эволюция вычислительных сетей. Лекция Эволюция компьютерных сетей
 Скачать 0.56 Mb.
|
 Простые алгоритмы работы предопределили низкую стоимость оборудования Ethernet. Широкий диапазон иерархии скоростей позволяет рационально строить локальную сеть, выбирая ту технологию семейства, которая в наибольшей степени отвечает задачам предприятия и потребностям пользователей. Важно также, что все технологии Ethernet очень близки друг к другу по принципам работы, что упрощает обслуживание и интеграцию этих сетей. Хронологическую последовательность важнейших событий, ставших историческими вехами на пути появления первых компьютерных сетей, иллюстрирует табл. 1.1. Таблица 1.1. Хронология важнейших событий на пути появления первых компьютерных сетей
История компьютерных сетей и Интернета Развитие коммутации пакетов: 1961-1972 История компьютерных сетей берет свое начало в 1960-х годах, когда телефонные сети были основным средством связи в мире. Как вы помните, в телефонных сетях используется принцип коммутации каналов, при этом передача осуществляется с постоянной частотой. Стремительный рост потребности в вычислительных ресурсах, сочетающийся с высокой стоимостью ЭВМ, стал побудительной причиной объединения компьютеров в сети для обеспечения к ним удаленного совместного доступа пользователей. Сетевой трафик был неравномерным и характеризовался наличием периодов активности (например, когда один пользователь посылал команду удаленному компьютеру) и пассивности (ожидание результатов). Три группы инженеров, находившиеся в разных частях света, независимо друг от друга начали разработку технологии коммутации пакетов, рассматривая ее как мощную и эффективную альтернативу технологии коммутации каналов. Первая научная работа па эту тему была опубликована ученым Леонардом Клейнроком, в то время еще студентом-старшекурсником. С помощью теории очередей работа Клейнрока наглядно продемонстрировала эффективность принципа коммутации пакетов в условиях неравномерной нагрузки. В 1964 году Пол Верен начал эксперименты в области коммутации пакетов в защищенных военных сетях, а Дональд Дэвис и Роджер Скэнтлбери осваивали новую технологию в национальной физической лаборатории Англии. Упомянутые разработки заложили основу современного Интернета. Однако было бы неверно сводить зарождение Интернета только к разработке технологии коммутации пакетов. В начале 1960-х годов коллеги Клейнрока, ученые Ликлайдер и Роберте, стали участниками программы развития компьютерных технологий в агентстве DAPRA (Defense Advanced Research Projects Agency — агентство по защите прогрессивных исследовательских проектов). Роберте разработал схему компьютерной сети APRAnet, основанной на коммутации пакетов и являющейся прямым предком современного Интернета. Коммутаторы пакетов в то время назывались интерфейсными процессорами сообщений (Interface Message Processor, IMP), и контракт на их производство был заключен с компанией BBN. В 1969 году первые коммутаторы пакетов связали между собой несколько научных организаций США. Леонард Клейнрок вспоминает о первом неудачном использовании сети, когда попытка удаленного доступа вызвала полный крах системы. В 1972 году в сети APRAnet насчитывалось уже 15 узлов. Тогда же Роберт Каин устроил первую публичную демонстрацию APRAnet на Международной конференции по компьютерным коммуникациям. Был разработан первый протокол обмена информацией между оконечными системами (RFC 001), получивший название NCP (Network-Control Protocol — протокол управления сетью). Это позволило начать разработку сетевых приложений для APRAnet. Первая программа для работы с электронной почтой была создана программистом компании BBN Рэем Томлиисоном в 1972 году. Возникновение новых компьютерных сетей и Интернета: 1972-1980 Изначально APRAnet была изолированной закрытой сетью. Для установления связи с любым хостом сети было необходимо иметь подключение к интерфейсному процессору сообщений. В первой половине 1970-х годов появились еще несколько компьютерных сетей с коммутацией пакетов: □ коротковолновая сеть ALOHAnet соединила несколько университетов на Гавайских островах ; □ коммерческая сеть Telenet компании BBN была построена