9

Телекоммуникационные компьютерные сети:

эволюция и основные принципы построения

2008 год

Содержание

Введение. Компьютерная сеть как средство коммуникации

Краткая история появления компьютерных сетей

*Первые интерсети. Тенденции в развитии

Теория построения интерсетей

Современный подход к созданию компьютерных сетей

Сетевые протоколы

Введение. Компьютерная сеть как средство коммуникации

Явление развития компьютерных сетей как следствие “компьютеризации” общества интересно и требует особого внимания. Данная работа не является попыткой дать оценку этому сложному научно-техническому, общественному, и даже психологическому явлению - представляется мало возможным в рамках реферата рассмотреть целый комплекс проблем, еще достаточно мало изученных в силу недавнего своего появления.

Цель работы - выявить некоторые основные стороны процесса становления компьютерных телекоммуникаций, общие принципы их действия и осветить главные тенденции в компьютерных сетей в настоящий момент.

В своем сознании мы тесно связываем понятие персонального компьютера с компьютерной сетью. Чувство функциональной неполноценности сопровождает нас, если стоящий дома компьютер по каким-либо причинам не подключен к Internet'у, и это вполне показательно - кому нужна такая квартира, из которой невозможно выйти на улицу? Психологам еще предстоит дать ответ на многие вопросы, связанные с повсеместным распространением компьютерных сетей, их влиянием на человека и на общество в целом. Мы же ограничимся только тем замечанием, что компьютеризация общества и сознания человека идет бок о бок с внедрением компьютерных телекоммуникационных технологий в человеческий быт. Поэтому будет уместно начать работу с краткого обзора процесса развития компьютерной техники.

Краткая история появления компьютерных сетей

Основные факторы, вызвавшие развитие интерсетей.

Идея создания персональной ЭВМ, прообраза современного персонального компьютера, впервые была воплощена в жизнь в середине 70-х годов. Именно для того времени характерен процесс "поляризации" в технике электронных вычислительных машин.

С одной стороны исследования в данной области были направлены на создание вычислительных машин коллективного пользования, с "очень большими объемами оперативной памяти", как гласит научная литература тех лет; быстродействие машин должно было достигнуть нескольких десятков миллионов операций в секунду, - такие параметры и определяли понятие сверхмощных ЭВМ.

С другой стороны, появилось тяготение к проектированию машин индивидуального пользования: для управления технологическими процессами и обработки экспериментальных данных в исследовательских лабораториях создаются малые вычислительные машины, так называемые мини-ЭВМ - малогабаритные компьютеры со сравнительным быстродействием. Впервые появилась реальная возможность создания настольных ЭВМ, но применение такие аппараты могли найти пока только в сфере сугубо научной деятельности. Важнейшими областями использования машин считались научно-технические расчеты, в основе которых лежат математические методы автоматизация проектирования технических объектов. Мини-ЭВМ, соединенные линиями связи с мощными вычислительными системами коллективного пользования, могли применяться как терминалы. И был один из первых шагов к формированию компьютерных сетей.

Следует заметить, что понятие миникомпьютера было приближено к современному: по производительности малые ЭВМ превосходили самые мощные машины первого поколения, габариты таких вычислительных машин также были намного меньше габаритов ЭВМ первого поколения. Наметилась тенденция к сокращению выпуска машин средней мощности, поскольку мини-ЭВМ уже могли обеспечить решение большей части задач индивидуального потребителя, а для решения сложных задач выгоднее обратиться к вычислительным системам коллективного пользования. В конце 60-х - 70-х годов "сверхмощные ЭВМ" становятся мультипроцессорными, то есть в одной машите сосредоточивается несколько процессоров, функционирующих одновременно (параллельно). Преимущество мультипроцессорных систем для одновременного решения многих задач было очевидно, но наличие в одной машине нескольких процессоров в принципе позволяло расчленить также и процесс решения одной задачи, поскольку каждый алгоритм содержит ряд ветвей, выполнение которых может проводиться независимо друг от друга, что дает довольно большое сокращение общего времени решения задачи. Многопроцессорные ЭВМ, технологической основой которых являлись так называемые большие интегральные микросхемы относили к компьютерам четвертого поколения. Под большими интегральными микросхемами понимали степень “насыщения” блока микросхем. Однако не существовало четкой границы между “малыми”, “средними” или “большими” микросхемами, так что такая терминология не может быть названа полностью научной. Значительно больший фактор в развитии электронных вычислительных машин, а значит и компьютерных сетей, - это изменение основных элементов оперативной памяти. Если первые ЭВМ имели в своем составе запоминающие устройства на так называемых ферролитовых сердечниках, то настоящей революцией в развитии вычислительной техники было введение в качестве элементов памяти полупроводниковых приборов, которые изготавливались по технологии, аналогичной технологии изготовления интегральных схем. Образцы такой памяти небольшого объема создавались и использовались начиная с 70-х годов как “сверхбыстродействующая память”; в то же время наметилась тенденция создания оперативной памяти на полупроводниках и использования ферритовых запоминающих устройств в качестве дополнительной “медленной” памяти.

Итак, повышение мощности вычислительной техники и общее развитие информационной науки явились основными факторами в процессе возникновения интегрированных вычислительных сетей; совокупность отдельных вычислительных сетей, связанных между собой в общую сеть каналами связи и специальными сопрягающими устройствами и является интерсетью. Переход в микроэлектронике на доли-микронные размеры, создание относительно быстродействующих компьютеров, но с ограниченной дисковой памятью, появление научно-исследовательских проектов, требующих больших вычислительных ресурсов - все определяющие причины возникновения интерсетей.

Понятно, что основная цель создания сетей заключается в обеспечении обмена данных между двумя вычислительными машинами, входящими в сеть, поэтому первоначально подобные сети в США связывали научные центры - университеты. Америке принадлежит также первенство в использовании компьютерных сетей для военных целей. В условиях холодной войны на такие разработки правительство выделяло многочисленные субсидии: требовалось выработать систему, моментально реагирующую при нанесении вражеского ядерного удара и поддерживающую существование после такого удара.

Возможно, именно причиной того, что изначально компьютерные сети были рассчитаны на действие в “сверхъестественных” условиях и объясняется практическая неистребимость современного Internet'a - ведь хорошо известен факт - Internet прекратит существование когда от сети будут отключены все входящие в нее машины.

Первые интерсети. Тенденции в развитии интерсетей

История появления вычислительных сетей ведет свое начало от 60-х годов, когда были созданы первые компьютерные системы с раздвоенными ресурсами. Первая сеть с коммутацией пакетов было разработана в Англии в 1968 году в Национальной физической лаборатории.

Первая многоузловая сеть с коммутацией пакетов Arpanet вступила в действие в США в 1969 году. В 1971 создана сеть Alocha (Гавайи, США), в котором реализованы методы передачи пакетов по радиоканалам.

Модель сети Ethernet была разработана сотрудниками фирмы Xerox в 1974 - 1976 годах. Протокол этой сети был стандартизирован в 80-х годах.

В течение 1974 - 1982 годов рядом ведущих компьютерных фирм США разработаны архитектуры и сетевые технологии, повлиявшие на формирование современных сетей. Фирмой DEC в 1975 создана сеть Decnet, развивавшаяся вплоть до 1990. В 1982 - 1988 годах университетами и фирмами США была создана сеть Bitnet, получившая всемирное распространение. В настоящее время можно выделить два направления создания интерсетей - общедоступные и специализированные сети. Общедоступные сети - это вычислительные сети, предоставляющие услуги всем желающим за определенную плату. В основном, это услуги сетевого, а в отдельных случаях терминального доступа. Специализированными сетями являются академические сети.

Теория построения интерсетей: современный подход к созданию компьютерных сетей

Теория построения вычислительных сетей.

Современные ученые выделяют два различных подхода к созданию компьютерных сетей:

интерсеть строится таким образом, что процессы передачи данных, процедуры управления и административные службы отдельных подсетей не изменяются существенно. Каждая из подсетей сохраняет свою автономность, хотя требования к сетевому управлению и контролю ожесточаются;

интерсеть проектируется как единая распределительная система, в которой приоритет отдается требованиям стандартности протоколов и эффективности общесетевых процедур управления.

При первом подходе логика интеграции подсетей концентрируется в шлюзовых (межсетевых) устройствах. Сеть становится единой прежде всего с точки зрения пользователя. Такому подходу более всего соответствует сеть Internet, где применяется концепция интерсети как виртуальной вычислительной сети, реализованная механизмом виртуальных сетевых адресов станций.

Второй же подход на практике реализуется в тех случаях, когда исходная сети принадлежат одному классу (примером может служить сеть Ethernet), или когда проект создания сети управляется единой администрацией и направлен на решение определенного набора прикладных задач, что может быть удобно для сетей конкретной научной ориентации.

В общем случае для определения интерсети можно предложить следующий набор характеристик:

топология интерсети и межсетевая архитектура (общая характеристика связности интерсети, расположение межсетевых устройств и связей между ними и отдельными подсетями, степень однородности входящих подсетей);

логика межсетевых устройств (типы, межсетевой протокол ??? ?????????? ???????? ???????????? ??????, ???????, ??????????? ??????????, ???????????? ??? ?????? ????. , преобразование протоколов, уровень надежности межсетевого протокола);

логика межсетевых соединений, реализуемая в хост-машинах;

межсетевые протоколы верхних уровней (транспортного и выше) и их реализация в хост-машинах;

административная служба сети (степень автономности, общесетевые процедуры управления, организация справочника ресурсов и прочее).

Интересно, что в настоящее время фундаментальное значение приобрела концепция эталонных моделей сетевых архитектур. В ходи применения различных эталонных моделей к задачам построения интерсетей выяснилась их неполнота и неадекватность по таким проблемам, как организация управления и обмена управляющей информацией в неоднородных сетях, маршрутизация потоков данных в интегрированных сетях. Решение этих задач лежит на пути разработки новых более совершенных сетевых архитектур, учитывающих как многообразие телекоммуникационных технологий, так и возможность создания абстрактных моделей высоко уровня. Новые сетевые архитектуры развиваются по направлениям создания абстрактных (обобщенных) сетевых архитектур (фундаментальная наука) и системных прикладных архитектур.

Сетевые протоколы

Работа вычислительных сетей, то есть обмен данными и взаимосвязь ЭВМ, выполняется в соответствии с достаточно сложными протоколами взаимодействия. протоколы объединяют в группы или уровни, как правило, существует от трех до семи таких уровней. Протоколы необходимы и при разработке и при управлении сетью.

Рассмотрим модель сети Internet. Сеть возникла в 1972 - 1983 годах в ходе разработки и развития Arpanet и различных механизмов интеграции ее с прочими глобальными сетями. Начальная модель Arpanet содержала три уровня протоколов (транспортный, процесс\приложение). При разработке Internet к нему был добавлен межсетевой уровень и соответствующий ему протокол IP (Internet Protocol). Затем были разработаны транспортный протокол TCP и датаграммный протокол UDP.