Учебник_Информатика. Стандарт третьего поколениян. В. Макарова, В. Б. Волков
 Скачать 14.49 Mb.
|
|
О Tower — вертикальное расположение корпуса для напольной установки; О miniTower — вертикальное расположение корпуса для настольной установки; О Desktop — горизонтальное расположение корпуса для настольной установки. В последнее время появились новые конструкции стационарных рабочих станций: устанавливаемые в стойку и в блейд-корпус. В этом случае устанав ливается единый блок рабочих станций (возможно, в отдельном помещении) и связывается проложенными кабелями с мониторами и устройствами ввода пользователей. □ Переносной компьютер — компьютер, выполненный в виде компактного систем ного блока или моноблока. В первом случае это системный блок массой 6 -8 кг, оснащенный рукоятью для переноски, во втором — очень большой ноутбук, мас сой до 10 кг. Такого рода компьютеры предназначены для перемещения с одного рабочего места на другое, но не для постоянного ношения с собой. П РИ М ЕЧА Н И Е---------------------------------------------------------------------------------------------------------- Оба предыдущих класса компьютеров собираются на стандартных комплектующих и микропроцессорах, примеры которых приведены в табл. 12.3. Когда компьютер собран в виде моноблока, он оснащается плоским жидкокристаллическим диспле ем. В случае отдельного блока дисплей может быть как электронным, так и жидко кристаллическим. Однако в последнее время электронно-лучевые дисплеи весьма интенсивно вытесняются жидкокристаллическим плоскими экранами, и лет через 5, видимо, электронно-лучевых дисплеев не станет вовсе. 354 Глава 12. История, состояние и тенденции развития компьютеров □ Ноутбук — компьютер, выполненный в виде единого блока, раскрывающийся наподобие блокнота. Масса такого компьютера от 2 до 4 кг. Такие компьютеры призваны постоянно сопровождать владельца. Их легко переносить (обычно ноутбуки продают вместе со специальной наплечной сумкой), они быстро под ключаются к электропитанию и позволяют работать в тех местах, где стацио нарные или даже переносные компьютеры были бы не совсем уместны (напри мер, в кафе или на природе). Ноутбуки обычно оснащаются аккумуляторными батареями повышенной емкости, обеспечивающими работу в режиме чтения или ввода текста в течении 2 -5 часов. Это позволяет работать с ними там, где подключение к электросети невозможно в принципе (за городом, в обществен ном транспорте). Если еще в 2000 г. ноутбук считался признаком бизнес-класса, то сегодня, благодаря резкому удешевлению ноутбуков (в особенности с одно ядерными процессорами) и специальным программам по созданию ноутбуков для студентов и школьников, ноутбук поистине стал студенческим компьюте ром. Ноутбуки создаются на тех же типах процессоров и той же элементной базе, что и стационарные или переносные компьютеры, но в специальном ис полнении, предусматривающем уменьшение габаритов и энергопотребления. □ Субноутбук — специально миниатюризированный и облегченный ноутбук. Если размер ноутбука (напрямую зависящий от размера диагонали экрана) может составлять до полуметра (475 мм при диагонали экрана 20,1 дю|ша), то субноутбук размерами похож на малоформатную книжку и имеет массу от 600 г до 1,3 кг. Субноутбуки, выпускающиеся специально для работы в Интернете, получили название NetBook. □ Наладонный субноутбук — еще более миниатюризированная версия ноутбука, который в раскрытом виде умещается на ладони при массе 300-400 г. Надо признать, что такого рода модели вряд ли получат широкое распространение, поскольку они неудобны в применении: маленький размер клавиатуры делает на них набор текста крайне утомительной задачей. Все компьютеры, относимые к ноутбукам, обычно работают под управлением тех же операционных систем, что и стационарные компьютеры (Windows, Linux, Macintosh или UNIX). □ Карманные персональные компьютеры (КПК), или «наладонники», — миниа тюрные устройства с экраном размером 3 -4 дюйма. Современные КПК функ ционально все больше приближаются к своим старшим братьям, ноутбукам. Однако КПК имеют принципиально иное назначение: они призваны выступать в роли персонального информационного менеджера (записная книжка, неболь шая база данных, ежедневник, устройство для чтения). Поскольку КПК обычно не оснащаются физической клавиатурой, то для ввода текста в них использу ется экранная клавиатура и специальное устройство — стилус. Экран в КПК сенсорный, то есть, касаясь стилусом той или иной точки экрана, вы можете выполнять те же действия, что и наводя на эту точку указатель мыши и щелкая ее кнопкой. Такая конструкция КПК делает практически невозможным набор на нем