Причины появления компьютерных сетей
Компьютерная сеть (Computer Network) – это система компьютеров, связанных каналами передачи информации; программно-аппаратный комплекс, обеспечивающий автоматизированный обмен данными между компьютерами по каналам связи. Компьютерную сеть называют телекоммуникационной сетью, а процесс обмена информации по такой сети называют телекоммуникацией(от греч. "tele"- вдаль, далеко и лат. "communicatio" - связь).
Под линией связи обычно понимают совокупность технических устройств, и физической среды, обеспечивающих передачу сигналов от передатчика к приемнику. В реальной жизни примерами линий связи могут служить участки кабеля и усилители, обеспечивающие передачу сигналов между коммутаторами телефонной сети. На основе линий связи строятся каналы связи.
Каналом связи обычно называют систему технических устройств и линий связи, обеспечивающую передачу информации между абонентами. Соотношение между понятиями "канал" и "линия" описывается следующим образом: канал связи может включать в себя несколько разнородных линий связи, а одна линия связи может использоваться несколькими каналами.
По типу сетевой топологии
К локальным сетям (Local Area Network, LAN) обычно относят сети, компьютеры которых сосредоточены на относительно небольших территориях (как правило, в радиусе до 1-2 км). Классическим примером локальных сетей является сеть одного предприятия, расположенного в одном или нескольких стоящих рядом зданиях. Небольшой размер локальных сетей позволяет использовать для их построения достаточно дорогие и высококачественные технологии, что обеспечивает высокую скорость обмена информацией между компьютерами.
- одноранговая сеть
- сеть с выделенным сервером
Глобальные сети (Wide Area Network, WAN) – это сети, предназначенные для объединения отдельных компьютеров и локальных сетей, расположенных на значительном удалении (сотни и тысячи километров) друг от друга. Поскольку организация специализированных высококачественных каналов связи большой протяженности является достаточно дорогой, то в глобальных сетях нередко используются уже существующие и изначально не предназначенные для построения компьютерных сетей линии (например, телефонные или телеграфные). В связи с этим скорость передачи данных в таких сетях существенно ниже, чем в локальных.
В глобальных сетях для передачи информации применяются следующие виды коммутации:
Большой интерес представляет глобальная информационная сеть Интернет.
Интернет объединяет множество различных компьютерных сетей (локальных, корпоративных, глобальных) и отдельных компьютеров, которые обмениваются между собой информацией по каналам общественных телекоммуникаций.
В настоящее время в Интернете существует достаточно большое количество сервисов, обеспечивающих работу со всем спектром ресурсов. Наиболее известными среди них являются:
Запись адреса электронной почты строится по определенной форме и состоит из двух частей:
Имя_пользователя, чаще всего, имеет произвольный характер и задается самим пользователем.
Имя_сервера жестко связано с выбором пользователем сервера, на котором он разместил свой почтовый ящик.
Условное разделение адресов электронной почты:
У каждой сетевой службы должен быть свой протокол. Он определяет порядок взаимодействия клиентской и серверной программ. От него зависит, что может запросить та или иная сторона, а что — не может; на что может ответить сторона, а на что — не должна. Он же определяет, в какой форме должен быть сделан запрос и как должен быть представлен ответ.
Кроме того, электронная почта позволяет:
Телеконференция - это форум, где проводятся дискуссии по отдельной теме.
Телеконференция осуществляется на базе программно-технической среды, которая обеспечивает взаимодействие пользователей. Основным достоинством телеконференций является возможность получения практически любой информации в достаточно короткие сроки.
Три типа телеконференций
Всё обеспечение сети разделяют на два вида:
1.Аппаратное – оборудование, которое обеспечивает существование и функционирование сети
2.Программное – программы необходимые для работы в сети
Чтобы сеть функционировала нужны сервера, компьютеры абонентов, устройства для объединения компьютеров в сети и линии связи между ними.
Компьютер-сервер – это высокопроизводительный компьютер, который постоянно подключён к сети и имеет бесперебойное электропитание, при этом он занимается постоянным приёмом/передачей информации по сети и обеспечивает предоставление информационных услуг в сети.
Компьютер-терминал – это наш домашний компьютер, через который мы выходим в интернет для получения и передачи информации.
Чтобы выйти в интернет не достаточно одного компьютера, ещё для этого необходим модем.
Модем – название произошло от слов модулятор/демодулятор. Модуляция – это преобразование информации из дискретной цифровой формы в аналоговую при передаче информации в сеть, демодуляция – наоборот. Информация в ЭВМ имеет дискретную двоичную форму, а линии телефонной связи, через которые выходим в интернет передают аналоговый – непрерывный сигнал, вот для того чтобы преобразовывать сигнал из одного вида в другой и нужен модем.
Модем (модулятор/демодулятор) — устройство для преобразования физической формы представления информации из компьютерного стандарта в стандарт телефонной связи и обратно.
До развития интернета самыми популярными были модемы для коммутируемых телефонных линий или как их ещё называли dial-up модемы, которые издавали шипяще-звинящие звуки в момент подключения к сети и обеспечивали скорость передачи до 8 килобит в секунду.
На скорость работы таких модемов влияла их скорость, измеряющаяся в бодах.
Бод — единица скорости передачи сигнала, измеряемая числом дискретных переходов или событий в секунду. Бод используется как единица измерения при обозначении скорости модемов для коммутируемых телефонных линий, выражающая число изменений состояния канала связи в секунду (для модема – действительную частоту несущей при передаче данных).
Названа в честь Эмиля Бодо, изобретателя кода Бодо — кодировки символов для телетайпов.
Иногда ошибочно считают, что бод — это количество бит, переданное в секунду. Но это верно лишь для двоичного кодирования. Например, в современных модемах используется квадратурная амплитудная манипуляция, и одним изменением уровня сигнала может кодироваться несколько (до 16) бит информации.
Например, при символьной скорости 2400 бод скорость передачи может составлять 9600 бит/c благодаря тому, что в каждом временном интервале передаётся 4 бита.
Кроме этого, бодами выражают полную ёмкость канала, включая служебные символы (биты), если они есть. Эффективная же скорость канала выражается другими единицами, например битами в секунду (бит/c, bps).
В высокоскоростных модемах один символ несёт несколько битов. Например, модемы V.22bis и V.32 передают 4 бита на 1 символ, V.32bis – 6 битов, а V.34 – 9.
До появления DSL модемов скорость интернета у обычных пользователей была не большой, но теперь с приходом технологий DSL и VPN скорость интернета ограничивается чаще только тарифным планом провайдера.
Также необходимым наличием, в случае подключения к интернету по выделенному каналу связи или с помощью DSL модема необходима сетевая карта.
Сетевая карта (сетевая плата или Ethernet-адаптер или NIC – network interface card) – периферийное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети.
Существует 4 основных вида линий (каналов) связи:
1. Телефонные линии
2. Электрическая кабельная сеть
3. Оптоволоконная кабельная сеть
4. Радиосвязь (радиорелейные линии, спутники)
Все эти каналы связи различаются по пропускной способности, помехоустойчивости, стоимости.
Самый дешёвые – телефонные, т.к. их уже протянули и они используются и для обычных телефонов, самые дорогие – оптоволоконные.
Помехоустойчивые – оптоволоконные, неустойчивые – радиосвязь.
Пропускная способность — это максимальная скорость передачи информации по каналу. Измеряется в Кбит/с или Мбит/с.
Примерная оценка пропускной способности телефонных линий около 50Мбит/с, у оптоволоконных и радиосвязи до 1Гбит/с.
Основным ПО для функционирования сетей являются сетевые операционные системы на серверах: Windows Server, FreeBSD, различные версии Linux и другие.
ПО делится на два вида:
Базовое — обеспечивает поддержку работы сети по протоколу TCP/IP.
Прикладное — обеспечивает работу служб интернета — WWW, почта и другие.
Основная технология работы сети – клиент-сервер – программа-клиент на компьютере абонента сети формирует запросы, а сервер обрабатывает эти запросы.
Интернет — это всемирная система компьютерных сетей, объединённых на базе общего протокола TCP/IP, также её именуют WWW – World Wide Web – всемирная паутина или всемирная информационная сеть.
Всемирная сеть состоит из сети документов, ещё их называют веб-страницами, связанных между собой гиперссылками.
Гиперссылка (гипертекст) — это слово или участок текста, который выделен каким-либо цветом и щелчок по которому позволит перейти на другую веб-страницу или веб-сайт.
Гиперссылка, связанная с другой страницей образует гиперсвязь. Если гиперсвязь осуществляется между мультимедиа документами, то она образует систему — гипермедиа.
Веб-страницы хранятся на веб-сервере, а если страницы находятся в одном домене, то все вместе они составляют веб-сайт.
Для просмотра веб-документов в сети Интернет необходима клиент-программа — браузер.
Практически все услуги Internet построены на принципе клиент-сервер. Вся информация в Интернет хранится на серверах. Обмен информацией между серверами сети осуществляется по высокоскоростным каналам связи или магистралям.
К таким магистралям относятся: выделенные телефонные аналоговые и цифровые линии, оптические каналы связи и радиоканалы, в том числе спутниковые линии связи. Серверы, объединенные высокоскоростными магистралями, составляют базовую часть Интернет.
