Лекция 1 Введение в компьютерные сети. Эволюция сетей. Классификация компьютерных сетей

• Название: Лекция 1 Введение в компьютерные сети. Эволюция сетей. Классификация компьютерных сетей
• Дата: 15.03.2018
• Размер: 223.5 Kb.
• Имя файла: Л•™ж®п 01.doc
• Тип: Лекция; #38557

Компьютерные сети. Лекция 1

.

Малов Дмитрий Николаевич

«Технологии Компьютерных Сетей»

Лекция 1

• 
  Введение в компьютерные сети. Эволюция сетей.
  
• 
  Классификация компьютерных сетей
  
• 
  Основные программные и аппаратные компоненты сети.
  
• 
  Нужна сеть или нет, вот в чем вопрос…
  

Современное мировоззрение в свете компьютеризации и глобализации современного общества.

В настоящее время компьютерная техника прочно укоренилась в нашей жизни, вросла в сознание нового поколения и стала неотъемлемой частью быта современного человека!

Где используется «компьютерная сеть»:

• 
  практически на любом предприятии – организация совместного доступа к ресурсам, базам данных;
  
• 
  Интернет (не только на предприятиях, но и у конкретного пользователя);
  
• 
  дисконтные карты;
  
• 
  телеконференции, телевизионные мосты, деловая переписка;
  
• 
  и т.д.
  

Несмотря на свое широкое распространение, сети остаются для многих наиболее таинственной и неизученной областью информационных технологий.
Сеть представляет собой механизм, позволяющий отдельным компьютерам и углеродным живым формам (которые часто называют "пользователями") взаимодействовать друг с другом и совместно использовать общие ресурсы.
Компьютерная сеть - это сложный комплекс взаимосвязанных и согласованно функционирующих программных и аппаратных компонентов.

Эволюция сетей.

Вообще всю сетевую эволюцию можно достаточно условно разделить на 6 ступеней:

1. 
   системы пакетной обработки (50-е годы);
   
2. 
   многотерминальные системы (60-е годы);
   
3. 
   первые глобальные сети;
   
4. 
   первые локальные сети (70-е годы):
   
5. 
   создание стандартных технологий локальных сетей (середина 80-ых);
   
6. 
   современные тенденции развития.
   

Первоначально сети представляли собой абсолютно не стандартизованные средства взаимодействия автономных компьютеров в настолько же не стандартизованных вычислительных системах. Компании, перед которыми в предшествовавшие появлению персональных компьютеров времена стояли задачи автоматизации обработки данных и бухгалтерского учета, вынуждены были доверять решение "под ключ" единственному производителю.

Года	Название периода	Основные характеристики
50-ые	системы пакетной обработки	- пакетная обработка (не интерактивная); - строились на базе мейнфреймов (MainFrame); - главное – эффективность работы вычислительной машины (процессора) в ущерб эффективности работы использующего его специалистов.
60-ые – н.70-ых	многотерминальные системы разделения времени (прообраз сети)	- удешевление процессоров; - каждому пользователю по терминалу; - вычислительная мощность всё ещё централизованная, хотя некоторые функции (в/в) – распределённые; - действует «закон Гроша».
	первые глобальные сети	- возможность обмениваться данными в автоматическом режиме; - впервые: многоуровневое построение коммуникационных протоколов, технологии коммутации пакетов, маршрутизация пакетов в составных сетях.
конец 70-ых	первые локальные сети	- появились БИС – создание микрокомпьютеров; - концепция распределения компьютерных ресурсов по всему предприятию; - использование нестандартного оборудования для соединения мини-ЭВМ.
середина 80-ых	стандартные технологии ЛВС	- появление персональных компьютеров; - утверждение стандартных технологий объединения компьютеров в сеть (Ethernet, Token Ring, Arcnet); - новые способы организации работы пользователей.
наше время	современные тенденции	- сокращается разрыв м/д локальными и глобальными сетями; - возобновляется интерес к крупным корпоративным компьютерам; - широкое развитие Интернет; - обработка несвойственной ЛВС информации – голоса, видео, рисунков; - дальнейшая интеграция любых информационных сетей (вычислительных, телефонных, телевизионных и т.п.).