больших объемов текста, но идеально подходит для чтения, игр, про слушивания музыки или подготовки небольших заметок. В настоящее время 12.3. Настоящее и будущее компьютеров 355 некоторые конструкции КПК оснащаются сверхминиатюрными жесткими дисками, но основным носителем информации для этого класса компьютеров все же надо признать карты флэш-памяти. Причем тенденции роста скорости передачи данных и объема флэш-памяти таковы, что к 2015 г. прогнозируется вытеснение жестких дисков даже из ноутбуков, а уж КПК точно будут работать только с этим видом памяти. □ Коммуникаторы — КПК, оснащенные дополнительными средствами связи. Можно рассматривать коммуникаторы как объединение КПК, сети и телефон ной связи. Обычно коммуникаторы не отличаются от КПК размерами и фор мой, но оснащены дополнительными разъемами для подключения телефонной гарнитуры, а в их конструкцию встроен мобильный телефон и средства мо бильной сетевой связи Wi-Fi. Такого рода устройства все чаще функционально рассматриваются как мобильные рабочие станции, позволяющие находится на связи независимо от физического местонахождения сотрудника. Коммуника торы обычно оснащены всем необходимым для чтения файлов большинства офисных приложений. Таким образом, будучи в пути или в другой ситуации, когда использование ноутбука затруднительно, вы можете принимать почту, получать документы, просматривать их и вносить коррективы, а также выхо дить в Интернет (коммуникаторы обычно оснащаются мобильными версиями интернет-браузеров). КПК и коммуникаторы собираются на специализированных комплектую щих: микропроцессоры и другие компоненты для них не имеют ничего обще го с «большими» компьютерами. Эти устройства оснащаются собственными операционными системами (Windows Mobile, Linux или Symbian), созданными специально для них. □ Планшетные компьютеры представляют собой нечто среднее между КПК и но утбуком. Оснащенные большим сенсорным экраном, планшетные компьютеры обычно либо не имеют клавиатуры, либо не предусматривают ее использования в рабочем режиме. Их назначение хорошо отражено в названии — записи и за рисовки в режиме планшета. Обычно планшетные компьютеры работают со специальными версиями операционных систем. □ Электронные книги — специальные электронные устройства с достаточно большим жидкокристаллическим экраном, плоские и легкие, назначение кото рых — чтение электронных книг. Несмотря на то что электронные книги обычно оснащены какой-либо операционной системой, они не являются компьютерами в обычном смысле слова, поскольку адаптированы для выполнения только одной функции. 12.3.5. Тенденции развития компьютеров О том, что ждет компьютерные технологии в недалеком будущем, в этой главе сказано уже немало. По многим направлениям микроэлектроники человечество уже достигает технологических пределов, но одновременно, благодаря вычисли 356 Глава 12. История, состояние и тенденции развития компьютеров тельной мощи и технологическому уровню, достигнутому на сегодняшний день, происходит интенсивный поиск новых путей. Направления развития определя ются, как и ранее, не только техническими и технологическими параметрами, но и социальными. К примеру, вряд ли кто-то из составлявших в 1998 г. руководство «РС 99 System Design Guide» мог себе представить, что такая категория компью теров, как Consumer PC, просто исчезнет, поскольку сегодня просто невозможно себе представить домашний компьютер, не оснащенный самыми современными средствами мультимедиа. Мультимедиа-компьютер, игровой компьютер и ин тернет-компьютер в одной упаковке — вот что такое современный домашний компьютер. Во многих случаях домашний компьютер — это еще и узел домашней локальной сети. Беспроводные технологии, еще недавно вызывавшие оживленные дискуссии, сегодня стали повседневной реальностью, и ноутбук, если в нем нет устройства для беспроводной связи Wi-Fi, выглядит неполноценным. То же самое можно сказать о наладонных компьютерах. Компьютеры все более интегрируются в сети, стано вясь узлами глобальной, городской и домашней сетей. Хорошим примером того, как для достижения новых высот в одной области применяются достижения в другой, служит адронный коллайдер, запущенный недавно в Швейцарии. Для обработки результатов от миллионов каналов данных с коллайдера вычислительных мощностей CERN (от франц. Conseil Europeen pour la Recherche Nucleaire — Европейский совет по ядерным исследованиям) не хвати ло, поэтому в обработке будут участвовать множество компьютеров, объединенных в единое вычислительное пространство по технологии GRID. Результаты, полученные от коллайдера, в свою очередь, помогут микротехно логиям преодолеть нано-барьер