1-01_Предмет дисциплины
реклама
Курс Лекций: «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей» Раздел 1 Введение в дисциплину. Общие понятия. Тема 1. Предмет дисциплины. Цель изучения дисциплины, ее задачи и содержание. Место дисциплины в учебном процессе. Перечень рекомендованной литературы. Роль сетевых технологий в современном обществе. История развития системной и сетевой телеобработки данных.Развитие средств коммуникаций на основе компьютерной техники 2 часа Дисциплина «Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ сетей» является одной из центральных в цикле дисциплин по аппаратным и программным средствам компьютерных и информационных технологий. Предназначена на применении сетей и сетевых технологий в решении профессиональных задач, изучаемых студентами на старших курсах обучения в университете. Она обеспечивает формирование базовых понятий и навыков, без которых невозможно изучение последующих специальных дисциплин и в дальнейшем проявления своих профессиональных качеств специалиста по IT – технологиям в практической деятельности после окончания Университета. Цель изучения данной дисциплины – овладение знаниями и приобретения основных навыков использования сетевых средств и базовых сетевых технологий для решения практических задач в будущей профессиональной деятельности. В целом, курс представляет собой систематическое введение в сетевую проблематику и освоение основных понятий и знаний, необходимых для применения в практической деятельности при обслуживании, построении и использованию компьютерной сети. Наряду с изучением принципов работы сети как единого целого рассматриваются основные понятия и наиболее важные характеристики программных и аппаратных компонентов, образующих сеть: компьютеров, коммуникационной аппаратуры и операционных систем. Приводится обзор наиболее популярных стеков коммуникационных протоколов и рассматривается их соответствие семиуровневой модели ISO/OSI. Изучаются общие принципы работы и использования коммуникационной аппаратуры. Приводятся типовые структуры вычислительных сетей. Поясняется функциональное назначение основных элементов сетевой операционной системы и архитектуры «клиент-сервер», коммуникационных драйверов. Дается общая характеристика наиболее известных сетевых ОС. Рассматриваются принципы и элементы межсетевого взаимодействия. Приводятся основные понятия из области сетевой безопасности. Роль сетевых технологий в современном обществе Компьютер в настоящее время – это привычный атрибут как на рабочем месте в офисе, в научно-исследовательской лаборатории, так и в домашней обстановке. Совместное использование нескольких компьютеров, терминалов, других периферийных устройств можно уже назвать компьютерной сетью. Компьютерная сеть – это совокупность узлов (компьютеров, терминалов, периферийных устройств) и телекоммуникационного оборудования, обеспечивающая информационный обмен компьютеров в сети. Основное назначение компьютерных сетей - обеспечение доступа к распределенным ресурсам, обмен сообщениями между пользователями сети. Компьютерная сеть является одним из видов телекоммуникационных сетей. Телекоммуникации (греч. tele - вдаль, далеко и лат. communicatio - общение) - это передача и прием любой информации (звука, изображения, данных, текста) на расстояние по различным системам связи (кабельным, радиоканалам и другим проводным и беспроводным каналам связи) и оптоволоконным каналам. Предмет дисциплины. История развития системной и сетевой телеобработки данных. Стр1./14 Телекоммуникационная сеть - это система технических средств, посредством которой осуществляются телекоммуникации. К телекоммуникационным сетям относятся: 1. Компьютерные сети (для передачи данных); 2. Телефонные сети (передача голосовой информации); 3. Сети документальной электросвязи: а) Телеграфные сети (передача текстовой информации небольшого объема) передача дискретными сигналами (1/0); б) Сеть для передачи факсимильной информации (рисунков, изображений); 4. Радиосети (передача голосовой информации - широковещательные услуги) 5. Телевизионные сети (передача голоса и изображения - широковещательные услуги) В настоящее время без компьютерных сетей не обходится ни одно предприятие среднего и большого уровня, да и многие малые предприятия и организации также организуют свои небольшие локальные сети. Пользователи компьютерных сетей получают доступ к общим ресурсам, таким как сетевые принтеры, дисковые накопители, модемы и факс модемы, сканеры, устройства записи компакт-дисков и пр. Но, наверное, даже более важной проблемой, нежели, является совместное использование информации. В наше время любая компания, независимо от ее размеров, просто немыслима без данных, представленных в электронном виде. Большинство предприятий старается вести базу данных клиентов, товаров, счетов, финансовых операций, очень часто требуется налоговая информация и многое другое.. В маленьких компаниях все компьютеры обычно собраны в пределах одного офиса или, в крайнем случае, одного здания. Если же речь