку, спочатку призначені зовсім для інших цілей. Наприклад, протягом багатьох років глобальні мережі будувалися на основі телефонних каналів тональної частоти, здатних в кожен момент часу вести передачу тільки однієї розмови в аналоговій формі. Оскільки швидкість передачі дискретних комп'ютерних даних по таких каналах була дуже низькою (десятки кілобітах в секунду), набір послуг, що надаються в глобальних мережах такого типу зазвичай обмежувався передачею файлів (переважно в фоновому режимі) і електронною поштою. Крім низької швидкості такі канали мають і інший недолік - вони вносять значні спотворені сигнали. Тому протоколи глобальних мереж, побудованих з використанням каналів зв'язку низької якості, відрізняються складними процедурами контролю і відновлення даних. Типовим прикладом таких мереж є мережі Х.25, розроблені ще на початку 70-х, коли низькошвидкісні аналогові канали, орендовані у телефонних компаній, були переважаючим типом каналів, що з'єднують комп'ютери і комутатори глобальної обчислювальної мережі.

У 1969 році міністерство оборони США розпочало роботи по об'єднанню в єдину мережу суперкомп'ютерів оборонних і науково-дослідних центрів. Ця мережа, названа ARPANET, стала відправною точкою для створення першої і найвідомішої нині глобальної мережі - Інтернет.

Мережа ARPANET об'єднувала комп'ютери різних типів, які працювали під управлінням різних операційних систем (ОС) з додатковими модулями, що реалізують комунікаційні протоколи, загальні для всіх комп'ютерів мережі. ОС цих комп'ютерів можна вважати першими мережевими операційними системами.

Мережеві ОС на відміну від багатотермінальних ОС дозволяли не тільки розділили користувачів, а й організувати розподілені зберігання і обробку даних між декількома комп'ютерами, пов'язаними електричними зв'язками. Будь-яка мережева операційна система, з одного боку, виконує всі функції локальної операційної системи, а з іншого боку, має деякідодаткові засоби, що дозволяють їй взаємодіяти через мережу з операційними системами інших комп'ютерів. Програмні модулі, що реалізують мережеві функції, з'являлися в операційних системах поступово, по мірі розвитку мережевих технологій, апаратної бази комп'ютерів і виникнення нових завдань, що вимагають мережевої обробки.

Прогрес глобальних комп'ютерних мереж багато в чому визначався прогресом телефонних мереж.

З кінця 60-х років в телефонних мережах все частіше стала застосовуватися передача голосу в цифровій формі.

Це привело до появи високошвидкісних цифрових каналів, що з'єднують автоматичні телефонні станції (АТС) і дозволяють одночасно передавати десятки і сотні розмов.

До теперішнього часу глобальні мережі за різноманітністю і якістю послуг, що надаються наздогнали локальні мережі, які довгий час лідирували в цьому відношенні, хоча і з'явилися на світ значно пізніше.

Перші локальні мережі

Важлива подія, що вплинула на еволюцію комп'ютерних мереж, відбулося на початку 70-х років. В результаті технологічного прориву в області виробництва комп'ютерних компонентів з'явилися великі інтегральні схеми (ВІС). Їх порівняно невисока вартість і хороші функціональні можливості привели до створення міні-комп’ютерів, які стали реальними конкурентами мейнфреймів. Емпіричний закон Гроша перестав відповідати дійсності, так як десяток міні-комп’ютерів, маючи ту ж вартість, що і мейнфрейм, вирішували деякі завдання (як правило, добре розпаралелені) швидше.

Навіть невеликі підрозділи підприємств отримали можливість мати власні комп'ютери. Міні-комп’ютери вирішували завдання управління технологічним обладнанням, складом і інші завдання рівня відділу підприємства. Таким чином, з'явилася концепція розподілу комп'ютерних ресурсів по всьому підприємству. Однак при цьому всі комп'ютери однієї організації як і раніше продовжували працювати автономно (Рис. 1.4).

