Урок 2 (згідно робочої навчальної програми) Огляд історії розвитку комп'ютерних мереж Питання для вивчення
 Скачать 0.53 Mb.
|
|
Урок № 2 (згідно робочої навчальної програми) Огляд історії розвитку комп'ютерних мереж Питання для вивчення: 1. Системи пакетної обробки даних 2. Багатотермінальні системи 3. Перші глобальні комп'ютерні мережі 4. Перші локальні комп'ютерні мережі Комп'ютерні мережі, звані мережами передачі даних є логічним результатом еволюції двох найважливіших науково - технічних галузей сучасної цивілізації комп'ютерних і телекомунікаційних технологій. Багатотермінальні системи, що працюють в режимі поділу часу стали першим кроком на шляху створення локальних обчислювальних мереж . Системи пакетної обробки. Комп'ютерним коренем сучасних комп'ютерних мереж є перші комп'ютери, які з'явилися в 50-х роках і мали назву мейнфреми - це великі, громіздкі і дорогі - призначалися для дуже невеликого числа вибраних користувачів. Часто ці монстри займали цілі будівлі. Такі комп'ютери не були призначені для інтерактивної роботи користувача, а застосовувалися в режимі пакетної обробки . Системи пакетної обробки, як правило, будувалися на базі мейнфрейма - потужного і надійного комп'ютера універсального призначення. Робота з мейнфремами здійснювалась за допомогою перфокарт зі вмістом програм та даних, які користувачі передавали в обчислювальний центр. Оператори вводили ці карти в комп'ютер, а користувачі отримували роздруковані результати. Це займало досить великий проміжок часу, який значно збільшувався у випадку помилки при внесенні даних до перфокарти. В цьому випадку на перший план ставилася не зручність та доступність роботи користувача, а ефективність роботи процесора обчислювальної машини. Звідси можна зробити висновок, що робота на базі системи пакетної обробки суттєво знижувала ефективність роботи самих користувачів, не враховувала їх інтереси та була досить не ефективною. Багатотермінальні системи. По мірі здешевлення процесорів на початку 60-х років з'явилися нові способи організації обчислювального процесу, які дозволили врахувати інтереси користувачів. Почали розвиватися інтерактивні багатотермінальні системи поділу часу. У таких системах кожен користувач отримував власний термінал, за допомогою якого він міг вести діалог з комп'ютером. Кількість одночасно працюючих з комп'ютером користувачів визначалося його потужністю: час реакції обчислювальної системи повинен був бути досить малим, щоб користувачеві була не дуже помітна паралельна робота з комп'ютером інших користувачів. Таким чином термінами могли розосереджуватися по всьому підприємству. Подібні багатотермінальні централізовані системи зовні вже були дуже схожі на локальні обчислювальні мережі. Користувач міг отримати доступ до загальних файлів і периферійних пристроїв. Багатотермінальні системи, що працюють в режимі розділення часу, стали першим кроком на шляху створення локальних обчислювальних мереж. Проте, багатотермінальні системи, хоч і мали зовнішні риси розподілених систем, але все ще підтримували централізовану обробку даних. До того ж потреба підприємств в створенні локальних мереж в цей час ще не дозріла - в одній будівлі просто нічого було об'єднувати в мережу, так як через високу вартість обчислювальної техніки підприємства не могли собі дозволити розкіш придбання декількох комп'ютерів. Перші глобальні комп'ютерні мережі. Потреба в поєднанні комп'ютерів, що знаходяться на великій відстані один від одного, на той момент вже цілком назріла. Почалося все з вирішення більш простої задачі - доступу до комп'ютера з терміналів дуже віддалених від нього. Термінали з'єднувалися з комп'ютерами через телефонні мережі за допомогою модемів. Такі мережі дозволяли численним користувачам отримувати віддалений доступ до ресурсів декількох могутніх суперкомп'ютерів. Потім з'явилися системи, в яких поряд з віддаленими з'єднаннями типу термінал — комп'ютер були реалізовані і віддалені зв'язки типу комп'ютер — комп'ютер. Комп'ютери отримали можливість обмінюватися даними в автоматичному режимі, що і є базовою ознакою будь-якої обчислювальної мережі . На основі подібного механізму в перших мережах були реалізовані служби обміну файлами, синхронізації баз даних, електронної пошти та інші мережеві служби. Отже, хронологічно першими з'явилися глобальні мережі (Wide Area