Компьютерные сети. Принц, техн, прот 1-303. Книга переведена на английский, испанский, китайский и португальский языки
 Скачать 5.49 Mb.
|
|
– intranet-технологии (intra – внутренний). Возникли новые сетевые 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 сети. Однако истинно универсальной сетевой технологией стала технология Ethernet. Долгие годы Ethernet была технологией только локальных сетей, однако, дополненная новыми функциями и новыми уровнями скоростей, эта технология (называемая в этом варианте Carrier Ethernet, то есть Ethernet операторского класса) сегодня преобладает на линиях связи и глобальных сетей. Следствием доминирования технологии Ethernet в первом десятилетии XXI века стало упрощение структуры как локальных, так и глобальных сетей – в подавляющем большинстве подсетей сегодня работает протокол Ethernet, а объединяются подсети в составную сеть с помощью протокола IP. Еще одним признаком сближения локальных и глобальных сетей является появление сетей, занимающих промежуточное положение между локальными и глобальными сетями. Городские сети, или сети мегаполисов (Metropolitan Area Network, MAN), предназначены для обслуживания территории крупного города. Эти сети используют цифровые линии связи, часто оптоволоконные, со скоростями на магистрали 10 Гбит/с и выше. Они обеспечивают экономичное соединение локальных сетей между собой, а также выход в глобальные сети. Сети MAN первоначально были разработаны только для передачи данных, но сейчас перечень предоставляемых ими услуг расширился, в частности, они поддерживают видеоконференции и интегральную передачу голоса и текста. Современные сети MAN отличаются разнообразием предоставляемых услуг, позволяя своим клиентам объединять коммуникационное оборудование различного типа, в том числе офисные АТС. Конвергенция компьютерных и телекоммуникационных сетей Начиная с 1980-х годов предпринимаются попытки создания универсальной, так называемой мультисервисной сети, способной предоставлять услуги как компьютерных, так и телекоммуникационных сетей. К телекоммуникационным сетям относятся радиосети, телефонные и телевизионные сети. Главное, что объединяет их с компьютерными сетями, – это то, что в качестве ресурса, предоставляемого клиентам, выступает информация. Однако имеется некоторая специфика, касающаяся вида, в котором представляют информацию компьютерные и телекоммуникационные сети. Так, изначально компьютерные сети разрабатывались для передачи алфавитно-цифровой информации, которую часто называют просто данными, поэтому у компьютерных сетей имеется и другое название – сети передачи данных, в то время как телекоммуникационные сети были созданы для передачи голосовой и видеоинформации. Сегодня мы являемся свидетелями конвергенции телекоммуникационных и компьютерных сетей, которая идет по нескольким направлениям. Прежде всего наблюдается сближение видов услуг, предоставляемых клиентам. Первая попытка создания мультисервисной сети, способной оказывать различные услуги, в том числе услуги телефонии и передачи данных, привела к появлению в 80-х годах технологии цифровых сетей с интегрированным обслуживанием (Integrated Services Digital Network, ISDN). Но на практике сети ISDN так и остались телефонными сетями, а роль глобальной мультисервисной сети нового поколения стал играть Интернет. Интернет превратился из сети, предназначенной для оказания небольшого набора услуг передачи данных, основными из которых были передача файлов и обмен текстовыми почтовыми сообщениями, в действительно мультисервисную сеть. Интернет может оказывать все виды телекоммуникационных услуг, в том числе услуг мгновенных сообщений, видео- и аудиоконференций, 1Р-телефонии, IP-телевидения, а также услуг многочисленных социальных сетей. Очевидно, что мультисервисность сети Интернет в будущем будет только возрастать. Прорывом в процессе конвергенции сетей явилось появление смартфонов – терминальных устройств, которые объединили в себе функции мобильных телефонов и персональных компьютеров. Для поддержки таких новых функций телефона современная мобильная телефонная сеть также стала мультисервисной сетью – она предоставляет полный набор как телефонных, так и компьютеризованных информационных услуг (просмотр веб-страниц в такой же удобной форме, как и на экране компьютера, услуги электронной почты и видеоконференций, просмотр фильмов, публикация информации в социальных сетях и т. п.). Технологическое сближение сетей происходит по нескольким направлениям. Прежде всего это использование цифровой передачи для разных типов информации. Представление голоса и изображения в цифровой форме сделало принципиально возможной передачу телефонного, видео и компьютерного трафиков по одним и тем же цифровым каналам. Важным шагом телефонии навстречу компьютерным сетям стало использование наряду с изначально присущей им коммутацией каналов методов коммутации пакетов. Так, для передачи служебных сообщений (называемых сообщениями сигнализации) применяются протоколы коммутации