История возникновения и развития компьютерных сетей

История возникновения  и развития компьютерных сетей

 

Развитие компьютерных сетей связано  как с развитием собственно ЭВМ, входящих в состав сети, так и  с развитием средств телекоммуникаций.

Работы по созданию компьютерных сетей  начались ещё в 60-х годах ХХ века. Прообразом компьютерных сетей явились системы телеобработки данных (СТД), построенные на базе больших (а позже и миниЭВМ).

В качестве средств передачи данных использовалась существующая телефонная сеть. Основными элементами СТД являются модемы, абонентские пункты и устройства коммутации. Система СТД оперировала только аналоговыми сигналами.

Основным недостатком СТД является невысокое быстродействие (9600 бит/с, реально 2400 бит/с). Поэтому одним  из направлений совершенствования  СТД явилась разработка цифровых телефонных коммутаторов.

Вторым существенным недостатком  СТД является возможность передачи данных по каналу связи в один и  тотже момент времени только с  одной скоростью. Этот недостаток был  преодолен использованием впервые  в 70-х годах в США коммуникаций кабельного телевидения, позволяющих вести широкополосную передачу (ШП).

Третьим направлением перехода к сетям  была разработка высокоскоростных шин  для обеспечения взаимодействия нескольких больших ЭВМ.

Четвёртым направлением развития сетей  была реализация распределённой обработки данных.

К середине 80-х годов, с появлением ПЭВМ все отмеченные тенденции развития сетей стали сближаться, что привело  к разработке современных компьютерных сетей.

 

Преимущества использования  компьютерных сетей

 

Разделение ресурсов

Разделение ресурсов позволяет  экономно использовать ресурсы, например, управлять периферийными устройствами, такими как лазерные печатающие устройства, со всех присоединенных рабочих станций.

 

Разделение данных

Разделение данных предоставляет  возможность доступа и управления базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации

 

Разделение программных средств

Разделение программных средств  предоставляет возможность одновременного использования централизованных, ранее  установленных программных средств.

 

Разделение ресурсов процессора

При разделение ресурсов процессора возможно использование вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в  сеть. Предоставляемая возможность  заключается в том, что на имеющиеся  ресурсы не "набрасываются" моментально, а только лишь через специальный процессор, доступный каждой рабочей станции.

 

Многопользовательский режим

Многопользовательские свойства системы  содействуют одновременному использованию  централизованных прикладных программных средств, ранее установленных и управляемых, например, если пользователь системы работает с другим заданием, то текущая выполняемая работа отодвигается на задний план.

 

Классификация

 

По размеру, охваченной территории

Персональная сеть (PAN, Personal Area Network)

Локальная сеть (LAN, Local Area Network)

HomePNA

Объединение нескольких зданий CAN, Campus Area Network)

Городская сеть (MAN, Metropolitan Area Network)

Национальная сеть

Глобальная вычислительная сеть (WAN, Wide Area Network)

Сравнительная характеристика сетей (особенности локальных, глобальных и городских сетей)

 

По типу функционального взаимодействия

Клиент-сервер

Смешанная сеть

Точка-точка

Одноранговая сеть

Многоранговые сети

 

По типу сетевой топологии

Шина

Звезда

Кольцо

Решётка

Смешанная топология

Полносвязная топология

 

По функциональному назначению

Сети хранения данных

Серверные фермы

Сети управления процессом

Сети SOHO

 

По сетевым ОС

На основе Windows

На основе UNIX

На основе NetWare

Смешанные

 

По скорости передачи

 

По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на низко-, средне- и высокоскоростные.

низкоскоростные (до 10 Мбит/с),

среднескоростные (до 100 Мбит/с),

высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Топологии сетей

 

Общая шина

 

В сети с топологией «общая шина» все компьютеры подключены друг к другу посредством общего кабеля (шины):

 

При использовании данной топологии  в сети отсутствуют какие-либо активные схемы обработки сигнала, каждый компьютер свободно «слушает» коммуникационный кабель целиком. Сигнал, переданный одной машиной, получают все компьютеры, подключенные к шине, принимает же и обрабатывает его только компьютер-адресат (адрес получателя указан в посылаемом сообщении). Одновременно передавать сигнал может только один компьютер, остальные участники сети в этом случае должны ожидать, пока шина освободиться. Отсюда основной недостаток сети данной топологии — низкая производительность.

 

Достоинства шинной топологии:

Невысокая стоимость

Простота расширения и объединения  подсетей

 

Недостатки шинной топологии:

Низкая производительность

Низкая надежность

Сложность диагностики при появлении  аппаратных неполадок

Отказ кабеля или разъема на любом  участке приводит к полной неработоспособности  всей сети

 

Заключение: шинную топологию имеет  смысл применять в тех случаях, когда число узлов в сети и их сетевая активность невелики. Главный плюс топологии — низкая стоимость.

 

Кольцо

 

В сетях с топологией «кольцо» компьютеры подключены к общему сетевому кабельному кольцу, по которому идет передача данных в одном направлении:

 

 

Получив данные, каждый компьютер  проверяет адрес получателя, и, если он совпадает с собственным адресом, принимает данные. Если же адрес  машины не совпадает с адресом  получателя, компьютер передает данные дальше по кольцу.

 

При использовании данной топологии в качестве физической среды передачи чаще всего используется кабель «витая пара» либо оптоволокно.

 

Для случаев, когда несколько компьютеров  одновременно пытаются передать данные, в сетях с топологией «кольцо» применяется механизм маркерного доступа. По кольцу постоянно передается маркер - специальное короткое сообщение. Прежде чем начать передачу данных, компьютер должен дождаться маркера, прикрепить к нему пакет данных со служебной информацией, и лишь потом передать в сеть.

 

Наиболее известные технологии, основанные на топологии «кольцо» — FDDI и Token Ring.

 

Достоинства кольцевой топологии:

Благодаря ретрансляции отсутствуют  потери сигнала при передаче

Благодаря механизму маркерного доступа  отсутствуют коллизии

Отказоустойчивость находится на высоком уровне

 

Недостатки кольцевой топологии:

Выход из строя одного их узлов  может повлечь за собой неработоспособность  всей сети

Затруднено добавление и удаление нового узла — для этого приходится разрывать кольцо

 

Вывод: использование кольцевой топологии оправдано, если необходимо создать производительную и надежную сеть, существенная модернизация и расширение которой в дальнейшем маловероятны.

 

 

Звезда

 

В сетях с топологией «звезда» компьютеры подключаются каждый отдельным кабелем  к специальному общему устройству — коммутатору или концентратору, которое отвечает за обмен данными между участниками сети.

 

 

Топология типа «звезда» позволяет  осуществлять подключения компьютеров  к сети при помощи различных типов  кабелей.

 

 

Достоинства звездообразной топологии:

Высокая пропускная способность

Работоспособность сети в целом  не зависит от работоспособности  отдельного узла

Сеть легко масштабируется

Возможность подключения компьютеров  кабелям различных типов

Легкость организации подсетей

 

Недостатки звездообразной топологии:

Число узлов сети ограничено количеством  портов коммутатора/концентратора

При выходе из строя коммутатора/концентратора  сеть становится полностью неработоспособной

Необходимость в использовании  отдельного кабеля для подключения каждого компьютера

Относительно высокая стоимость

 

Вывод: топология «звезда» — отличный выбор в случаях, когда имеется  возможность проложить необходимые  кабели.

 

Решетка

 

Решетка — это такая топология, при которой связи узлов образуют регулярную двух- или более мерную решетку.

 

Одномерная решетка — это  цепочка, которая соединяет два  внешних узла через некоторое  количество внутренних узлов. Двух- и трехмерные решетки встречаются в суперкомпьютерной архитектуре.

 

 

Достоинством топологии является весьма высокая надежность сети, а основными недостатками — сложность и дороговизна реализации.

 

 

 

 

 

 

 

 

Полносвязная топология

 

Полносвязная топология — разновидность  топологии сети, при которой каждый узел имеет соединения со всеми остальными узлами сети. Данная топология весьма дорога и сравнительно малоэффективна, так как требует наличия множества независимых линий и коммуникационных портов для каждого компьютера, подключенного к сети. Полносвязная топология обычно используется в сетях с малым количеством узлов.

Смешанные топологии

В большинстве случаев крупные  сети имеют смешанную (гибридную) топологию. В этих случаях используется различное  комбинирование элементов типовых  топологий в зависимости от поставленных задач. Примеры смешанных топологий  — «звезда-звезда», «звезда-шина».

 

 

 

Достоинства и недостатки сетей  смешанной топологии зависят  от того, какие базовые топологии  были положены в их основу.

 

Часто смешанная топология является результатом постепенной модернизации сети, когда оборудование меняется частями, а не сразу.

Персональные сети

 

Персональная сеть (Personal Network) — это разновидность сети, которая строится «вокруг» конкретного человека. В персональную сеть пользователя могут быть объединены все его персональные цифровые устройства — телефоны, смартфоны, принтеры, фотоаппараты, ПК, КПК, ноутбуки и т.п.

 

 

Персональные сети — это сети «ближнего действия», радиус их охвата по определению невелик — от нескольких метров до десятков метров.

 

Наиболее известным стандартом для создания персональных сетей в настоящее время является Bluetooth.

 

Локальные сети

 

Локальная компьютерная сеть (Local Area Network, LAN) — некоторое количество расположенных относительно недалеко друг от друга компьютеров, имеющих общую среду передачи данных. Обычно в локальную сеть связываются офисные или домашние компьютеры.

 

 

В силу физически близкого расположения компьютеров, входящих в локальную  сеть, в ней возможна передача данных с очень высокой скоростью.

 

На сегодняшний день стандартом «де факто» для проводных сетей является Ethernet.

Региональные сети

 

Региональные или городские  сети (Metropolitan Area Network, MAN) объединяют от нескольких сотен до тысяч компьютеров, обычно в пределах одного города или области. Часто в качестве MAN используются модифицированные сети кабельного телевидения.

 

 

Региональные сети работают на скоростях  от средних до высоких.

 

Глобальные сети

 

Глобальные компьютерные сети (Wide Area Network, WAN) — это совокупность более мелких, региональных сетей, которые связаны между собой различными телекоммуникационными каналами: оптоволоконными кабелями, спутниковыми каналами, телефонными линиями. Самой известной и широко распространенной глобальной сетью является Internet.

 

 

В силу огромной протяженности линий  передачи данных, глобальные сети, как правило, работают с самой низкой скоростью.

 

 

 

 

 

 

 

По типу функционального  взаимодействия

Одноранговые сети

В одноранговых сетях все компьютеры «равны». Каждый из них может как  предоставлять свои ресурсы другим компьютерам, так и пользоваться ресурсами, предоставляемыми остальными участниками сети.

 

 

Сети «клиент-сервер»

В сети типа «клиент-сервер» существует два типа машин — клиенты и  сервер(ы). Основная задача сервера  — предоставлять свои ресурсы  клиентам, т.е. всем другим компьютерам  сети. Ресурсы, предоставляемые серверами, могут быть различного типа — файлы, почтовые сервисы, базы данных.

 

Сети точка-точка

Сеть типа «точка-точка» — самая  простая разновидность компьютерной сети. В этом случае два компьютера соединяются друг с другом напрямую через какой-либо канал связи.

 

Главное достоинство сети «точка-точка» — максимальная простота и минимальная  стоимость подключения. Недостаток же продиктован самой идеей данной сети — она не может состоять более, чем из двух узлов.

Смешанные (гибридные) сети

 

Смешанные (гибридные) сети сочетают в себе признаки как одноранговых сетей, таки сетей, построенных по принципу «клиент-сервер». В смешанной сети узел, являясь сервером для одной  части компьютеров, может одновременно быть клиентом другого сервера (или нескольких серверов).