Багатотермінальні системи - прообраз мережі

У міру здешевлення процесорів на початку 60-х років з'явилися нові способи організації обчислювального процесу, які дозволили врахувати інтереси користувачів.

Почали розвиватися інтерактивні багатотермінальні системи розподілу часу (рис. 1.3). У таких системах кожен користувач отримував власний термінал, за допомогою якого він міг вести діалог з комп'ютером. Кількість одночасно працюючих з комп'ютером користувачів визначалося його потужністю: час реакції обчислювальної системи повинен бути досить малим, щоб користувачеві була не дуже помітна паралельна робота з комп'ютером інших користувачів.

Термінали, вийшовши за межі обчислювального центру, розосередилися по всьому підприємству. І хоча обчислювальна потужність залишалася повністю централізованою, деякі функції, такі як введення і виведення даних, стали розподіленими. Подібні багатотермінальні централізовані системи зовні вже були дуже схожі на локальні обчислювальні мережі. Дійсно, пересічний користувач роботу за терміналом мейнфрейма сприймав приблизно так само, як зараз він сприймає роботу за підключеним до мережі персональним комп'ютером. Користувач міг отримати доступ до загальних файлів і периферійних пристроїв, при цьому у нього підтримувалася повна ілюзія одноосібного володіння комп'ютером, так як він міг запустити потрібну йому програму в будь-який момент і майже відразу ж отримати результат. (Деякі далекі від обчислювальної техніки користувачі навіть були упевнені, що всі обчислення виконуються всередині їх дисплея.)

Багатотермінальні системи, що працюють в режимі розподілу часу, стали першим кроком на шляху створення локальних обчислювальних мереж.

Однак до появи локальних мереж потрібно було пройти ще великий шлях, оскільки багатотермінальні системи, хоча і мали зовнішні риси розподілених систем, все ще підтримували централізовану обробку даних.

До того ж потреба підприємств в створенні локальних мереж в цей час ще не дозріла-в одній будівлі просто нічого було об'єднувати в мережу, так як через високу вартість обчислювальної техніки підприємства не могли собі дозволити розкіш придбання декількох комп'ютерів. У цей період був справедливий так званий закон Гроша, який емпірично відображав рівень технології того часу. Відповідно до цього закону продуктивність комп'ютера була пропорційна квадрату його вартості, звідси випливало, що за одну і ту ж суму було вигідніше купити одну потужну машину, ніж дві менш потужних - їх сумарна потужність виявлялася набагато нижча за потужність дорогої машини.

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