Йшов час, і потреби користувачів обчислювальної техніки зростали. Їх уже не задовольняла ізольована робота на власному комп'ютері, їм хотілося в автоматичному режимі обмінюватися комп'ютерними даними з користувачами інших підрозділів. Відповіддю на цю потребу стала поява перших локальних обчислювальних мереж (рис. 1.5).

Локальні мережі (Local Area Network, LAN) - це об'єднання комп'ютерів, зосереджених на невеликій території, зазвичай в радіусі не більше 1-2 км, хоча в окремих випадках локальна мережа може мати і великі розміри, наприклад кілька десятків кілометрів. У загальному випадку локальна мережа являє собою комунікаційну систему, що належить одній організації.

На перших етапах для з'єднання комп'ютерів один з одним використовувалися нестандартні мережеві технології.

Мережева технологія - це погоджений набір програмних і апаратних засобів (наприклад, драйверів, мережевих адаптерів, кабелів і роз'ємів), а також механізмів передачі даних по лініях зв'язку, достатній для побудови обчислювальної мережі.

Різноманітні пристрої сполучення, що використовують власні способи подання даних на лініях зв'язку, свої типи кабелів і т. д., могли з'єднувати тільки ті конкретні моделі комп'ютерів, для яких були розроблені, наприклад, міні-комп'ютери PDP-11 з мейнфреймів IBM 360 або міні-комп'ютери HP з мікрокомп’ютери LSI-11. Така ситуація створила великий простір для творчості студентів - назви багатьох курсових і дипломних проектів починалися тоді зі слів «Пристрій сполучення...».

В середині 80-х років стан справ в локальних мережах кардинально змінилося. Утвердилися стандартні мережеві технології об'єднання комп'ютерів в мережу - Ethernet, Arcnet, Token Ring, Token Bus, дещо пізніше - FDDI.

Потужним стимулом для їх появи послужили персональні комп'ютери. Ці масові продукти стали ідеальними елементами побудови мереж - з одного боку, вони були досить потужними, щоб забезпечувати роботу мережевого програмного забезпечення, а з іншого - явно потребували об'єднання своєї обчислювальної потужності для вирішення складних завдань, а також поділу дорогих периферійних пристроїв і дискових масивів. Тому персональні комп'ютери стали переважати в локальних мережах, причому не тільки як клієнтські комп'ютери, але і як центри зберігання і обробки даних, тобто мережевих серверів, потіснивши з цих звичних ролей міні-комп'ютери і мейнфрейми.

Всі стандартні технології локальних мереж спиралися на той же принцип комутації, який був з успіхом випробуваний і довів свої переваги при передачі трафіку даних в глобальних комп'ютерних мережах - принцип комутації пакетів.

Стандартні мережеві технології перетворили процес побудови локальної мережі з рішення нетривіальною технічної проблеми в стандартну роботу. Для створення мережі досить було придбати стандартний кабель, мережні адаптери відповідного стандарту, наприклад Ethernet, вставити адаптери в комп'ютери, приєднати їх до кабелю стандартним роз'ємом і встановити на комп'ютери одну з популярних мережевих операційних систем, наприклад Novell NetWare.

Розробники локальних мереж принесли багато нового в організацію роботи користувачів. Так, стало набагато простіше і зручніше, ніж в глобальних мережах, отримувати доступ до загальних мережних ресурсів. Наслідком і одночасно рушійною силою такого прогресу стала поява величезного числа непрофесійних користувачів, звільнених від необхідності вивчати спеціальні (і досить складні) команди для мережевої роботи.

Кінець 90-х виявив явного лідера серед технологій локальних мереж - сімейство Ethernet, до якого увійшли класична технологія Ethernet зі швидкістю передачі 10 Мбіт/с, а також Fast Ethernet зі швидкістю 100 Мбіт/с і Gigabit Ethernet зі швидкістю 1000 Мбіт/с.