и от нанотехнологий перейти к куда более «мини атюрным» петатехнологиям. А этот переход поможет создавать принципиально новые по принципу действия микропроцессоры. На самом деле оценка перспектив развития компьютерной техники и инфор матики сегодня — дело весьма неблагодарное: слишком широким фронтом идет наука, слишком быстры темпы. Тем не менее можно выделить важные направления, в которых это развитие происходит, попытавшись представить, как разовьется компьютерная технология через 10 лет: □ Интеграция в сеть. Все больше компьютеров подключается к Интернету, и, ве роятно, в ближайшие 10 лет автономных компьютеров просто не останется. В свою очередь, это приведет к тому, что Интернет станет не только основным источником информации (заменив собой книги, радио и телевидение), но и ос новным каналом связи. Мало того, Интернет станет основным поставщиком программного обеспечения. Уже сейчас корпорация Google реализовала кон цепцию виртуального офиса. Вам не надо устанавливать на компьютер тексто 12.3. Настоящее и будущее компьютеров 357 вый редактор или электронную таблицу, достаточно зайти на сайт в Интернете и вызвать на экран нужную программу. □ Обучение и образование также в основном станут компьютерными, чему по может массовое подключение компьютеров к сети. Уже сейчас дистанционные системы обучения позволяют получить диплом государственного образца. Сегодня многие школы оснащены электронными дневниками и журналами. Дистанционное образование, вероятно, не станет полной заменой классного школьного образования, поскольку самостоятельно, не задавая учителю вопро сов, может учиться не каждый. Однако ситуация, когда классы будут виртуаль ными, вполне вероятна. Двусторонняя связь через веб-камеры и трансляция урока в режиме телеконференции, опрос, тестирование — все это технически возможно уже сегодня и частично реализовано в некоторых учебных заведени ях. Во многих университетах США такие формы обучения, как дистанционные семинары, давно уже стали повседневностью. □ Конструкция. Сами компьютеры будут претерпевать все более радикальные изменения. Ноутбуки и плоские жидкокристаллические экраны вошли в нашу жизнь почти незаметно. Следующий этап развития компьютеров, по-видимому, будет куда более революционным. Сейчас уже есть промышленные образцы проецируемых клавиатур. Не нужно обладать очень уж богатой фантазией, чтобы представить развитие этих принципов до проецируемых мыши и экрана. Таким образом, с учетом миниатюризации элементов памяти и других элемен тов компьютера, лет через десять персональный компьютер, скорее всего, будет напоминать футляр для очков. После включения из корпуса спроецируются экран (вначале на поверхности, а затем, вероятно, и в пространстве), клавиа тура и мышь. Встроенный микрофон будет воспринимать голосовые команды, микродинамики — воспроизводить звук. После окончания работы компьютер можно просто уложить в нагрудный карман. □ Интеллектуальность. Сегодня исследования, посвященные машинному само обучению, составляют немалую долю в общем объеме компьютерной науки, а в промышленном производстве уже появились первые образцы нейропро цессоров, способные на микроэлектронном уровне реализовывать топологию нейронной сети. Машинное обучение и быстрое развитие теоретических основ нейронных сетей и машин с нечеткой логикой позволят в скором будущем соз давать компьютеры, которые будут узнавать своего хозяина и даже поддержи вать беседы на определенные темы. «Умный дом», «умный автомобиль» — эти словосочетания давно на слуху, но мы плохо себе представляем, что произойдет, когда от ступени автоматизации компьютеры шагнут в область активного само обучения. Ведь, как уже отмечалось, в распоряжении этих компьютеров будет не только информация, вводимая владельцем, но и Интернет. Кажется, самые смелые прогнозы фантастов 70-х гг. могут стать реальностью. □ Выход в пограничные области знаний. О том, что компьютер — это не обязатель но микроэлектронное устройство, мы уже говорили. Однако реальные шаги к реализации типов компьютеров, отличных от электронных, до недавнего времени были очень малы и несмелы. Только в последние годы новое дыхание 358 Глава 12. История, состояние и тенденции развития компьютеров обрели исследования, направленные на создание оптических, биологических, квантовых, химических и других неэлектронных типов компьютеров. Пока рано говорить о каких-то устойчивых прогнозах. Только в области квантовых компьютеров есть более или менее завершенные эксперименты и работающие системы. Хотя с точки зрения производительности и размера эти компьютеры даже близко не могут сравниться с микроэлектронными, никто не может пред сказать, какое ускорение этим технологиям могут придать научные факты, полученные во время экспериментов, скажем, на том же адронном коллайдере. Таким образом, подводя итог, можно сказать, что компьютеры развиваются именно в том направлении, которое лучше всего разработано писателями-фанта- стами: они становятся вездесущими, все менее заметными, все более интеллекту альными, все более включенными как в глобальное информационное пространствЬ (Интернет), так и в наш быт. Вопросы для самопроверки 1. Дайте определение компьютеру. 