Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Федеральное агентство по образованию Российской федерации
Южно-Уральский государственный институт
Аэрокосмический факультет
Кафедра летательных аппаратов и автоматических установок
Компьютерные сети
Информатика
Чернышова Наталья Юрьевна
Мелкишева Анастасия Леонидовна
г. Челябинск 2013
Аннотация
Реферат объёмом 26 страниц, 1 иллюстрация и 1 таблица, 10 используемых источников.
Ак-103, Мелкишева А.Л.
В данном реферате поставлена цель: изучить компьютерные сети, их историю развития и перспективы в будущем.
В реферате присутствует краткая характеристика компьютерных сетей, их классификация, история развития и современные инновации в данной области.
Оглавление
2.1 Основные сведения………………………………………………5
2.2 История развития компьютерных сетей……………………….16
2.3 Компьютерные сети сегодня…………………………………...24
2.4 Перспектива развития компьютерных сетей……………..........25
Заключение…………………………………………………………..26
Библиография………………………………………………………..27
Введение
Компьютеры появились в жизни человека не так уж давно, но почти любой человек может с твердой уверенностью сказать, что будущее - за компьютерными технологиями.
На заре своего появления компьютеры представляли собой громоздкие
устройства, работающие на лампах и занимающие настолько много места, что для их размещения требовалась не одна комната. При всем этом
производительность таких машин, по сравнению с современными, была невероятно мала.
Время шло. Постепенно научная мысль и возможности ученых развились настолько, что производство меньших по размеру, но более производительных компьютеров стало реальностью.
Процесс развития персонального компьютера движется с постоянно
увеличивающимся ускорением, в связи с чем в ближайшем будущем компьютеры станут обязательным и незаменимым атрибутом любого предприятия, офиса и большинства квартир.
Причиной столь интенсивного развития информационных технологий является все возрастающая потребность в быстрой и качественной обработки информации, потоки которой с развитием общества растут как снежный ком.
Одной из наиболее перспективных на данный момент областей исследования является разработка так называемых нейрокомпьютеров, основанных на молекулах ДНК определенного вида водорослей, и способных хранить громадные объёмы информации относительно современного ПК при минимальных размерах самих носителей информации.
Большой успех в последнее время получили так называемые виртуальные технологии, которые позволяют с большой точностью моделировать физические явления, процессы, предметы, а так же их взаимодействие в совокупности.
Такие технологии используются в различных областях деятельности человека.
Компьютеры уже прочно вошли в современный мир, во все сферы человеческой деятельности и науки, тем самым создавая необходимость в обеспечении их различным программным обеспечением. Конечно, в первую очередь это связано с развитием электронной вычислительной техники и с её быстрым совершенствованием и внедрением в различные сферы человеческой деятельности.
Объединение компьютеров в сети позволило значительно повысить
производительность труда. Компьютеры используются как для производственных (или офисных) нужд, так и для обучения.
2.1 Основные сведения
Локальная сеть представляет собой набор компьютеров, периферийных устройств (принтеров и т. п.) и коммутационных устройств, соединенных кабелями. В качестве кабеля используются «толстый» коаксиальный кабель, «тонкий» коаксиальный кабель, витая пара, волоконно-оптический кабель. «Толстый» кабель, в основном, используется на участках большой протяженности при требованиях высокой пропускной способности. Волоконно-оптический кабель позволяет создавать протяженные участки без ретрансляторов при недостижимой с помощью других кабелей скорости и надежности. Однако стоимость кабельной сети на его основе высока, и поэтому он не нашел пока широкого распространения в локальных сетях. В основном локальные компьютерные сети создаются на базе «тонкого» кабеля или витой пары.
Первоначально сети создавались по принципу "тонкого" Ethernet. В основе его — несколько компьютеров с сетевыми адаптерами, соединенные последовательно коаксиальным кабелем, причем все сетевые адаптеры выдают свой сигнал на него одновременно. Недостатки этого принципа выявились позже.
С ростом размеров сетей параллельная работа многих компьютеров на одну единую шину стала практически невозможной: очень велики стали взаимные влияния друг на друга. Случайные выходы из строя коаксиального кабеля (например, внутренний обрыв жилы) надолго выводили всю сеть из строя. А определить место обрыва или возникновения программной неисправности, "заткнувшей" сеть, становилось практически невозможно.
Поэтому дальнейшее развитие компьютерных сетей происходит на принципах структурирования. В этом случае каждая сеть складывается из набора взаимосвязанных участков — структур.
Каждая отдельная структура представляет собой несколько компьютеров с сетевыми адаптерами, каждый из которых соединен отдельным проводом — витой парой — с коммутатором. При необходимости развития к сети просто добавляют новую структуру.
При построении сети по принципу витой пары можно проложить больше кабелей, чем установлено в настоящий момент компьютеров. Кабель проводится не только на каждое рабочее место, независимо от того, нужен он сегодня его владельцу или нет, но даже и туда, где сегодня рабочего места нет, но возможно появление в будущем. Переезд или подключение нового пользователя в итоге потребует лишь изменения коммутации на одной или нескольких панелях.
Структурированная система несколько дороже традиционной сети за счет значительной избыточности при проектировании. Но зато она обеспечивает возможность эксплуатации в течение многих лет.
Для сетей, построенных по этому принципу, появляется необходимость в специальном электронном оборудовании. Одно из таких устройств — хаб — является коммутационным элементом сети. Каждый хаб имеет от 8 до 30 разъемов (портов) для подключения либо компьютера, либо другого хаба. К каждому порту подключается только одно устройство. При подключении компьютера к хабу оказывается, что часть электроники сетевого интерфейса находится в компьютере, а часть — в хабе. Такое подключение позволяет повысить надежность соединения. В обычных ситуациях, помимо усиления сигнала, хаб восстанавливает преамбулу пакета, устраняет шумовые помехи и т. д.