Network, WAN). Глобальні комп'ютерні мережі дуже багато успадкували від інших, набагато більш старих і поширених глобальних мереж - телефонних. Головне технологічне нововведення, яке привнесли з собою перші глобальні комп'ютерні мережі, полягає у відмові від принципу комутації каналів, що протягом багатьох десятків років успішно використовувалося в телефонних мережах. Оскільки прокладення високоякісних ліній зв'язку на великі відстані обходилося дуже дорого, то в перших глобальних мережах часто використовувалися вже існуючі канали зв'язку. Наприклад, протягом багатьох років глобальні мережі будувалися на основі телефонних каналів тональної частоти, здатних у кожний момент часу вести передачу тільки однієї розмови в аналоговій формі. Оскільки швидкість передачі дискретних комп'ютерних даних по таких каналах була дуже низькою, набір послуг, що надавалися в глобальних мережах такого типу, зазвичай, обмежувався передачею файлів і електронною поштою. У 1969 році міністерство оборони США ініціювало роботи з об'єднання в єдину мережу суперкомп'ютерів оборонних і науково-дослідних центрів. Ця мережа отримала назву ARPANET, стала відправною точкою для створення першої і самої відомої нині глобальної мережі — Інтернет. Мережа ARPANET об'єднувала комп'ютери різних типів, що працювали під управлінням різних операційних систем з додатковими модулями, що реалізують комунікаційні протоколи, загальні для всіх комп'ютерів мережі. ОС цих комп'ютерів можна вважати першими мережевими операційними системами. Мережеві ОС на відміну від багатотермінальних дозволяли не тільки розподілити користувачів, а й організувати розподілені зберігання і обробку даних між декількома комп'ютерами, пов'язаними електричними зв'язками. Програмні модулі, що реалізують мережеві функції, з'являлися в операційних системах поступово, у міру розвитку мережевих технологій, апаратної бази комп'ютерів і виникнення нових завдань, що вимагають мережевої обробки. Перші локальні комп'ютерні мережі. Важлива подія, що вплинула на еволюцію комп'ютерних мереж, сталася на початку 70-х років. В результаті технологічного прориву в області виробництва комп'ютерних компонентів з'явилися великі інтегральні схеми (ВІС). Їх порівняно невисока вартість і хороші функціональні можливості привели до створення міні- комп'ютерів, які стали реальними конкурентами мейнфреймів. Навіть невеликі підрозділи підприємств отримали можливість мати власні комп'ютери. Таким чином, з'явилася концепція розподілу комп'ютерних ресурсів по всьому підприємству, однак, при цьому, всі комп'ютери однієї організації як і раніше продовжували працювати автономно, але користувачів не задовольняла ізольована робота на власному комп'ютері: їм хотілося, в автоматичному режимі, обмінюватися комп'ютерними даними з користувачами інших підрозділів. Відповіддю на цю потребу стала поява перших локальних обчислювальних мереж. На перших порах для з'єднання комп'ютерів один з одним використовувалися нестандартні мережеві технології. Це викликало багато проблем пов'язаних з несумісністю мережевого обладнання. Різноманітні пристрої сполучення, що використовують власні способи представлення даних, свої типи кабелів і т.п., могли з'єднувати тільки ті конкретні моделі комп'ютерів, для яких були розроблені, наприклад, міні-комп'ютери PDP -11 з мейнфреймом IBM 360 або міні-комп'ютери HP з мікрокомп'ютерами LSI -11. У середині 80-х років стан справ в локальних мережах кардинально змінився. Утвердилися стандартні мережеві технології об'єднання комп'ютерів у мережу Ethernet, Arcnet, Token Ring, Token Bus, дещо пізніше — FDDI. Кінець 90-х виявив явного лідера серед технологій локальних мереж - сімейство Ethernet, до якого увійшли класична технологія Ethernet зі швидкістю передачі 10 Мбіт/с, а також Fast Ethernet зі швидкістю 100 Мбіт/с і Gigabit Ethernet зі швидкістю 1000 Мбіт/с. Питання для контролю вивченого матеріалу: 1. Назвіть та охарактеризуйте основні етапи створення комп'ютерних мереж. 2. За допомогою якої технології відбувалася передача даних в перших комп'ютерних мережах? 3. Яким чином виникла глобальна мережа Інтернет? 4. Що дало поштовх для створення локальних мереж? Література: Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы/В. Г. Олифер, Н. А. Олифер. — СПб.: Питер, 2001. — 672 е.: ил., стор. 24-35 Урок № 3 (згідно робочої навчальної програми) Огляд основних мережевих характеристик Питання для вивчення: 1. Типи характеристик роботи мережі. 