идет о больших фирмах, то и вычислительная техника, и служащие могут быть разбросаны по десяткам представительств в разных регионах страны и за её пределами. Можно сказать, что одной из целей сетей является быстрый и надежный доступ к информационным ресурсам за многие сотни и тысячи км. (сл-д №5) Проще всего информационную систему организации можно представить себе как совокупность одной или более баз данных и некоторого количества работников, которым удаленно предоставляется информация. В этом случае данные хранятся на мощном компьютере, называемом сервером. Довольно часто сервер располагается в отдельном помещении и обслуживается системным администратором. С другой стороны, компьютеры служащих могут быть менее мощными, они идентифицируются в сети как клиенты, могут в большом количестве располагаться даже в пределах одного офиса и иметь удаленный доступ к информации и программам, хранящимся на сервере. Клиентская и серверная машины объединены в сеть, как показано на рис. 1.1. Такая система называется клиент-серверной моделью. Она используется очень широко и зачастую является основой построения всей сети. Она применима и тогда, когда клиент и сервер находятся в одном здании, и когда они расположены далеко друг от друга. Скажем, Предмет дисциплины. История развития системной и сетевой телеобработки данных. Стр2./14 когда пользователь получает доступ к интернет-сайту, работает та же модель. Часто один сервер обслуживает большое число клиентов. В сетевой модели «клиент-сервер» всегда можно выделить два процесса: серверный и клиентский. Обмен информацией чаще всего происходит так. Клиент посылает запрос серверу через сеть и ожидает ответ. Приняв запрос, сервер выполняет определенные действия или ищет запрашиваемые данные, затем отсылает ответ. Все это показано на рис. 1.2.-сл-д. 7 Рис. 1.2. В модели «клиент-сервер» различают запросы и ответы Вторая цель работы компьютерной сети это коммуникационная среда для совместной деятельности работников предприятия. При помощи сети два или более удаленных друг от друга сотрудника могут легко составить совместный отчет, находящийся на сервере. Если один из сотрудников изменяет документ в режиме (on-line), остальные сотрудники могут немедленно увидеть эти изменения. К коммуникационной среде также можно отнести и электронную почту, видеоконференции, Skype, социальные сети, виртуальные доски и т.п. Что позволяет сэкономить деньги и время. Третья цель применения компьютерных сетей — это взаимодействие с другими компаниями. Особенно это касается взаимоотношений типа «поставщик-клиент». Например, производители автомобилей, летательных аппаратов, компьютеров закупают комплектующие и детали у огромного числа поставщиков, а затем занимаются сборкой конечной продукции. Заказы могут формироваться строго в соответствии с производственными нуждами, что позволяет резко повысить эффективность. Четвертая цель — это интернет-коммерция. Эта область сейчас является очень перспективной и быстро развивающейся. Через Интернет уже можно приобретать, например, билеты на самолет, поезд, автобус, книги, музыкальные компакт-диски, видео DVD диски, косметику и пр. В Интернете начали появляться каталоги продукции и услуг, а заказы пользователь смог осуществлять прямо в подключенном (on-line) режиме. Вся эта технология называется электронным бизнесом. Пятая цель – это Интернет – банкинг,. - платежи, переводы денег можно выполнить не выходя из дома - т.е. предоставление банковских услуг. Шестая цель – создание и размещение различной рекламной информации на просторах Интернета виде WEB – сайтов. Седьмая цель – дистанционное обучение – интерактивные WWW – сайты, содержащие учебные материалы, лекции, методические пособия, вопросы для само проверки, контрольные задания и зачастую выполняющая роль экзаменатора. Раз мы коснулись Интернета , давайте рассмотрим его немного по подробней. Общие сведения о сети Интернет Базой для организации сети Интернет явилась компьютерная сеть Министерства обороны США ARPANet (ARPA — Advanced Research Projects Agency), созданная в начале 70-х годов для связи компьютеров научных организаций, военных учреждений и предприятий оборонной промышленности. Сеть строилась при участии Пентагона как устойчивая к внешним воздействиям закрытая инфраструктура, способная выжить в условиях ядерного нападения, то есть огромное внимание уделялось ее надежности. Со временем сеть утратила стратегическое значение; ее основными клиентами стали частные лица и негосударственные компьютерные сети. Само название Интернет («между сетей») показывает ее назначение: объединение отдельных локальных, региональных и глобальных сетей в единое информационное пространство. Интернет обеспечивает обмен Предмет дисциплины. История развития системной и сетевой телеобработки данных. Стр3./14 информацией между всеми компьютерами, которые входят в состав сетей, подключенных к ней. Тип компьютера и операционная система значения не имеют. Российскому Интернету положило начало создание в начале 1990 года на базе