Отдельные пользователи подключаются к сети через компьютеры местных поставщиков услуг Интернета, Internet - провайдеров (Internet Service Provider - ISP), которые имеют постоянное подключение к Интернет. Региональный провайдер, подключается к более крупному провайдеру национального масштаба, имеющего узлы в различных городах страны.
Сети национальных провайдеров объединяются в сети транснациональных провайдеров или провайдеров первого уровня. Объединенные сети провайдеров первого уровня составляют глобальную сеть Internet.
Услуги, которые могут быть предоставлены пользователям в Интернет:
- электронная почта E-mail;
- компьютерная телефония;
- передача файлов FTP;
- терминальный доступ для интерактивной работы на удаленном компьютере TELNET;
- глобальная система телеконференций USENET;
- справочные службы;
- доступ к информационным ресурсам и средства поиска информации в Интернете.
Кроме того, Интернет - это мощное средство ведения электронного бизнеса и дистанционного (интерактивного или он-лайн) обучения.
Для того, чтобы понимать, как устроены современные компьютерные сети, методы их построения и защиты, необходимо изучить историю возникновения этих сетей. Данный цикл статей направлен на изучение цифровых сетей для всех уровней пользователей, начиная с самых непросвещенных.
Для простоты восприятия информации, воспользуемся примитивными сетевыми технологиями, изобретенными человечеством еще задолго до наших дней. К примеру, можно рассмотреть городскую водопроводную сеть. Так, источником информации в такой сети будет являться скважина, сетевыми магистралями - водопроводные трубы высокого давления, сетями доступа или провайдерами - разветвляющие колодцы, и, наконец, персональными компьютерами и смартфонами будут выступать домашние водопроводные краны.
Предпосылкой для зарождения компьютерных сетей можно считать два начала: вычислительную технику и телекоммуникации. Так, совокупность компьютеров в единой сети можно рассматривать, как инструмент для решения единой сложной задачи. Но также сеть предназначена для передачи информации в кодированном (мультиплексированном) виде на значительно удаленные расстояния, что уже представляет собой телекоммуникации.
Первые компьютеры 50-х годов представляли собой мощные системы, занимающие целые здания и, в сравнении с современными машинами, обрабатывали информацию пользователей весьма продолжительное время. Такие компьютеры не могли быть персональными и предназначались для использования определенной группой людей. Для работы с такими мэйнфреймами, пользователям было необходимо подготавливать специальные перфокарты с определенным набором данных. Набор таких перфокарт представлял собой пакет информации для вычислительной машины.
В 60-е годы появились первые многотерминальные системы, которые по-сути уже представляли собой первую локальную компьютерную сеть. В такой сети несколько пользователей при помощи терминалов, посредством которых осуществлялся ввод и вывод информации, могли пользоваться производительной мощностью единого мэйнфрейма.
Позже появились сети терминалов, соединенные телефонными линиями с мэйнфреймами, находящимися на значительных расстояниях (до нескольких тысяч километров). Пользователи терминалов получили возможность, при помощи модемов, подключаться к мощным вычислительным машинам. Такое явление привело к возникновению первых глобальных компьютерных сетей, объединявших несколько мейнфреймов, находящихся в разных городах и даже странах, которые могли обмениваться между собой данными и решать общие вычислительные задачи. Эти сети получили название Wide Area Network или же сокращенно WAN.
Таким образом, глобальная компьютерная сеть явилась преемницей телефонной сети, оставив позади коммутируемые каналы связи, и дав толчок развитию новых технологий, основанных на передаче пакетов данных. Ведь такая сеть передавала данные в аналоговом виде с тональной частотой и имела очень низкую пропускную способность - до нескольких десятков килобит в секунду.
В 1969 году Министерство обороны Соединенных Штатов создает сеть ARPANET, вобравшую в себя вычислительные машины научных и оборонных комплексов, ставшую прообразом современной сети INTERNET. В компьютерах этих сетей впервые появляются различные Операционные системы. Прогресс не стоит на месте, и на смену аналоговой телефонии приходят цифровые автоматические телефонные станции, позволяющие передавать одновременно сотни разговоров.
В начале 70-х годов появляются большие интегральные схемы, и на смену громоздким мэйнфреймам приходят компактные мини-компьютеры. Позднее эти компьютеры, в рамках одного предприятия, для обмена данными, начинают объединять в первые локальные сети - Local Area Network или сокращенно LAN.
В середине 80-х годов, с появлением первых персональных компьютеров, были утверждены стандартные сетевые технологии, основанные на принципах коммутации пакетов - Ethernet, Arcnet, Token Ring, Token Bus, а затем и FDDI. Но в конце 90-х построение сетей преимущественно осуществляется по технологии Ethernet, включая Fast и Gigabit Ethernet, обеспечивающей скорость передачи данных до 1000 Мбит/с. С этих пор, для того, чтобы объединить компьютеры в сеть, достаточно лишь купить стандартный кабель и специальные адаптеры.
Если изначально различия между локальными и глобальными компьютерными сетями были колоссальными, то потом они начали нивелироваться, работа сетей стала обеспечиваться IP-протоколом, в обиход вошли волоконно-оптические линии связи, обеспечивающие скоростную передачу данных на расстоянии более 100 метров. Пользователи получили возможность принимать и передавать большие объемы данных, такие как потоковое видео, в режиме реального времени.
Помимо локальных и глобальных сетей, следует выделить еще и промежуточную сеть, называемую Городской сетью Metropolitan Area Network или же сокращенно MAN. Скорость передачи информации в этих сетях иной раз превышает 10 Гбит/с, которая обеспечивается волоконно-оптическими соединениями.
Сегодня Интернет стал мультисервисной сетью, обеспечивающей передачу всех видов информации. С его помощью работают социальные сети, осуществляются аудио и видеоконференции, процветают IP-телефония и IP-телевидение. Современные смартфоны стали неотъемлемой частью почти каждого жителя Земли.
В скором будущем грядет эра облачных вычислений, когда сложные операции будут выполняться на удаленном сервере. Ничего не напоминает?)) Все новое - это хорошо забытое старое, мэйнфрейм и пользовательские терминалы приходят к нам в новом виде. Уже сегодня многие сервисы позволяют делать обработку данных, будь то фото или видео, на стороне сервера.
Казалось бы, что "пакеты" полностью вытеснили технологию коммутации каналов, однако Optical Transport Networks (OTN) и Dense
Wavelength Division Multiplexing (DW DM) построены именно на этих принципах.
В наш век Интернет развивается стремительными темпами, охватывая все большее количество пользователей. С появлением современных смартфонов, представляющих собой полнофункциональные интернет-терминалы, люди все чаще прибегают к услугам сетевых ресурсов (социальные сети, просмотр новостей, погоды, различных видеороликов). Все актуальнее становится выполнение работы через глобальную сеть, когда заказчик и исполнитель могут находиться в совершенно разных точках планеты. Все чаще используются онлайн-сервисы, предназначенные для обработки, текстовых, графических и иных данных. С каждым годом к пользованию Интернетом приобщаются дети все младшего возраста, интуитивно-понятный интерфейс смартфонов и сетевых ресурсов позволяет им с легкостью осваиваться в виртуальном мире.
Рассмотрим важнейшие моменты в развитии сетевых технологий в хронологическом порядке:
- Конец 60-х годов - Первые глобальные связи компьютеров, первые эксперименты с пакетными сетями;
- Конец 60-х годов - Начало передачи по телефонным сетям голоса в цифровом формате;
- Начало 70-х годов - Появление больших интегральных схем, первых мини-компьютеров, первых нестандартных локальных сетей;
- 1974 год - Стандартизация технологии Х.25 для построения сети между мэйнфреймом и пользовательскими терминалами;
- Начало 80-х годов - Создание первых персональных компьютеров, появление Интернета, установка на всех узлах стека TCP/IP;
- Середина 80-х годов - Появление стандартных технологий локальных сетей (Ethernet — 1980 г., Token Ring, FDDI - 1985 г.);
- Конец 80-х годов - Начало коммерческого использования сети Интернет;
- Конец 80-х годов - Появление первичных сетей SONET/SDH (до 155 Мбит/с);
- 1991 год - Создание WEB;
- Конец 90-х годов - Доминирование Ethernet в локальных сетях, стандартизация Gigabit Ethernet;
- Конец 90-х годов - Появление технологии плотного мультиплексирования волн (DWDM) с возможностью передачи 40/80 волн в одном волокне;
- Конец 90-х годов - Создание протокола Wireless Application Protocol или же сокращенно WAP и появление первых смартфонов с ограниченными интернет-функциями;
- Конец 90-х - начало 2000-х годов - Интернет становится мультимедийным (IP-телевидение, IP-телефония);
- Начало 2000-х годов - Создание мобильных сетей 2G, работающих на принципе коммутации каналов, протокола General Packet Radio Service или же сокращенно GPRS, со скоростью передачи данных 56-114 Кбит/сек;
- Начало 2000-х годов - Повышение скорости передачи информации до 10 Гбит/с (10G Ethernet и 10G SDH/OTN);
- 2001 год - Создание мобильных сетей 3G, работающих на принципе коммутации пакетов, благодаря чему скорость передачи данных со временем достигнет 2 Мбит/сек;
- 2003 год - Создание на базе GPRS - Enhanced Data Rate for GSM Evolution или же сокращенно EDGE, со скоростью передачи данных 236-473,6 Кбит/сек;
- Середина 2000-х годов - Смартфоны и планшетные ПК превращаются в полнофункциональные интернет-терминалы;
- Середина 2000-х годов - Увеличение скорости сетей 2.5G до 1 Мбит/сек с помощью стандарта Evolved EDGE;
- 2005 год - Внедрение в 3G пакетной передачи данных High-Speed Downlink Packet Access или же сокращенно HSDPA, со скоростью передачи данных 14,4 Мбит/сек;
- Начало 2010-х годов - Повышение скорости передачи информации до 100 Гбит/с (100G Ethernet и 100G OTN);
- 2012 год - Официальное признание беспроводного стандарта связи 4G, WiMAX со скоростью передачи данных 180 Мбит/сек и LTE со скоростью 326,4 Мбит/сек;
- 2014 год - Первое тестирование мобильной сети 5G;
- 2017 год - При испытаниях «МегаФон» совместно с Huawei достигают скорость передачи данных в сетях Pre-5G 35 Гбит/с;
- 2018 год - Официальный запуск сетей 5G в Соединенных Штатах Америки.