по тому же принципу, что и APRAnet; □ французская компьютерная сеть Cyclades была разработана Луизом Пузи; □ сети с временным мультиплексированием, такие как Tymnet и GE Information Services, появились в конце 1960-х — начале1970-х годов; □ сеть SNA фирмы IBM создавалась в 1969-1974 годах параллельно с APRAnet. Число компьютерных сетей продолжало расти. В 1973 году Роберт Меткалф разработал принципы технологии Ethernet, ориентированной на небольшие расстояния между соединяемыми компьютерами, которые позже обусловили стремительное развитие локальных сетей. Научившись создавать новые компьютерные сети, инженеры задумались над тем, как связать несколько сетей между собой. Первые разработки в области создания сети сетей были проведены Уинтоном Серфом и Робертом Канном. Именно тогда для описания создаваемой системы было применено слово «Интернет», Появилась первая версия протокола TCP, правда, в значительной степени отличающаяся от современной. Изначально в TCP была попытка объединить надежную последовательную передачу данных между оконечными системами (поддерживаемую протоколом и сегодня) и транспортные функции (обеспечиваемые современным протоколом IP). Уже первые эксперименты с протоколом TCP выявили важность не только надежной, но и ненадежной передачи данных (например, пакетной передачи голосовых сообщений). Это в конечном счете привело к появлению протокола IP и разработке протокола UDP, альтернативного TCP. Таким образом, три ключевых протокола Интернета, TCP, UDP и IP, появились уже в конце 1970-х годов.  Описанные выше разработки проводились под патронажем уже упоминавшегося агентства DAPRA. Тем не менее оно не являлось монополистом в области развития Интернет-технологий. На Гавайских островах ученым Норманном Абрамсоном был разработан проект сети ALOHAnet — беспроводной компьютерной сети с пакетной передачей данных. Протокол ALOHA [6], использовавшийся в ALOHAnet, был первым из так называемых протоколов множественного доступа, позволявшим географически распределенным пользователям совместно использовать ресурс среды передачи данных (частоту радиоволн). Разработки Абрамсона были использованы Меткалфом и Боггсом при создании протокола Ethernet [329] для проводных широкополосных радиосетей. Схема протокола Ethernet приведена на рис. 1.26. Интересно отметить, что к созданию Ethernet Меткалфа и Боггса подтолкнула необходимость обеспечения связи компьютеров не только друг с другом, но и с удаленными разделяемыми периферийными устройствами, такими как принтеры, накопители и т. п. [375]. Таким образом, технология Ethernet, ставшая основой для множества современных локальных компьютерных сетей, насчитывает 25-летнюю историю. Трудно переоценить ее роль в решении задачи объединения компьютерных сетей. Мы еще вернемся к обсуждению Ethernet, ALOHAnet и прочих технологий локальных сетей в главе 5. Распространение компьютерных сетей: 1980-1990 К концу 1970-х годов сеть APRAnet насчитывала уже около 200 оконечных систем. Через 10 лет число хостов в Интернете, уже объединявшем множество других компьютерных сетей, достигло 100 тысяч. Таким образом, 1980-е годы характеризуются стремительным распространением созданных ранее сетевых технологий. В начале 80-х происходило активное объединение локальных сетей университетов в крупные региональные сети. Примерами могут служить сеть B1TNET, обеспечивавшая обмен файлами и электронной почтой между университетами на северо-западе США, CSNET, объединившая исследователей в области сетевых технологий независимо от APRAnet, и др. В 1986 году была разработана сеть NSFNET, позволившая получить доступ к вычислительным ресурсам суперкомпьютеров. Начальная скорость магистрали, составившая 56 Кбит/с, к концу десятилетия выросла до 1,5 Мбит/с. Магистраль NSFNET позволила объединить между собой региональные компьютерные сети США. В 1980-е годы APRAnet уже содержала многие из компонентов, которые составляют основу современного Интернета. 