Курчатовского института атомной энергии компьютерной сети Relcom. Уже к концу 1990 года в сеть интегрировалось более 30 локальных сетей разных организаций, что позволило осуществить ее официальную регистрацию и подключение к мировой сети. В Республике Беларусь первая национальная сеть ПД БелПак была создана в 1992 г. на базе одного коммутационного узла в г. Минске, имевшего функции опытной зоны по изучению потребностей в услугах передачи данных со стороны предприятий, организаций и учреждений. Минский узел был оснащен одним коммутатором Х25 и узлом электронной почты по протоколу UUCP. В связи с опережающим ростом пользователей электронной почты в 1993 году было организовано пять узлов электронной почты в областных городах для расширения масштабов предоставления этого вида услуг. (в Могилеве был организован один из первых после Минска почтовых серверов). Внешний шлюз был организован с Московской компанией " Relcom " пропускной способностью 19,2 Кбит/сек. протокола Х.25/Х28, а доступ к электронной почте в 1994г - UUCP.В 1995-1996гг. в РБ было закуплено и установлено во всех областных центрах и 12-ти крупнейших районных центрах (всего 18 узлов) сетевое оборудование (коммутаторы X.25/X.28), позволяющее предоставлять услуги не только на базе коммутируемого доступа, но и по выделенным линиям связи со скоростью до 64 Кбит/сек. Абоненты -организации, предприятия и др. юридические лица могли строить свои распределенные сети- выходить и подключаться к глобальным ресурсам через сеть IASNET (Relcom). Началась проработка вопроса доступа Республики Беларусь к сети Интернет. В 1997 году на Московскую компанию "Демос" был организован канал пропускной способностью 256 Кбит/сек. Началось предоставление услуг доступа к сети Интернет. C 1997 года по настоящее время постоянно увеличивается количество видов доступа к сети передачи данных, перечень предоставляемых услуг, пропускная способность внешнего шлюза. Запущен коммутируемый парольный доступ, услуги электронной почты по протоколу POP3. Введены в эксплуатацию услуги выделенного и полупостоянного доступа к сети Интернет, призванные удовлетворить растущую потребность абонентов в широкополосном доступе. За 30 с лет Интернет стал превратился из небольшой мало известной сети в глобальную, межконтинентальная компьютерную сеть. Невзирая на поразивший мир экономический кризис, число пользователей Всемирной сети продолжает расти. На ноябрь 2015 года, согласно оценке Internetworldstats.com, насчитывалось 3,36 млрд, из 7,26 а это примерно 46% населения земного шара. На начало 2015 года его суммарная пропускная способность составила 783 Гбит/с, увеличившись в целом за 5 лет почти в 12 раз. Направление развития Интернет определяет «Общество Интернета» (ISOC — Internet Society). ISOC — это организация, действующая на общественных началах. Работа ISOC сфокусирована на решении следующих основных задач, включая: Организацию процесса стандартизации технологий сети Интернет. Осуществление публичной политики. Поддержку инфраструктуры. Образование и обучение Она назначает совет старейшин, который отвечает за техническое руководство и ориентацию Интернета IAB. Совет старейшин (IAB — Internet Architecture Board, или «Совет по архитектуре Интернета») представляет собой группу приглашенных лиц. Совет регулярно собирается, чтобы утверждать стандарты и распределять ресурсы (например, адреса — точнее, сам IAB присвоением адресов не занимается, он устанавливает правила присвоения адресов). IAB несет ответственность за управление редактированием и публикацией спецификаций RFC. Предмет дисциплины. История развития системной и сетевой телеобработки данных. Стр4./14 Интернет работает благодаря наличию стандартных способов взаимодействия компьютеров и прикладных программ друг с другом. В IAB входят ещё две общественные организации IETF и IRTF. IETF (Internet Engineering Task Force - Рабочая группа по проектированию Интернеттехнологий, www.ietf.org) - открытое сообщество разработчиков, операторов, изготовителей и исследователей в области сетевых технологий. Основная сфера деятельности IETF состоит собственно в разработке стандартов сети Интернет, их эффективной реализации и тестировании. IRTF (Internet Research Task Force - Исследовательская группа Интернет-технологий, www.irtf.org) - подразделение IAB, которое выполняет долгосрочные исследовательские программы, связанные с вопросами развития архитектуры, базовых протоколов и сетевых приложений сети Интернет. В ISOC входит IESG (Internet Engineering Steering Group - группа технического управления сети Интернет, www.ietf.org) - отвечает за техническое управление процессом стандартизации Интернет-технологий, осуществляет экспертизу проектов спецификаций, разрабатываемых IETF, несет ответственность за принятие Интернет- стандартов и их дальнейшее продвижение. Основу Интернета составляют высокоскоростные телекоммуникационные магистральные сети. К магистральной сети через точки сетевого доступа NAP (Network Access Point) подсоединяются автономные системы, каждая