Любая компьютерная сеть представляет собой набор взаимосвязанных между собой устройств. В сети может состоять от двух устройств до бесконечного множества. Основной задачей любой сети является взаимораспределенное пользование ресурсами данных, периферийных устройств, либо вычислительной мощности друг друга. Это относится, как к локальной сети, так и к глобальной. Как мы помним из предыдущего раздела, сегодня эти сети довольно тесно переплетаются между собой, и строятся на одних и тех же физических принципах.
Посредством сети мы можем использовать IP-телефонию, обращаться к различным приложениям, находящимся на другом компьютере или сервере, к хранилищам данных, к сетевым ресурсам, таким, как принтеры, камеры и другие. Кроме того, сеть позволяет выполнять резервное копирование данных, на случай повреждения жесткого диска компьютера или атаки извне. Сложно представить себе на сегодняшний день устройство, не имеющее подключения к глобальной сети, люди настолько привыкли к данным, получаемым из просторов Интернета, что не мыслят свою жизнь без современных цифровых устройств.
В состав сети входят оконечные узлы, промежуточные устройства и сетевая среда. К оконечным узлам можно отнести компьютеры, смартфоны, телевизоры и другие устройства, передающие или принимающие данные. Промежуточные устройства - это элементы, посредством которых осуществляется работа сети, такие как, Wi-Fi роутеры, модемы, свитчи, маршрутизаторы и другие. Сетевая среда представляет собой сами способы передачи данных от одних оконечных узлов - к другим. Информация в сетях, как известно, на сегодняшний день передается электрическими, радиоволновыми и световыми сигналами. Сейчас обо всём по-порядку.
Для начального примера возьмем простую компьютерную сеть, состоящую из двух компьютеров и периферийного устройства, подключенного к одному из них. Для рассмотрения деталей данного раздела, такой сети нам будет вполне достаточно. В следующем разделе перейдем к изучению построения и топологии более масштабных сетей.
Для того, чтобы понимать основные принципы работы сети, необходимо разобрать такие понятия, как ПОРТ, ПРОТОКОЛ и ИНТЕРФЕЙС. Если мы обратимся к Википедии, то получим следующую информацию: "Порт (англ. port) — натуральное число, записываемое в заголовках протоколов транспортного уровня модели OSI (TCP, UDP, SCTP, DCCP). Используется для определения процесса-получателя пакета в пределах одного хоста.", "Протокол передачи данных — набор соглашений интерфейса логического уровня, которые определяют обмен данными между различными программами.". Уверен, что большинство пользователей, которые только приступили к изучению компьютерных сетей, не поняли из приведенных описаний ровным счетом ничего. Давайте попробуем разобраться.
ПОРТ. В данном случае нас интересует порт физический, представляющий собой специальный разъем на нашем компьютере, к которому мы можем подключить то или иное устройство. Порт, также называемый ФИЗИЧЕСКИМ ИНТЕРФЕЙСОМ, определяется набором электрических связей и характеристиками сигналов.
ИНТЕРФЕЙС подразумевает общую границу между двумя функциональными объектами, требования к которой определяются стандартом; совокупность средств, методов и правил взаимодействия между элементами системы (здесь Википедия говорит более понятным языком).
Итак, для того, чтобы нам осуществить печать из приложения, запущенного на первом компьютере, на принтере, подключенном ко второму компьютеру, необходимо рассмотреть и осознать три составляющие: связь второго компьютера с принтером, взаимосвязь между двумя компьютерами, а также связь первого компьютера с принтером, посредством нашей локальной сети.
Построение сети между двумя компьютерами основано на принципах взаимодействия компьютера с периферийными устройствами. Однако, в этом случае обе стороны могут отправлять друг другу запросы. Взаимосвязь между двумя приложениями, установленными на разных компьютерах, определяется протоколом взаимодействия приложений. Приложение первого компьютера отправляет запрос операционной системе, которая затем обращается к драйверу сетевой карты. Далее сетевая карта, в виде битов, передает информацию на сетевую карту второго компьютера, драйвер которой отправляет ее операционной системе, а та, в свою очередь, приложению.
Чтобы выполнить печать, приложение первого компьютера передает данные приложению второго компьютера, которое затем направляет задание печати на принтер, по приведенной выше схеме.
Передача данных между устройствами осуществляется посредством передачи битов, стартовый и стоповый сигналы (они же биты) определяют передачу байта.
Ввиду того, что доступ к периферийным устройствам удаленного компьютера может потребоваться сразу нескольким приложениям, установленным на компьютере, будет логичным использование специальной программы, отвечающей за печать. Для этого используются клиент и сервер печати, где клиент отправляет задание серверу, такая взаимосвязь называется СЕТЕВОЙ СЛУЖБОЙ. Дадим определения обоим понятиям.
КЛИЕНТ - отправляет запросы своих приложений другому компьютеру для управления его устройствами и принимает ответную информацию, сообщая ее своим приложениям.
СЕРВЕР - принимает сетевые запросы клиента, передавая их операционной системе своего компьютера.
Для обеспечения качества передаваемой информации, посредством компьютерных сетей, применяется, так называемый, расчет КОНТРОЛЬНОЙ СУММЫ, значение которой добавляется в конец блока данных, непосредственно перед началом передачи информации, затем производится проверка для подтверждения целостности данных.
Передача данных осуществляется в виде отправления сигналов от одной точки к другой посредством физических каналов, к которым можно отнести: медные сетевые кабели, оптико-волоконные линии, беспроводные Wi-Fi-соединения и другие. Физические каналы для передачи данных обладают определенным набором характеристик:
- предложенная нагрузка (бит/сек) - представляет собой определенный поток данных, направляемых на сетевой вход, который характеризуется скоростью;
- скорость передачи данных (бит/сек) - фактическая скорость, с которой поток информации прошел через сетевой канал, может быть ниже скорости предложенной нагрузки, ввиду искажения или потери данных;
- пропускная способность канала (бит/сек) - максимально допустимое значение скорости передачи данных по физическому каналу;
- полоса пропускания (Гц) - ширина полосы частот для передачи данных без существенных искажений. В отдельных случаях также рассматривается как пропускная способность канала (бит/сек).
Типы физических каналов:
- дуплексный - позволяет передавать информацию в направлении клиент-сервер и обратно одновременно в одной физической среде, чаще используется двойная физическая среда, для увеличения пропускной способности канала. В этом случае в одной среде информация передается от клиента на сервер, во второй среде, соответственно, от сервера к клиенту;
- полудуплексный - обеспечивает поочередную передачу данных клиент-сервер, сервер-клиент;
- симплексный - передача данных осуществляется только в одном направлении. Дуплексный канал с двойной физической средой подразумевает использование двойного симплексного канала.
Сейчас в обжитой части планеты практически не осталось точек, где не найдется ни одного, даже самого завалящего способа подключиться к интернету. И речь идет вовсе не о конечных устройствах пользователей, а о том, что практически весь земной шар опутан коммуникационными линиями, а там, где возможности проложить кабель нет, приходят на помощь спутники.
Но Москва не сразу строилась, и язык не всегда до Киева доводил. История становления всемирной паутины, начавшаяся более полувека назад, многогранна и интересна. Мы решили продолжить наш рассказ о развитии интернета, и сегодня хотим разобраться, пробежавшись по десятилетиям, как именно происходило становление инфраструктуры, как одни технологии сменялись другими, и мир телекоммуникаций становился таким, каким мы знаем его сегодня.
Двадцатый век с точки зрения информации вполне можно определить как эпоху, когда люди научились транслировать данные из одного источника миллионам удаленных устройств. В качестве источника выступали радио- и телевещательные станции, а получателями были все, кто имел доступ к радио или телевизору.
В то же самое время активно развивались и телефонные сети. К середине XX века практически любой человек мог запросто позвонить в любую точку родного города или страны, а компании могли собирать телефонные конференции для нескольких абонентов одновременно.
По типу сетевой топологии
К локальным сетям (Local Area Network, LAN) обычно относят сети, компьютеры которых сосредоточены на относительно небольших территориях (как правило, в радиусе до 1-2 км). Классическим примером локальных сетей является сеть одного предприятия, расположенного в одном или нескольких стоящих рядом зданиях. Небольшой размер локальных сетей позволяет использовать для их построения достаточно дорогие и высококачественные технологии, что обеспечивает высокую скорость обмена информацией между компьютерами.