Хабы являются сердцем системы и во многом определяют ее функциональность и возможности. Даже в самых простых хабах существует индикация состояния портов. Это позволяет немедленно диагностировать проблемы, вызванные плохими контактами в разъемах, повреждением проводов и т. п. Существенным свойством такой структурированной сети является ее высокая помехоустойчивость: при нарушении связи между двумя ее элементами, остальные продолжают сохранять работоспособность. Задача соединения компьютерных сетей различных организаций, зачастую созданных на основе различных стандартов, вызвала появление специального оборудования (мостов, маршрутизаторов, концентраторов и т. п.), осуществляющего такое взаимодействие.
Локальная сеть
Подавляющая часть компьютеров западного мира объединена в ту или иную сеть. Опыт эксплуатации сетей показывает, что около 80% всей пересылаемой по сети информации замыкается в рамках одного офиса. Поэтому особое внимание разработчиков стали привлекать так называемые локальные вычислительные сети (LAN). Локальные вычислительные сети отличаются от других сетей тем, что они обычно ограничены умеренной географической областью (одна комната, одно здание, один район).
Существует два типа компьютерных сетей: одноранговые сети и сети с выделенным сервером. Одноранговые сети не предусматривают выделение специальных компьютеров, организующих работу сети. Каждый пользователь, подключаясь к сети, выделяет в сеть какие-либо ресурсы (дисковое пространство, принтеры) и подключается к ресурсам, предоставленным в сеть другими пользователями. Такие сети просты в установке, налаживании; они существенно дешевле сетей с выделенным сервером. В свою очередь сети с выделенным сервером, несмотря на сложность настройки и относительную дороговизну, позволяют осуществлять централизованное управление.
Глобальные сети
Для подключения к удаленным компьютерным сетям используются телефонные линии.
Процесс передачи данных по телефонным линиям должен происходить в форме электрических колебаний - аналога звукового сигнала, в то время как в компьютере информация хранится в виде кодов. Для того чтобы передать информацию от компьютера через телефонную линию, коды должны быть преобразованы в электрические колебания. Этот процесс носит название модуляции. Для того чтобы адресат смог прочитать на своем компьютере то, что ему отправлено, электрические колебания должны быть обратно превращены в машинные коды - демодуляция. Устройство, которое осуществляет преобразование данных из цифровой формы, в которой они хранятся в компьютере в аналоговую (электрические колебания), в которой они могут быть преданы по телефонной линии, и обратно называется модем (сокращенно от МОдулятор-ДЕМодулятор). Компьютер в этом случае должен иметь специальную телекоммуникационную программу, которая управляет модемом, а также отправляет и получает последовательности сигналов передаваемой информации.
Международная сеть INTERNET
Одна из первых версий INTERNET была разработана в семидесятых годах Департаментом Обороны США, чтобы дать возможность исследовательским институтам, работавшим над особо важными для обороны в то время проблемами, обмениваться информацией. К тому же предполагалось, что этот способ связи позволит сохранить обмен информацией между ними в случае такой мировой катастрофы, как ядерная война. В то время сеть носила название ARPAnet - по имени организации финансировавшей эти разработки. Основная операционная система была Unix. В 80-х годах, когда персональные компьютеры начали получать все более широкое распространение в США, появились сети, связавшие между собой исследовательские центры университетов. Соединив сети, университеты получили возможность общаться между собой, подобно оборонным институтам в семидесятых годах. Однако эта новая связь имела дополнительное качество: пользователь университетской сети, находясь дома или в школе, подключаясь к сети, получал также доступ к любому месту, к которому эта сеть была подсоединена. Такая связь получила название "межсеть" (internet), и, таким образом, появилась сеть INTERNET, которую назвали основной сетью, межсетью или сетью сетей.
Каждый пользователь INTERNET имеет свой сетевой адрес. Существует компания (в штате Вирджиния), которая следит за INTERNET адресами с тем, чтобы среди пользователей не появилось два одинаковых адреса.
Возможности INTERNET
Существует 7 основных путей использования INTERNET:
Электронная почта. С помощью почтовых программ Outlook Express и Netscape Messenger
Отправка и получение файлов с помощью FTP (File Transfer Protocol)
Чтение и посылка текстов в USENET
Поиск информации через GOPHER и WWW (World Wide Web)
Удаленное управление - запрос и запуск программ на удаленном компьютере.
Chat-разговор с помощью сети IRC и Электронной почты
Игры через INTERNET
Программы Outlook Express, GOPHER, Netscape Messenger, обеспечивающие отдельные функции INTERNET, называются "клиентами". Они удобны в использовании и предоставляют дружественный интерфейс для пользователей INTERNET. Системы WWW, FTP требуют знания операционной системы UNIX.
Электронная почта
Отправка и получение писем остается пока наиболее популярным видом использования INTERNET. Существует система LISTSERV, позволяющая создавать группы пользователей с общей групповой адресацией. Таким образом, письмо, направленное на групповой адрес, будет получено всеми членами группы. Например, существует LISTSERV Netterain, объединяющий группу специалистов, обучающих пользованию INTERNET. Они объединились для того, чтобы обменяться идеями или задать вопросы своим коллегам, чтобы дать знать, что с ними можно связаться по электронной почте. В случае если известно, что конкретное лицо или компания имеют адрес в INTERNET, но сам адрес не известен, существуют способы узнать его с помощью системы NETFIND.