из которых уже имеет свое административное управление, свои внутренние протоколы маршрутизации. Примерами таких автономных систем могут служить сеть EUNet, охватывающая страны центральной Европы, сеть RUNet, объединяющая университеты России, «БелПак» - национальная сеть РБ и т. п. Автономные сети формируют компании-провайдеры, предоставляющие услуги доступа в Интернет (например, компании-провайдеры Relcom, «Петерлинк», «Россия-ОнЛайн», «Белтелеком», «АтлантТелеком» и т. д.). Основные ячейки Интернета — локальные вычислительные сети. Стандарты локальных вычислительных сетей разрабатываются IEEE. IEEE - институт инженеров по электротехнике и электронике, основанный в США, является одной из самых больших международных профессиональных организаций. Цель этой организации состоит в продвижении теоретических и прикладных достижений электротехнической и электронной индустрий, способствованию профессиональному росту специалистов соответствующих областей. Наиболее известными международными стандартами в области ИТ, разработанными IEEE, стали: стандарты для локальных компьютерных сетей, получивших название IEEE 802LAN, созданные комитетом Компьютерной связи (Computer Communication); стандарты на переносимые окружения операционных систем (1003 POSIX), созданные комитетом Приложений и окружений операционных систем (Operating Systems Applications and Environments); обширный спектр стандартов в области программной инженерии, например, ISO/IEC 12207:1995 Information technology -- Software life cycle processes (Процессы жизненного цикла программного обеспечения) Но существуют и локальные компьютеры, самостоятельно подключенные к Интернету. Компьютеры сетевые или локальные, непосредственно подключенные к Интернету, называются хост- компьютерами (host — хозяин). Если некоторая локальная сеть подключена к Интернету, то и каждая рабочая станция этой сети также имеет выход в Интернет через хост-компьютер сети. Каждый подключенный к Интернету компьютер имеет свой адрес, по которому его может найти абонент из любой точки мира. Важный параметр — скорость доступа к сети Интернет. Он определяется пропускной способностью каналов связи между автономными системами, внутри автономных систем и абонентских каналов доступа к автономным системам. Для модемного доступа по Предмет дисциплины. История развития системной и сетевой телеобработки данных. Стр5./14 коммутируемым телефонным каналам связи, который используют большинство индивидуальных пользователей персональных компьютеров, эта скорость невелика — от 19 Кбит/с до 56 Кбит/с. ). В настоящее время все более популярным становится широкополосный доступ (по технологиям xDSL) и беспроводной радиодоступ по технологии Wi-Fi. Структура сети Интернет — типичная клиент-серверная, то есть имеются компьютеры, в основном получающие информацию из сети — «клиенты», а есть компьютеры, снабжающие клиентов информацией — «серверы» (естественно, серверы также получают информацию, точнее накапливают ее, но все же основная их функция — отдавать). Возможная структура фрагмента сети Интернет показана на рис. 1.3. Важной особенностью Интернета является то, что он, объединяя различные сети, не создает при этом никакой иерархии — все компьютеры, подключенные к сети, равноправны. Рис1.3. Структура фрагмента сети Интернет Эволюция комьютерных сетей. В первые два десятилетия своего существования компьютерные системы были сильно централизованными и располагались, как правило, в пределах одного помещения. Первые компьютера 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 работе пользователя, а использовались в режиме пакетной обработки информации. 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. Операторы вводили эти карты в компьютер, а распечатанные результаты пользователи получали обычно только на следующий день (рис. 1.4).(ЭВМ обрабатывала информацию за частую ночью). 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 гораздо удобней. Но интересами пользователей на первых этапах развития вычислительных систем в значительной степени пренебрегали, поскольку пакетный режим — это самый эффективный режим использования вычислительной мощности, так как он позволяет выполнить в единицу времени больше пользовательских задач, чем любые другие режимы. Во главу угла ставилась эффективность работы самого дорогого устройства вычислительной машины — процессора, в ущерб эффективности работы использующих его специалистов. . Предмет дисциплины. История развития системной и сетевой телеобработки данных. Стр6./14 Вычислительный центр на базе мэйнфрейма Пакет заданий Устройство ввода Mainframe Disk array Пользователи с заданиями на выполнение вычислительной работы Рис. 1.4. Централизованная система на базе мэйнфрейма Многотерминальные системы — прообраз сети Следующий важный период развития компьютерных систем относится к 1965-1975 годам. В это время в технической базе вычислительных машин произошел переход от отдельных полупроводниковых элементов типа транзисторов к интегральным микросхемам, что открыло путь к