2. Продуктивність роботи мережі. 3. Надійність та безпека роботи мережі. 4. Розширюваність та масштабованість мережі. 5. Інші види мережевих характеристик. Типи характеристик роботи мережі. Суб'єктивні оцінки якості. Користувачі очікують від мережі та провайдера отримувати наступні види послуг: – швидкість роботи мережі (без затримок); – надійну передачу трафіку; – безперебійне надання послуг (24/7); – добру роботу служби підтримки; – захист мережі від вірусів та зламників; – можливість контролю власного трафіку; – хостинг для розміщення сайту та послуги ІР-телефонії. Ці суб'єктивні оцінки відображають побажання користувачів до якості мережевих сервісів. Користувачі, клієнти - це найважливіша сторона будь-якого бізнесу, у тому числі бізнесу мереж передачі даних, але існує і ще одна сторона- постачальник послуг (комерційний, якщо це публічна мережа, і некомерційний, якщо це корпоративна мережа). Для того щоб користувачі і постачальники послуг могли обґрунтовано судити про якість сервісів, існують формалізовані характеристики якості послуг мережі, що дозволяють кількісно оцінити той чи інший аспект якості. Характеристики та вимоги до мережі. Під час роботи в мережі, користувач формулює певні вимоги до її характеристик. Наприклад, користувач може очікувати, щоб середня швидкість передачі його інформації через мережу не опускалася нижче 2 Мбіт/с. Тобто, в даному випадку, користувач задає той діапазон значень для середньої швидкості передачі інформації через мережу, який для нього означає гарну якість сервісу. Всі безліч характеристик якості транспортних послуг мережі можна віднести до однієї з наступних груп: – продуктивність; – надійність; – безпека; – характеристики, які мають значення тільки для постачальника послуг. Перші три групи відповідають трьом найбільш важливим для користувача характеристик транспортних послуг - можливості без втрат і перерв в обслуговуванні (надійність) передавати із заданою швидкістю (продуктивність) захищену від несанкціонованого доступу та підміни інформацію (безпека). Зрозуміло, що постачальник мережевих послуг, прагнучи задовольнити вимоги користувачів, також приділяє увагу цим характеристикам. У той же час, існує ряд важливих для постачальника характеристик мережі, які не цікавлять користувачів. Справа в тому, що мережа обслуговує велику кількість користувачів, і постачальнику послуг потрібно організувати роботу своєї мережі таким чином, щоб одночасно задовольнити вимоги всіх користувачів. Як правило, це складна проблема, тому що основні ресурси мережі - лінії зв'язку і мережеве обладнання - розділяються між інформаційними потоками користувачів. Постачальнику необхідно знайти такий баланс у розподілі ресурсів між конкуруючими потоками, щоб вимоги всіх користувачів були дотримані. Вирішення цього завдання включає планування і контроль витрат ресурсів у процесі передачі користувача трафіку. Постачальника цікавлять ті характеристики ресурсів, за допомогою яких він обслуговує користувачів. Часова шкала. Ще один спосіб класифікації характеристик - відповідно до тимчасової шкали, на якій ці характеристики визначаються. Довготривалі характеристики визначаються на проміжках часу від декількох місяців до декількох років. Їх можна назвати характеристиками проектних рішень. Прикладами таких характеристик є набір моделей і кількість мережевого обладнання в мережі, топологія і пропускна спроможність ліній зв'язку. Ці параметри мережі прямо впливають на характеристики якості послуг мережі. Одне проектне рішення може виявитися вдалим і збалансованим, так що потоки трафіку не будуть відчувати перевантажень; інше може створювати вузькі місця для потоків, в результаті затримки і втрати пакетів перевищать допустимі межі. Середньострокові характеристики визначаються на інтервалах часу від декількох секунд до декількох днів, як правило, включають обслуговування великої кількості пакетів. Наприклад, до середньострокових характеристик може бути віднесено усереднене значення затримки пакетів за вибіркою, взятою протягом доби. Короткострокові характеристики відносяться до темпу обробки окремих пакетів і вимірюються в мікросекундних і мілісекундних діапазонах. Наприклад, час буферизації, або час