Отправка и получение файлов
FTP – один из самых распространенных протоколов передачи файлов по INTERNET. В начале это была терминальная программа с командной строкой, то сейчас многие FTP- клиенты могут похвалиться удобным интерфейсом и кучей дополнительных возможностей таких как:
Поддержка докачки
Поддержка ННТР
Список очередей
Чтение и посылка текстов
USENET – это сеть информационных серверов. В Usenet порядка 200.000 конференций (это каталог, куда стекаются сообщения на определенную тему), практически на любую тему отведена своя собственная группа. Сервера постоянно обмениваются между собой информацией, в результате происходит естественно обновление новостей.
Поиск информации (browsing - беспорядочное чтение)
Пользователь ищет информацию в INTERNET либо с какой-либо целью, либо просто осматривается вокруг, чтобы знать, что есть в наличии. Море информации представлено в INTERNET, так что можно потратить огромное количество времени, просто переходя c одного сайта на другой и определяя, какая информация имеется в наличии. Эффект взрыва произвело появление таких средств управления поиском информации как GOPHER и WWW. GOPHER использует систему меню, чтобы позволить пользователям осуществлять выбор информации. WWW использует метафору web - паутина, т.к. эта система позволяет свободно перемещаться внутри системы, построенной на основе гипертекста (НТТР).
Удаленное управление
Эта возможность очень полезна, когда при выполнении некоторой работы на маленьком компьютере, требуются ресурсы больших систем. Существуют несколько различных типов удаленного исполнения. Некоторые из них работают на основе команд, подаваемых шаг за шагом. Таким образом, запрос заключается в том, чтобы некоторая специфическая команда или их последовательность были выполнены на некотором компьютере. Более развитые версии будут сами выбирать систему и компьютер, которые будут к тому моменту свободными. Существует также удаленный вызов процедуры, который позволяет программе запускать подпрограмму на другом компьютере и затем использовать результат ее работы.
Возможность разговарить с многими людьми с помощью IRC
IRC (Internet relay chat)- это связка крупных сетей (Efnet, Dalnet, Undernet и др.), в каждой из которых сотни chat’ов и десятки тысяч пользователей. Официальный отсчет истории IRC ведется с 1988 года. Именно тогда финский студент Джако, некоторое время, поговорив на многолинейных BBS’ках, задался целью создать нечто похожее, но более глобального масштаба. Тогда и появилась первая сетка IRC – Efnet.
Игры через INTERNET
Ни для кого уже не секрет, что игры занимают значительную часть жизни других людей. Играть можно против компьютера (интересно, но не очень), против одного противника (человека) с помощью модема и можно играть против многих противников с помощью локальных сетей или INTERNET. Сейчас существует много серверов, которые предназначены исключительно для игр таких как: Quake, Quake II, Team Fortress, Warcraft II, Starcraft и множество других. Для того чтобы качество игры было приемлемым необходимо обеспечить стабильную и высокоскоростную связь с INTERNET.
Увлекательное путешествие
INTERNET настолько велик, и полон ресурсов, что основная проблема (или удовольствие), с которой сталкиваются пользователи, является поиск нужных им данных. В дополнение к электронной почте, систем FTP и USENET, здесь приведены несколько полезных инструментов, которые были созданы специально для помощи путешественникам по "информационной магистрали".
WWW
Поскольку концепция паутины включает в себя основные принципы организации INTERNET’а, это хорошая печка, от которой можно сегодня танцевать в поисках чего-то нового. Чтобы использовать WWW эффективно, можно запросить использование графического клиента типа Internet Explorer или Netscape Communicator. Можно, конечно, использовать WWW в текстовом режиме (режим линейного поиска), но при этом теряется функциональность графического режима. Internet Explorer или Netscape Communicator являются графическим пользовательским интерфейсом WWW, который позволяет пользователю указывать, выбирать и осуществлять переходы в INTERNET с использованием гипертекстовых связей, называемых URL (Universal Resource Locators – универсальные локаторы ресурсов). Большое число организаций, школ и людей создают собственные элементы WWW, так называемые Home Pages (домашние страницы), которые могут иметь гипертекстовые связи с информацией, находящейся на том же компьютере, или которая может быть найдена на любом компьютере в INTERNET.
GOPHER
Информационная система, известная как Gopher, позволяет пользователю отправиться в поисках интересующей его информации, используя систему меню point&click (укажи и «кликни»). Концепция Gopher разработана в университете Миннесота. Специальная система Veronica была разработана для того, чтобы осуществлять поиск названия документов, хранящихся на серверах Gopher.
Gopher это распределенная служба доставки документов. Он позволяет пользователям запрашивать, искать и получать информацию, находящуюся в различных местах. Информация предъявляется пользователю в виде серий вложенных меню. Несмотря на то, что отдельные файлы или даже целые опции меню могут находиться в различных местах, для пользователя все выглядит, как если бы это находилось в одном месте.
Искомой информацией может быть текстовый или бинарный файл, список (прозванный телефонной книгой), изображение или звук. Кроме того, Gopher позволяет воспользоваться другими информационными системами (WWW, WAIS, Archie, WHOIS) и сетевыми услугами (USENET, FTP). Gopher часто оказывается более удобным cредcтвом навигации в директориях FTP и чтения файлов. Сервер Gopher содержит необходимую информацию для обслуживания пользователей. Кроме того его связь с другими Gopher серверами создает широкую сетевую кооперацию в форме глобальной Gopher сети (Gopherspace).