1 января 1983 года стандартный протокол NCP, предназначенный для обмена данными между хостами, был заменен стеком протоколов TCP/IP (RFC 801). С этого времени стек TCP/IP используется всеми хостами Интернета. В конце 80-х в протокол TCP были внесены значительные усовершенствования, направленные на обеспечение оконечными системами контроля переполнения. Кроме того, была разработана система доменных имен (Domain Name System, DNS), связавшая мнемонические имена Интернет-ресурсов с их 32-разрядными адресами (RFC 1034). Параллельно с развитием APRAnet в США во Франции в начале 1980-х годов возник проект Minitel, имевший поддержку со стороны правительства Франции и поставивший перед собой амбициозную цель — связать все сети в единую компьютерную сеть. Система, разработанная Minitel, представляла собой открытую компьютерную сеть с коммутацией пакетов (протокол Х.25 с поддержкой виртуального канала), состоявшую из Minitel-серверов и недорогих пользовательских терминалов со встроенными низкоскоростными модемами. Большой успех пришел к проекту Minitel после того, как французское правительство объявило о раздаче бесплатных терминалов всем желающим для домашнего пользования. Сеть Minitel содержала как бесплатные, так и платные информационные ресурсы. В зените своей популярности в середине прошлого десятилетия Minitel поддерживала более чем 20 000 видов обслуживания — от удаленных банковских операций до организации доступа к специализированным исследовательским базам данных. Пользователями сети являлись более 20 % жителей Франции, доход от ее использования составлял более миллиарда долларов в год, а обслуживающий персонал состоял из 10 000 человек. Таким образом, Франции удалось опередить США в развитии национальных сетевых технблогий на целое десятилетие. Распространение Интернета: 1990-е В начале 1990-х годов произошел ряд событий, предвосхитивших Интернет-революцию и коммерциализацию компьютерных сетей. Сеть APRAnet, предок Интернета, постепенно прекратила свое существование. Появившиеся в 1980-е годы сети MILNET, Defense Data Network и NSFNETстали играть ведущую роль в объединении локальных сетей США, а также в международной передаче данных. В 1991 году на коммерческое использование NSFNET были наложены ограничения, а в 1995 году сеть также фактически прекратила свое существование, передав свои функции сетям коммерческих Интернет-провайдеров. Главным событием 90-х годов, вероятно, следует считать появление Всемирной паутины (web), приведшей Интернет в миллионы домов и организаций по всему миру. Служба web также послужила платформой для разработки и внедрения сотен новых Интернет-приложений, обеспечивающих удаленные биржевые и банковские операции, работу с потоковым мультимедиа и использование огромных информационных ресурсов. Автором web считается Тим Бернсрс-Ли, который в 1989-1991 годах развил идеи гипертекста, предложенные еще в 40-х и 60-х годах прошлого века Бушем и Нельсоном. Бернерс-Ли совместно со своими ассистентами создал первоначальные версии языка HTML, протокола HTTP, web-сервера и браузера. Таким образом, четыре «кита» Всемирной паутины фактически были придуманы одним человеком. Возможности первого браузера ограничивались лишь просмотром текстовых строк. К концу 1992 года количество web-серверов в мире достигло 200. Параллельно с внедрением новых web-серверов разработчики трудились над созданием пользовательского интерфейса браузеров. Одним из наиболее видных инженеров, проявивших себя в этой области, был Марк Андресен, руководивший созданием популярного браузера Mosaic. Альфа-версия браузера появилась в 1993 г., а в 1994 году Андресен совместно со своими коллегами учредил компанию Mosaic Communications, позже трансформировавшуюся в корпорацию Netscape Communications [105, 402]. В 1995 году студенты университетов уже активно использовали браузер Mosaic в учебных целях. Примерно в то же время огромное количество самых разных компаний стали применять web для ведения своих дел. В 1996 г. к выпуску браузеров присоединилась компания Microsoft, что положило начало «войне браузеров» между Microsoft и Netscape. На сегодняшний день можно считать, что Microsoft выигрывает эту войну. Вторая половина 1990-х годов характеризовалась небывалым прогрессом в области Интернет-технологий. Множество компаний начали разработку собственных продуктов, связанных с глобальной Сетью. Активно развивалась служба