появлению следующего поколения компьютеров. Большие функциональные возможности интегральных схем сделали возможным реализацию на практике сложных компьютерных архитектур, таких, например, как IBM/360. В этот период были реализованы практически все основные механизмы, присущие современным ОС: мультипрограммирование, мультипроцессирование, поддержка многотерминального многопользовательского режима, виртуальная память, файловые системы, разграничение доступа и сетевая работа. В эти годы начинается расцвет системного программирования, появились новые способы организации вычислительного процесса, которые позволили учесть интересы пользователей. Начали развиваться интерактивные многотерминальные системы разделения времени (рис. 1.5). В таких системах компьютер отдавался в распоряжение сразу нескольким пользователям. Каждый пользователь получал в свое распоряжение терминал, с помощью которого он мог вести диалог с компьютером. Причем время реакции вычислительной системы было достаточно мало для того, чтобы пользователю была не слишком заметна параллельная работа с компьютером и других пользователей. Разделяя таким образом компьютер, пользователи получили возможность за сравнительно небольшую плату пользоваться преимуществами компьютеризации. Предмет дисциплины. История развития системной и сетевой телеобработки данных. Стр7./14 . 4 этаж вычислительный центр на базе мэйнфрейма Mainframe . Офисы 3 этажа . Терминал пользователя Офисы 2 этажа Офисы 1 этажа Рис. 1.5. Многотерминальная система – прообраз вычислительной сети. 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. Такие 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 управления ЭВМ. Таким образом, многотерминальные системы, работающие в режиме разделения времени, стали первым шагом на пути создания локальных вычислительных сетей. Но до появления локальных сетей нужно было пройти еще большой путь, так как многотерминальные системы, хотя и имели внешние черты распределенных систем, все еще сохраняли централизованный характер обработки данных. С другой стороны, и 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. Появление глобальных сетей Тем не менее потребность в соединении компьютеров, находящихся на большом расстоянии друг от друга, к этому времени 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 Предмет дисциплины. История развития системной и сетевой телеобработки данных. Стр8./14 модемов. Такие сети позволяли многочисленным пользователям получать удаленный доступ к разделяемым ресурсам нескольких мощных компьютеров класса суперЭВМ. 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 механизмом любой вычислительной сети. Используя этот механизм, в первых сетях были реализованы службы обмена файлами, синхронизации баз данных, электронной почты и другие, ставшие теперь традиционными сетевые службы. Таким образом, хронологически первыми появились глобальные вычислительные сети. Именно при построении глобальных сетей были впервые предложены и отработаны многие основные идеи и концепции современных вычислительных сетей. Такие, например, как многоуровневое построение коммуникационных протоколов, технология коммутации пакетов, маршрутизация пакетов в составных сетях. Первые локальные сети В начале 70-х годов произошел технологический прорыв в области производства компьютерных компонентов — появились большие интегральные схемы. Их сравнительно невысокая стоимость и высокие функциональные возможности привели к созданию миникомпьютеров, которые стали реальными конкурентами мэйнфреймов. Закон Гроша перестал соответствовать действительности, так как десяток мини-компьютеров выполнял некоторые задачи (как правило, хорошо распараллеливаемые) быстрее одного мэйнфрейма, а стоимость такой мини- компьютерной системы была меньше. Даже небольшие подразделения предприятий получили возможность покупать для себя компьютеры. Мини-компьютеры выполняли задачи управления технологическим оборудованием, складом и другие задачи уровня подразделения предприятия Таким образом, появилась концепция распределения компьютерных ресурсов по всему предприятию. Однако при этом все компьютеры одной организации по-прежнему продолжали работать автономно (рис. 1.6) . Предприятие мини-ЭВМ мини-ЭВМ Терминал Отдел 1 предприятия мини-ЭВМ Отдел 3 предприятия Отдел 2 предприятия мини-ЭВМ Отдел 4 предприятия Рис. 1.6. Автономное использование нескольких мини-компьютеров на одном предприятии Но шло время, потребности пользователей вычислительной техники росли, им стало недостаточно собственных компьютеров, им уже хотелось получить возможность обмена Предмет дисциплины. История развития системной и сетевой телеобработки данных. Стр9./14 данными с другими близко расположенными компьютерами. В ответ на эту потребность предприятия и организации стали соединять свои мини-компьютеры вместе и разрабатывать программное обеспечение, необходимое для их взаимодействия. В результате появились первые локальные вычислительные сети (рис. 1.7). Они еще во многом отличались от современных локальных