1. Конец 50-ых годов (системы пакетной обработки на базе мейнфрейма):

Первые компьютеры 50-х годов- большие, громоздкие и дорогие - предназначались для очень небольшого числа избранных пользовате­лей. Такие компьютеры не были пред­назначены для интерактивной работы пользователя, а использовались в режиме пакетной обработки.

Системы пакетной обработки, как правило, строились на базе мэйнфрейма (MainFrame) — мощного и надежного компьютера универсального назначения (рис.1.1).

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.

Т
Рис.1. 1 Централизованная система на базе мейнфрейма


аким образом, одна неверно набитая карта означала, как минимум, суточную задержку.

Естественно, что пользовательский интерактивный режим, 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.

В этот период времени во главу угла ставится эффективность работы самого дорогого устройства вычислительной машины - процессора, в ущерб эф­фективности работы использующих его специалистов.

2. Начало 60-ых годов (многотерминальные системы – прообраз сети)

По мере удешевления процессоров в начале 60-х годов появились новые способы организации вычислительного процесса, которые позволили учесть интересы пользо­вателей. Начали развиваться интерактивные многотерминальные системы разделе­ния времени (рис.1.2).


Рис.1. 2. Многотерминальная система - прообраз вычислительной сети

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.

Терминалы, выйдя за пределы вычислительного центра, рассредоточилась по всему предприятию. И, хотя, вычислительная мощность оставались 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 владения компьютером, так как он мог запустить нужную ему программу в любой момент и почти сразу же получить результат.

(Некоторые, далекие от вычисли­тельной техники пользователи даже были уверены, что все вычисления выполня­ются внутри их дисплея.)

Таким образом, многотерминальные системы, работающие в режиме разделе­ния времени, стали первым шагом на пути создания локальных вычислительных сетей.

Необходимо отметить, что 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.

3. 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 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.

4. 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 мини-компьютеров, 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 миникомпьютерной 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.1.3).


Рис.1. 3 Автономное использование нескольких мини-комьютеров на одном предприятии


Но шло время, потребности пользователей вычислительной техники росли, им стало недостаточно собственных компьютеров, им уже хотелось получить возмож­ность обмена 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 сета (рис. 1.4).


Рис.1. 4 Разные типы связей в первых локальных сетях

На первых порах, для соединения компьютеров друг с другом использовались самые разнообразные нестандартные устройства со своим способом представления данных на линиях связи, типами кабелей и т. п.

Эти устройства могли соединять только те компьюте­ры, для которых были разработаны. Например, мини-компьютеры PDP-11 с мэйн­фреймом IBM 360 или компьютеры «Наири» с компьютерами «Днепр».

5. 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. Теперь для создания сети достаточно было приобрести сетевые адаптеры соответствующего стандарта, например Ethernet, стандарт­ный кабель, присоединить адаптеры к 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.

Последствием и одновременно движущей силой та­кого прогресса стало появление огромного числа непрофессиональных пользовате­лей (или чайников), которым совершенно не нужно было изучать специальные (и достаточно сложные) команды для сетевой работы. А 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.

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.

6. 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.

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, в том числе и с помо­щью, специально рассчитанной на передачу различных типов трафика, технологии АТМ. Однако, несмотря на значительные усилия, предпринимаемые в этом на­правлении, до приемлемого решения проблемы пока далеко. 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.). Хотя, сегодня эта идея многим кажется утопией, серьезные специалисты считают, что предпосылки для такого синтеза уже существуют, и их мнения расходятся только в оценке пример­ных сроков такого объединения - называются сроки от 10 до 25 лет. Причем счи­тается, что основой для объединения послужит технология коммутации пакетов, применяемая сегодня в вычислительных сетях, а не технология коммутации кана­лов, используемая в телефонии, что, без сомнения, повысит интерес к сетям этого типа.

Основные программные и аппаратные компоненты сети.

Компьютерные сети относятся к распределенным (или децентрализованным) вычислительным системам. Основным признаком, которых является наличие нескольких центров обработки данных.