перебування пакета в черзі мережевого обладнання, є характеристикою цієї групи. Для аналізу та забезпечення необхідного рівня короткострокових характеристик розроблено велику кількість методів, що одержали назву методів контролю та запобігання перевантажень (congestions control and congestion avoidance). Договір про якість обслуговування. Природною основою нормального співробітництва постачальника послуг і користувачів є договір. Договір завжди укладається між клієнтами та постачальниками послуг публічних мереж передачі даних, проте не завжди в ньому вказуються кількісні вимоги до ефективності наданих послуг. Однак існує й інший тип договору, званий угодою про рівень обслуговування (Service Level Agreement, SLA). У такій угоді постачальник послуг і клієнт описують якість послуги в кількісних термінах, користуючись характеристиками ефективності мережі. Наприклад, в SLA може бути записано, що постачальник зобов'язаний передавати трафік клієнта без втрат і з тієї середньою швидкістю, з якою користувач направляє його в мережу. Угоди SLA можуть полягати не тільки між постачальниками комерційних послуг та їх клієнтами, а й між підрозділами одного і того ж підприємства. У цьому випадку постачальником мережевих послуг може бути, наприклад, відділ інформаційних технологій, а споживачем - виробничий відділ. Продуктивність роботи мережі. Потенціально висока продуктивність - це одна з основних переваг розподілених систем, до яких відносяться комп'ютерні мережі. Ця властивість забезпечується принциповою, але, на жаль, не завжди практично реалізованою можливістю розподілу робіт між декількома комп'ютерами мережі. Основні характеристики продуктивності мережі : – час реакції ; – швидкість передачі трафіку; – пропускна здатність; – затримка передачі і варіація затримки передачі . Час реакції мережі є інтегральною характеристикою продуктивності мережі з точки зору користувача. У загальному випадку час реакції визначається як інтервал між виникненням запиту користувача до якої-небудь мережевої служби і отриманням відповіді на нього. Очевидно, що значення цього показника залежить від типу служби, до якої звертається користувач, від того, який користувач і до якого сервера звертається, а також від поточного стану елементів мережі. Тому має сенс використовувати також і середньозважену оцінку часу реакції мережі, усереднюючи цей показник по користувачам, серверам і часу дня (від якого в значній мірі залежить завантаження мережі). Час реакції мережі (див. часова шкала) складається з декількох складових. У загальному випадку в нього входить: – час підготовки запитів на клієнтському комп'ютері ; – час передачі запитів між клієнтом і сервером через сегменти мережі і проміжне комунікаційне обладнання ; – час обробки запитів на сервері ; – час передачі відповідей від сервера клієнту і час обробки одержуваних від сервера відповідей на клієнтському комп'ютері. Знання складових часу реакції дозволяє оцінити продуктивність окремих елементів мережі, виявити вузькі місця і при необхідності виконати модернізацію мережі для підвищення її загальної продуктивності. Продуктивність мережі може характеризуватися також швидкістю передачі трафіку. Пропускна здатність - максимально можлива швидкість обробки трафіку, що характеризується стандартом технології, на якій побудована мережа. Пропускна здатність відображає максимально можливий обсяг даних, який передається мережею або її частиною в одиницю часу. Пропускна здатність вже не є, подібно часу реакції або швидкості проходження даних по мережі, характеристикою для користувача, так як вона говорить про швидкість виконання внутрішніх операцій мережі - передачі пакетів даних між вузлами мережі через різні комунікаційні пристрої. Проте вона безпосередньо характеризує якість виконання основної функції мережі - транспортування повідомлень - і тому частіше використовується при аналізі продуктивності мережі, ніж час реакції або швидкість. Пропускна здатність вимірюється або в бітах в секунду, або в пакетах в секунду. Затримка передачі визначається як затримка між моментом надходження даних на вхід якого-небудь мережевого пристрою або частини мережі і моментом появи їх на виході цього пристрою. Цей параметр продуктивності по значенню близький до часу реакції мережі, але відрізняється тим, що завжди характеризує тільки мережеві