сетей, в первую очередь — своими устройствами сопряжения. На первых порах для соединения компьютеров друг с другом использовались самые разнообразные нестандартные устройства со своим способом представления данных на линиях связи, своими типами кабелей и т. п. Эти устройства могли соединять только те типы компьютеров, для которых были разработаны, — например, мини-компьютеры PDP-11 с мэйнфреймом IBM 360 или компьютеры «Наири» с компьютерами «Днепр». Такая ситуация создала большой простор для творчества студентов — названия многих курсовых и дипломных проектов начинались тогда со слов «Устройство сопряжения...». миникомпьютер миникомпьютер Устройство сопряжния миникомпьютеров терминалы терминалы миникомпьютер Стандартная сеть Ethernet Устройство сопряжния миникомпьютеров с ПК ПК ПК 1.7 Различные типы связей в первых локальных сетях Создание стандартных технологий локальных сетей В середине 80-х годов положение дел в локальных сетях стало кардинально меняться. Утвердились стандартные технологии объединения компьютеров в сеть — Ethernet, Arcnet, Token Ring. Мощным стимулом для их развития послужили персональные компьютеры. Эти массовые продукты явились идеальными элементами для построения сетей — с одной стороны, они были достаточно мощными для работы 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. Стандартные сетевые технологии превратили процесс построения локальной сети из искусства в рутинную работу. Для создания сети достаточно было приобрести сетевые адаптеры соответствующего стандарта, например Ethernet,стандартный кабель, присоединить адаптеры к Предмет дисциплины. История развития системной и сетевой телеобработки данных. Стр10./14 кабелю стандартными разъемами и установить на компьютер одну из популярных сетевых операционных систем, например, NetWare. После этого сеть начинала работать и присоединение каждого нового компьютера не вызывало никаких проблем — естественно, если на нем был установлен сетевой адаптер той же технологии. Локальные сети в сравнении с глобальными сетями внесли много нового в способы организации работы пользователей. Доступ к разделяемым ресурсам стал гораздо удобнее — пользователь мог просто просматривать списки имеющихся ресурсов, а не запоминать их идентификаторы или имена. После соединения с удаленным ресурсом можно было работать с ним с помощью уже знакомых пользователю по работе с локальными ресурсами команд. Следствием и одновременно движущей силой такого прогресса стало появление огромного числа непрофессиональных пользователей, которым совершенно не нужно было изучать специальные (и достаточно сложные) команды для сетевой работы. Может возникнуть вопрос- почему все эти удобства пользователи получили только с появлением локальных сетей? Возможность реализовать все эти удобства разработчики локальных сетей получили в результате появления качественных кабельных линий связи, на которых даже сетевые адаптеры первого поколения обеспечивали скорость передачи данных до 10 Мбит/с. При небольшой протяженности, свойственной локальным сетям, стоимость таких линий связи была вполне приемлемой. Конечно, о таких скоростях разработчики глобальных сетей не могли даже мечтать — им приходилось пользоваться теми каналами связи, которые были в наличии, так как прокладка новых кабельных систем для вычислительных сетей протяженностью в тысячи километров потребовала бы колоссальных капитальных вложений. А «под рукой» были только телефонные каналы связи, плохо приспособленные для высокоскоростной передачи дискретных данных — скорость в 1200 бит/с была для них хорошим достижением. Поэтому экономное расходование пропускной способности каналов связи часто являлось основным критерием эффективности методов передачи данных в глобальных сетях. В этих условиях различные процедуры прозрачного доступа к удаленным ресурсам, стандартные для локальных сетей, для глобальных сетей долго оставались непозволительной роскошью. Первые ламповые компьютеры Начало 40-х Первые компьютеры на полупроводниковых схемах (транзисторах). Середина 50-х Первые компьютеры на интегральных схемах. Первые мультипрограммные ОС. Середина 60-х Первые глобальные связи компьютеров. Конец 60-х Начало передач по телефонным сетям голоса в цифровой форме. Конец 60-х Появление больших интегральных схем. Первые мини-компьютеры. Начало 70-х Первые нестандартные локальные сети. Начало 70-х Создание сетевой архитектуры IBM SNA. 1974 Создание технологии Х.25. 