• 
  Очень слабые программные и аппаратные связи между отдельными компьютерами в сети, а автономность обрабатывающих блоков проявляется здесь в наибольшей сте­пени, т.к. основными элементами сети являются стандартные компьютеры, не имею­щие ни общих блоков памяти, ни общих "внутренних" устройств. Связь между компьютерами осуществляется с помощью специальных периферийных устройств — сетевых адаптеров, соединенных относительно протяженными каналами связи.
  
• 
  Отсутствует «общая» операционная система, распределяющая работу между компьютерами сети. Каждый компьютер работает под управлением собственной операционной систе­мы. Взаимодействие между компьютерами сети про­исходит за счет передачи сообщений через сетевые адаптеры и каналы связи. С помощью этих сообщений один компьютер обычно запрашивает доступ к ло­кальным ресурсам другого компьютера. Такими ресурсами могут быть как данные, хранящиеся на диске, так и разнообразные периферийные устройства - принтеры, модемы, факс-аппараты и т. д.
  

Основная цель создания вычислительной сети – разделение локальных ресурсов каждого компьюте­ра между всеми пользователями сети.

Теперь появляется возможность использовать не только файлы, дис­ки, принтеры и другие ресурсы своего компьютера, но и аналогичные ресурсы других компьютеров, подключенных к той же сети.
Одними из важнейших понятий в ЛВС являются слова «сервер» и «клиент».

• 
  Сервер (server) – любой компьютер, подключенный к локальной сети, на котором находятся ресурсы, используемые другими устройствами локальной сети.
  
• 
  Клиент (client) – любой компьютер, который через локальную сеть обращается к ресурсам, хранящимся на сервере.
  

Часто один и тот же компьютер играет роль и клиента и сервера.

Практически на основе этих двух понятий строится ЛВС. Пара модулей «клиент - сервер» обеспечивает совместный доступ пользовате­лей к определенному типу ресурсов, например к файлам. В этом случае говорят, что пользователь имеет дело с файловой службой (service).

Обычно сетевая опера­ционная система поддерживает несколько видов сетевых служб для своих пользова­телей:

1. 
   файловую службу,
   
2. 
   службу печати,
   
3. 
   службу электронной почты,
   
4. 
   службу удаленного доступа
   
5. 
   и т. п.
   

Рис.1. 5 Взаимодействие частей распределенного приложения




Для осуществления взаимодействия между парой «клиент-сервер», представленный на рис.1.5., необходим комплекс программно-аппаратных средств, который может быть описан следующей многослойной моделью:
1.Компьютеры.

• 
  В основе любой сети лежит аппаратный слой стандартизован­ных компьютерных платформ. В настоящее время в сетях широко и успешно применяются компьютеры различных классов - от персональных компьютеров до мэйнфреймов и суперЭВМ.
  
• 
  Класс компьютера в сети должен соответствовать набору выполняемых на нём задач.
  

2.Коммуникационное оборудование.

• 
  кабельные сис­темы,
  
• 
  повторители,
  
• 
  мосты,
  
• 
  коммутаторы,
  
• 
  маршрутизаторы
  
• 
  модульные концент­раторы
  
• 
  и т.д.
  

В настоящий момент занимают центральное положение наряду с компьютерами и системным программным обеспечением:

• 
  основное влияние на характеристики сети (скорость, время доступа, и т.п.),
  
• 
  существенное влияние на стоимость сети.
  

Сегодня коммуникационное устройство – сложный специализированный мультипроцессор, который нуж­но конфигурировать, оптимизировать и администрировать. Изучение принципов работы коммуникационного оборудования требует знакомства с большим количе­ством протоколов, используемых как в локальных, так и глобальных сетях.

3. Операционные системы (ОС).

Эффективность работы всей сети зависит от того, какие концепции управления локальными и распре­деленными ресурсами положены в основу сетевой ОС.

При проектировании сети важно учитывать следующие моменты:

• 
  насколько просто данная операционная система может взаимодействовать с другими ОС сети;
  
• 
  на­сколько она обеспечивает безопасность и защищенность данных;
  
• 
  до какой степени она позволяет наращивать число пользователей;
  
• 
  можно ли перенести ее на компь­ютер другого типа;
  
• 
  и т.д.
  

