Барасюк Я. М
 Скачать 3.63 Mb.
|
4.2. Типи та класифікація комп’ютерних мережЕволюція обчислювальних систем. Концепція обчислювальних мереж є логічним результатом еволюції комп’ютерної технології. Перші комп’ютери 50-х років призначалися для невеликої кількості вибраних користувачів. Такі комп’ютери не були призначені для інтерактивної роботи користувачів, а використовувалися в режимі пакетної обробки. Системи пакетної обробки, як правило, будувалися на базі мейнфрейма – потужного і надійного комп’ютера універсального призначення. Користувачі готували перфокарти, які містили дані та команди програм, і передавали їх в обчислювальний центр. Оператори вводили інформацію з цих карт в комп’ютер, а роздруковані результати отримували через деякий час. Для користувачів інтерактивний режим роботи, при якому можна з терміналу оперативно управляти процесом обробки своїх даних, був би значно зручнішим. Однак інтересами користувачів на перших етапах розвитку обчислювальних систем часто нехтували, оскільки пакетний режим – це найефективніший режим використання обчислювальної потужності, оскільки він дозволяє виконати в одиницю часу більше користувацьких задач, ніж будь-які інші режими. Основна перевага віддавалася ефективності роботи найдорожчого пристрою обчислювальної машини – процесору, не зважаючи на ефективність праці фахівців, що його використовували. По мірі здешевлення процесорів на початку 1960-х років з’явилися нові способи організації обчислювального процесу, які дозволили врахувати інтереси користувачів. Почали розвиватися інтерактивні багатотермінальні системи реального часу. В таких системах комп’ютер віддавався в розпорядження кільком користувачам. Кожний користувач отримував в своє розпорядження термінал, за допомогою якого він міг вести діалог з комп’ютером. Термінали, вийшовши за межі обчислювального центру, роззосереджувалися по всьому підприємству. І хоча обчислювальна потужність залишалася повністю централізованою, деякі функції – такі як введення і виведення даних – стали розподіленими. Такі багатотермінальні централізовані системи зовнішньо уже були дуже подібними на локальні обчислювальні системи. Дійсно, рядовий користувач роботу за терміналом мейнфрейма сприймав приблизно так само, як зараз він сприймає роботу за підключеним до мережі персональним комп’ютером. Користувач міг отримати доступ до спільних файлів та периферійних пристроїв. При цьому у нього підтримувалася повна ілюзія повноцінного володіння комп’ютером, оскільки він міг запустити потрібну йому програму в будь-який момент і практично одразу ж отримати результат. Таким чином багатотермінальні системи, що працювали в режимі розділення часу, стали першим кроком на шляху створення локальних обчислювальних мереж. Однак до появи локальних мереж потрібно було пройти ще досить довгий шлях, оскільки багатотермінальні системи хоча і мали зовнішні риси розподілених систем, все ще зберігали централізований характер обробки даних. З іншого боку і потреба підприємств в створенні локальних мереж в цей час іще не настала – в одному приміщенні просто не було що об’єднувати в мережу, оскільки із-за великої вартості обчислювальної техніки підприємства не могли дозволити собі розкіш придбання кількох комп’ютерів. В цей період був справедливим так званий „закон Гроша“, який емпірично відображав рівень технології того часу. Відповідно до цього закону продуктивність комп’ютера була пропорційна квадрату його вартості, звідки слідувало, що за одну й ту ж суму було вигідніше купити один потужний комп’ютер, ніж два менш потужних – їх сумарна потужність виявлялася набагато меншою потужності дорогого комп’ютера [Error: Reference source not found]. Незважаючи на це, потреба в об’єднанні комп’ютерів, розміщених на великій відстані один від одного, на той час уже назріла. Почалося все з розв’язання простішої задачі – доступу до комп’ютера з терміналів, віддалених від нього на багато сотень, а іноді й тисячі кілометрів. Термінали з’єднувалися з комп’ютерами через телефонні мережі за допомогою модемів. Такі мережі дозволяли численним користувачам отримувати