Veronica
Veronica была создана для решения проблемы поиска в быстро развивающейся Gopher сети. Veronica обеспечивает быстрый поиск по ключам более чем в пятистах Gopher меню, чем обеспечивает доступ к информации без осуществления последовательного перебора всех меню, пункт за пунктом. Доступ к средствам Veronica осуществляется из самых верхних уровней Gopher меню, так что не требуется открывать новых приложений или осуществлять дополнительный связи. Реализованы два метода поиска: метод простого логического поиска и метод логического поиска по фрагментам. Поиск по любому метод сопровождается подсказками для пользователя. Поиск осуществляется только по каталогам и меню. Полнотекстовый поиск в Gopher сети отсутствует. Поиск через систему Veronica является независимым от типа информации, хранящейся под заголовками, используемыми для поиска.
.Электронная почта
Для того чтобы иметь возможность обмениваться письмами по электронной почте, пользователь должен стать клиентом одной из компьютерных сетей. Также как и в телефонных сетях, клиенты компьютерных сетей называются абонентами.
Для каждого абонента на одном из сетевых компьютеров выделяется область памяти - электронный почтовый ящик. Доступ к этой области памяти осуществляется по адресу, который сообщается абоненту, и паролю, который абонент придумывает сам. Пароль известен только абоненту и сетевому компьютеру. Став абонентом компьютерной сети и получив адрес своего почтового ящика, пользователь может сообщить его друзьям, знакомым. Каждый абонент электронной почты может через свой компьютер и модем послать письмо любому другому абоненту указав в послании его почтовый адрес. Но сделать это можно, только сообщив компьютерной сети свой почтовый адрес и пароль (как доказательство того, что это действительно абонент).
Все письма, поступающие на некоторый почтовый адрес, записываются в выделенную для него область памяти сетевого компьютера. Сетевой компьютер, содержащий почтовые ящики абонентов носит название хост компьютера (от host - хозяин). Существуют два основных типа электронной почты. Первый способ, называется off-line (вне линии, вне связи, произносится: офлайн), заключается в том, что при каждом сеансе связи компьютера абонента с сетевым компьютером происходит обмен письмами в автоматическом режиме: все заранее подготовленные письма абонента передаются на сетевой компьютер, а все письма, пришедшие на адрес абонента, передаются на его компьютер. Название off-line подчеркивает тот факт, что сам процесс ознакомления с письмами и их чтение происходит, когда связь с сетевым компьютером уже прекращена.
Второй способ, названный, естественно, on-line (на линии, на связи, произносится: онлайн), заключается в том, что абонент во время сеанса связи со своего компьютера получает возможность обратиться к содержимому своего почтового ящика, просмотреть его и прочитать письма. Некоторые письма можно удалить не читая, на другие письма можно сразу дать ответ, воспользовавшись клавиатурой своего компьютера. Можно также послать все заготовленные заранее письма, являющиеся ничем иным как текстовыми файлами. В режиме on-line абонент не пользуется автоматическим режимом, а отсылает все письма сам, указывая их адреса и задавая соответствующую команду сетевому компьютеру.
Один компьютер может обслуживать нескольких абонентов. В случае использования on-line сети, каждый абонент осуществляет связь с компьютерной сетью и выполняет необходимые манипуляции для получения или отправки информации в соответствии со своими задачами во время сеанса связи.
Для абонентов сети off-line существует возможность иметь отдельный почтовый ящик на одном компьютере. Каждый абонент пользуется только своим почтовым ящиком, а рассылка и получение писем, связь с телеконференциями и обращения к базам данных для всех абонентов, пользующихся данным компьютером, осуществляются автоматически в момент сеанса связи с компьютерной сетью. Такая сложная организация обмена информацией с использованием одного компьютера приводит к необходимости выделения специального администратора для координации всего обмена информацией, осуществления сеансов, связи и обнаружения заблудившихся писем.
Адресация
Адрес электронной почты, так же как и обычный почтовый адрес должен содержать всю необходимую информацию для того, чтобы письмо дошло до адресата из любой части земного шара. Точно так же, как и почтовый, электронный адрес состоит из двух частей:
раздел "Куда" - содержит указание на хост компьютер;
раздел "Кому" - содержит учетное имя абонента.
В разных системах используются различные способы представления адреса. Например, в системе INTERNET и совместимых с ней разделы "Кому" и "Куда" разделены знаком "@", причем слева указывается "Кому". Например,
user@adonis.iasnet.ru,
где user - учетное имя абонента, а adonis.iasnet.ru - имя хост компьютера (adonis) и указание, как его найти. Раздел "Куда" имеет иерархическую структуру. Уровни иерархии называются доменами (domain - владение, сфера деятельности) и разделены точками. Количество доменов в адресе, вообще говоря, не ограничено. Самый правый домен представляет собой домен верхнего уровня. В данном случае, ru - код России. Для всех стран существуют двухбуквенные коды. Например :
au - Австралия,
br - Бразилия,
by - Беларусь,
ca - Канада,
cn - Китай,
de - Германия,
jp - Япония,
ua - Украина,
uk - Великобритания,
us - США.
Домен верхнего уровня не обязательно является кодом страны. Ниже приведены примеры нескольких доменов верхнего уровня, используемых в США:
COM - коммерческие организации и бизнес;
EDU - образовательные учреждения;
NET - структурные организации системы;
ORG - неприбыльные организации;
INT - международный домен.
Домен второго уровня дает уточнение для поиска хост компьютера. Это может быть код города или региона, в США - штата. В нашем случае домен второго уровня указывает на компьютерную сеть Института Автоматизированных систем (iasnet).