4. Сетевые приложения.

• 
  сетевые базы данных,
  
• 
  почтовые системы,
  
• 
  средства архивирования данных,
  
• 
  системы автоматизации коллективной работы
  
• 
  и др.
  

Очень важно пред­ставлять диапазон возможностей, предоставляемых приложениями для различных областей применения, а также знать, насколько они совместимы с другими сетевы­ми приложениями и операционными системами.

Классификация компьютерных сетей

Для классификации компьютерных сетей используются различные признаки, но чаще всего сети делят на типы по территориальному признаку, то есть по величине территории, которую покрывает сеть. И для этого есть веские причины, так как отличия технологий локальных и глобальных сетей очень значительны, несмотря на их постоянное сближение.
1.Локальные сети – Local Area Networks (LAN).

• 
  Сосредоточенны на небольшой территории (обычно в радиусе не более 1-2 км).
  
• 
  В общем случае локальная сеть представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую одной организации.
  
• 
  Использование относительно дорогих высококачественных линий связи (короткие расстояния в локальных сетях), которые позволяют, применяя простые методы передачи данных, достигать высоких скоростей обмена данными порядка 100 Мбит/с.
  

2. Глобальные сети - Wide Area Networks (WAN).

• 
  Объединяют территориально рассредоточенные компьютеры, которые могут находиться в различных городах и странах.
  
• 
  Обычно используются уже существующие линии связи, изначально предназначенные совсем для других целей (прокладка высококачественных линий связи на большие расстояния обходится очень дорого, например, на основе телефонных и телеграфных каналов общего назначения).
  
• 
  Низкие скорости передачи данных (десятки килобит в секунду) (связано с линиями связи).
  
• 
  Соответственно, набор предоставляемых услуг обычно ограничивается передачей файлов, преимущественно не в оперативном, а в фоновом режиме, с использованием электронной почты.
  
• 
  Применение методов и оборудования повышающих надежность передачи данных по сети (существенно отличающиеся от методов и оборудования, характерных для локальных сетей). Как правило, здесь применяются сложные процедуры контроля и восстановления данных, так как наиболее типичный режим передачи данных по территориальному каналу связи связан со значительными искажениями сигналов.
  

3. Городские сети (или сети мегаполисов) - Metropolitan Area Networks (MAN)
В нашей стране являются менее распространенным типом сетей. Эти сети появились сравнительно недавно.

• 
  Предназначены для обслуживания территории крупного города - мегаполиса.
  
• 
  В то время как локальные сети наилучшим образом подходят для разделения ресурсов на коротких расстояниях и широковещательных передач, а глобальные сети обеспечивают работу на больших расстояниях, но с ограниченной скоростью и небогатым набором услуг, сети мегаполисов занимают некоторое промежуточное положение.
  
• 
  Они используют цифровые магистральные линии связи, часто оптоволоконные, со скоростями от 45 Мбит/с, и предназначены для связи локальных сетей в масштабах города и соединения локальных сетей с глобальными.
  
• 
  Первоначально были разработаны для передачи данных, но сейчас они поддерживают и такие услуги, как видеоконференции и интегральную передачу голоса и текста.
  

Развитие технологии сетей мегаполисов осуществлялось местными телефонными компаниями. Исторически сложилось так, что местные телефонные компании всегда обладали слабыми техническими возможностями и из-за этого не могли привлечь крупных клиентов. Чтобы преодолеть свою отсталость и занять достойное место в мире локальных и глобальных сетей, местные предприятия связи занялись разработкой сетей на основе самых современных технологий, например, технологии коммутации ячеек SMDS или АТМ.

4. Промышленные сети - Fieldbus

Современные технологии автоматизации, используемые в промышленных структурах, предполагают наличие сложных разнородных сетей передачи данных, сетей сбора технологической информации, а также телефонных систем. Крупные коммерческие и/или банковские структуры, как правило, также применяют сети сбора данных с различного "технологического" оборудования (источники бесперебойного питания для компьютерных систем, системы охраны, контроля доступа и видео наблюдения, системы энерго и тепло обеспечения зданий и пр.).
Общими особенностями структурной реализации таких сетей является:

• 
  территориальная распределенность,
  
• 
  разнородность применяемого оборудования,
  
• 
  необходимость интеграции в компьютерные сети более высокого уровня.
  

