Конспект лекции 1. Введение в компьютерные сети.
Что такое компьютерная сеть?
Что первое приходит в голову, когда вы слышите слово "Сеть"? Это что-то связанное между собой. Может, рыболовная сеть? Или сеть магазинов? Правильнее сказать, что это совокупность элементов, связанных между собой. В нашем случае, эта сеть компьютерная, т.е. объединяет компьютеры (или любые другие инфокоммуникационные устройства) с помощью каналов связи (проводов, электрических волн) для того, чтобы решать различные задачи.
Компьютерная сеть - это объединение с помощью каналов связи двух и более инфокоммуникационных устройств.
Какие инфокоммуникационные устройства вы знаете? перечислите несколько в своём конспекте.
Как появились компьютерные сети?
Задача обмена информацией одна из необходимых в человеческом мире. Раньше люди обменивались информацией с помощью картин на скалах, рисунков, иероглифов. Разговор - тоже способ передать информацию. И появление компьютера в жизни человека не могло обойти эту задачу стороной, так как напрямую имеет дело с обработкой информации.
На самом деле, изначально компьютеры были придуманы совсем не для того, чтобы с лёгкостью заказать себе пиццу в какой-нибудь он-лайн доставке, рекламу которой активно распространили на вашем любимом видеохостинге. Эти вычислительные мощности были доступны только людям научных сфер. А задачи, возложенные на эти устройства были чётко обозначены и тщательно планировались.
Первые компьютеры 50-х годов были огромные. Они назывались Мейнфреймами. Их работа заключалась в обработке и расчёте данных в узких областях, такие как физика, экономика и пр. К слову, мейнфреймы существуют и до сих пор, но сейчас они представляют собой очень мощные вычислительные компьютеры.
А работали с ним следующим образом: программисты писали свои программы на перфокартах. Программы нескольких программистов формировались в так называемый пакет. Далее этот пакет передавался в вычислительный центр (помещение, где находился мейнфрейм), где оператор вводил перфокарты пакета в компьютер. Мейнфрейм работает в многопрограммном режиме, что позволяет параллельно выполнять разные программы. После выполнения программы, её результаты распечатывались. Ждать результатов программы приходилось минимум день.
Самым главным минусом являлось отсутствие проверки программы на ошибки. Неверно набитая карта мало того, что могла повлиять на работу программы и её результаты, так ещё и задерживала работу самого компьютера минимум на сутки.
Работа с таким компьютером была не удобна. Но технологии не стояли на месте, и по мере удешевления процессоров (в начале 60-х) появились новые способы организации и работы с мейнфреймом. Появились многотерминальные системы.
Многотерминальные системы устроены так, что каждому пользователю главного компьютера стал доступен отдельный терминал – система устройств ввода и вывода (прим.: монитор и клавиатура), подключенный к мейнфрейму, с помощью которого он работал с ним. Пользователь мог получать доступ к общим файлам и периферийным устройствам, но у него создавалась полная иллюзия работы с персональным ПК.
Такие многотерминальные системы уже были отдалённо похожи на локальные вычислительные сети. Хотя они и имели внешние черты распределённых систем, но всё ещё поддерживали централизованную обработку данных, т.к. раньше персональные компьютеры стоили дорого и предприятию было выгоднее купить один большой мейнфрейм, чем покупать каждому пользователю персональный компьютер, при этом суммарная мощность таких ПК была меньше мейнфрейма.
Но потребность объединять компьютеры на больших расстояниях уже появилась. Так появились глобальные сети. Они позволяли получать доступ к мейнфрейму с терминалов, удалённых от него на сотни и более километров. Соединялись они через телефонные сети с помощью модемов. Затем появились соединения типа компьютер-компьютер.
Так, первыми появились глобальные сети (WAN – wide area network) – сети, объединяющие территориально рассредоточенные компьютеры. (находящиеся в различных городах и странах).
Передача данных в таких сетях происходит по каналам связи - система технических средств и среда распространения сигналов для односторонней передачи данных (информации) от отправителя (источника) к получателю (приёмнику).
С момента удешевления персональных компьютеров (70-е годы) стали появляться локальные сети.
Локальная сеть – объединение компьютеров на небольшой территории, принадлежащих одной организации.
В это время появляется первый прототип интернета - компьютерная сеть ARPANET, которая была предназначена для обмена информацией между компьютерами противовоздушной обороны Америки. Эта сеть была рассчитана для передачи важной информации на случай ядерной войны.
Так как технологии только развивались, в мире не было строгих стандартов для сетевых технологий, поэтому компьютеры разных производителей не могли объединяться в сеть.