Конверт
Для того чтобы написанное вами письмо добралось до адресата, надо поместить его в конверт, написать адрес и отправить по почте. Адресат, получив письмо, помимо своего адреса обнаружит на конверте некоторые дополнительные данные, которые могут оказаться полезными.
Если на конверте указан обратный адрес, то он может оказаться единственной возможностью для обеспечения отправки ответа. Штемпели почтовых отделений покажут даты прохождения письма через эти учреждения.
По аналогии с конвертом каждое письмо, приходящее по электронной почте снабжено "шапкой", имеющей тот же смысл. В зависимости от того, какая телекоммуникационная система используется, структура адреса может выглядеть по-разному.
Структура электронного послания в системе INTERNET выглядит следующим образом:
From: User Name <user@adonis.iasnet.ru>
Date:2, November 1998 14:25
To: user1@adonis .iasnet.ru
Cc: user2@adonis.iasnet.ru
Bcc: user3@adonis.iasnet.ru
Subject: Hello
Первая строка сообщает адрес и имя отправителя. Строка, начинающаяся с Date, содержит дату и время, когда послание было отправлено. Далее указывается адрес получателя. В строке начинающийся с Сс указывает адрес, которому посылается копия письма. В следующей же строке указывается адрес пользователя, которому оправляется, невидимая для адресата, копия письма. Таких строк может быть несколько или не быть ни одной. В следующей строке указывается содержание письма, его заголовок (иногда так делается и с обычными письмами, например в случае, когда организация требует помечать направляемые в нее письма, некоторым кратким сообщением, например, "На конкурс"). В предпоследней строке указывается идентификатор послания, его уникальный номер. Если это письмо послано в ответ на некоторое другое письмо, то номер этого исходного письма указывается в последней строке. Для первоначальных, инициативных писем эта строка отсутствует.
Однако точный порядок строк шапки послания может меняться от системы к системе. Кроме того, в шапку могут добавляться дополнительные строки, например, Importance - важность послания. Указанный в примере состав шапки послания является обязательным, так как все его компоненты существенны для правильной доставки послания.
2.2 История развития компьютерных сетей
История развития компьютерных сетей достаточно сложна; за прошедшие 35 лет в этом процессе приняли участие многие специалисты и пользователи сетей. Процесс создания и коммерческого применения новых типов сетей был значительно более сложным, в этой заметке отмечены лишь основные этапы.
Развитие компьютерных сетей сопряжено с развитием вычислительной техники и телекоммуникаций. Компьютерные сети могут рассматриваться как средство передачи информации на большие расстояния, для чего в них применяются методы кодирования и мультиплексирования данных, получившие развитие в различных телекоммуникационных системах.
Хронология важнейших событий из истории развития компьютерных сетей:
|
Этап |
Время |
|
Первые глобальные связи компьютеров, первые эксперименты с пакетными сетями |
Конец 60-х |
|
Начало передач по телефонным сетям голоса в цифровой форме |
Конец 60-х |
|
Появление больших интегральных схем, первые мини-компьютеры, первые нестандартные локальные сети |
Начало 70-х |
|
Создание сетевой архитектуры IBM SNA |
1974 |
|
Стандартизация технологии Х.25 |
1974 |
|
Появление персональных компьютеров, создание Интернета в современном виде, установка на всех узлах стека TCP/IP |
Начало 80-х |
|
Появление стандартных технологий локальных сетей (Ethernet — 1980 г., Token Ring, FDDI — 1985 г.) |
Середина 80-х |
|
Начало коммерческого использования Интернета |
Конец 80-х |
|
Изобретение Web |
1991 |
Системы пакетной обработки
Обратимся сначала к компьютерному корню вычислительных сетей. Первые компьютеры 50-х годов — большие, громоздкие и дорогие — предназначались для очень небольшого числа избранных пользователей. Часто эти монстры занимали целые здания. Такие компьютеры не были предназначены для интерактивной работы пользователя, а применялись в режиме пакетной обработки.
Системы пакетной обработки, как правило, строились на базе мэйнфрейма — мощного и надежного компьютера универсального назначения. Пользователи подготавливали перфокарты, содержащие данные и команды программ, и передавали их в вычислительный центр (см. рис. ниже). Операторы вводили эти карты в компьютер, а распечатанные результаты пользователи получали обычно только на следующий день. Таким образом, одна неверно набитая карта означала как минимум суточную задержку. Конечно, для пользователей интерактивный режим работы, при котором можно с терминала оперативно руководить процессом обработки своих данных, был бы удобней. Но интересами пользователей на первых этапах развития вычислительных систем в значительной степени пренебрегали. Во главу угла ставилась эффективность работы самого дорогого устройства вычислительной машины — процессора, даже в ущерб эффективности работы использующих его специалистов.
Централизованная система на базе мэйнфрейма
Многотерминальные системы — прообраз сети
По мере удешевления процессоров в начале 60-х годов появились новые способы организации вычислительного процесса, которые позволили учесть интересы пользователей. Начали развиваться интерактивные многотерминальные системы разделения времени. В таких системах каждый пользователь получал собственный терминал, с помощью которого он мог вести диалог с компьютером. Количество одновременно работающих с компьютером пользователей определялось его мощностью: время реакции вычислительной системы должно было быть достаточно мало, чтобы пользователю была не слишком заметна параллельная работа с компьютером других пользователей.