электронной почты: появились приложения, поддерживающие адресные книги, присоединение файлов к сообщениям, «горячие» ссылки и потоковое мультимедиа. К концу десятилетия были разработаны сотни Интернет-приложений, как правило, принадлежащие к одной из следующих групп: □ приложения электронной почты, включая средства присоединения файлов к сообщениям и приложения для работы с сообщениями через web-интерфейс; □ web-приложения, включая приложения для путешествий по web-страницам и Интеренет-коммерции; □ приложения для обмена сообщениями в реальном времени, пионером которых стала программа ICQ; □ приложения для однорангового совместного доступа к файловым архивам в формате МРЗ, пионером которых стала программа Napster. Создателями первых двух видов приложений были ученые, а последние два вида приложений, напротив, разрабатывались несколькими молодыми энтузиастами. Период 1995-2001 годов характеризовался активным использованием Интернета для биржевых торгов. Многие компании, практически не имевшие реальных доходов, могли иметь огромный финансовый успех на подобных электронных торгах. В 2000-2001 годах многие Интернет-биржи закрылись. Тем не менее такие компании, как Microsoft, Cisco, AOL и Yahoo!, достаточно успешно продолжают вести свой бизнес в Интернете. На протяжении 1990-х годов удалось достичь значительных успехов в области высокоскоростной маршрутизации и локальных сетей (см. главы 4 и 5 соответственно). Была разработана модель обслуживания трафика, требующего временных ограничений (например, мультимедийных приложений, описанных в главе 6). Кроме того, коммерциализация глобальной Сети актуализировала проблемы, связанные с обеспечением безопасности инфраструктуры Интернета. Новейшие разработки Сетевые технологии продолжают свое стремительное развитие. Постоянно появляются новые решения в разработке приложений, обеспечении безопасности, распределении ресурсов, Интернет-телефонии, высокоскоростной маршрутизации и передаче внутри локальных сетей. Мы бы хотели выделить три направления развития Интернета, которые считаем наиболее важными: широкополосный резидентный доступ, беспроводной доступ и одноранговая передача данных. Широкополосный резидентный доступ в Интернет с использованием линий DSL и кабельных модемов (см. раздел «Доступ к сети и ее физическая среда») в настоящее время постепенно завоевывает популярность среди домашних пользователей. По прогнозам некоторых специалистов к 2005 году до 50 % резидентных подключений к Интернету будет широкополосным, что позволит разрабатывать И использовать мультимедиа-приложения, обеспечивающие высокое качество воспроизведения в реальном времени. Особую роль это, очевидно, сыграет для видеоконференций. Беспроводной доступ в Интернет с использованием технологии i-mode чрезвычайно популярен в Японии. Устройство i-mode [4) внешне напоминает обычный мобильный телефон, однако имеет больший экран, предназначенный для вывода текстовой и графической информации. Устройство поддерживает телефонные и Интернет-соединения. Статистические данные показали, что в августе 2001 года в Я ионии было зарегистрировано более 200 миллионов абонентов i-mode, и их число постоянно увеличивается. Рост популярности беспроводных технологий также наблюдается в США и Европе, стимулируя операторов мобильной связи к обслуживанию низкоскоростных соединений с Интернетом. Кроме того, начало нового десятилетия ознаменовалось дальнейшим ростом беспроводных локальных сетей с предоставлением доступа к ним в кафе, гостиницах, государственных и коммерческих организациях, а также в домах частных пользователей. Последним новшеством, о котором мы хотим упомянуть, являются одноранговые (Р2Р) сети. Такие сети обеспечивают каждого пользователя, подключенного к сети, совместным децентрализованным доступом к ресурсам, когда обмен данными между пользователями осуществляется путем их прямого соединения между собой. Приложение Napster стало первым приложением, успешно использовавшим Р2Р-доступ для обмена файлами в формате МРЗ. С течением времени Р2Р-приложе-ния стали применяться не только для разделения МРЗ-файлов, но и для разделения видеофайлов, изображений, текста. Примером Р2Р-приложения