- одноранговая сеть
- сеть с выделенным сервером
Глобальные сети (Wide Area Network, WAN) – это сети, предназначенные для объединения отдельных компьютеров и локальных сетей, расположенных на значительном удалении (сотни и тысячи километров) друг от друга. Поскольку организация специализированных высококачественных каналов связи большой протяженности является достаточно дорогой, то в глобальных сетях нередко используются уже существующие и изначально не предназначенные для построения компьютерных сетей линии (например, телефонные или телеграфные). В связи с этим скорость передачи данных в таких сетях существенно ниже, чем в локальных.
В глобальных сетях для передачи информации применяются следующие виды коммутации:
Большой интерес представляет глобальная информационная сеть Интернет.
Интернет объединяет множество различных компьютерных сетей (локальных, корпоративных, глобальных) и отдельных компьютеров, которые обмениваются между собой информацией по каналам общественных телекоммуникаций.
В настоящее время в Интернете существует достаточно большое количество сервисов, обеспечивающих работу со всем спектром ресурсов. Наиболее известными среди них являются:
Запись адреса электронной почты строится по определенной форме и состоит из двух частей:
Имя_пользователя, чаще всего, имеет произвольный характер и задается самим пользователем.
Имя_сервера жестко связано с выбором пользователем сервера, на котором он разместил свой почтовый ящик.
Условное разделение адресов электронной почты:
У каждой сетевой службы должен быть свой протокол. Он определяет порядок взаимодействия клиентской и серверной программ. От него зависит, что может запросить та или иная сторона, а что — не может; на что может ответить сторона, а на что — не должна. Он же определяет, в какой форме должен быть сделан запрос и как должен быть представлен ответ.
Кроме того, электронная почта позволяет:
Телеконференция - это форум, где проводятся дискуссии по отдельной теме.
Телеконференция осуществляется на базе программно-технической среды, которая обеспечивает взаимодействие пользователей. Основным достоинством телеконференций является возможность получения практически любой информации в достаточно короткие сроки.
Три типа телеконференций
Всё обеспечение сети разделяют на два вида:
1.Аппаратное – оборудование, которое обеспечивает существование и функционирование сети
2.Программное – программы необходимые для работы в сети
Чтобы сеть функционировала нужны сервера, компьютеры абонентов, устройства для объединения компьютеров в сети и линии связи между ними.
Компьютер-сервер – это высокопроизводительный компьютер, который постоянно подключён к сети и имеет бесперебойное электропитание, при этом он занимается постоянным приёмом/передачей информации по сети и обеспечивает предоставление информационных услуг в сети.
Компьютер-терминал – это наш домашний компьютер, через который мы выходим в интернет для получения и передачи информации.
Чтобы выйти в интернет не достаточно одного компьютера, ещё для этого необходим модем.
Модем – название произошло от слов модулятор/демодулятор. Модуляция – это преобразование информации из дискретной цифровой формы в аналоговую при передаче информации в сеть, демодуляция – наоборот. Информация в ЭВМ имеет дискретную двоичную форму, а линии телефонной связи, через которые выходим в интернет передают аналоговый – непрерывный сигнал, вот для того чтобы преобразовывать сигнал из одного вида в другой и нужен модем.
Модем (модулятор/демодулятор) — устройство для преобразования физической формы представления информации из компьютерного стандарта в стандарт телефонной связи и обратно.
До развития интернета самыми популярными были модемы для коммутируемых телефонных линий или как их ещё называли dial-up модемы, которые издавали шипяще-звинящие звуки в момент подключения к сети и обеспечивали скорость передачи до 8 килобит в секунду.
На скорость работы таких модемов влияла их скорость, измеряющаяся в бодах.
Бод — единица скорости передачи сигнала, измеряемая числом дискретных переходов или событий в секунду. Бод используется как единица измерения при обозначении скорости модемов для коммутируемых телефонных линий, выражающая число изменений состояния канала связи в секунду (для модема – действительную частоту несущей при передаче данных).
Названа в честь Эмиля Бодо, изобретателя кода Бодо — кодировки символов для телетайпов.
Иногда ошибочно считают, что бод — это количество бит, переданное в секунду. Но это верно лишь для двоичного кодирования. Например, в современных модемах используется квадратурная амплитудная манипуляция, и одним изменением уровня сигнала может кодироваться несколько (до 16) бит информации.
Например, при символьной скорости 2400 бод скорость передачи может составлять 9600 бит/c благодаря тому, что в каждом временном интервале передаётся 4 бита.
Кроме этого, бодами выражают полную ёмкость канала, включая служебные символы (биты), если они есть. Эффективная же скорость канала выражается другими единицами, например битами в секунду (бит/c, bps).
В высокоскоростных модемах один символ несёт несколько битов. Например, модемы V.22bis и V.32 передают 4 бита на 1 символ, V.32bis – 6 битов, а V.34 – 9.
До появления DSL модемов скорость интернета у обычных пользователей была не большой, но теперь с приходом технологий DSL и VPN скорость интернета ограничивается чаще только тарифным планом провайдера.
Также необходимым наличием, в случае подключения к интернету по выделенному каналу связи или с помощью DSL модема необходима сетевая карта.
Сетевая карта (сетевая плата или Ethernet-адаптер или NIC – network interface card) – периферийное устройство, позволяющее компьютеру взаимодействовать с другими устройствами сети.
Существует 4 основных вида линий (каналов) связи:
1. Телефонные линии
2. Электрическая кабельная сеть
3. Оптоволоконная кабельная сеть
4. Радиосвязь (радиорелейные линии, спутники)
Все эти каналы связи различаются по пропускной способности, помехоустойчивости, стоимости.
Самый дешёвые – телефонные, т.к. их уже протянули и они используются и для обычных телефонов, самые дорогие – оптоволоконные.
Помехоустойчивые – оптоволоконные, неустойчивые – радиосвязь.
Пропускная способность — это максимальная скорость передачи информации по каналу. Измеряется в Кбит/с или Мбит/с.
Примерная оценка пропускной способности телефонных линий около 50Мбит/с, у оптоволоконных и радиосвязи до 1Гбит/с.
Основным ПО для функционирования сетей являются сетевые операционные системы на серверах: Windows Server, FreeBSD, различные версии Linux и другие.
ПО делится на два вида:
Базовое — обеспечивает поддержку работы сети по протоколу TCP/IP.
Прикладное — обеспечивает работу служб интернета — WWW, почта и другие.
Основная технология работы сети – клиент-сервер – программа-клиент на компьютере абонента сети формирует запросы, а сервер обрабатывает эти запросы.
Интернет — это всемирная система компьютерных сетей, объединённых на базе общего протокола TCP/IP, также её именуют WWW – World Wide Web – всемирная паутина или всемирная информационная сеть.
Всемирная сеть состоит из сети документов, ещё их называют веб-страницами, связанных между собой гиперссылками.
Гиперссылка (гипертекст) — это слово или участок текста, который выделен каким-либо цветом и щелчок по которому позволит перейти на другую веб-страницу или веб-сайт.
Гиперссылка, связанная с другой страницей образует гиперсвязь. Если гиперсвязь осуществляется между мультимедиа документами, то она образует систему — гипермедиа.
Веб-страницы хранятся на веб-сервере, а если страницы находятся в одном домене, то все вместе они составляют веб-сайт.
Для просмотра веб-документов в сети Интернет необходима клиент-программа — браузер.
Практически все услуги Internet построены на принципе клиент-сервер. Вся информация в Интернет хранится на серверах. Обмен информацией между серверами сети осуществляется по высокоскоростным каналам связи или магистралям.
К таким магистралям относятся: выделенные телефонные аналоговые и цифровые линии, оптические каналы связи и радиоканалы, в том числе спутниковые линии связи. Серверы, объединенные высокоскоростными магистралями, составляют базовую часть Интернет.
Отдельные пользователи подключаются к сети через компьютеры местных поставщиков услуг Интернета, Internet - провайдеров (Internet Service Provider - ISP), которые имеют постоянное подключение к Интернет. Региональный провайдер, подключается к более крупному провайдеру национального масштаба, имеющего узлы в различных городах страны.
Сети национальных провайдеров объединяются в сети транснациональных провайдеров или провайдеров первого уровня. Объединенные сети провайдеров первого уровня составляют глобальную сеть Internet.
Услуги, которые могут быть предоставлены пользователям в Интернет:
- электронная почта E-mail;
- компьютерная телефония;
- передача файлов FTP;
- терминальный доступ для интерактивной работы на удаленном компьютере TELNET;
- глобальная система телеконференций USENET;
- справочные службы;
- доступ к информационным ресурсам и средства поиска информации в Интернете.
Кроме того, Интернет - это мощное средство ведения электронного бизнеса и дистанционного (интерактивного или он-лайн) обучения.
Для того, чтобы понимать, как устроены современные компьютерные сети, методы их построения и защиты, необходимо изучить историю возникновения этих сетей. Данный цикл статей направлен на изучение цифровых сетей для всех уровней пользователей, начиная с самых непросвещенных.
Для простоты восприятия информации, воспользуемся примитивными сетевыми технологиями, изобретенными человечеством еще задолго до наших дней. К примеру, можно рассмотреть городскую водопроводную сеть. Так, источником информации в такой сети будет являться скважина, сетевыми магистралями - водопроводные трубы высокого давления, сетями доступа или провайдерами - разветвляющие колодцы, и, наконец, персональными компьютерами и смартфонами будут выступать домашние водопроводные краны.