2. Каковы основные этапы в развитии вычислительной техники? 3. Как выглядит машина Тьюринга? Была ли она изготовлена? 4. Как устроена машина фон Неймана? 5. Перечислите основные поколения компьютеров. 6. Каковы основные признаки четвертого поколения компьютеров? 7. Какие виды классификации компьютеров вы знаете? 8. Как компьютеры можно классифицировать по назначению? 9. Что такое «мэйнфрейм»? 10. Чем клиент-серверная архитектура отличается от мэйнфреймовой? 11. Что такое «сервер приложений»? 12. Сформулируйте закон Мура. 13. Что понимается под достижением технологического барьера? 14. Каковы тенденции и пути развития микропроцессоров? 15. Каким образом достигается такая большая вычислительная мощность супер компьютеров? 16. В чем состоит классификация Флинна? 17. Какие дополнительные возможности, помимо обработки запросов клиентских компьютеров, должен реализовывать современный сервер? 18. Назовите основные отличия ноутбука от КПК. 19. Каковы перспективы развития компьютеров и вычислительных систем? Литература 359 Литература 1. Воеводин Вл. В Ж ум а т и й С. А. Вычислительное дело и кластерные системы. М.: Издательство московского университета, 2007. 2. ПоворознюкА. И. Архитектура компьютеров: учебное пособие. Харьков: Торнадо, 2004. 3. Пятибратов А. П., Тудыно JI. Кириченко А. А. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. М.: Финансы и статистика, 2004. 4. Частиков А. Архитекторы компьютерного мира. СПб.: БХВ-Петербург, 2002. 5. Таненбаум Э., Ван Стеен М. Распределенные системы. СПб.: Питер, 2003. 6. Таненбаум Э. Архитектура компьютера. СПб.: Питер, 2007. Глава 13 Основы построения компьютерных сетей 13.1. История появления и развития компьютерных сетей 13.2. Развитие сетевых межкомпьютерных коммуникаций в России 13.3. Классификация компьютерных сетей 13.4. Топология компьютерных сетей 13.5. Физическая реализация среды передачи данных 13.6. Модели и протоколы компьютерных сетей 13.7. Феномен века коммуникаций Если прошлый век можно было назвать веком космоса или веком ядерной энергии, то век нынешний с той же уверенностью мо'жно охарактеризовать как век коммуникаций. Сегодня компьютерная сеть есть практически везде, она соединя ет между собой различные устройства внутри предприятий, учебных заведений, городов и домов. Нередким явлением стали внутриквартирные сети, а глобальная сеть Интернет за четверть века превратилась в явление, с которым считаются це лые государства и международные корпорации. Вычислительные системы в этих условиях все больше и больше приобретают распределенный характер и включают в себя множество компьютеров и других устройств, рассредоточенных по всему земному шару. В этой главе речь пойдет о компьютерных сетях, о том, для чего и каким образом они используются; о физических явлениях и технических устройствах, при помощи которых создаются сети; о тех правилах и законах, на основании которых через сети передаются и распределяются данные; а также о новых социальных явлениях, которые принесла с собой «сетевая революция» в нашу жизнь. 13.1. История появления и развития компьютерных сетей 361 13.1. История появления и развития компьютерных сетей На начальном этапе развития компьютерной индустрии данные обрабатывались на мэйнфремах: один мощный компьютер в многозадачном режиме с разделением времени обрабатывал данные, а ввод данных осуществлялся с терминалов, пред ставляющих собой клавиатуру и дисплей. При этом в пределах одного здания или даже одного предприятия можно было соединить терминальные рабочие места с мэйнфреймом при помощи кабеля. Создавалась структура, напоминающая со временную одноранговую локальную сеть, соединенную звездой (рис. 13.1). Мейнфрейм Бухгалтерия 4=381 Офис Рис. 13.1. Мэйнфреймовая архитектура обработки данных В этом случае по соединительному кабелю передавался весьма незначительный по сегодняшним меркам объем данных с очень невысокой скоростью. Несмотря на то что и в этом случае надо было вырабатывать какие-то правила кодирования цифровых данных для передачи их по медному кабелю, эти правила кодирования и. сам физический процесс