пакетов, аналогичные протоколам компьютерных сетей, а для передачи собственно голоса между абонентами коммутируется традиционный составной канал. Сегодня пакетные методы коммутации постепенно теснят традиционные для телефонных сетей методы коммутации каналов даже при передаче голоса. У этой тенденции есть достаточно очевидная причина – на основе метода коммутации пакетов можно более эффективно использовать пропускную способность каналов связи и коммутационного оборудования. Например, паузы в телефонном разговоре могут составлять до 40 % общего времени соединения, однако только пакетная коммутация позволяет «вырезать» паузы и использовать высвободившуюся пропускную способность канала для передачи трафика других абонентов. Другой веской причиной перехода к коммутации пакетов является популярность Интернета – сети, построенной на основе данной технологии. Обращение к технологии коммутации пакетов для одновременной передачи через пакетные сети разнородного трафика – голоса, видео и текста – сделало актуальной разработку новых методов обеспечения требуемого качества обслуживания (Quality of Service, QoS). Методы QoS призваны минимизировать уровень задержек для чувствительного к ним трафика, например голосового, и одновременно гарантировать среднюю скорость и динамичную передачу пульсаций для трафика данных. Однако неверно было бы говорить, что методы коммутации каналов морально устарели и у них нет будущего. На новом витке спирали развития они находят свое применение, но уже в новых технологиях, таких как технологии первичных сетей, служащих основой как для компьютерных, так и телефонных сетей: Optical Transport Networks (OTN) и Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM). Еще одним проявлением технологической конвергенции стало использование в телекоммуникационных сетях традиционного для компьютерных сетей протокола IP. Например, этот протокол нашел свое применение в технологиях мобильных телефонных сетей 3-го, 4-го и 5-го поколений (3G, 4G, 5G). Компьютерные сети также многое позаимствовали у телефонных и телевизионных сетей. В частности, они взяли на вооружение методы обеспечения отказоустойчивости телефонных сетей, за счет которых последние демонстрируют высокую степень надежности, так недостающей порой Интернету и корпоративным сетям. Учитывая описанный процесс эволюции, мы в этой книге будем использовать устоявшийся термин «телекоммуникационная сеть» в расширенном понимании – то есть подразумевая под телекоммуникационными сетями и компьютерные сети. Интернет как фактор развития сетевых технологий Интернет является вершиной эволюции телекоммуникационных сетей, самой быстрорастущей технической системой в истории человечества. Интернет растет и качественно развивается постоянно, начиная с 80-х годов, и в соответствии с прогнозами специалистов этот процесс будет продолжаться. «Размеры» Интернета можно оценивать по-разному, чаще всего используют такие показатели, как количество подключенных к Интернету терминальных устройств, количество пользователей, объем трафика, передаваемый в единицу времени. Качественное развитие Интернета проявляется в появлении все новых и новых сервисов, например, уже упомянутых интернет-вариантов телефонии и телевидения, а также новых типов терминальных устройств. Так, помимо «чистых» компьютеров к Интернету стали подключаться разнообразные устройства со встроенными «компьютерами» – смартфоны, планшеты, бытовые приборы, автомобили, и этот список можно продолжать еще долго. Рассмотрим сначала в цифрах количественный рост Интернета. На рис. 1.6 показан график роста числа пользователей Интернета за 50 лет существования этой сети. В начале 2019 года их число составило 4,388 миллиарда, то есть 57 % населения земного шара.  Количество пользователей Интернета а  Рис. 1.6. Рост числа пользователей и трафика Интернета Количество терминальных устройств, выполняющих функции серверов (без учета пользовательских устройств) росло примерно такими же темпами: в 1980 году насчитывалось около 1000 хостов, подключенных к Интернету, в 1991-м – более 1 000 000, в начале 2000-х – около 100 000 000 и, наконец, в 2018 году – свыше 1 миллиарда. С учетом пользовательских устройств (настольных компьютеров, ноутбуков, планшетов и мобильных телефонов) общее количество терминальных устройств, подключенных к Интернету, составило в 2018 году около 23 миллиардов. Абсолютно взрывным оказался рост объема трафика (количество байтов, переданных в месяц через магистрали Интернета): 1990 – 1 ТВ (1 терабайт = 1012 байт, или 1000 гигабайт); 1996- 2000 ТВ; 2000 – 84 РВ (1 петабайт = 1000 терабайт); 2008 – 10 ЕВ (1 экзабайт = 1000 петабайт); 2013 - 50 ЕВ; 2018 - 129 ЕВ. В середине 90-х трафик рос особенно быстро, удваиваясь каждый год, то есть демонстрируя экспоненциальный рост. Затем рост несколько замедлился, но все равно за последние 5 лет объем передаваемого трафика вырос в 2,6 раза. Очевидно, что Интернет не рос бы так быстро, если бы он не изменялся качественно и оставался все это время только