Предпосылкой для зарождения компьютерных сетей можно считать два начала: вычислительную технику и телекоммуникации. Так, совокупность компьютеров в единой сети можно рассматривать, как инструмент для решения единой сложной задачи. Но также сеть предназначена для передачи информации в кодированном (мультиплексированном) виде на значительно удаленные расстояния, что уже представляет собой телекоммуникации.
Первые компьютеры 50-х годов представляли собой мощные системы, занимающие целые здания и, в сравнении с современными машинами, обрабатывали информацию пользователей весьма продолжительное время. Такие компьютеры не могли быть персональными и предназначались для использования определенной группой людей. Для работы с такими мэйнфреймами, пользователям было необходимо подготавливать специальные перфокарты с определенным набором данных. Набор таких перфокарт представлял собой пакет информации для вычислительной машины.
В 60-е годы появились первые многотерминальные системы, которые по-сути уже представляли собой первую локальную компьютерную сеть. В такой сети несколько пользователей при помощи терминалов, посредством которых осуществлялся ввод и вывод информации, могли пользоваться производительной мощностью единого мэйнфрейма.
Позже появились сети терминалов, соединенные телефонными линиями с мэйнфреймами, находящимися на значительных расстояниях (до нескольких тысяч километров). Пользователи терминалов получили возможность, при помощи модемов, подключаться к мощным вычислительным машинам. Такое явление привело к возникновению первых глобальных компьютерных сетей, объединявших несколько мейнфреймов, находящихся в разных городах и даже странах, которые могли обмениваться между собой данными и решать общие вычислительные задачи. Эти сети получили название Wide Area Network или же сокращенно WAN.
Таким образом, глобальная компьютерная сеть явилась преемницей телефонной сети, оставив позади коммутируемые каналы связи, и дав толчок развитию новых технологий, основанных на передаче пакетов данных. Ведь такая сеть передавала данные в аналоговом виде с тональной частотой и имела очень низкую пропускную способность - до нескольких десятков килобит в секунду.
В 1969 году Министерство обороны Соединенных Штатов создает сеть ARPANET, вобравшую в себя вычислительные машины научных и оборонных комплексов, ставшую прообразом современной сети INTERNET. В компьютерах этих сетей впервые появляются различные Операционные системы. Прогресс не стоит на месте, и на смену аналоговой телефонии приходят цифровые автоматические телефонные станции, позволяющие передавать одновременно сотни разговоров.
В начале 70-х годов появляются большие интегральные схемы, и на смену громоздким мэйнфреймам приходят компактные мини-компьютеры. Позднее эти компьютеры, в рамках одного предприятия, для обмена данными, начинают объединять в первые локальные сети - Local Area Network или сокращенно LAN.
В середине 80-х годов, с появлением первых персональных компьютеров, были утверждены стандартные сетевые технологии, основанные на принципах коммутации пакетов - Ethernet, Arcnet, Token Ring, Token Bus, а затем и FDDI. Но в конце 90-х построение сетей преимущественно осуществляется по технологии Ethernet, включая Fast и Gigabit Ethernet, обеспечивающей скорость передачи данных до 1000 Мбит/с. С этих пор, для того, чтобы объединить компьютеры в сеть, достаточно лишь купить стандартный кабель и специальные адаптеры.
Если изначально различия между локальными и глобальными компьютерными сетями были колоссальными, то потом они начали нивелироваться, работа сетей стала обеспечиваться IP-протоколом, в обиход вошли волоконно-оптические линии связи, обеспечивающие скоростную передачу данных на расстоянии более 100 метров. Пользователи получили возможность принимать и передавать большие объемы данных, такие как потоковое видео, в режиме реального времени.
Помимо локальных и глобальных сетей, следует выделить еще и промежуточную сеть, называемую Городской сетью Metropolitan Area Network или же сокращенно MAN. Скорость передачи информации в этих сетях иной раз превышает 10 Гбит/с, которая обеспечивается волоконно-оптическими соединениями.
Сегодня Интернет стал мультисервисной сетью, обеспечивающей передачу всех видов информации. С его помощью работают социальные сети, осуществляются аудио и видеоконференции, процветают IP-телефония и IP-телевидение. Современные смартфоны стали неотъемлемой частью почти каждого жителя Земли.
В скором будущем грядет эра облачных вычислений, когда сложные операции будут выполняться на удаленном сервере. Ничего не напоминает?)) Все новое - это хорошо забытое старое, мэйнфрейм и пользовательские терминалы приходят к нам в новом виде. Уже сегодня многие сервисы позволяют делать обработку данных, будь то фото или видео, на стороне сервера.
Казалось бы, что "пакеты" полностью вытеснили технологию коммутации каналов, однако Optical Transport Networks (OTN) и Dense
Wavelength Division Multiplexing (DW DM) построены именно на этих принципах.
В наш век Интернет развивается стремительными темпами, охватывая все большее количество пользователей. С появлением современных смартфонов, представляющих собой полнофункциональные интернет-терминалы, люди все чаще прибегают к услугам сетевых ресурсов (социальные сети, просмотр новостей, погоды, различных видеороликов). Все актуальнее становится выполнение работы через глобальную сеть, когда заказчик и исполнитель могут находиться в совершенно разных точках планеты. Все чаще используются онлайн-сервисы, предназначенные для обработки, текстовых, графических и иных данных. С каждым годом к пользованию Интернетом приобщаются дети все младшего возраста, интуитивно-понятный интерфейс смартфонов и сетевых ресурсов позволяет им с легкостью осваиваться в виртуальном мире.
Рассмотрим важнейшие моменты в развитии сетевых технологий в хронологическом порядке:
- Конец 60-х годов - Первые глобальные связи компьютеров, первые эксперименты с пакетными сетями;
- Конец 60-х годов - Начало передачи по телефонным сетям голоса в цифровом формате;
- Начало 70-х годов - Появление больших интегральных схем, первых мини-компьютеров, первых нестандартных локальных сетей;
- 1974 год - Стандартизация технологии Х.25 для построения сети между мэйнфреймом и пользовательскими терминалами;
- Начало 80-х годов - Создание первых персональных компьютеров, появление Интернета, установка на всех узлах стека TCP/IP;
- Середина 80-х годов - Появление стандартных технологий локальных сетей (Ethernet — 1980 г., Token Ring, FDDI - 1985 г.);
- Конец 80-х годов - Начало коммерческого использования сети Интернет;
- Конец 80-х годов - Появление первичных сетей SONET/SDH (до 155 Мбит/с);
- 1991 год - Создание WEB;
- Конец 90-х годов - Доминирование Ethernet в локальных сетях, стандартизация Gigabit Ethernet;
- Конец 90-х годов - Появление технологии плотного мультиплексирования волн (DWDM) с возможностью передачи 40/80 волн в одном волокне;
- Конец 90-х годов - Создание протокола Wireless Application Protocol или же сокращенно WAP и появление первых смартфонов с ограниченными интернет-функциями;
- Конец 90-х - начало 2000-х годов - Интернет становится мультимедийным (IP-телевидение, IP-телефония);
- Начало 2000-х годов - Создание мобильных сетей 2G, работающих на принципе коммутации каналов, протокола General Packet Radio Service или же сокращенно GPRS, со скоростью передачи данных 56-114 Кбит/сек;
- Начало 2000-х годов - Повышение скорости передачи информации до 10 Гбит/с (10G Ethernet и 10G SDH/OTN);
- 2001 год - Создание мобильных сетей 3G, работающих на принципе коммутации пакетов, благодаря чему скорость передачи данных со временем достигнет 2 Мбит/сек;
- 2003 год - Создание на базе GPRS - Enhanced Data Rate for GSM Evolution или же сокращенно EDGE, со скоростью передачи данных 236-473,6 Кбит/сек;
- Середина 2000-х годов - Смартфоны и планшетные ПК превращаются в полнофункциональные интернет-терминалы;
- Середина 2000-х годов - Увеличение скорости сетей 2.5G до 1 Мбит/сек с помощью стандарта Evolved EDGE;
- 2005 год - Внедрение в 3G пакетной передачи данных High-Speed Downlink Packet Access или же сокращенно HSDPA, со скоростью передачи данных 14,4 Мбит/сек;
- Начало 2010-х годов - Повышение скорости передачи информации до 100 Гбит/с (100G Ethernet и 100G OTN);
- 2012 год - Официальное признание беспроводного стандарта связи 4G, WiMAX со скоростью передачи данных 180 Мбит/сек и LTE со скоростью 326,4 Мбит/сек;
- 2014 год - Первое тестирование мобильной сети 5G;
- 2017 год - При испытаниях «МегаФон» совместно с Huawei достигают скорость передачи данных в сетях Pre-5G 35 Гбит/с;
- 2018 год - Официальный запуск сетей 5G в Соединенных Штатах Америки.
Любая компьютерная сеть представляет собой набор взаимосвязанных между собой устройств. В сети может состоять от двух устройств до бесконечного множества. Основной задачей любой сети является взаимораспределенное пользование ресурсами данных, периферийных устройств, либо вычислительной мощности друг друга. Это относится, как к локальной сети, так и к глобальной. Как мы помним из предыдущего раздела, сегодня эти сети довольно тесно переплетаются между собой, и строятся на одних и тех же физических принципах.