передачи не вызывали особых затруднений: можно было обходиттся теми же правилами, по которым данные обрабатывались внутри компьютера, кодируя наличие или отсутствие высокого уровня сигнала на медной шине как ноль или единицу В полной мере эти кабельные соединения между тер миналами и мэйнфремом еще не могли называться компьютерной сетью. То, что годилось для промышленного предприятия, имеющего хотя и большую, но все-таки ограниченную площадь, оказалось непригодным для решения других задач. Компьютер стал активно использоваться в качестве хранителя и обработчика данных в таких областях, как продажа авиационных билетов, биржевая торговля, планирование и управление поставкой товара. Все эти очень разные сферы при менения были сходны в одном: они требовали наличия терминальных рабочих мест по всей стране, в то время как мощный мэйнфрейм должен был оставаться единственным. Задача соединения мэйнфрейма с терминальными устройствами 362 Глава 13. Основы построения компьютерных сетей была решена благодаря наличию сети телефонной связи, которая проложена в са мые отдаленные уголки. Решать пришлось другую задачу: как передавать через аналоговые линии телефонной связи, специальным образом приспособленные для качественной передачи человеческого голоса, цифровое данные? Вполне ло гичным выглядело решение преобразовывать цифровые данные для передачи по телефонным линиям в колебания звуковой частоты, а затем вновь преобразовывать эти колебания в цифровые данные на принимающей стороне. Сам процесс преоб разования цифровых данных в аналоговый сигнал носит название модуляции, а об ратное преобразование — демодуляции. Устройство же, выполняющее эти операции, называется модулятор-демодулятор, или, сокращенно, модем. Создание модемов и выработка технологии передачи данных по сетям теле фонной связи заложило очень хорошую основу для будущего создания ком пьютерных сетей. Для последнего шага не хватало одного: компьютеров, между которыми должны были бы устанавливаться связи. Вычисления в терминальной сети нельзя было считать распределенными, поскольку все они выполнялись одним компьютером, да и сама сеть, как уже отмечалось, была не компьютерной, а терминальной. Впервые задача создания именно компьютерных сетей в США была поставлена военными. Созданное в 1952 г. в СССР водородное оружие и запущенный в 1957 г. искусственный спутник земли поставили Соединенные Штаты перед неожиданным для них фактом: их территория стала доступна для удара советских ракет. В сроч ном порядке нужно было пересматривать всю концепцию информационной систе мы вооруженных сил, которая прежде строилась на мэйнфреймовой архитектуре. Дело в том, что в основе терминальной сети мэйнфреймовых информационных систем лежала сеть телефонной связи. В свою очередь, телефонная сеть имела иерархическую структуру, при которой все телефонные соединения сходились в крупных городах. Таким образом, вывод из строя одного лишь крупного телефон ного узла мог оставить без оперативного управления половину территории страны. Требовалось решение, в котором хорошо защищенные компьютеры информаци онной системы министерства обороны США, во-первых, могли бы обмениваться данными напрямую, минуя терминальные сети, во-вторых, продолжали бы обмен данными даже при выходе из строя одного из центральных узлов связи или одного из этих компьютеров. Информационная система в целом должна была сохранять работоспособность и после отказа своих важных компонентов. Для этого нужен был принципиально иной подход как к работе самой вычислительной системы, так и к организации коммуникаций и передачи данных между компьютерами. Еще в начале 50-х гг. прошлого бека сотрудник корпорации RAND Пол Бэрэн проводил по заказу министерства обороны США соответствующие изыскания и предложил структуру высоконадежной сети (рис. 13.2). 13.1. История появления и развития компьютерных сетей 363 Рис. 13.2. Высоконадежная сеть Пола Бэрэна В этой сети, благодаря продуманной, а вернее, просчитанной, топологии, при выходе из строя даже половины узлов оставшаяся сеть с высокой вероятностью продолжала работать как единое целое. При этом Бэрэн предложил использовать для передачи данных между узлами не непрерывный аналоговый сигнал, а пакеты, то есть делить данные на фрагменты небольшого объема, передача которых была более надежной и которые позволяли быстро повторить пересылку в случае неуда чи. К сожалению, реализовывать идеи Бэрэна было поручено телефонной компании AT&T, которая отвергла эти принципы как нереализуемые. Таким образом, к моменту, когда США остро нуждались в высоконадежной рас пределенной информационной системе, этой системы у них не