Прості алгоритми роботи зумовлюють низьку вартість обладнання Ethernet. Широкий діапазон ієрархії швидкостей дозволяє раціонально будувати локальну мережу, вибираючи ту технологію сімейства, яка найбільшою мірою відповідає завданням підприємства і потребам користувачів. Важливо також, що всі технології Ethernet дуже близькі один до одного за принципами роботи, що спрощує обслуговування і інтеграцію цих мереж.

Хронологічну послідовність найважливіших подій, що стали історичними віхами на шляху появи перших комп'ютерних мереж, ілюструє табл. 1.1.

Таблиця 1.1. Хронологія найважливіших подій на шляху появи перших комп'ютерних мереж

Етап	Час
Перші глобальні зв'язки комп'ютерів, перші експерименти з пакетними мережами	Кінець 60-х
Початок передач через телефонні мережі голосу в цифровій формі	Кінець 60-х
Поява великих інтегральних схем, перші міні-комп'ютери, перші нестандартні локальні мережі	Початок 70-х
Створення мережевої архітектури IBM SNA
Стандартизація технології Х.25
Поява персональних комп'ютерів, створення Інтернету в сучасному вигляді, установка на всіх вузлах стека TCP/IP	Початок 80-х
Поява стандартних технологій локальних мереж (Ethernet - 1980 р., Token Ring, FDDI - 1985 р.)	Середина 80-х
Початок комерційного використання Інтернету	Кінець 80-х
Розробка Web

 

Конвергенція мереж

Висновки

Комп'ютерні мережі стали логічним результатом еволюції комп'ютерних і телекомунікаційних технологій. З одного боку, вони є окремим випадком розподілених комп'ютерних систем, а з іншого - можуть розглядатися як засіб передачі інформації на великі відстані, для того в них застосовуються методи кодування і мультиплексування даних, що дало змогу розвитку в різних телекомунікаційних системах.

Класифікуючи мережі за територіальною ознакою, розрізняють глобальні (WAN), локальні (LAN) і міські (MAN) мережі.

Хронологічно першими з'явилися мережі WAN. Вони об'єднують комп'ютери, що знаходяться на відстані сотень і тисяч кілометрів. Перші глобальні комп'ютерні мережі дуже багато успадкували від телефонних мереж. У них часто використовувалися вже існуючі і не дуже якісні лінії зв'язку, що призводило до низьких швидкостей передачі даних і обмежувало набір послуг, що надаються передачею файлів у фоновому режимі та електронною поштою.

Мережі LAN обмежені відстанями в кілька кілометрів; вони будуються з використанням високоякісних ліній зв'язку, які дозволяють, застосовувати більш прості методи передачі даних, ніж в глобальних мережах, досягати високих швидкостей обміну даними - до декількох гігабітів в секунду. Послуги надаються в режимі підключення і відрізняються різноманітністю.

Мережі MAN призначені для обслуговування території великого міста. При досить великих відстанях між вузлами (десятки кілометрів) вони мають якісні лінії зв'язку і підтримують високі швидкості обміну. Мережі MAN забезпечують економічне з'єднання локальних мереж між собою, а також доступ до глобальних мереж.

Найважливіший етап в розвитку мереж - поява стандартизованих мережевих технологій: Ethernet, FDDI, Token Ring, що дозволяють швидко і ефективно об'єднувати комп'ютери різних типів.

В кінці 80-х років локальні і глобальні мережі мали суттєві відмінності по протяжності і якості ліній зв'язку, складності методів передачі даних, швидкості обміну даними, різноманітності послуг, що надаються і масштабованості. Надалі в результаті тісної інтеграції LAN, WAN і MAN відбулося взаємопроникнення відповідних технологій.

 

 

Мережеві інтерфейси

Для зв'язку пристроїв в них, перш за все, повинні бути передбачені зовнішні інтерфейси.

Інтерфейс - в широкому сенсі - формально визначена логічна і/або фізична межа між взаємодіючими незалежними об'єктами. Інтерфейс задає параметри, процедури і характеристики взаємодії об'єктів.