Посредством сети мы можем использовать IP-телефонию, обращаться к различным приложениям, находящимся на другом компьютере или сервере, к хранилищам данных, к сетевым ресурсам, таким, как принтеры, камеры и другие. Кроме того, сеть позволяет выполнять резервное копирование данных, на случай повреждения жесткого диска компьютера или атаки извне. Сложно представить себе на сегодняшний день устройство, не имеющее подключения к глобальной сети, люди настолько привыкли к данным, получаемым из просторов Интернета, что не мыслят свою жизнь без современных цифровых устройств.
В состав сети входят оконечные узлы, промежуточные устройства и сетевая среда. К оконечным узлам можно отнести компьютеры, смартфоны, телевизоры и другие устройства, передающие или принимающие данные. Промежуточные устройства - это элементы, посредством которых осуществляется работа сети, такие как, Wi-Fi роутеры, модемы, свитчи, маршрутизаторы и другие. Сетевая среда представляет собой сами способы передачи данных от одних оконечных узлов - к другим. Информация в сетях, как известно, на сегодняшний день передается электрическими, радиоволновыми и световыми сигналами. Сейчас обо всём по-порядку.
Для начального примера возьмем простую компьютерную сеть, состоящую из двух компьютеров и периферийного устройства, подключенного к одному из них. Для рассмотрения деталей данного раздела, такой сети нам будет вполне достаточно. В следующем разделе перейдем к изучению построения и топологии более масштабных сетей.
Для того, чтобы понимать основные принципы работы сети, необходимо разобрать такие понятия, как ПОРТ, ПРОТОКОЛ и ИНТЕРФЕЙС. Если мы обратимся к Википедии, то получим следующую информацию: "Порт (англ. port) — натуральное число, записываемое в заголовках протоколов транспортного уровня модели OSI (TCP, UDP, SCTP, DCCP). Используется для определения процесса-получателя пакета в пределах одного хоста.", "Протокол передачи данных — набор соглашений интерфейса логического уровня, которые определяют обмен данными между различными программами.". Уверен, что большинство пользователей, которые только приступили к изучению компьютерных сетей, не поняли из приведенных описаний ровным счетом ничего. Давайте попробуем разобраться.
ПОРТ. В данном случае нас интересует порт физический, представляющий собой специальный разъем на нашем компьютере, к которому мы можем подключить то или иное устройство. Порт, также называемый ФИЗИЧЕСКИМ ИНТЕРФЕЙСОМ, определяется набором электрических связей и характеристиками сигналов.
ИНТЕРФЕЙС подразумевает общую границу между двумя функциональными объектами, требования к которой определяются стандартом; совокупность средств, методов и правил взаимодействия между элементами системы (здесь Википедия говорит более понятным языком).
Итак, для того, чтобы нам осуществить печать из приложения, запущенного на первом компьютере, на принтере, подключенном ко второму компьютеру, необходимо рассмотреть и осознать три составляющие: связь второго компьютера с принтером, взаимосвязь между двумя компьютерами, а также связь первого компьютера с принтером, посредством нашей локальной сети.
Построение сети между двумя компьютерами основано на принципах взаимодействия компьютера с периферийными устройствами. Однако, в этом случае обе стороны могут отправлять друг другу запросы. Взаимосвязь между двумя приложениями, установленными на разных компьютерах, определяется протоколом взаимодействия приложений. Приложение первого компьютера отправляет запрос операционной системе, которая затем обращается к драйверу сетевой карты. Далее сетевая карта, в виде битов, передает информацию на сетевую карту второго компьютера, драйвер которой отправляет ее операционной системе, а та, в свою очередь, приложению.
Чтобы выполнить печать, приложение первого компьютера передает данные приложению второго компьютера, которое затем направляет задание печати на принтер, по приведенной выше схеме.
Передача данных между устройствами осуществляется посредством передачи битов, стартовый и стоповый сигналы (они же биты) определяют передачу байта.
Ввиду того, что доступ к периферийным устройствам удаленного компьютера может потребоваться сразу нескольким приложениям, установленным на компьютере, будет логичным использование специальной программы, отвечающей за печать. Для этого используются клиент и сервер печати, где клиент отправляет задание серверу, такая взаимосвязь называется СЕТЕВОЙ СЛУЖБОЙ. Дадим определения обоим понятиям.
КЛИЕНТ - отправляет запросы своих приложений другому компьютеру для управления его устройствами и принимает ответную информацию, сообщая ее своим приложениям.
СЕРВЕР - принимает сетевые запросы клиента, передавая их операционной системе своего компьютера.
Для обеспечения качества передаваемой информации, посредством компьютерных сетей, применяется, так называемый, расчет КОНТРОЛЬНОЙ СУММЫ, значение которой добавляется в конец блока данных, непосредственно перед началом передачи информации, затем производится проверка для подтверждения целостности данных.
Передача данных осуществляется в виде отправления сигналов от одной точки к другой посредством физических каналов, к которым можно отнести: медные сетевые кабели, оптико-волоконные линии, беспроводные Wi-Fi-соединения и другие. Физические каналы для передачи данных обладают определенным набором характеристик:
- предложенная нагрузка (бит/сек) - представляет собой определенный поток данных, направляемых на сетевой вход, который характеризуется скоростью;
- скорость передачи данных (бит/сек) - фактическая скорость, с которой поток информации прошел через сетевой канал, может быть ниже скорости предложенной нагрузки, ввиду искажения или потери данных;
- пропускная способность канала (бит/сек) - максимально допустимое значение скорости передачи данных по физическому каналу;
- полоса пропускания (Гц) - ширина полосы частот для передачи данных без существенных искажений. В отдельных случаях также рассматривается как пропускная способность канала (бит/сек).
Типы физических каналов:
- дуплексный - позволяет передавать информацию в направлении клиент-сервер и обратно одновременно в одной физической среде, чаще используется двойная физическая среда, для увеличения пропускной способности канала. В этом случае в одной среде информация передается от клиента на сервер, во второй среде, соответственно, от сервера к клиенту;
- полудуплексный - обеспечивает поочередную передачу данных клиент-сервер, сервер-клиент;
- симплексный - передача данных осуществляется только в одном направлении. Дуплексный канал с двойной физической средой подразумевает использование двойного симплексного канала.
Сейчас в обжитой части планеты практически не осталось точек, где не найдется ни одного, даже самого завалящего способа подключиться к интернету. И речь идет вовсе не о конечных устройствах пользователей, а о том, что практически весь земной шар опутан коммуникационными линиями, а там, где возможности проложить кабель нет, приходят на помощь спутники.
Но Москва не сразу строилась, и язык не всегда до Киева доводил. История становления всемирной паутины, начавшаяся более полувека назад, многогранна и интересна. Мы решили продолжить наш рассказ о развитии интернета, и сегодня хотим разобраться, пробежавшись по десятилетиям, как именно происходило становление инфраструктуры, как одни технологии сменялись другими, и мир телекоммуникаций становился таким, каким мы знаем его сегодня.
Двадцатый век с точки зрения информации вполне можно определить как эпоху, когда люди научились транслировать данные из одного источника миллионам удаленных устройств. В качестве источника выступали радио- и телевещательные станции, а получателями были все, кто имел доступ к радио или телевизору.
В то же самое время активно развивались и телефонные сети. К середине XX века практически любой человек мог запросто позвонить в любую точку родного города или страны, а компании могли собирать телефонные конференции для нескольких абонентов одновременно.
80-е: BIND и DNS
Практически все технологии, которыми мы пользуемся сегодня, проходят сходный путь от хаоса раннего применения до жесткой стандартизации и упорядочивания.
Одним из важнейших «упорядочивающих» моментов стало создание системы доменных имен, DNS. Коснемся её истории, чтобы доказать важность этого нововведения.
Ранее для хранения числовых адресов компьютеров, подключенных к ARPANET и сопоставления их с именами узлов, использовался текстовый файл HOSTS.TXT на компьютере Стэнфордского исследовательского института. Все адреса назначались сугубо вручную, и для того, чтобы запросить имя хоста и адрес, а также добавить компьютер в файл HOSTS, требовалось позвонить по телефону в сетевой информационный центр.
К началу 80-х стало понятно, что ввиду роста числа подключенных компьютеров такой способ поддержания централизованной таблицы хостов становится чрезвычайно медленным и громоздким. Требовалось автоматизировать систему именования.
Первая версия сервера имен BIND была написана студентами Беркли Дугласом Терри, Марком Пейнтером, Дэвидом Ригглом и Сонгниан Чжоу в 1984 году. В середине-конце 1980-х активно создавались и утверждались новые спецификации DNS, а к 90-м годам BIND был перенесен на платформу Windows NT. BIND до сих пор широко распространен в Unix-системах (и не только) и по-прежнему является одним из самых широко используемых ПО DNS в интернете. Внедрение DNS принесло массу других нововведений, например – принудительное использование протокола TCP/IP для подключения.
Через океан
Первый телеграфный кабель был проложен по дну Атлантического океана более чем за 100 лет до описываемых событий, в 1857 году. Тем не менее, по ряду причин (отсутствие опыта у участников экспедиции, несовершенная изоляция и пр.) уже через несколько недель этот кабель приказал долго жить. Спустя 10 лет по дну Атлантики было проложено уже несколько телеграфных кабелей с куда лучшей изоляцией, а к 1919 году их общее число увеличилось до 13.