віддалений доступ до розділяємих ресурсів кількох потужних комп’ютерів класу суперЕОМ. Потім з’явилися системи, в яких поряд з віддаленими з’єднаннями типу термінал-комп’ютер були реалізовані і віддалені зв’язки типу комп’ютер-комп’ютер. Комп’ютери отримали можливість обмінюватися даними в автоматичному режимі, що, власне, і є базовим механізмом будь-якої обчислювальної мережі. Використовуючи цей механізм, в перших мережах були реалізовані служби обміну файлами, синхронізації баз даних, електронної пошти та інші, які зараз є традиційними мережними службами. Таким чином, хронологічно першими з’явилися глобальні обчислювальні мережі. Саме при побудові глобальних мереж були вперше запропоновані та опробувані основні ідеї та концепції сучасних обчислювальних мереж. На початку 1970-х років відбувся технологічний прорив в області виробництва комп’ютерних компонентів – з’явилися великі інтегральні схеми. Їх відносно невелика вартість та значні функціональні можливості привели до створення міні-комп’ютерів, які стали реальними конкурентами мейнфреймів. Закон Гроша перестав відповідати дійсності. Навіть невеликі підрозділи підприємств отримали можливість купувати для себе комп’ютери. З часом стали нагальними задачі обміну інформацією між такими комп’ютерами. В результаті з’явилися перші локальні обчислювальні мережі. Спочатку для з’єднання комп’ютерів між собою використовувалися найрізноманітніші нестандартні пристрої, які могли об’єднувати тільки ті комп’ютери, для яких вони були розроблені. В середині 1980-х років стан справ в технологіях локальних мереж став кардинально змінюватися. Утвердилися стандартні технології об’єднання комп’ютерів в мережу – Ethernet, Arcnet, Token Ring [Error: Reference source not found]. Потужним стимулом для їх розвитку послужили персональні комп’ютери. Ці масові продукти стали ідеальними елементами для побудови мереж – з одного боку вони були достатньо потужними для роботи мережного програмного забезпечення, а з другого – явно потребували об’єднання своєї обчислювальної потужності для розв’язання складних задач, а також для спільного використання дорогих периферійних пристроїв та дискових масивів. Тому персональні комп’ютери стали переважати в локальних мережах, причому не тільки в якості клієнтських комп’ютерів, а і в якості центрів зберігання і обробки даних – мережних серверів, потіснивши з цих звичних ролей міні-комп’ютери та мейнфрейми. Стандартні мережні технології перетворили процес побудови локальної мережі з мистецтва в буденну роботу. Для створення мережі стало достатньо придбати адаптери відповідного стандарту, стандартний кабель та встановити на комп’ютер одну з мережних операційних систем. В наш час обчислювальні мережі продовжують розвиватися, причому досить швидко. Розрив між локальними та глобальними мережами постійно скорочується в першу чергу завдяки появі високошвидкісних територіальних каналів зв’язку. В глобальних мережах розвиваються служби доступу до ресурсів, які є такими ж зручними, як і служби локальних мереж. Змінилися і локальні мережі. Замість пасивного кабелю, що з’єднує комп’ютери, почали використовуватися різноманітне комунікаційне обладнання – комутатори, маршрутизатори, шлюзи. Завдяки такому обладнанню з’явилася можливість побудови великий корпоративних мереж, що налічують тисячі комп’ютерів та мають складну структуру. Відродився інтерес до потужних комп’ютерів – в першу чергу завдяки тому, що системи, які вміщують сотні серверів обслуговувати складніше, ніж кілька потужних комп’ютерів. Тому на новому витку еволюційної спіралі мейнфрейми почали повертатися в корпоративні обчислювальні системи. З’явилася іще одна важлива тенденція, яка суттєво вплинула як на локальні, так і на глобальні мережі – в них почала оброблятися невластива раніше для комп’ютерних мереж інформація – мультимедійна інформація реального часу. Складність передавання такої мультимедійної інформації через мережу пов’язана з її чутливістю до затримок при передаванні пакетів даних, які зазвичай призводять до спотворення такої інформації. Оскільки традиційні служби обчислювальних мереж – такі як передача файлів та електронна пошта – створюють малочутливий до затримок трафік, усі елементи мереж розроблялися в розрахунку на нього і поява трафіку реального часу привела до великих проблем. Сьогодні ці проблеми вирішуються різними способами, однак, незважаючи на значні зусилля, до прийнятного розв’язання проблеми далеко. В цій області треба іще багато зробити для досягнення заповітної мети – злиття технологій не тільки локальних і глобальних мереж, а й технологій усіх інформаційних мереж – обчислювальних, телефонних, телевізійних тощо. Вважається, що основою для такого об’єднання послужить технологія комутації пакетів, що зараз використовується в комп’ютерних мережах. Обчислювальні мережі – частковий випадок розподілених систем. Комп’ютерні мережі відносяться до розподілених (децентралізованих) обчислювальних систем. Оскільки основною ознакою розподіленої обчислювальної системи є наявність кількох центрів обробки даних, то поряд з комп’ютерними мережами до розподілених систем відносяться також мультипроцесорні комп’ютери та багатокомп’ютерні обчислювальні комплекси. В мультипроцесорних комп’ютерах є декілька процесорів, кожний з яких може відносно незалежно від інших виконувати свою програму. В таких комп’ютерах використовується спільна для всіх процесорів операційна система, яка оперативно розподіляє обчислювальне навантаження між процесорами. Взаємодія між окремими процесорами організовується найпростішим способом – через спільну оперативну пам’ять. Основною перевагою мультипроцесорних комп’ютерів є їхня висока продуктивність. Іще однією важливою властивістю мультипроцесорних систем є відмовостійкість – здатність продовжувати роботу при відмові деяких елементів, наприклад, процесорів чи блоків пам’яті. При цьому продуктивність, зрозуміло, знижується, але не до нуля, як у звичайних системах, де відсутня надлишковість. Багатокомп’ютерна обчислювальна система – це обчислювальний комплекс, що включає в себе декілька комп’ютерів (кожний з яких працює під управлінням власної операційної системи), а також програмні і апаратні засоби зв’язку між комп’ютерами, які забезпечують роботу усіх комп’ютерів комплексу як єдиного цілого. Робота багатокомп’ютерної системи визначається двома головними компонентами: високошвидкісним механізмом зв’язку між процесорами та системним програмним забезпеченням, яке надає користувачам та програмам прозорий доступ до ресурсів усіх комп’ютерів, що входять до комплексу. До складу засобів зв’язку входять програмні модулі, які займаються розподілом обчислювального навантаження, синхронізацією обчислень та реконфігурацією системи. Якщо відмовляє один із комп’ютерів комплексу, його задачі можуть бути автоматично перепризначені та виконані на іншому комп’ютері. Якщо до складу багатокомп’ютерної системи входить кілька контролерів зовнішніх пристроїв, то у випадку відмови одного з них, інші контролери автоматично підхоплюють його роботу. Таким чином досягається висока відмовостійкість комплексу в цілому. Крім підвищення відмовостійкості, багатокомп’ютерні системи дозволяють досягти високої продуктивності за рахунок організації паралельних обчислень, хоча ця продуктивність все ж таки є значно меншою ніж у мультипроцесорних комп’ютерах. Багатокомп’ютерні системи не забезпечують територіальної розподіленості, оскільки відстань між комп’ютерами визначається довжиною зв’язку між процесорним блоком та дисковою підсистемою. В обчислювальних мережах програмні і апаратні зв’язки є ще слабшими – основними елементами мережі є стандартні комп’ютери, які не мають ні спільних блоків пам’яті ні спільних периферійних пристроїв. Зв’язок між комп’ютерами здійснюється за допомогою спеціальних периферійних пристроїв – мережних адаптерів, з’єднаних відносно протяжними каналами зв’язку. Кожний комп’ютер працює під управлінням своєї операційної системи і відсутня якась спільна операційна система, яка розподіляє роботу між комп’ютерами мережі. Взаємодія між комп’ютерами мережі здійснюється за рахунок передачі повідомлень через мережні адаптери та канали зв’язку. За допомогою таких повідомлень один комп’ютер зазвичай отримує доступ до локальних ресурсів іншого комп’ютера. Такими ресурсами можуть бути дані, що зберігаються на диску, та різноманітні периферійні пристрої – принтери, модеми тощо. Розділення локальних ресурсів кожного комп’ютера між усіма користувачами мережі є основною метою створення обчислювальної мережі. Для забезпечення доступу до ресурсів мережі на комп’ютерах, ресурси яких повинні бути доступними усім користувачам мережі, потрібно використовувати засоби, які постійно будуть перебувати в режимі очікування запитів, що поступають по мережі від інших комп’ютерів. Зазвичай такі модулі називають програмними серверами(server), оскільки їхньою головною задачею є обслуговування (serve) запитів на доступ до ресурсів свого комп’ютера. В той же час на комп’ютерах, користувачі яких хочуть отримати доступ до ресурсів інших комп’ютерів, також потрібно додати до операційної системи деякі спеціальні програмні модулі, які повинні генерувати запити на доступ до віддалених ресурсів та передавати їх по мережі на потрібний комп’ютер. Такі модулі зазвичай називають програмними клієнтами (client). Пара модулів „клієнт-сервер“ забезпечує спільний доступ користувачів до певного типу ресурсів, наприклад до файлів. В цьому випадку кажуть, що користувач має справу з файловою службою (service). Зазвичай мережна операційна система забезпечує підтримку кількох видів мережних служб – файлову службу, службу друку, службу електронної пошти, службу віддаленого доступу тощо. Терміни „клієнт“ та „сервер“ використовують не тільки для позначення програмних модулів, а й для комп’ютерів, підключених до мережі. Якщо комп’ютер надає свої ресурси іншим комп’ютерам мережі, то він називається сервером, якщо ж споживає – клієнтом. Іноді один і той же комп’ютер може одночасно бути і в ролі клієнта, і в ролі сервера. Мережні служби завжди являють собою розполідені програми. Розподілена програма – це програма, що складається з кількох взаємодіючих частин, кожна з яких, як правило, виконується на окремому комп’ютері мережі. Крім системних розподілених програм в мережі досить часто використовуються прикладні розподілені програми, кожна з частин яких виконує якусь певну закінчену роботу з розв’язання прикладної задачі. Наприклад, одна частина програми, що виконується на комп’ютері користувача, може підтримувати спеціалізований графічний інтерфейс, друга – працювати на потужному виділеному комп’ютері і займатися статистичною обробкою даних, введених користувачем, а третя – заносити отримані результати в базу даних. Розподілені програми в повній мірі використовують потенційні можливості розподіленої обробки даних, які надаються обчислювальною мережею, у зв’язку з чим їх часто називають мережними програмами. Тут слід зазначити, що не всі програми, що використовуються в мережі в дійсності є мережними (розподіленими) програмами. Основні програмні та апаратні компоненти мережі. Будь-яка комп’ютерна мережа складається з таких основних компонентів:
Весь комплекс програмно-апаратних засобів мережі може бути описаний багатошаровою моделлю. В основі будь-якої мережі лежить апаратний шар стандартизованих комп’ютерних платформ. В наш час в мережах широко і успішно застосовуються комп’ютери різних класів – від персональних комп’ютерів до мейнфреймів та суперЕОМ. Набір комп’ютерів мережі повинен відповідати набору різноманітних задач, які повинна розв’язувати мережа. Другий шар – це комунікаційне обладнання. Хоча комп’ютери і є центральними елементами обробки даних в мережах, останнім часом не менш важливу роль почали відігравати комунікаційні пристрої. Кабельні системи, повторювачі, мости, комутатори, маршрутизатори та модульні концентратори з допоміжних компонентів мережі перетворилися в основні поряд з комп’ютерами і системним програмним забезпеченням як по впливу на характеристики мережі, так і по вартості. Третім шаром, що утворює програмну платформу мережі, є операційні системи. Від того, які концепції управління локальними та розподіленими ресурсами покладені в основу мережної ОС, залежить ефективність роботи всієї мережі. При проектуванні мережі важливо враховувати наскільки просто дана операційна система може взаємодіяти з іншими ОС мережі, наскільки вона забезпечує безпеку та захищеність даних, до якої межі вона дозволяє нарощувати кількість користувачів, чи можна її переносити на інші типи комп’ютерів та багато інших факторів. Самим верхнім шаром мережних засобів є різноманітні мережні програми, такі як мережні бази даних, поштові системи, засоби автоматизації колективної роботи тощо. Дуже важливо уявляти діапазон можливостей, що надаються такими програмами для різних галузей застосування, а також знати наскільки вони є сумісними з іншими мережними програмами та операційними системами. Використання комп’ютерних мереж на підприємствах. Якщо не вдаватися в подробиці, то кінцевою метою використання обчислювальних мереж на підприємстві є збільшення ефективності його роботи, яке може виражатися, наприклад, у збільшенні прибутків підприємства. Концептуальною перевагою розподілених систем (а значить, і мереж) перед централізованими системами є їх здатність виконувати паралельні обчислення. Іще одна очевидна та важлива перевага розподілених систем – це їх принципово більш висока відмовостійкість, яка досягається за рахунок надлишковості. Використання територіально розподілених обчислювальних мереж зумовлюється наявністю розподіленого характеру прикладних задач в деяких предметних областях. В таких випадках є розосереджені по деякій території окремі споживачі інформації. Ці споживачі достатньо автономно розв’язують свої задачі, у зв’язку з чим раціональніше надавати їм власні обчислювальні засоби, але в той же час, оскільки розв’язувані задачі тісно взаємозв’язані, їх обчислювальні засоби повинні бути об’єднані в одну систему. Проте одною з найважливіших на даний час переваг розподілених систем є можливість спільного використання даних і пристроїв а також можливість гнучкого розподілення робіт між усією системою. Останнім часом став переважати інший мотив розгортання мереж, який є набагато важливішим в сучасних умовах, ніж економія коштів за рахунок розподілу між співробітниками дорогих пристроїв та програм. Таким мотивом стало прагнення забезпечити співробітникам оперативний доступ до обширної корпоративної інформації. Для забезпечення ефективного доступу співробітників до інформації необхідна не тільки наявність швидких та надійних зв’язків в корпоративній мережі, а й наявність структурованої інформації на серверах підприємства та можливість ефективного пошуку потрібних даних. Цей аспект мережної роботи завжди був вузьким місцем в організації доставки інформації співробітникам. Останнім часом в цій галузі намітився деякий прогрес, пов’язаний з використанням гіпертекстової інформаційної служби WWW – так званої технології intranet. Ця технологія підтримує досить простий спосіб представлення текстової та графічної інформації у вигляді гіпертекстових сторінок. Крім того, вона уніфікує роботу з інформацією за допомогою стандартних програм – Web-браузерів. Зараз багато великих корпорацій уже перенесли величезні об’єми своїх документів на сторінки Web-серверів, завдяки чому їх співробітники, розкидані по всьому світу, використовують інформацію цих серверів з використанням Інтернет та intranet. Отримуючи легкий і більш повний доступ до інформації, співробітники приймають рішення швидше, і якість цих рішень, як правило, вища. Використання мереж приводить до удосконалення комунікацій – покращення процесу обміну інформацією та взаємодії між співробітниками підприємства, а також його клієнтами та постачальниками. Мережі зменшують потреби підприємств в інших способах передачі інформації, таких як телефон чи звичайна пошта. Часто саме можливість організації електронної пошти є основною причиною та економічним обґрунтуванням розгортання на підприємстві комп’ютерної мережі. Все більше розповсюдження отримують технології, які дозволяють передавати по мережі мультимедійну інформацію, що може використовуватися для організації аудіо- та відеоконференцій, а також на їх основі може бути створена власна внутрішня телефонна мережа. |