средством передачи файлов и обмена текстовыми сообщениями электронной почты. Новые сервисы и новые типы терминальных устройств делали и делают Интернет привлекательным для все большего числа массовых пользователей, которым раньше вряд ли пришло бы в голову использовать компьютер в повседневной жизни. Если мы посмотрим на терминальные интернет-устройства, то увидим, что сегодня большую их часть составляют не традиционные персональные настольные компьютеры, а. мобильные устройства – планшеты и смартфоны. Все большее распространение получает и такой тип терминальных устройств, как встроенные компьютеры. Они не так заметны, как планшеты и смартфоны, потому что работают внутри привычных систем и устройств, таких как отопительные системы, камеры слежения, телевизоры, холодильники или самоуправляемые автомобили. Такие компьютеры сами инициируют обмен данными между собой или со своими удаленными центрами управления через Интернет, являясь, по существу, его пользователями. Этот новый класс пользователей породил и новый термин – интернет вещей (Internet of Things, 1оТ), подчеркивающий отличие от традиционного Интернета пользователей-людей. В результате, если в 2013 году больше половины интернет-трафика (67 %) генерировали персональные компьютеры, то в 2018 году они уступили пальму первенства мобильным устройствам и встроенным компьютерам, в совокупности сгенерировавшим 53 % трафика. Существенно менялся и процентный состав приложений, генерирующих трафик. Так, если в 90-е годы и начале 2000-х в общем объеме преобладал трафик приложений, передающих файлы (файлы электронной почты, веб-страниц, музыки и кинофильмов), то уже к 2010 году он уступил лидерство трафику приложений, передающих видеопотоки в реальном масштабе времени (таких как интернет-телевидение, показ кинофильмов в онлайновом режиме по требованию, видеоконференции). Новой вехой на пути развития Интернета стали облачные вычисления, которые позволяют разгрузить пользовательский компьютер и перенести хранение данных и выполнение приложений на некоторые удаленные компьютеры, связанные с пользовательским компьютером через сеть. Облачные вычисления стали еще одной причиной увеличения трафика Интернета, так как пользователи этого сервиса постоянно обращаются к внешним серверам провайдера, вместо того чтобы производить вычисления и другие манипуляции с данными локально, на своих персональных компьютерах или на корпоративных серверах. Изменение объема и характера трафика из-за появления новых терминальных устройств, новых приложений и услуг Интернета породило новые вызовы разработчикам сетевых технологий, так как требования к характеристикам сети у этих приложений значительно отличаются от требований приложений передачи файлов. Например, автомобили без водителя сейчас проходят испытания и скоро станут повседневностью. Интернет является неотъемлемой составной частью системы управления такими автомобилями, поддерживая обмен информацией в реальном времени между локальным компьютером автомобиля и удаленным приложением, решающим сложные задачи, возможно, с применением элементов искусственного интеллекта, которые не под силу локальному компьютеру с его ограниченными ресурсами. Понятно, что в этом случае время реакции сети и ее надежность являются критическими параметрами, иначе автомобиль просто станет опасным объектом на дороге. Новые требования к реакции сети могут потребовать не только разработки более скоростных сетевых технологий, но и изменения его архитектуры, с перенесением центров вычислений ближе к периферии Интернета. Феноменальный рост и изменчивость Интернета (в различных аспектах) оказывали и оказывают сильнейшее влияние на технологии компьютерных сетей, заставляя их постоянно изменяться и совершенствоваться, приспосабливаясь к новым требованиям пользователей и их количеству.  ГЛАВА 2 Общие принципы построения сетей Простейшая сеть из двух компьютеров Совместное использование ресурсов Исторически главной целью объединения компьютеров в сеть было разделение ресурсов'. пользователи компьютеров, подключенных к сети, или приложения, выполняемые на этих компьютерах, получают возможность автоматического доступа к разнообразным ресурсам остальных компьютеров сети, к числу которых относятся: периферийные устройства, такие как диски, принтеры, плоттеры, сканеры и др.; данные, хранящиеся в оперативной памяти или на внешних запоминающих устройствах; вычислительная мощность (за счет удаленного запуска «своих» программ на «чужих» компьютерах). Чтобы обеспечить пользователей разных компьютеров возможностью совместного использования ресурсов сети, компьютеры необходимо оснастить некими дополнительными сетевыми средствами. Рассмотрим простейшую сеть, состоящую из двух компьютеров, к одному из которых подключен принтер (рис. 2.1). Какие дополнительные средства должны быть предусмотрены в обоих компьютерах, чтобы с принтером мог работать не только пользователь компьютера В, к которому этот принтер непосредственно подключен, но и пользователь компьютерах? |