1974 Появление персональных компьютеров. Начало 80-х Создание Internet в современном виде. Установка на всех узлах стека TCP/IP. Предмет дисциплины. История развития системной и сетевой телеобработки данных. Начало 80-х Стр11./14 Появление стандартных технологий локальных сетей. Начало коммерческого использования Internet. Изобретение Web. Ethernet – 1980 Token Ring – 1985 FDDI -1985 Конец 80-х 1991 Современные тенденции Сегодня вычислительные сети продолжают развиваться, причем достаточно быстро. Разрыв между локальными и глобальными сетями постоянно сокращается во многом из-за появления высокоскоростных территориальных каналов связи, не уступающих по качеству кабельным системам локальных сетей. В глобальных сетях появляются службы доступа к ресурсам, такие же удобные и прозрачные, как и службы локальных сетей. Подобные примеры в большом количестве демонстрирует самая популярная глобальная сеть — Internet. Изменяются и локальные сети. Вместо соединяющего компьютеры пассивного кабеля в них в большом количестве появилось разнообразное коммуникационное оборудование — коммутаторы, маршрутизаторы, шлюзы. Благодаря такому оборудованию появилась возможность построения больших корпоративных сетей, насчитывающих тысячи компьютеров и имеющих сложную структуру. Возродился интерес к крупным компьютерам — в основном из-за того, что после спада эйфории по поводу легкости работы с персональными компьютерами выяснилось, что системы, состоящие из сотен серверов, обслуживать сложнее, чем несколько больших компьютеров. Поэтому на новом витке эволюционной спирали мэйнфреймы стали возвращаться в корпоративные вычислительные системы, но уже как полноправные сетевые узлы, поддерживающие Ethernet или Token Ring, а также стек протоколов TCP/IP, ставший благодаря Internet сетевым стандартом де-факто. На современном этапе мэйнфреймы стали называться ЦОДами – центрами обработки данных. Проявилась еще одна очень важная тенденция, затрагивающая в равной степени как локальные, так и глобальные сети. В них стала обрабатываться несвойственная ранее вычислительным сетям информация — голос, видеоизображения, рисунки. Это потребовало внесения изменений в работу протоколов, сетевых операционных систем и коммуникационного оборудования. Сложность передачи такой мультимедийной информации по сети связана с ее чувствительностью к задержкам при передаче пакетов данных — задержки обычно приводят к искажению такой информации в конечных узлах сети. Так как традиционные службы вычислительных сетей — такие как передача файлов или электронная почта — создают малочувствительный к задержкам трафик и все элементы сетей разрабатывались в расчете на него, то появление трафика реального времени привело к большим проблемам. Сегодня эти проблемы решаются различными способами: Это в первую очередь технологией EtherNet увеличивая скорость передачи до таких велечин как 1Gb/s, на уровне область район или даже в черте крупного города (здесь имееются ввиду сети крупных провайдеров, организаций), 10 Gb/s магистральные сети – национальная сеть передачи данных, такая как «Белтелеком» на уровне Столица- область. с помощью специально рассчитанной на передачу различных типов трафика технологии ATM. Технологии SDH Синхронная Цифровая Иерархия (СЦИ: SDH — Synchronous Digital Hierarchy) — это технология транспортных телекоммуникационных сетей. Стандарты СЦИ определяют Предмет дисциплины. История развития системной и сетевой телеобработки данных. Стр12./14 характеристики цифровых сигналов, включая структуру фреймов (циклов), метод мультиплексирования, иерархию цифровых скоростей и кодовые шаблоны интерфейсов и т.д. Система SDH обеспечивает стандартные уровни информационных структур, то есть набор стандартных скоростей, используя синхронный транспортный модуль STM-1 Базовый уровень скорости — STM-1 155,52 Mбит/с Количество мультиплексируемых модулей умножается на 4. Например, STM-4= 4х STM-1 , STM-16= 4хSTM-4 и STM-64= 4хSTM-16 Для STM-16 получаем линейную скорость 10 Гбит/с (На выходе SDH получаем конечные 2Mb потоки (2048 kbit/s)); Синхронный транспортный модуль STM (Synchronous Transport Module) - основной формат сигнала или единицы данных в SDH, используемый для передачи данных по оптическим (реже электрическим) сетям. Скорость STM-1 составляет 155,52 Мбит/с. *** За период с 1995 по н.в. "Белтелеком" построил на территории страны мощную современную инфраструктуру связи. Волоконно-оптическими линиями Беларусь связана со всеми пятью сопредельными государствами (Латвия, Литва, Польша, Украина, Россия). Связь г. Минска с областными центрами посредством магистральной сети связи осуществляется по волоконно-оптическим линиям с использованием оборудования спектрального уплотнения по длине волны DWDM (до 400 Гбит/с). С целью обеспечения надежности и живучести сети с 1998 года "Белтелеком" применяет в построении кольцевые системы, что гарантирует, при необходимости, 100%-е резервирование трафика. Чтобы обеспечивать равный уровень предоставления услуг абонентам на всей территории страны, независимо от степени их удаленности от центров информационного обмена, на волоконно-оптический кабель переведены внутризоновые сети республики, обеспечивающие связь областных центров с районными. Волоконно-оптические линии связи проложены до каждого районного центра Республики Беларусь. На внутризоновой сети, так же как и на магистральной, применяются кольцевые структуры построения с едиными центрами управления. При построении сетей используется оборудование SDH уровня STM-1, STM-4, STM-16. *** Разработка и внедрение новых технологий таких как скоростной EtherNet 