етапи обробки даних, без затримок обробки кінцевими вузлами мережі. Звичайно, якість мережі характеризують величинами максимальної затримки передачі і варіацією затримки. Пропускна здатність мережі є постійною величиною, швидкість передачі трафіку може варіюватися залежно від завантаження мережі, не перевищуючи, звичайно, межі, встановлюваного пропускною здатністю. Надійність та безпека роботи мережі. Важливо розрізняти кілька аспектів надійності. Для порівняно простих технічних пристроїв використовуються такі показники надійності , як: – середній час напрацювання на відмову ; – імовірність відмови ; – інтенсивність відмов . Однак, ці показники придатні для оцінки надійності простих елементів і пристроїв, які можуть перебувати лише у двох станах - працездатному або непрацездатному. Складні системи, що складаються з багатьох елементів, крім станів працездатності і непрацездатності, можуть мати й інші проміжні стани, які ці характеристики не враховують. Для оцінки надійності складних систем застосовується інший набір характеристик : – готовність або коефіцієнт готовності ; – збереження даних ; – узгодженість ( несуперечність ) даних ; – імовірність доставки даних; – безпека; – відмовостійкість. Готовність або коефіцієнт готовності (availability) означає період часу, протягом якого система може використовуватися. Готовність може бути підвищена шляхом введення надмірності в структуру системи: ключові елементи системи повинні існувати в кількох примірниках, щоб при відмові одного з них функціонування системи забезпечували інші. Щоб комп'ютерну систему можна було вважати високонадійною, вона повинна як мінімум володіти високою готовністю, але цього недостатньо, також необхідно забезпечити збереження даних і захист їх від спотворень. Крім того, повинна підтримуватися узгодженість (несуперечність) даних. Так як мережа працює на основі механізму передачі пакетів між кінцевими вузлами, однією з характеристик надійності є імовірність доставки пакета вузлу призначення без спотворень. Поряд з цією характеристикою можуть використовуватися й інші показники, такі як, імовірність втрати пакета, імовірність спотворення окремого біта переданих даних, співвідношення кількості втрачених і доставлених пакетів. Іншим аспектом загальної надійності є безпека (security), тобто, здатність системи захистити дані від несанкціонованого доступу. У розподіленій системі це зробити набагато складніше, ніж в централізованій. У мережах повідомлення передаються по лініях зв'язку, які проходять через загальнодоступні приміщення, в яких можуть бути встановлені засоби прослуховування ліній. Іншим вразливим місцем можуть стати залишені без нагляду персональні комп'ютери. Крім того, завжди є потенційна загроза злому захисту мережі від неавторизованих користувачів, якщо мережа має виходи в глобальні загальнодоступні мережі . Ще однією характеристикою надійності є відмовостійкість (fault tolerance). У мережах під відмовостійкісттю розуміється здатність системи приховати від користувача відмову окремих її елементів. У відмовостійкій системі вихід з ладу одного з її елементів приводить до деякого зниження якості її роботи (деградації), а не до повного зупинення роботи. Так, при відмові одного з файлових серверів збільшується тільки час доступу через зменшення ступеня розпаралелювання запитів, але в цілому система продовжуватиме виконувати свої функції. Розширюваність та масштабованість мережі. Розширюваність (extensibility) означає можливість порівняно легкого додавання окремих елементів мережі (користувачів, комп'ютерів, додатків, служб), нарощування довжини сегментів мережі і заміни існуючої апаратури більш потужною. Масштабованість (scalability) означає, що мережа дозволяє нарощувати кількість вузлів і протяжність зв'язків в дуже широких межах, при цьому продуктивність мережі не погіршується. Для забезпечення масштабованості мережі доводиться застосовувати додаткове комунікаційне обладнання і спеціальним чином структурувати мережу. Інші види мережевих характеристик. Прозорість мережі. Прозорість (transparency) мережі досягається в тому випадку, коли мережа представляється користувачам не як безліч окремих комп'ютерів, зв'язаних між собою складною системою кабелів, а як єдина традиційна обчислювальна машина з системою поділу часу. Прозорість може бути досягнута на двох різних рівнях - на рівні користувача і на рівні програміста. На рівні користувача прозорість означає, що для роботи з віддаленими ресурсами він використовує ті ж команди і звичні процедури, що і для роботи з локальними ресурсами. На програмному рівні прозорість полягає в тому, що додатку для доступу до віддалених ресурсів потрібні ті ж виклики, що і для доступу до локальних ресурсів. Прозорість - властивість мережі приховувати від користувача деталі свого внутрішнього устрою, що спрощує роботу в мережі. Підтримка різних видів трафіку. Комп'ютерні мережі спочатку призначалися для спільного доступу до ресурсів комп'ютерів: файлів, принтерів і т.п. У 90-ті роки в комп'ютерних мережах було застосовано трафік мультимедійних даних, що представляють в цифровій формі голос і відеозображення. Комп'ютерні мережі стали використовуватися для організації відеоконференцій, навчання на основі відеофільмів і т.п. Природно, що для динамічної передачі мультимедійного трафіку потрібні інші алгоритми і протоколи, і, відповідно, інше обладнання. Головною особливістю трафіку, що утворюється при динамічній передачі голосу або зображення, є наявність жорстких вимог до синхронності переданих повідомлень. Для якісного відтворення безперервних процесів, якими є звукові коливання або зміни інтенсивності світла в відеозображенні, необхідно отримання виміряних і закодованих амплітуд сигналів з тією ж частотою, з якою вони були виміряні на стороні, яка передає сигнал. При запізненні повідомлень будуть спостерігатися спотворення. Водночас, трафік комп'ютерних даних характеризується вкрай нерівномірною інтенсивністю надходження повідомлень в мережу при відсутності жорстких вимог до синхронності доставки цих повідомлень. Особливу складність представляє поєднання в одній мережі традиційного комп'ютерного і мультимедійного трафіку. Передача виключно мультимедійного трафіку комп'ютерною мережею хоч і пов'язана з певними складнощами, але доставляє менше турбот. А ось складність представляє поєднання в одній мережі традиційного комп'ютерного і мультимедійного трафіку. Звичайно протоколи і обладнання комп'ютерних мереж відносять мультимедійний трафік до факультативного, тому якість його обслуговування залишає бажати кращого. Сьогодні витрачаються великі зусилля по створенню мереж , які не впливають на жодного з типів трафіку. Керованість. В ідеалі засоби управління мережами являють собою систему, яка здійснює спостереження, контроль і управління кожним елементом мережі - від найпростіших до найскладніших пристроїв, при цьому така система розглядає мережу як єдине ціле, а не як розрізнений набір окремих пристроїв. Керованість мережі має на увазі можливість централізовано контролювати стан основних елементів мережі, виявляти і вирішувати проблеми, що виникають при роботі мережі, виконувати аналіз продуктивності і планувати розвиток мережі. Хороша система управління спостерігає за мережею і, виявивши проблему, активізує певну дію, виправляє ситуацію і повідомляє адміністратора про те, що сталося і які кроки зроблені . Одночасно з цим система управління повинна накопичувати дані, на підставі яких можна планувати розвиток мережі. Нарешті, система управління повинна бути незалежною від виробника і володіти зручним інтерфейсом, дозволяє виконувати всі дії з однієї консолі. Сумісність. Сумісність або інтегрованість означає, що мережа може включати в себе різноманітне програмне і апаратне забезпечення, тобто в ній можуть співіснувати різні операційні системи, що підтримують різні стеки комунікаційних протоколів, і працювати апаратні засоби і додатки від різних виробників. Мережа, що складається з різнотипних елементів, називається неоднорідною, а якщо вона працює без проблем вона називається інтегрованою. Основний шлях побудови інтегрованих мереж - використання модулів, виконаних в відповідно до відкритих стандартів і специфікацій . Якість обслуговування. Якість обслуговування ( Quality of Servic, QoS ) визначає кількісні оцінки імовірності того, що мережа буде передавати певний потік даних між двома вузлами відповідно до потреб програми або користувача. Найчастіше параметри, які фігурують у різноманітних визначеннях якості обслуговування, регламентують такі показники роботи мережі : – пропускна здатність; – затримки передачі пакетів ; – рівень втрат і спотворень пакетів. |