Інтерфейси поділяють на логічні і фізичні.

§ Фізичний інтерфейс (ще називають також портом) - визначається набором електричних зв'язків і характеристиками сигналів. Зазвичай він являє собою роз'єм з набором контактів, кожен з яких має певне призначення, наприклад, це може бути група контактів для передачі даних, контакт синхронізації даних і т. д. Пара роз'ємів з'єднується кабелем, що складається з набору проводів, кожен з яких з'єднує відповідні контакти. У таких випадках говорять про створення лінії або каналу зв'язку між двома пристроями.

§ Логічний інтерфейс (ще називають також протоколом) - це набір інформаційних повідомлень певного формату, якими обмінюються два пристрої або дві програми, а також набір правил, що визначають логіку обміну цими повідомленнями.

На рис. 2.2 ми бачимо інтерфейси двох типів: комп'ютер-комп'ютер і комп'ютер-периферійний пристрій.

§ Інтерфейс комп'ютер-комп'ютер дозволяє двом комп'ютерам обмінюватися інформацією. З кожного боку він реалізується парою:

· апаратним модулем, званим мережевим адаптером або мережевою картою (Network Interface Card, NIC);

· драйвером мережевої інтерфейсної карти - спеціальною програмою, що управляє роботою мережевої інтерфейсної карти.

§ Інтерфейс комп'ютер-периферійний пристрій (в даному випадку інтерфейс комп'ютер-принтер) дозволяє комп'ютеру керувати роботою периферійного пристрою (ПП). Цей інтерфейс реалізується:

· з боку комп'ютера - інтерфейсною картою і драйвером ПП (принтера), подібно до мережевої інтерфейсної карти і її драйверу;

· з боку ПП - контролером ПП (принтера), зазвичай представляє собою апаратний пристрій, який приймає від комп'ютера як дані, наприклад байти інформації, яку потрібно роздрукувати на папері, так і команди, які він опрацьовує, керуючи електромеханічними частинами периферійного пристрою, наприклад виштовхуючи аркуш паперу з принтера або переміщаючи магнітну головку диска.

Доступ до ПП через мережу

Отже, ми маємо в своєму розпорядженні механізм, який дозволяє додаткам, що виконуються на різних комп'ютерах, обмінюватися даними. І хоча додаток А (див. Рис. 2.2) як і раніше не може управляти принтером, підключеним до комп'ютера В, він може тепер скористатися засобами між комп’ютерного обміну даними, щоб передати з додатка В «прохання» виконати для нього необхідну операцію. Додаток А має «пояснити» додатку В, яку операцію необхідно виконати, з даними, на якому з наявних в його розпорядженні пристроїв, в якому вигляді має бути роздрукований текст і т. п. В ході друку можуть виникнути ситуації, про які додаток В має оповістити додаток А, наприклад про відсутність паперу в принтері. Тобто для вирішення поставленого завдання - доступу до принтера через мережу - повинен бути розроблений спеціальний протокол взаємодії додатків А і В.

А тепер подивимося, як працюють разом всі елементи цієї найпростішої комп'ютерної мережі при вирішенні задачі спільного використання принтера.

1. Відповідно до прийнятого протоколом додаток А формує повідомлення-запит до додатка В, поміщає його в буфер ОП комп'ютера А і звертається до ОС, забезпечуючи її необхідною інформацією.

2. ОС запускає драйвер мережевої ІК, повідомляючи йому адресу буфера ОП, де зберігається повідомлення.

3. Драйвер і мережева інтерфейсна карта комп'ютера А, взаємодіючи з драйвером і інтерфейсною картою комп'ютера В, передають повідомлення байт за байтом в буфер ОП комп'ютера В.

4. Додаток В витягує повідомлення з буфера, інтерпретує його відповідно до протоколу і виконує необхідні дії. У число таких дій входить, звернення до ОС із запитом на виконання тих чи інших операцій з локальним принтером.