Терминалы, выйдя за пределы вычислительного центра, рассредоточились по всему предприятию. И хотя вычислительная мощность оставалась полностью централизованной, некоторые функции, такие как ввод и вывод данных, стали распределенными. Подобные многотерминальные централизованные системы внешне уже были очень похожи на локальные вычислительные сети. Действительно, рядовой пользователь работу за терминалом мэйнфрейма воспринимал примерно так же, как сейчас он воспринимает работу за подключенным к сети персональным компьютером. Пользователь мог получить доступ к общим файлам и периферийным устройствам, при этом у него поддерживалась полная иллюзия единоличного владения компьютером, так как он мог запустить нужную ему программу в любой момент и почти сразу же получить результат. (Некоторые далекие от вычислительной техники пользователи даже были уверены, что все вычисления выполняются внутри их дисплея.)
Многотерминальная система — прообраз вычислительной сети
Многотерминальные системы, работающие в режиме разделения времени, стали первым шагом на пути создания локальных вычислительных сетей.
Однако до появления локальных сетей нужно было пройти еще большой путь, так как многотерминальные системы, хотя и имели внешние черты распределенных систем, все
еще поддерживали централизованную обработку данных.
К тому же потребность предприятий в создании локальных сетей в это время еще не созрела — в одном здании просто нечего было объединять в сеть, так как из-за высокой стоимости вычислительной техники предприятия не могли себе позволить роскошь приобретения нескольких компьютеров. В этот период был справедлив так называемый закон Гроша, который эмпирически отражал уровень технологии того времени. В соответствии с этим законом производительность компьютера была пропорциональна квадрату его стоимости, отсюда следовало, что за одну и ту же сумму было выгоднее купить одну мощную машину, чем две менее мощных — их суммарная мощность оказывалась намного ниже мощности дорогой машины.
Первые глобальные компьютерные сети
А вот потребность в соединении компьютеров, находящихся на большом расстоянии друг от друга, к этому времени уже вполне назрела. Началось все с решения более простой задачи — доступа к компьютеру с терминалов, удаленных от него на многие сотни, а то и тысячи километров. Терминалы соединялись с компьютерами через телефонные сети с помощью модемов. Такие сети позволяли многочисленным пользователям получать удаленный доступ к разделяемым ресурсам нескольких мощных суперкомпьютеров. Затем появились системы, в которых наряду с удаленными соединениями типа терминал-компьютер были реализованы и удаленные связи типа компьютер-компьютер.
Компьютеры получили возможность обмениваться данными в автоматическом режиме, что, собственно, и является базовым признаком любой вычислительной сети.
На основе подобного механизма в первых сетях были реализованы службы обмена файлами, синхронизации баз данных, электронной почты и другие ставшие теперь традиционными сетевые службы.
Итак, хронологически первыми появились глобальные сети (Wide Area Network, WAN), то есть сети, объединяющие территориально рассредоточенные компьютеры, возможно
находящиеся в различных городах и странах.
Именно при построении глобальных сетей были впервые предложены и отработаны многие основные идеи, лежащие в основе современных вычислительных сетей. Такие, например, как многоуровневое построение коммуникационных протоколов, концепции коммутации и маршрутизации пакетов.
Глобальные компьютерные сети очень многое унаследовали от других, гораздо более старых и распространенных глобальных сетей — телефонных. Главное технологическое новшество, которое привнесли с собой первые глобальные компьютерные сети, состоял в отказе от принципа коммутации каналов, на протяжении многих десятков лет успешно использовавшегося в телефонных сетях.
Выделяемый на все время сеанса связи составной телефонный канал, передающий информацию с постоянной скоростью, не мог эффективно использоваться пульсирующим трафиком
компьютерных данных, у которого периоды интенсивного обмена чередуются с продолжительными паузами. Натурные эксперименты и математическое моделирование показали, что пульсирующий и в значительной степени не чувствительный к задержкам компьютерный трафик гораздо эффективней передается сетями, работающими по принципу коммутации
пакетов, когда данные разделяются на небольшие порции — пакеты, — которые самостоятельно перемещаются по сети благодаря наличию адреса конечного узла в заголовке пакета.
Так как прокладка высококачественных линий связи на большие расстояния обходится очень дорого, то в первых глобальных сетях часто использовались уже существующие каналы связи, изначально предназначенные совсем для других целей. Например, в течение многих лет глобальные сети строились на основе телефонных каналов тональной частоты, способных в каждый момент времени вести передачу только одного разговора в аналоговой форме. Поскольку скорость передачи дискретных компьютерных данных по таким каналам была очень низкой (десятки килобитов в секунду), набор предоставляемых услуг в глобальных сетях такого типа обычно ограничивался передачей файлов (преимущественно в фоновом режиме) и электронной почтой. Помимо низкой скорости такие каналы имеют и другой недостаток — они вносят значительные искажения в передаваемые сигналы. Поэтому протоколы глобальных сетей, построенных с использованием каналов связи низкого качества, отличаются сложными процедурами контроля и восстановления данных. Типичным примером таких сетей являются сети Х.25, разработанные еще в начале 70-х, когда низкоскоростные аналоговые каналы, арендуемые у телефонных компаний, были преобладающим типом каналов, соединяющих компьютеры и коммутаторы глобальной вычислительной сети.
В 1969 году министерство обороны США инициировало работы по объединению в единую сеть суперкомпьютеров оборонных и научно-исследовательских центров. Эта сеть, получившая название ARPANET, стала отправной точкой для создания первой и самой известной ныне глобальной сети — Интернет.
Сеть ARPANET объединяла компьютеры разных типов, работавшие под управлением различных операционных систем (ОС) с дополнительными модулями, реализующими коммуникационные протоколы, общие для всех компьютеров сети. ОС этих компьютеров можно считать первыми сетевыми операционными системами.