было. Для быстрого решения проблемы были выделены деньги и создана единая научная организация ARPA (Advanced Research Projects Agency — управление по перспективным науч ным исследованиям). Результатом деятельности этой организации было несколько весьма важных решений. □ Во-первых, агентство ARPA вместо организации закрытых военных лаборато рий предложило решать поставленные задачи университетам, выделив гранты на проведение исследований. □ Во-вторых, агентство реанимировало идеи Бэрэна о пакетной передаче данных и распределенной сети, начав проектировать и строить национальную сеть, со единяющую исследовательские центры. □ В-третьих, благодаря щедрому финансированию ARPA, университеты получили возможность купить и установить в одном месте несколько компьютеров (в то время, когда персональных компьютеров еще не было, несколько компьютеров в одной организации были большой редкостью). Таким образом, каждый во- 364 Глава 13. Основы построения компьютерных сетей влеченный университет, кроме работы в рамках проекта общенациональной сети, получил возможность проводить эксперименты в рамках университетской локальной вычислительной сети. □ В-четвертых, несмотря на пристальное внимание к развивающейся националь ной компьютерной сети, агентство проводило исследования в области сетей, построенных на базе спутниковой и наземной радиосвязи. В результате этой работы уже в 1972 г. грузовик, перемещавшийся по штату Калифорния и осна щенный терминалом, мог управлять компьютером, установленным в Лондоне. Хорошее финансирование университетов и весомые денежные добавки от ARPA сделали свое дело. Сеть ARPANET, в которую поначалу были включены всего 4 университета (1969 г.), стала быстро расширяться, и к 1972 г. к ней подключились уже 34 университета, а сама сеть приобрела ярко выраженную смешанную топо логию, в которой любой компьютер имел как минимум два пути передачи данных. Однако во всем этом процессе развития сети не хватало того, что условно можно было бы назвать «резкостью» картинки. Если в сети ARPANET, объединяющей университеты, наблюдалось единообразие как программного обеспечения, так и технических решений (во всех узлах сети были установлены компьютеры одной марки, Honeywell DDP-316), то на уровне локальных сетей университетов царил настоящий «зоопарк» протоколов, которые каждый из университетов был вы нужден изобретать для себя самостоятельно. Завершающим аккордом в процессе формирования сети ARPANET можно назвать создание в университете Беркли операционной системы UNIX 4.2 BSD. В состав этой операционной системы по за казу APR А были включены сетевые разработки, успешно проявившие себя к этому времени: протоколы T C P /IP , сокеты и системные сетевые утилиты. Университеты получили унифицированное и готовое к применению программное обеспечение, при помощи которого можно было не только строить локальные сети, но и легко подключаться к сети ARPANET. С этого момента сеть ARPANET вступила в эпоху своего лавинообразного роста. Бурный рост и безусловный положительный эффект, который оказала сеть ARPANET на научные исследования в университетах, вовлеченных в проект, при влекло внимание Национального научного фонда (National Science Foundation, NSF) США. Отмечая, что возможность практически мгновенно обмениваться ре зультатами исследований многократно ускоряет ход научных исследований, фонд NSF выявил то, что сдерживало развитие сети ARPANET: для подключения к ней любой университет должен был заключать специальный договор с министерством обороны, причем министерство обороны не стремилось к дальнейшему расти-, рению своего сотрудничества с университетами. Такое положение дел привело к решению о создании сети NSFNET, которая стала альтернативной ARPANET и к которой могли подключиться любые университеты. Первоначальное финан сирование проекта по созданию NSFNET было внушительным. Была построена сетевая магистраль, связавшая 6 университетских центров, оснащенных суперком пьютерами, и создано 20 региональных сетей, соединенных с этой магистралью. В результате практически все университеты США получили возможность доступа к суперкомпьютерам базовых научных центров. Нужно отметить также факт при- 13.2. Развитие сетевых межкомпьютерных коммуникаций в России 365 нятия в 1983 г. протоколов T C P /IP в качестве официальных сетевых стандартов. Массовый рост количества локальных сетей, подключенных к ARPANET и NS FNET, продолжался, сопровождаясь серьезным давлением бизнес-сообщества, которое давно уже поняло выгоду и прибыльность новой технологии. В 1990 г. сеть NSFNET была переведена на коммерческие рельсы. Этот перевод облегчил участие бизнеса в дальнейшем развитии компьютерных коммуникаций. Появление персональных компьютеров ускорило процесс роста компьютерных сетей, к которым стали присоединятся не только научные центры, но и дома обыч ных граждан. Создание на Европейском континенте своих региональных сетей и объединение их с американскими сетями ознаменовало собой эпоху наступления Интернета, сети, объединяющей не столько компьютеры, сколько другие сети. Таким образом, Интернет — это не глобальная сеть, а сеть сетей. 13.2. Развитие сетевых межкомпьютерных коммуникаций в России Развитие межкомпьютерных коммуникаций и сетей в России тесно связано с появлением в России зарубежных (главным образом американских) технологий и может обсуждаться в основном с исторической, но никак не с технологической точки зрения. Вся технология пришла к нам из США. Если же говорить об истории, то первое в Советском Союзе подключение к И н тернету было реализовано на деньги американской организации «Ассоциация за прогрессивные коммуникации» и осуществлялось по трем модемным линиям, к которым на основе коммутируемых соединений подключалось 50 пользователей. Так была создана общественная организация Гласнет. В 1993 г. эта общественная организация превратилась в коммерческого интернет-провайдера. Вся дальнейшая история межкомпьютерных коммуникаций СССР и России практически полно стью основана на американских технологиях. Сеть Релком, создававшаяся как региональная научная сеть, технологически также полностью была основана на уже существующих решениях, стандартах и компьютерах американских моделей (РС-286, затем Micro VAX 3). Это вполне понятный выбор, поскольку в то время мы не могли быть законодателями компьютерной моды, и России оставалось только обеспечивать возможность подключения к уже сформированным в мире глобальным сетям. На сегодняшний день Россия, по-прежнему основываясь в основном на зарубеж ных технологиях, обладает развитой сетевой инфраструктурой, позволяющей ей не только полноценно участвовать в жизни глобальной сети сетей (Интернета), но и создавать весьма сложные решения, основанные на распределенных вычислени ях. Благодаря неоднократным усилиям и решениям руководства страны в области компьютеризации и интернетизации образования, компьютеры есть в большинстве учебных заведений страны, многие школы и практически все вузы подключены к Интернету. Локальные сети присутствуют повсеместно: в супермаркетах и не больших магазинах, в частных фирмах и государственных учреждениях, в вузах 366 Глава 13. Основы построения компьютерных сетей и детских садах. Уже в прошлом то время, когда от сотрудников не требовалось владение компьютером даже на уровне пользователя, сегодня неумение работать с компьютером приравнено к неумению писать или читать. 13.3. Классификация компьютерных сетей Компьютерные сети можно классифицировать множеством способов по самым различным признакам (рис. 13.3). Рис. 13.3. Классификация компьютерных сетей 13.3. Классификация компьютерных сетей 367 13.3.1. Классификация по технологии передачи данных По технологии передачи данных различают широковещательную передачу (broadcasting) и передачу от узла к узлу (peer-to-peer). Широковещательная передача В технологии широковещательной передачи сообщение, отправленное одним компьютером в сеть, «слышат» все остальные компьютеры. При этом, поскольку в сообщении указано, кто является адресатом, принимает его только компьютер, для которого оно предназначено, остальные же компьютеры игнорируют это со общение. Передача от узла к узлу Передача от узла к узлу, или двухточечная передача, подразумевает наличие изолированного канала между двумя компьютерами. В этом случае отпадает не обходимость в каждом сообщении оповещать, для какого именно компьютера оно предназначено. Сам канал является идентификатором адресата. Вполне есте ственно, что аналогом двухточечной связи в нашей жизни являются телефонные переговоры между двумя людьми. 13.3.2. Классификация по типу коммутации между узлами Когда речь идет о коммутации, имеется в виду физический и логический уровни, на которых происходит соединение двух узлов сети между собой, а также техноло гия, используемая для передачи данных между этими двумя узлами. По типу коммутации между узлами различают сети с коммутацией каналов и пакетов. Сеть с коммутацией каналов При организации сети с коммутацией каналов на время передачи данных между двумя узлами образуется цепь взаимосвязанных последовательных отрезков пути передачи данных, которая образует канал. Этот канал представляет собой ф и зическое соединение между взаимодействующей парой узлов, которое не может быть использовано в этот момент другими