5. ОС запускає драйвер принтера, який в кооперації з інтерфейсною картою і контролером принтера виконує необхідну операцію друку.

Вже на цьому початковому етапі, розглядаючи зв'язок комп'ютера з периферійним пристроєм, ми зіткнулися з найважливішими «мережевими» поняттями: інтерфейсом і протоколом, драйвером і інтерфейсною картою, а також з проблемами, характерними для комп'ютерних мереж: узгодженням інтерфейсів, синхронізацією асинхронних процесів, забезпеченням достовірності передачі даних.

Мережеві служби і сервіси

Потреба в доступі до віддаленого принтера може виникати у користувачів різних додатків: текстового редактора, графічного редактора, системи управління базою даних (СУБД). Очевидно, що дублювання в кожному з додатків загальних для всіх них функцій по організації віддаленого друку є надмірною.

Більш ефективним є підхід, при якому ці функції виключаються з додатків і оформляються у вигляді пари спеціалізованих програмних модулів - клієнта і сервера друку (рис. 2.3), функції яких раніше виконувалися відповідно додатками А до В. Тепер ця пара клієнт-сервер може бути використана будь-яким додатком, який виконується на комп'ютері А.

Узагальнюючи такий підхід стосовно до інших типів ресурсів, що розділяються, даємо такі визначення:

Клієнт - це модуль, призначений для формування та передачі повідомлень-запитів до ресурсів віддаленого комп'ютера від різних додатків з подальшим прийомом результатів з мережі і передачею їх відповідним додаткам.

Сервер - це модуль, який постійно очікує приходу з мережі запитів від клієнтів і прийнявши запит, намагається його обслужити, як правило, за участю локальної ОС; один сервер може обслуговувати запити відразу декількох клієнтів (по черзі або одночасно).

Пара клієнт-сервер, що надає доступ до конкретного типу ресурсу комп'ютера через мережу, утворює мережеву службу.

Кожна служба пов'язана з певним типом мережевих ресурсів. Так, на рис. 2.3 модулі клієнта і сервера, що реалізують віддалений доступ до принтера, утворюють мережеву службу друку.

Файлова служба дозволяє отримувати доступ до файлів, що зберігаються на диску інших комп'ютерів. Серверний компонент файлової служби називають файл-сервером.

Для пошуку і перегляду інформації в Інтернеті використовується веб-служба, що складається з веб-сервера і клієнтської програми, званої веб-браузером (web browser). Ресурсом в даному випадку є веб-сайт - певним чином організований набір файлів, що містять пов'язану в смисловому плані інформацію і зберігаються на зовнішньому накопичувачі веб-сервера.

На схемі веб-служби, показаної на рис. 2.4, два комп'ютери пов'язані не безпосередньо, як це було у всіх попередніх прикладах, а через безліч проміжних комп'ютерів і інших мережевих пристроїв, що входять до складу Інтернету. Для того щоб відобразити цей факт графічно, ми помістили між двома комп'ютерами так звану комунікаційну хмару, яка дозволяє нам абстрагуватися від усіх деталей середовища передачі повідомлень. Обмін повідомленнями між клієнтської і серверної частинами веб-служби виконується за стандартним протоколом HTTP і ніяк не залежить від того, чи передаються ці повідомлення «з рук в руки» (від інтерфейсу одного комп'ютера до інтерфейсу іншого) або через велике число посередників - транзитних комунікаційних пристроїв. Разом з тим, ускладнення середовища передачі повідомлень призводить до виникнення нових додаткових завдань, на вирішення яких не був розрахований згадуваний раніше найпростіший драйвер мережевої інтерфейсної карти. Замість нього на взаємодіючих комп'ютерах повинні бути встановлені більш розвинені програмні транспортні засоби.

Мережева операційна система

Операційну систему комп'ютера часто визначають як взаємопов'язаний набір системних програм, який забезпечує ефективне управління ресурсами комп'ютера (пам'яттю, процесором, зовнішніми пристроями, файлами та ін.), а також надає користувачеві зручний інтерфейс для роботи з апаратурою комп'ютера і розробки додатків.