Истинно сетевые ОС в отличие от многотерминальных ОС позволяли не только рассредоточить пользователей, но и организовать распределенные хранение и обработку данных
между несколькими компьютерами, связанными электрическими связями. Любая сетевая операционная система, с одной стороны, выполняет все функции локальной операционной системы, а с другой стороны, обладает некоторыми дополнительными средствами, позволяющими ей взаимодействовать через сеть с операционными системами других компьютеров. Программные модули, реализующие сетевые функции, появлялись в операционных системах постепенно, по мере развития сетевых технологий, аппаратной базы компьютеров и возникновения новых задач, требующих сетевой обработки.
Прогресс глобальных компьютерных сетей во многом определялся прогрессом телефонных сетей.
С конца 60-х годов в телефонных сетях все чаще стала применяться передача голоса в цифровой форме.
Это привело к появлению высокоскоростных цифровых каналов, соединяющих автоматические телефонные станции (АТС) и позволяющих одновременно передавать десятки и сотни разговоров.
К настоящему времени глобальные сети по разнообразию и качеству предоставляемых услуг догнали локальные сети, которые долгое время лидировали в этом отношении, хотя и появились на свет значительно позже.
Первые локальные компьютерные сети
Важное событие, повлиявшее на эволюцию компьютерных сетей, произошло в начале 70-х годов. В результате технологического прорыва в области производства компьютерных
компонентов появились большие интегральные схемы (БИС). Их сравнительно невысокая стоимость и хорошие функциональные возможности привели к созданию мини-компьютеров, которые стали реальными конкурентами мэйнфреймов. Эмпирический закон Гроша перестал соответствовать действительности, так как десяток мини-компьютеров, имея ту же стоимость, что и мэйнфрейм, решали некоторые задачи (как правило, хорошо распараллеливаемые) быстрее.
Даже небольшие подразделения предприятий получили возможность иметь собственные компьютеры. Мини-компьютеры решали задачи управления технологическим оборудованием, складом и другие задачи уровня отдела предприятия. Таким образом, появилась концепция распределения компьютерных ресурсов по всему предприятию. Однако при этом все компьютеры одной организации по-прежнему продолжали работать автономно:
Автономное использование нескольких мини-компьютеров на одном предприятии
Шло время, и потребности пользователей вычислительной техники росли. Их уже не удовлетворяла изолированная работа на собственном компьютере, им хотелось в автоматическом режиме обмениваться компьютерными данными с пользователями других подразделений. Ответом на эту потребность стало появление первых локальных вычислительных сетей.
Различные типы связей в первых локальных сетях
Локальные сети (Local Area Network, LAN) — это объединения компьютеров, сосредоточенных на небольшой территории, обычно в радиусе не более 1-2 км, хотя в отдельных случаях локальная сеть может иметь и большие размеры, например несколько десятков километров. В общем случае локальная сеть представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую одной организации.
На первых порах для соединения компьютеров друг с другом использовались нестандартные сетевые технологии. Это вызывало много проблем свзязанных с несовместимостью сетевого оборудования.
Сетевая технология — это согласованный набор программных и аппаратных средств (например, драйверов, сетевых адаптеров, кабелей и разъемов), а также механизмов передачи
данных по линиям связи, достаточный для построения вычислительной сети.
Разнообразные устройства сопряжения, использующие собственные способы представления данных на линиях связи, свои типы кабелей и т. п., могли соединять только те конкретные модели компьютеров, для которых были разработаны, например, мини-компьютеры PDP-11 с мэйнфреймом IBM 360 или мини-компьютеры HP с микрокомпьютерами LSI-11. Такая ситуация создала большой простор для творчества студентов — названия многих курсовых и дипломных проектов начинались тогда со слов «Устройство сопряжения…».
В середине 80-х годов положение дел в локальных сетях кардинально изменилось. Утвердились стандартные сетевые технологии объединения компьютеров в сеть Ethernet, Arcnet, Token Ring, Token Bus, несколько позже — FDDI.
Мощным стимулом для их появления послужили персональные компьютеры. Эти массовые продукты стали идеальными элементами построения сетей — с одной стороны, они были достаточно мощными, чтобы обеспечивать работу сетевого программного обеспечения, а с другой — явно нуждались в объединении своей вычислительной мощности для решения сложных задач, а также разделения дорогих периферийных устройств и дисковых массивов. Поэтому персональные компьютеры стали преобладать в локальных сетях, причем не только в качестве клиентских компьютеров, но и в качестве центров хранения и обработки данных, то есть сетевых серверов, потеснив с этих привычных ролей мини-компьютеры и мэйнфреймы.
Все стандартные технологии локальных сетей опирались на тот же принцип коммутации, который был с успехом опробован и доказал свои преимущества при передаче трафика данных в глобальных компьютерных сетях, — принцип коммутации пакетов.
Стандартные сетевые технологии превратили процесс построения локальной сети из решения нетривиальной технической проблемы в рутинную работу. Для создания сети достаточно было приобрести стандартный кабель, сетевые адаптеры соответствующего стандарта, например Ethernet, вставить адаптеры в компьютеры, присоединить их к кабелю стандартными разъемами и установить на компьютеры одну из популярных сетевых операционных систем, например Novell NetWare.
Разработчики локальных сетей привнесли много нового в организацию работы пользователей. Так, стало намного проще и удобнее, чем в глобальных сетях, получать доступ к общим сетевым ресурсам. Последствием и одновременно движущей силой такого прогресса стало появление огромного числа непрофессиональных пользователей, освобожденных от необходимости изучать специальные (и достаточно сложные) команды для сетевой работы.