1Gb/s и 10Gb/s, ATM, STM, удешевление оптоволокна позволило создавать корпоративные распределенные сети. Изолированные ранее локальные сети начали объединяться друг с другом, при этом в качестве связующей среды использовались глобальные сети. Тесная интеграция локальных и глобальных сетей привела к значительному взаимопроникновению соответствующих технологий. Сближение в методах передачи данных происходит на платформе цифровой (не модулированной) передачи данных по волоконно-оптическим линиям связи. Эту среду передачи данных используют практически все технологии локальных сетей для скоростного обмена информацией на расстоянии свыше 100 метров, на ней же построены современные магистрали первичных сетей SDH и DWDM, представляющих свои цифровые каналы для объединения оборудования глобальных компьютерных сетей. Высокое качество цифровых каналов изменило требования к протоколам глобальных сетей. На первый план вместо процедур обеспечения надёжности вышли процедуры обеспечения гарантированной средней скорости доставки информации пользователям, а также механизмы приоритетной обработки пакетов, особенно чувствительных к задержкам трафика, например голосового или видео. Эти изменения нашли отражения в новых технологиях глобальных сетей, таких как Frame Relay и ATM. В этих сетях предполагается, что искажение битов происходит настолько редко, что ошибочной пакет выгоднее просто уничтожить, а все проблемы связанные с потерей пакета перепоручить программному обеспечению более высокому уровню, которое непосредственно не входит в состав Frame Relay и ATM. Большой вклад в сближение локальных и глобальных сетей внесло доминирование протокола IP. Этот протокол работает сегодня поверх любых технологий, как в локальных, так Предмет дисциплины. История развития системной и сетевой телеобработки данных. Стр13./14 и в глобальных сетях (Ethernet, Frame Relay, Toking Ring, ATM), объединяя различные подсети в единую составную сеть. Начиная с 90-х годов, компьютерные глобальные сети, работающие на основе скоростных цифровых каналов, существенно расширили свой спектр услуг и догнали локальные сети. Стало возможным создание служб, предоставляющих пользователю получать и передавать информацию большого объема в реальном режиме времени, а именно мультимедийную информацию: изображения (фотографии, рисунки), голос, видеофильмы. Ярким примером такой службы является служба Word Wide Web, ставшая основным источником информации в Интернет. Ее интерактивные возможности превзошли возможности многих служб локальных сетей и разработчики локальных сетей позаимствовали службу WWW у глобальной сети. Процесс переноса технологий из глобальной сети в локальную приобрел такой массовый характер, что появился даже специальный термин – intranet – технологии (intra- внутренний). В локальных сетях в последнее время уделяется такое же большое внимание к защите информации от несанкционированного доступа, как и в глобальных. Это связано с тем, что локальные сети перестали быть изолированными, и часто имеют выход в «Большой мир» через глобальную сеть. Из сравнительно новых технологий, объединяющих глобальные и локальные сети можно отметить технологию ATM, которая может служить основой как глобальных, так и локальных сетей, объединяя все существующие виды трафика в одной транспортной сети. И конечно же опять технологию Ethernet, её новый стандарт Ethernet- 10Gb/s, предназначен как для глобальных сетей, так и крупных локальных сетей. Ещё одним признаком сближения локальных и глобальных сетей является появление сетей, занимающих промежуточное положение между локальными и глобальными сетями. Это городские сети, или сети мегаполисов MAN Metropolitan Area Networks, предназначенные для обслуживания территории крупного города. Эти сети используют цифровые линии связи, часто оптоволокно со скоростью от 155Mb/s и выше. Они позволяют экономично соединить локальные сети и обеспечить выход в глобальные сети, такие как Интернет. Первоначально сети MAN были разработаны только для передачи данных, но сейчас они используются для передачи голосового трафика, например соединяя офисные мини-АТС, видеоконференции и пр. Однако, несмотря на значительные усилия, предпринимаемые в этом направлении, до приемлемого решения проблемы пока далеко, и в этой области предстоит еще много сделать, чтобы достичь заветной цели — слияния технологий не только локальных и глобальных сетей, но и технологий любых информационных сетей — вычислительных, телефонных, телевизионных и т. п. Литература: 1. В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ. Принципы, технологии, протоколы. 3-е издание. 2009г. 2. Эндрю С. Таненбаум. Компьютерные сети 4-е издание. 2008 г 3. Бройдо В.Л Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: Учебник для вузов 2006г. 4. Бройдо В.Л., Ильина О.П. Вычислительные, системы, сети и 3-е издание. 2008г Михал Гук. Аппаратные средства локальных сетей. 2005г. телекоммуникации, 5. Предмет дисциплины. История развития системной и сетевой телеобработки данных. Стр14./14