может также служить любая программа, обеспечивающая обмен сообщениями в реальном времени (ICQ и т. п.), поскольку сообщения посылаются сторонами друг другу напрямую (обычно через TCP-соединения), без центрального сервера. Наконец, проект SETI Конвергенция сетей Сближение локальных и глобальных сетей В конце 80-х годов отличия между локальными и глобальными сетями проявлялись весьма отчетливо. Протяженность и качество линий связи. Локальные компьютерные сети по определению отличаются от глобальных сетей небольшими расстояниями между узлами сети. Это в принципе делает возможным использование в локальных сетях более качественных линий связи. Сложность методов передачи данных. В условиях низкой надежности физических каналов в глобальных сетях требуются более сложные, чем в локальных сетях, методы передачи данных и соответствующее оборудование. Скорость обмена данными в локальных сетях (10, 16 и 100 Мбит/с) в то время была существенно выше, чем в глобальных (от 2,4 Кбит/с до 2 Мбит/с). Разнообразие услуг. Высокие скорости обмена данными позволили предоставлять в локальных сетях широкий спектр услуг — это, прежде всего, разнообразные механизмы использования файлов, хранящихся на дисках других компьютеров сети, совместное использование устройств печати, модемов, факсов, доступ к единой базе данных, электронная почта и др. В то же время глобальные сети в основном ограничивались почтовыми и файловыми услугами в их простейшем (не самом удобном для пользователя) виде. Постепенно различия между локальными и глобальными типами сетевых технологий стали сглаживаться. Изолированные ранее локальные сети начали объединять 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 расстояниях свыше 100 метров, на ней же построены современные магистрали первичных сетей SDH и DWDM, предоставляющих свои цифровые каналы для объединения оборудования глобальных компьютерных сетей. Высокое качество цифровых каналов изменило требования к протоколам глобальных компьютерных сетей. На первый план вместо процедур обеспечения надежности вышли процедуры обеспечения гарантированной средней скорости доставки информации пользователям, а также механизмы приоритетной обработки пакетов особенно чувствительного к задержкам трафика, например, голосового. Эти изменения нашли отражение в новых технологиях глобальных сетей, таких как Frame Relay и ATM. В этих сетях предполагается, что искажение битов происходит настолько редко, что ошибочный пакет выгоднее просто уничтожить, а все проблемы, связанные с его потерей, перепоручить программному обеспечению более высокого уровня, которое непосредственно не входит в состав сетей Frame Relay и ATM. Большой вклад в сближение локальных и глобальных сетей внесло доминирование протокола IP. Этот протокол сегодня работает поверх любых технологий локальных и глобальных сетей (Ethernet, Token Ring, ATM, Frame Relay), объединяя различные подсети в единую составную сеть. Начиная с 90-х годов, компьютерные глобальные сети, работающие на основе скоростных цифровых каналов, существенно расширили спектр предоставляемых услуг и догнали в этом отношении локальные сети. Стало возможным создание служб, работа которых связана с доставкой пользователю больших объемов информации в реальном времени — изображений, видеофильмов, голоса, в общем, всего того, что получило название мультимедийной информации. Наиболее яркий пример — гипертекстовая информационная служба World Wide Web, ставшая основным поставщиком информации в Интернете. Ее интерактивные возможности превзошли возможности многих аналогичных служб локальных сетей, так что разработчикам локальных сетей пришлось просто позаимствовать эту службу у глобальных сетей. Процесс переноса технологий из глобальной сети Интернет в локальные приобрел такой массовый характер, что появился даже специальный термин — intranet-технологии (intra — внутренний). В локальных сетях в последнее время уделяется такое же большое внимание методам обеспечения защиты информации от несанкционированного доступа, как и в глобальных. Это обусловлено тем, что локальные сети перестали быть изолированными, чаще всего они имеют выход в «большой мир» через глобальные связи. |