/ Фрагмент первого телеграфного трансатлантического кабеля
К середине ХХ века возникла объективная надобность в прокладке уже телефонных кабелей. Первый телефонный кабель, ТАТ-1, был проложен в 1956 году и прослужил чуть более 20 лет.
/ Фрагмент TAT-1
/ Первые маршруты пролегания трансатлантических кабелей
До прокладки кабелей из Европы было вполне возможно позвонить в США путем длинноволновой радиосвязи. Тем не менее, эти услуги стоили весьма немало, а качество связи все равно оставляло желать лучшего.
Именно с помощью телефонного кабеля была впервые налажена связь США и Норвегии со скоростью 2,4 Кбит/с по ARPANET.
Таким образом, проект, разработанный военными для военных, стал чем-то большим и постепенно обрел независимость. Спутники, с помощью которых уже в конце 1970-х было налажено трансатлантическое соединение (SATNET), принадлежали уже не ВС США, а консорциуму стран, подключенных к сети.
Еще одним изобретением 70-х стал стандарт Ethernet, разработанный для более удобной организации локальной сети и передачи данных между компьютерами на высокой скорости. Этот стандарт в практически неизменном виде используется и сегодня.
Помимо Ethernet, еще одним важным нововведением 1970-х стал протокол UUCP (Unix to Unix Copy). Он позволял быстро обмениваться файлами между компьютерами под управлением Unix и со временем «превратился» в Usenet, сеть, с помощью которой миллионы людей до сих пор обмениваются новостями, отправляют электронную почту и файлы.
Переломный момент случился уже в следующем десятилетии и фактически создал тот интернет, которым мы сейчас пользуемся. Достаточно будет сказать, что в 1977 году к сети было подключено около 111 компьютеров, а в 1989 их число превысило 100 000.
70-е: взрывной рост интернета
/ Логическая схема ARPANET, март 1977
К 1971 году количество компьютеров, подключенных к ARPANET, выросло почти в 6 раз: теперь основу сети составляли 23 хоста. Люди ступали на новые, еще неизведанные земли, и каждый новый шаг был инновацией. Так, в первые же дни работы ARPANET был придуман и внедрен протокол NCP, Network Control Protocol. Однако еще одно изобретение стало, как сейчас это принято называть, киллер-фичей интернета: электронная почта.
Тем не менее, энтузиастам из США со временем стало тесно в пределах родной страны. Требовалось расширить горизонты коммуникации и установить связь со странами по ту сторону Атлантики. Здесь стоит сделать небольшое отступление и поговорить о том, каким образом была впервые налажена прямая «кабельная» связь между Америкой и Европой.
Виртуализация x86 и облака
Впервые аппаратная виртуализация была реализована в 386-х процессорах и называлась V86 mode. Режим позволял запускать параллельно несколько DOS-приложений.
В 2005-2006 году компании Intel и AMD представили решения аппаратной поддержки виртуализации — INTEL VT и AMD-V. Были введены дополнительные инструкции для предоставления прямого доступа к ресурсам процессора из гостевых систем, набор которых назывался Virtual Machine Extensions (VMX).
Уже в 2008 году в нашей стране стали появляться облачные провайдеры. Именно тогда была основана компания ИТ-ГРАД, а также запущено корпоративное облако IaaS. В 2020-ом ИТ-ГРАД — это 12 площадок в России и СНГ, а также более 2000 успешно реализованных проектов миграции в облако.
История интернета поистине необъятна, поэтому мы искренне будем рады вашим дополнениям и комментариям. В следующей статье мы расскажем о становлении сетей в СССР и проектах, которые так и не увидели свет.
Развитие компьютерных сетей происходило, в первую очередь, за счет развития двух более крупных направлений технологии – вычислительной техники и коммуникаций. Первые попытки создать возможность работы с вычислительной техникой нескольких пользователей заключались в загрузке в мэйнфрэйм (основной компьютер) нескольких готовых пакетов данных, которые были заранее подготовлены и нуждались в обработке.
Первоначальное развитие этой технологии происходило на протяжении 50-х годов XX века, когда компьютеры представляли собой громоздкие и неудобные устройства, обрабатывающие информацию крайне длительное время. На тот момент удобство пользователя находилось на одном из последних мест в развитии, а основное внимание уделялось повышению мощности.
Следующим прообразом компьютерных сетей стало создание отдельных терминалов, имеющих полноценные собственные устройства ввода-вывода и работающие напрямую с одним общим компьютером. Для самого пользователя работа за таким устройством была куда более удобной – он мог не замечать, что мощности компьютера параллельно используются еще несколькими людьми. Именно тогда стали появляться первые сети, чей принцип работы заключался лишь в физическом удалении терминалов на определенные расстояния.
Как только начали появляться более компактные компьютеры – это произошло в 70-х годах, позволить себе их установку могли все больше предприятий, поэтому необходимость использования какого-либо средства связи возрастала и тогда возникли первые, приближенные к современным, способы объединения компьютеров в сеть и потребность в монтаже компьютерных сетей.
APRANET и появление полноценных сетей
В 1969 году произошло знаковое событие – минобороны США приняло решение об объединении всех основных компьютерных узлов в общую сеть. Передача данных осуществлялась между ними по коммутируемому кабелю, а для ее осуществления были созданы специальные операционные системы и огромное количество сложных сопутствующих протоколов.
Впоследствии, коммутируемые кабели телефонных сетей станут одним из основных способов передачи данных вплоть до середины 80-х годов.
Принцип передачи данных по телефонному кабелю, при этом, уже в первые годы существования компьютерных сетей претерпел определенные изменения. Так, в отличие от непрерывного потока информации, который мог подвергаться искажениям и мешать другим пользователям работать с сетью, как это бывает со стандартным телефонным сигналом, компьютерные данные отправлялись сразу готовыми закрытыми пакетами, что позволяло одновременно использовать один и тот же кабель множеству пользователей.
Краткая история развития компьютерных сетей
1950-1960 годы – первые попытки объединения мейнфрейма с терминалами.
1969 – появление APRANET и использование телефонных сетей для передачи данных.
1970-1974 – возникновение мини-компьютеров и создание вручную настраиваемых локальных сетей.
1974 появление первой стандартизованной сетевой архитектуры IBM SNA, а также стандартизация X.25
1980-1985 возникновение персональных компьютеров, появление Интернета в близком к современности виде. Использование стека TCP/IP на всех узлах. Возникновение стандартных технологий локальных сетевых протоколов Ethernet, FDDI, Token Ring.
1986-1987 – старт коммерческого использования Интернета.
1991 появление протокола Web и первых интернет-сайтов.
1995-2000 развитие Web и массовая популяризация компьютеров.
2000-2010 – использование беспроводных сетей, снижение стоимости передачи единицы информации сразу в несколько тысяч раз.
Что появилось раньше – WAN или LAN?
Говоря о компьютерных сетях, сейчас есть две основных их разновидности. Под подключением WAN (Wide Area Network) подразумевают объединение удаленных физически друг от друга компьютеров, а также простой выход в Интернет, в то время как LAN – это закрытая сеть, объединяющая физически близкие компьютеры и способная быть полностью изолированной от каких-либо других соединений.
Однако, на ранних этапах развития компьютеров, нужды в LAN-сетях не было – их заменяли стандартные комплексы из мейнфреймов и терминалов, хотя удаленная передача данных была крайне важным и приоритетным направлением исследований.
Локальные сети (Local Area Network – LAN) обладают замкнутой инфраструктурой до выхода на поставщиков услуг интернета. Термин “локальная сеть” может описывать и маленькую офисную сеть, и сеть большого завода, занимающего несколько гектаров. Применительно к организациям, предприятиям, фирмам используется термин корпоративная сеть – локальная сеть отдельной организации (юридического лица) независимо от занимаемой ею территории.
Корпоративные сети являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешен только ограниченному кругу пользователей (например, сотрудникам компании). Глобальные сети ориентированы на обслуживание любых пользователей.
Глобальная сеть (Wide Area Network – WAN) охватывает большие географические регионы и состоит из множества локальных сетей. С глобальной сетью, которая состоит из нескольких тысяч сетей и компьютеров, знакомы все – это Интернет.
Важную роль в развитии сетей сыграло появление персональных компьютеров, унификация их комплектующих и программного обеспечения. Так начали появляться первые сетевые протоколы – это произошло в 80-х годах. К концу века однозначным лидером среди них стал протокол Ethernet, способный обеспечивать скорость передачи данных в первом поколении своего развития со скоростью 10 Мбит/с, а на данный момент поддерживающий скорость передачи, превышающую 1 Гбит/с.
В настоящее время используются классификации компьютерных сетей по следующим критериям.
• локальные – охватывают небольшие территории и располагаются внутри отдельных офисов, банков, корпораций, домов;
• региональные – образуются путем объединения локальных сетей на отдельных территориях;
По способу связи компьютеров:
• проводные (компьютеры соединяются посредством кабеля);
• беспроводные (компьютеры обмениваются информацией посредством радиоволн. например, по технологии WI-FI или Bluetooth).
По способу управления:
• с централизованным управлением – для управления процессом обмена данных в сети выделяется одна или несколько машин (серверов);
• децентрализованные сети – не содержат в своем составе выделенных серверов, функции управления сетью передаются по очереди от одного компьютера другому.