Говорячи про мережеву ОС, ми очевидно повинні розширити межі керованих ресурсів за межі одного комп'ютера.

Мережевою операційною системою називають операційну систему комп'ютера, яка крім управління локальними ресурсами надає користувачам і додаткам можливість ефективного і зручного доступу до інформаційних і апаратних ресурсів інших комп'ютерів мережі.

Сьогодні практично всі операційні системи є мережевими.

З прикладів, розглянутих у попередніх розділах (див. Рис 2.3 і 2.4), ми бачимо, що віддалений доступ до мережевих ресурсів забезпечується:

§ мережевими службами;

§ засобами транспортування повідомлень по мережі (в найпростішому випадку - мережевими інтерфейсними картами і їх драйверами).

Отже, саме ці функціональні модулі повинні бути додані до ОС, щоб вона могла називатися мережевою (рис. 2.5).

Серед мережевих служб можна виділити такі, які орієнтовані не на простого користувача, як, наприклад, файлова служба або служба друку, а на адміністратора. Такі служби спрямовані на організацію роботи мережі. Наприклад, централізована довідкова служба, або служба каталогів, призначена для ведення бази даних про користувачів мережі, про всі її програмні і апаратні компоненти. Як інші приклади можна назвати службу моніторингу мережі, що дозволяє захоплювати і аналізувати мережевий трафік, службу безпеки, в функції якої може входити, зокрема, виконання процедури логічного входу з перевіркою пароля, службу резервного копіювання та архівування.

Від того, наскільки багатий набір мережевих служб і послуг пропонує операційна система кінцевим користувачам, додаткам і адміністраторам мережі, залежить її позиція в загальному ряду мережевих ОС.

Крім мережевих служб мережева ОС повинна включати програмні комунікаційні (транспортні) засоби, що забезпечують спільно з апаратними комунікаційними засобами передачу повідомлень, якими обмінюються клієнтські і серверні частини мережевих служб. Завдання комунікації між комп'ютерами мережі вирішують драйвери і протокольні модулі. Вони виконують такі функції, як формування повідомлень, розбиття повідомлення на частини (пакети, кадри), перетворення імен комп'ютерів в числові адреси, дублювання повідомлень в разі їх втрати, визначення маршруту в складній мережі і т. д.

І мережеві служби, і транспортні засоби можуть бути невід'ємними (вбудованими) компонентами ОС або існувати у вигляді окремих програмних продуктів. Наприклад, мережева файлова служба зазвичай вбудовується в ОС, а ось веб-браузер найчастіше купують окремо. Типова мережева ОС має в своєму складі широкий набір драйверів і протокольних модулів, однак у користувача, як правило, є можливість доповнити цей стандартний набір необхідними йому програмами. Рішення про спосіб реалізації клієнтів і серверів мережевими службами, а також драйверів і протокольних модулів приймається розробниками з урахуванням найрізноманітніших міркувань: технічних, комерційних і навіть юридичних. Так, наприклад, саме на підставі антимонопольного закону США компанії Microsoft було заборонено включати її браузер Internet Explorer до складу ОС цієї компанії.

 

 

І мережеві служби, і транспортні засоби можуть бути невід'ємними (вбудованими) компонентами ОС або існувати у вигляді окремих програмних продуктів. Наприклад, мережева файлова служба зазвичай вбудовується в ОС, а ось веб-браузер найчастіше купують окремо. Типова мережева ОС має в своєму складі широкий набір драйверів і протокольних модулів, однак у користувача, як правило, є можливість доповнити цей стандартний набір необхідними йому програмами. Рішення про спосіб реалізації клієнтів і серверів мережевими службами, а також драйверів і протокольних модулів приймається розробниками з урахуванням найрізноманітніших міркувань: технічних, комерційних і навіть юридичних. Так, наприклад, саме на підставі антимонопольного закону США компанії Microsoft було заборонено включати її браузер Internet Explorer до складу ОС цієї компанії.

Мережева служба може бути представлена в ОС або обома її (клієнтською і серверною) частинами, або тільки однієї з них.

У першому випадку операційна система, яка називається одноранговою, не тільки дозволяє звертатися до ресурсів інших комп'ютерів, а й надає власні ресурси в розпорядження користувачів інших комп'ютерів. Наприклад, якщо на всіх комп'ютерах мережі встановлено і клієнти, і сервери файлової служби, то всі користувачі мережі можуть спільно використовувати файли один одного. Комп'ютери, що поєднують функції клієнта і сервера, називають одноранговими вузлами.

Операційна система, яка переважно містить клієнтські частини мережевих служб, називається клієнтською. Клієнтські ОС встановлюються на комп'ютери, які звертаються із запитами до ресурсів інших комп'ютерів мережі. За такими комп'ютерами, також званими клієнтськими, працюють рядові користувачі. Зазвичай клієнтські комп'ютери відносяться до класу відносно простих пристроїв.

До іншого типу операційних систем відноситься серверна ОС - вона орієнтована на обробку запитів з мережі до ресурсів свого комп'ютера і включає в себе в основному серверні частини мережевих служб. Комп'ютер з встановленою на ньому серверною ОС, що займається виключно обслуговуванням запитів інших комп'ютерів, називають виділеним сервером мережі. За виділеним сервером, як правило, звичайні користувачі не працюють.

ПРИМІТКА_____________________________________________________________________

Детальніше про мережеві операційні системи і вбудовані в них мережеві служби ви можете прочитати в спеціальній літературі, а також у підручнику авторів «Мережеві операційні системи». Найбільш популярні мережеві служби Інтернету, такі як електронна пошта, веб-служба, IP-телефонія і ін., розглядаються в розділі 23.

________________________________________________________________________________

Мережеві додатки

Комп'ютер, що підключений до мережі, може виконувати наступні типи додатків:

§ Локальний додаток цілком виконується на даному комп'ютері і використовує тільки локальні ресурси (рис. 2.6, а). Для такого додатка не потрібно ніяких мережевих засобів, він може бути виконаний на автономно працюючому комп'ютері.

§ Централізований мережевий додаток цілком виконується на даному комп'ютері, але звертається в процесі свого виконання до ресурсів інших комп'ютерів мережі. У прикладі на малюнку 2.6, б додаток, який виконується на клієнтському комп'ютері, обробляє дані з файлу, що зберігається на файл-сервері, а потім роздруковує результати на принтері, підключеному до сервера друку. Очевидно, що робота такого типу додатків неможлива без участі мережевих служб і засобів транспортування повідомлень.

§ Розподілений (мережевий) додаток складається з декількох взаємодіючих частин, кожна з яких виконує якусь певну закінчену роботу за рішенням прикладної задачі, причому кожна частина може виконуватися і, як правило, виконується на окремому комп'ютері мережі (рис. 2.6, в). Частини розподіленого додатка взаємодіють один з одним, використовуючи мережеві служби і транспортні засоби ОС. Розподілений додаток в загальному випадку має доступ до всіх ресурсів комп'ютерної мережі.

Очевидною перевагою розподілених додатків є можливість розпаралелювання обчислень, а також спеціалізація комп'ютерів. Так, в додатку, призначеному, скажімо, для аналізу кліматичних змін, можна виділити три досить самостійні частини (див. Рис. 2.6, в), що допускають розпаралелювання. Перша частина додатку, що виконується на порівняно малопотужному персональному комп'ютері, могла б підтримувати спеціалізований графічний користувальницький інтерфейс, друга - займатися статистичною обробкою даних на високопродуктивному мейнфреймі, а третя - генерувати звіти на сервері з встановленою стандартною СУБД. У загальному випадку кожна з частин розподіленого додатку може бути