Сетевая технология – согласованный набор программных и аппаратных средств (драйверов, адаптеров, кабелей и разъёмов) для передачи данных по линиям связи.
В связи с этим, в середине 80-х годов, утвердились стандартные сетевые технологии объединения компьютеров в сеть – Ethernet, Arcnet, Token Ring, Token Bus, FDDI.
После стандартизации сетевых технологий построение сети превратилось в рутинную работу. Достаточно было приобрести стандартный кабель, сетевые адаптеры соответствующего стандарта (например, Ethernet), вставить адаптеры в компьютер, присоединить их к кабелю стандартными разъёмами и установить одну из популярных сетевых ОС.
В конце 90-х годов выявился лидер среди технологий локальных сетей – семейство Ethernet, в которое вошли классическая технология Ethernet со скоростью ПД 10 Мбит/с, а также Fast Ethernet со скоростью 100Мбит/с и Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с. Плюсом этой технологии была низкая стоимость оборудования и простота алгоритмов работы.
В это же время стали объединяться локальные и глобальные сети. Появились новые среды передачи, такие как оптоволоконные кабели. Они позволяют передавать цифровые данные на большие расстояния с очень высокой скоростью, при этом обладая стойкостью к воздействиям сил окружающей среды
Для того чтобы компьютеры могли "общаться" на одном программном языке (т.е. понимать, какие данные приходят из сети, как их отображать и в каком виде отправлять) было принято стандартизировать это "общение". Для этого создаются специальные протоколы (в общем смысле протокол - это свод необходимых правил и норм, которых необходимо придерживаться для достижения взаимопонимания).
Протокол (сетевой) - это набор правил и соглашений, который определяет обмен данными между различными сетями и программами.
Большой вклад внесло доминирование протокола IP (Internet Protocol), который может работать поверх других технологий компьютерных сетей, объединяя различные подсети в единую составную сеть.
Возникли новые транспортные технологии, которые стали одинаково успешно работать как в локальных, так и в глобальных сетях. Первой такой технологией была ATM, которая могла эффективно объединять все существующие типы трафика в одной транспортной сети.
Однако истинно универсальной транспортной технологией стала технология Ethernet. Долгие годы она была технологией только локальных сетей, но после дополнения новыми функциями и новой градацией скоростей она и по сей день преобладает на линиях связи в глобальных сетях.
Далее появилась потребность передавать разные виды информации. Не только текст, но и различную мультимедийную информацию. Так начали появляться мультисервисные сети. Первой технологией, которая в полном объёме поддерживала возможность передачи мультимедиа в глобальной сети стала технология NGN (Next Generation Network).
Компьютерные сети многое позаимствовали у телефонных и телевизионных сетей. В частности, они взяли на вооружение методы отказоустойчивости телефонных сетей, за счёт которых последние демонстрируют высокую степень надёжности.
Телефонные сети, в свою очередь, многое перенимают у компьютерных сетей. Это проявляется в использовании протокола IP в технологиях сетей 3-го и 4-го поколения (3G и 4G).
Выводы
Компьютерные сети стали логическим результатом эволюции вычислительной техники и телекоммуникационных технологий.
Прообразом локальных вычислительных сетей являются многотерминальные системы, работающие в режиме разделения времени.
Хронологически первыми появились глобальные сети (Wide Area Network, WAN), то есть сети, объединяющие территориально рассредоточенные компьютеры, возможно, находящиеся в различных городах и странах.
Для связывания компьютеров в сеть операционные системы, установленные на них, были дополнены модулями, которые реализовали коммуникационные протоколы, общие для всех компьютеров сети. Такие ОС можно считать первыми сетевыми операционными системами. Сетевые ОС позволили не только рассредоточить пользователей между несколькими компьютерами (как в многотерминальных системах), но и организовать распределенные хранение и обработку данных.
В начале 70-х годов начались работы по созданию первой и самой известной ныне глобальной сети мирового масштаба — Internet.
Важнейший этап в развитии сетей — появление стандартных сетевых технологий: Ethernet, FDDI, Token Ring, позволяющих быстро и эффективно объединять компьютеры различных типов.
Начиная с 80-х годов стала проявляться тенденция сближения технологий локальных и глобальных компьютерных сетей, а также технологий телекоммуникационных сетей разных типов: телефонных, радио, телевизионных. В настоящее время ведутся активные работы по созданию универсальных мультисервисных сетей, способных одинаково эффективно передавать информацию любого типа: данные, голос и видео.