узлами для передачи своих данных. Естественным примером сети с коммутацией физических каналов является сеть, которая образуется при подключении к провайдеру Интернета по телефонной 368 Глава 13. Основы построения компьютерных сетей линии. Нужно учитывать тот факт, что сетью с коммутацией каналов при этом будет только фрагмент канала от компьютера клиента до компьютера провайдера. Однако коммутация каналов может происходить и на логическом уровне, когда для данных, передаваемых между двумя компьютерами в сети с множеством вариантов маршрута, прокладывается один маршрут и на время установления соединения об разуется логический (виртуальный) канал с зарезервированной и гарантированной скоростью прохождения данных. Сеть с коммутацией пакетов В случае сети с коммутацией пакетов логическая единица данных (например, файл), пересылаемая между двумя компьютерами в сети, разделяется на неболь шие фрагменты, получившие название пакетов. Между пунктом отправки пакета и пунктом его приема может быть расположено множество узлов (примерно так, как показано на рис. 13.2). При этом пакеты могут передаваться от компьютера- отправителя к компьютеру-получателю разными путями. Пакеты, отправленные позже, могут быть приняты раньше. Пакеты, при пересылки которых произошла ошибка, могут быть посланы повторно. Передача заканчивается тем, что на ком пьютере-получателе накапливаются все пакеты и из них собирается передаваемая логическая единица данных. Благодаря своим бесспорным преимуществам с точки зрения оптимальной эксплуатации пропускной способности сети в целом пакетная коммутация в современных сетях является доминирующей. 13.3.3. Классификация по среде передачи данных По среде передачи данных различают проводные и беспроводные сети. Проводные сети Проводные соединения компьютеров реализуются при помощи медного провода. Такого рода соединения появились на заре компьютерных сетей, когда скорость передачи данных была невысока, а каналы, связывающие два компьютера, не со держали промежуточных узлов и устройств. Сегодня происходит возврат к идее использования проводных сред передачи данных на новой технологической сту пени. Любая развитая страна уже имеет проводные соединения, связывающие между собой практически все населенные пункты. Это — единая энергосистема страны. Провода уже проложены, остается только приспособить их к передаче компьютерных данных. Кабельные соединения реализуются при помощи групп проводов, объединенных общей оболочкой. Обычно для коммутации в компьютерных сетях применяют кабель типа «витая пара», в котором каждая пара проводников перекручена между собой с небольшим шагом. Кабельные коаксиальные соединения реализуются при помощи одножильного кабеля с экранирующей оплеткой, предназначенного для передачи переменного электрического тока высокой (радио) частоты. 13.3. Классификация компьютерных сетей 369 Оптоволоконные соединения реализуются при помощи кабеля, проводящего не электрический ток, а световой луч. В центре такого кабеля лежит специальный материал, называемый оптоволокном. Беспроводные сети Радиочастотные наземные каналы представлены каналами наземной мобильной связи, технологиями Wi-Fi и Blutooth. Данные в этом случае передаются электро магнитными волнами .очень высокой частоты (в миллиметровом диапазоне), и расстояние передачи данных весьма невелико, от десятков метров до расстояния прямой видимости. В случае радиочастотных спутниковых каналов данные передаются через ис кусственные спутники земли. При этом расстояние, на которое могут передаваться данные, может быть очень большим (с континента на континент), но прием и пере дача данных требует специального, пока еще довольно громоздкого оборудования (направленные спутниковые антенны, так называемые «тарелки»). Возможности других сред Помимо рассмотренных сред передачи данных в компьютерных сетях, теоре тически существуют и другие. Так, можно представить себе передачу цифровых данных по сфокусированному световому лучу (например, лазерному) в вакууме. Тот факт, что данный способ сегодня не используется (или используется крайне редко), не значит, что он не будет востребован завтра. Никто не пытался задейство вать для передачи информации гравитационное поле, для этого сегодня просто не хватает соответствующих знаний. Однако наука развивается, и, возможно, уже через несколько лет будут использоваться такие среды передачи данных, которые окажутся в десятки и сотни раз производительнее нынешних. 13.3.4. Классификация по территориальному охвату Классификация компьютерных сетей по их размеру приведена в табл. 13.1. Таблица 13.1. Классификация компьютерных сетей по размеру |