Промышленная сеть Fieldbus (полевая шина, или промышленная сеть) - коммуникационная технология построения единой информационной сети, объединяющей интеллектуальные контроллеры, датчики и исполнительные механизмы, определяется одним термином.
Fieldbus - это, во-первых, некая физическая коммуникационная технология объединения устройств (например, RS485) и, во-вторых, программно-логический протокол взаимодействия этих устройств.

Fieldbus - это сеть для промышленного применения, логически очень похожая на LAN-сети, применяемые в офисных приложениях. Однако промышленные сети призваны выполнять специфический набор функций:

• 
  жесткая детерминированность (предсказуемость) поведения;
  
• 
  обеспечение функций реального времени;
  
• 
  работа на длинных линиях с использованием недорогих физических сред (например, витая пара);
  
• 
  повышенная надёжность физического и канального уровней передачи данных для работы в промышленной среде (высокий уровень электромагнитных помех);
  
• 
  наличие специальных высоконадёжных механических соединительных компонентов;
  

Примеры промышленных технологий это – протокол BITBUS, технологии CAN, INTERBUS, LON, PROFIBUS и т.д.

Нужна сеть или нет, вот в чем вопрос …

Теперь обобщим все вышесказанное с точки зрения предприятия и его прямой выгоды от развертывания компьютерной сети.
Достоинства, которыми обладает наша компьютерная сеть по отношению к использованию автономных компьютеров или многомерных машин:

1. 
   Способность выполнять параллельные вычисления – концептуальное преимущество распределенных систем (а значит, и сетей) пе­ред централизованными системами. За счет этого в системе с несколькими обрабатывающими узлами, в принципе, может быть достигнута производительность, превышающая максимально возможную на данный момент производительность любого отдельного, сколь угодно мощного процессора.
   

2. 
   Распределенные системы потенциально имеют лучшее соотно­шение производительность-стоимость, чем централизованные системы.
   

3. 
   Высокая отказоустойчивость. Под отказоустойчивостью по­нимается способность системы выполнять свои функции (может быть, не в пол­ном объеме) при отказах отдельных элементов аппаратуры и неполной доступности данных. Основой повышенной отказоустойчивости распределенных систем явля­ется избыточность. Избыточность обрабатывающих узлов (процессоров в много­процессорных системах или компьютеров в сетях) позволяет при отказе одного узла переназначать приписанные ему задачи на другие узлы. С этой целью в распределенной системе могут быть предусмотрены процедуры динамической или статической реконфигурации. В вычислительных сетях некоторые наборы дан­ных могут дублироваться на внешних запоминающих устройствах нескольких компьютеров сети, так что при отказе одного их них данные остаются доступ­ными.
   

4. 
   Использование территориально распределенных вычислительных систем (покупка билетов на железной дороге, банкоматы и т.п.) боль­ше соответствует распределенному характеру прикладных задач в некоторых предметных областях, таких как автоматизация технологических процессов, бан­ковская деятельность и т. п. Во всех этих случаях имеются рассредоточенные по некоторой территории отдельные потребители информации - сотрудники, органи­зации или технологические установки. Эти потребители достаточно автономно решают свои задачи, поэтому рациональнее предоставлять им собственные вычис­лительные средства, но в то же время, поскольку решаемые ими задачи тесно вза­имосвязаны, их вычислительные средства должны быть объединены в единую систему. Адекватным решением в такой ситуации является использование вычислительной сети.
   

5. 
   Для пользователя, кроме выше названных, распределенные системы дают еще и такие преимущества, как возможность совместного использования данных и уст­ройств, а также возможность гибкого распределения работ по всей системе. Такое разделение дорогостоящих периферийных устройств - таких как дисковые масси­вы большой емкости, цветные принтеры, графопостроители, модемы, оптические диски - во многих случаях является основной причиной развертывания сети на предприятии. Пользователь современной вычислительной сети работает за своим компьютером, часто не отдавая себе отчета в том, что при этом он пользуется дан­ными другого мощного компьютера, находящегося за сотни километров от вето. Он отправляет электронную почту через модем, подключенный к коммуникацион­ному серверу, общему для нескольких отделов его предприятия. У пользователя создается иллюзия, что, эти ресурсы подключены непосредственно к его компьюте­ру или же «почти» подключены, так как для их использования нужны незначи­тельные дополнительные действия по сравнению с использованием действительно собственных ресурсов. Такое свойство называется прозрачностью сети.
   

6. 
   В последнее время стал преобладать другой побудительный мотив развертыва­ния сетей, гораздо более важный в современных условиях, чем экономия средств за счет разделения между сотрудниками корпорации дорогой аппаратуры или про­грамм. Этим мотивом стало стремление обеспечить сотрудникам оперативный до­ступ к обширной корпоративной информации. В условиях жесткой конкурентной борьбы в любом секторе рынка выигрывает, в конечном счете, та фирма, сотрудни­ки которой могут быстро и правильно ответить на любой вопрос клиента. В большой корпорации вряд ли даже хороший менеджер может знать все тонкости каждого из выпускаемых фирмой продуктов, тем более что их номенклатура обновляется сейчас каждый квартал, если не месяц. Поэтому очень важно, чтобы менеджер имел возможность со своего компьютера, подключенного к корпоративной сети, скажем в Магадане, передать вопрос клиента на сервер, расположенный в центральном отделении предприятия в Новосибирске, и оператив­но получить качественный ответ, удовлетворяющий клиента. В этом случае клиент не обратится к другой фирме, а будет пользоваться услугами данного менеджера и впредь (яркий пример – Internet).
   

7. 
   Использование сети приводит к совершенствованию коммуникаций, то есть к улучшению процесса обмена информацией и взаимодействия между сотрудника­ми предприятия, а также его клиентами и поставщиками. Сети снижают потреб­ность предприятий в других формах передачи информации, таких как телефон или обычная почта. Зачастую именно возможность организации электронной по­чты является основной причиной и экономическим обоснованием развертывания на предприятии вычислительной сети. Всеобщее распространение получают новые технологии, которые позволяют передавать по сетевым каналам связи не только компьютерные данные, но голосовую и видеоинформацию. Корпоративная сеть, которая интегрирует данные и мультимедийную информацию, может использо­ваться для организации аудио- и видеоконференций, кроме того, на ее основе мо­жет быть создана собственная внутренняя телефонная сеть.
   

Конечно, вычислительные сети имеют и свои проблемы. Эти проблемы в основ­ном связаны с организацией эффективного взаимодействия отдельных частей рас­пределенной системы.

Во-первых, это сложности, связанные с программным обеспечением — операци­онными системами и приложениями (программирование операционных систем и приложений). Программирование для распределённых си­стем принципиально отличается от программирования для централизованных систем. Так, сетевая операционная система, выполняя в общем случае все функции по управлению локальными ресурсами компьютера, сверх того решает многочис­ленные задачи по предоставлению сетевых служб. Разработка сетевых приложений осложняется из-за необходимости организовать совместную работу их частей, вы­полняющихся на разных машинах. Много забот доставляет обеспечение совмести­мости программного обеспечения.

Во-вторых, много проблем связано с транспортировкой сообщений по каналам связи между компьютерами. Основные задачи здесь — обеспечение надежности (чтобы передаваемые данные не терялись и не искажались) и производительности (чтобы обмен данными происходил с приемлемыми задержками). В структуре об­щих затрат на вычислительную сеть расходы на решение «транспортных вопро­сов» составляют существенную часть, в то время как в централизованных системах эти проблемы полностью отсутствуют.

В-третьих, это вопросы, связанные с обеспечением безопасности, которые го­раздо сложнее решаются в вычислительной сети, чем в централизованной системе. В некоторых случаях, когда безопасность особенно важна, от использования сети лучше вообще отказаться.

--