Конец 90-х выявил явного лидера среди технологий локальных сетей — семейство Ethernet, в которое вошли классическая технология Ethernet со скоростью передачи 10 Мбит/с, а также Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с и Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с.
Простые алгоритмы работы предопределяют низкую стоимость оборудования Ethernet. Широкий диапазон иерархии скоростей позволяет рационально строить локальную сеть, выбирая ту технологию семейства, которая в наибольшей степени отвечает задачам предприятия и потребностям пользователей. Важно также, что все технологии Ethernet очень близки друг к другу по принципам работы, что упрощает обслуживание и интеграцию этих сетей.
2.3 Компьютерные сети сегодня
Сегодня компьютерные сети есть практически в каждом доме и все знакомы со словом «Интернет». Но на пути развития этой глобальной сети производители сетевого оборудования сталкивались с проблемой несовместимости своего оборудования с оборудованием других компаний. Такая ситуация была очень не выгодна для всех, и было решено создать стандарты по производству сетевого оборудования и не только. Это, на мой взгляд, и послужило толчком к лавинному росту и развитию компьютерных сетей. На данный момент существует множество различных стандартов для сетевого оборудования, для кабелей, стандарты создания новых сетей и т.д. Все это результат долгой и кропотливой работы огромного числа людей. Без них не было бы Интернета.
Ключом к понимаю организации и структуре современных компьютерных сетей является четкое понимание созданных сетевых стандартов.
2.4 Перспектива развития компьютерных сетей
В документах 1998 года специалисты прогнозировали, что 4 миллиарда IP-адресов закончатся к 2018 году. В 2000-м говорили, что их хватит до 2013-го, в 2005-м стало очевидно, что до наступления первых проблем осталось два-три года.
Чтобы примерно представить, сколько приборов сейчас реально претендуют на IP-адреса, достаточно вспомнить, что в 1996 году в мире действовало 300 миллионов персональных компьютеров, в 2000-м эта цифра уже приблизилось к 600 млн., а к 2010 году прогнозируют цифру в 1,3 млрд. К ним стоит добавить серверы, а их также немало, сетевое оборудование, которое составляет физическую основу Интернета, КПК, сотовые телефоны и другие устройства с выходом в Сеть.
В целом, как показала практика, стоимость обработки данных в компьютерных сетях, за счет расширения возможностей обработки данных, лучшей загрузки ресурсов и повышения надежности функционирования системы, не менее чем в полтора раза ниже по сравнению с обработкой аналогичных данных на автономных компьютерах.
При объединении компьютеров в сеть система должна сохранять надежность, то есть отказ, какого – либо компьютера не должен приводить к остановке работы системы, и более того, должна обеспечиваться передача функций отказавшего компьютера на другой компьютер сети.
В 2004 году в мире было зарегистрировано 63 миллиона доменных имен.
В 2002 году компания LG представила общественности первый холодильник с выходом в Интернет. В 2005 году его уже можно купить в России.4
В популярной прессе упоминается, что разрядности IPv6 хватит более чем на 1000 адресов на каждый квадратный метр поверхности нашей планеты. Наши собственные вычисления показывают, что это цифра занижена на несколько порядков. Площадь поверхности Земли к слову, — 510 073 млн. км2.
23 мая 2007 года суд города Новосибирска запретил сети Academ.org («Первая Миля») пускать своих пользователей на экстремистские ресурсы. Как отмечается в заявлении прокуратуры от 29 мая, ею «предприняты некоторые меры, позволяющие ограничить и удалить доступ пользователей к Интернет-ресурсам, имеющие признаки экстремизма». Совместно с областным управлением ФСБ прокуроры проверено четыре районных провайдеров: «Первая Миля», «Академтелеком», «Полимэкс плюс» и «СибирьТелеком» на осуществление доступа к экстремистским ресурсам.
Бурное развитие компьютерных сетей и подключение все большего числа персонального компьютера к сетям привело в последние десятилетия к формированию основ концепции сетевого компьютера.
Заключение
Следуя из того, какого прогресса смогли сетевые технологии достичь за последние годы, не трудно догадаться, что в ближайшее время скорость передачи данных по компьютерной сети возрастет минимум вдвое.
Привычный 10мегабитная компьютерная сеть, долгое время занимающий главенствующие позиции активно пользуется современными и существенно более быстрыми технологиями передачи данных.
W3C разрабатывает для компьютерной сети в единые принципы и стандарты (называемые «Рекомендациями», англ. W3C Recommendations), которые затем внедряются производителями программ и оборудованиям. И таким образом достигается совместимость и сосредоточенность между программными продуктами и аппаратурой различных компаний, что делает Компьютерную сеть более совершенной, универсальной и удобной. Все Рекомендации Консорциума компьютерной сети открыты, то есть защищены и могут внедряться любым человеком без всяких трудностей.
Ярким примером объединения компьютерных сетей в единое сообщество сетей является Интернет (Internet). Успех Интернета повлиял на развитие корпоративных сетей Интранет (Intranet). Иногда эти сети называют глобальными ЛВС, а работа с ними аналогична работе с Internet.
На этом историю можно закончить - компьютерная сеть приняла вполне современные очертания. Развитие технологии на этом, конечно, не остановилось.
В заключении хотелось бы сказать, что в данном докладе была рассмотрена наиболее актуальная в наше время тема: Организация компьютерных сетей. Современный человек, а особенно человек, занимающий руководящую должность, должен не просто знать, а чувствовать эту тему. Ведь современный бизнес
просто не возможен без высоких технологий и, в частности, компьютерных сетей, позволяющих значительно увеличивать прибыль предприятий и организаций.
Библиография