По составу вычислительных средств:
• однородные – объединяют однородные вычислительные средства (компьютеры);
• неоднородные – объединяют различные вычислительные средства (например: ПК, торговые терминалы, веб-камеры и сетевое хранилище данных).
По типам среды передачи сети разделяются на оптоволоконные, с передачей информации по радиоканалам, в инфракрасном диапазоне, через спутниковый канал и т.д.
Произведя анализ истории создания компьютерных сетей можно прийти к выводу, что рождение компьютерных сетей было вызвано практической потребностью― иметь возможность совместного использования данных. Персональный компьютер – прекрасный инструмент для создания документа, подготовки таблиц, графических данных и других видов информации, но при этом нет возможности быстро поделиться своей информацией с другими, если не использовать компьютерные сети.
Первые «дата-центры»
Отдельно скажем несколько слов о первом «дата-центре» в мире. Если пойти на некоторые допущения, первым дата-центром можно считать компьютер ENIAC (электронный числовой интегратор и вычислитель, Electronic Numerical Integrator and Computer) 1945 года, использовавшийся для хранения боевых кодов ядерного оружия, расчетов траекторий полета бомб, прогнозирования погоды на территории СССР.
По правде говоря, история компьютера началась существенно раньше, в 1942-1943 гг., но ввиду новизны проекта и сложностей с получением одобрения от консервативных военных, строительство завершилось лишь в 1945 году. Разумеется, использовался он также в военных целях для произведения расчетов при разработке термоядерного оружия и таблиц стрельбы (а также для предсказания выпадения ядерных осадков на территории СССР на основании прогнозов погоды). Проект был продемонстрирован публике лишь спустя несколько месяцев после окончания войны и проработал в сумме ровно 10 лет, с осени 1945 по 2 октября 1955, когда состоялось его окончательное отключение. Примечательно, что первыми программистами ENIAC стали девушки:
- Мэрлин Мельцер
- Рут Лихтерман
- Кэтлин Рита Макналти
- Бетти Джин Дженнингс
- Франсис Элизабет Снайдер
- Франсис Билас
В чем-то ENIAC действительно был похож на современные дата-центры: отдельное помещение, оборудованное несколькими степенями защиты, ряды стеллажей с лампами, системы питания с резервированием, большой штат обслуживающего персонала и огромная ответственность перед «заказчиком».
Весил ENIAC приблизительно 27 тонн, потреблял 174 кВт энергии и имел тактовую частоту в 100 кГц. Первая компьютерная комната в СССР площадью 60м2 появилась в 1951 году, но это, как говорится, уже совершенно другая история, которую мы затронем в одной из следующих статей.
Кстати, в 1995 году была создана кремниевая интегральная микросхема ENIAC-on-A-Chip размерами 7,44 мм × 5,29 мм, в которой с помощью 250 000 (по другим данным — 174 569) транзисторов была реализована логика, аналогичная ламповому ЭНИАКу.
Однако этот компьютер был лишь похож на дата-центры, ни о какой виртуализации в данном случае речи не шло, хотя эпоха уже позволяла о ней говорить.
Зарождение виртуализации
Путь к виртуализации проложили такие устройства, как IBM 7044, Compatible Time Sharing System (CTSS), разработанный MIT на базе IBM 704, и суперкомпьютер Atlas.
IBM признала важную роль виртуализации еще в прорывных 60-х вместе с развитием мейнфреймов. Актуальная тогда System/360 Model 67 виртуализировала все интерфейсы оборудования через Virtual Machine Monitor (VMM). Кстати, на рассвете компьютерной эпохи операционную систему называли супервизором, а возможность запуска одной операционной системы на другой операционной системе положило начало термину «гипервизор». Первая ВМ появилась в супервизоре Atlas'a — суперкомпьютера, созданного в Великобритании совместно Манчестерским университетом Виктории и компаниями Ferranti и Plessey по заказу Правительства Великобритании для использования (а как иначе!) в военных целях.
/ Cуперкомпьютер Atlas
Не ARPANETом единым
Уже в 1983 ARPANET состояла из 4000 хостов. Несмотря на изначальную сугубо военную направленность проекта, многие другие организации посчитали его крайне удобным. Среди них были университеты, предприятия, городские службы и многие, многие другие. Таким образом, ARPANET был разделен на две части: одноименную для гражданских нужд и военную MILNET. Несмотря на произошедшее разделение, Министерство обороны США продолжало поддерживать ARPANET, пусть даже военные организации более не использовали эту сеть для своих нужд.
Ранее мы не упоминали о еще одном «брате-близнеце» ARPANET – сети, созданной Национальным научным фондом для проведения научных исследований. Это позволило многим учреждениям, которые ранее не имели возможности подключиться к ARPANET, общаться по «собственным» каналам. CSNET начала работу в 1981 году и стала предшественницей высокоскоростной NSFNET, объединившей национальные научные фонды и ставшей основой современного интернета.
К слову о скорости. Прежних 50-56 кбит/с было крайне мало для эффективной коммуникации внутри постоянно растущей сети компьютеров. Благодаря компании MCI Corporation, сеть была существенно модернизирована путем внедрения новых линий T-1. Они позволяли передавать данные на скорости до 1,5 Мбит/с. В свою очередь, IBM разработали более совершенные маршрутизаторы, а компания Merit взяла под свой контроль все вопросы по управлению сетью. Уже к концу 1980-х в разработке находилась линия T-3, которая позволяла разогнать сети до 45 Мбит/с.
О существенной части дальнейшей истории интернета мы уже рассказывали ранее. 6 августа 1991 года свет увидела Всемирная паутина, знаменитая World Wide Web, и интернет официально «встал на крыло», а к 1993 году, появился первый графический браузер Mosaic.
/ Браузер Mosaic, сыгравший важную роль в популяризации интернета
60-е: предпосылки появления интернета и ARPANET
Как и многие другие передовые технологии, интернет в его первичной форме зародился в военных штабах Америки. Холодная война грозила США множеством бед, в том числе, и запуском межконтинентальных ядерных ракет. Советские технологии внушали страх и трепет, а запуск первого автономного летательного аппарата в 1957 году не только подарил всему англоязычному миру неологизм «sputnik», но и заставил оборонную промышленность работать на опережение.
Одним из следствий этой работы стало создание ARPA, агентства перспективных исследовательских проектов. В компетенции агентства была разработка технологий, которые могли бы дать США весомое преимущество в Холодной войне и возглавить гонку вооружений, а в случае открытой конфронтации — помочь в защите страны.
К 1962 году агентством были сформированы первые тезисы о некой взаимосвязанной сетевой системе, которую Дж.К.Р. Ликлайдер из Массачусетского технологического института назвал «галактической сетью». Вкратце, галактическая сеть предполагала мгновенное получение доступа к любой информации в электронном виде, находящейся на множестве взаимоудаленных компьютеров. Теперь требовалось понять, как именно эти компьютеры будут связаны.
/ Дж.К.Р. Ликлайдер, гений, инноватор и крестный отец интернета
В то же самое время, благодаря исследованиям ВВС США, заказанным с целью определить, каким образом вооруженные силы смогут сохранять командование в случае ядерного удара, к «галактической сети» прибавился еще один кирпичик будущего интернета: технология коммутации пакетов (packet switching).
Поскольку США требовалось построить децентрализованную модель командования, при которой, независимо от степени нанесенного врагом ущерба, ВС не теряли бы контроль над собственным оружием, самолетами и бомбардировщиками и могли продолжать оборону, внедрение технологии коммутации пакетов решало эту задачу.
В 1968 году в США началось строительство ARPANET, сети-предшественника современного интернета, которой было суждено стать плацдармом для обкатки множества технологий, которые мы используем и по сей день.
В 1969 году, 29 октября, состоялся первый успешный сеанс связи между двумя компьютерами. Первый находился в Массачусетсе, второй – в Калифорнии, оба принадлежали местным техническим университетам. Расстояние между компьютерами составляло порядка 640 км.
В 21:00 по местному времени Чарли Клайн попытался подключиться к компьютеру Стэнфорда и передать 5 символов, слово ”LOGIN”, однако сеть оборвалась, и удалось ввести только два первых символа. В 22:30 соединение было восстановлено, и вторая попытка увенчалась успехом. Кстати, успешность передачи фиксировалась в ходе прямого телефонного разговора с Биллом Дюваллем. С третьей попытки все символы слова были получены, и интернет, можно сказать, наконец «родился».
Эксперимент показал, что компьютеры не только могут быть физически соединены друг с другом, но и способны обмениваться данными и программами. Тем не менее, способ связи с помощью низкоскоростной телефонной сети уже тогда не мог считаться надежным и приемлемым.
ARPANET был построен на базе четырех миникопьютеров Honeywell DP-516, оснащенных 24 кбайт оперативной памяти и расположенных в университетах Санта-Барбары, Лос-Анджелеса, Стэнфорда и Юты. Данные передавались со скоростью до 56 Кбит/с.
/ DDP-516
/ Один из первых IMP, выполнявших функцию маршрутизаторов и использовавшихся в ARPANET с конца 60-х по 1989 год
Команда, работающая над IMP, назвала себя «IMP Guys».
/ Команда IMP (слева направо): Трутт Тэтч, Билл Бартелл, Дейв Уолден, Джим Гейсман, Роберт Кан, Фрэнк Харт, Бен Баркер, Марти Торп, Уилл Кроутер и Северо Орнштейн. Берни Козелла на фото нет.
Читайте также: