Еволюція комп’ютерних мереж

Через об’єктивні причини становлення і розвиток обчислювальних мереж відбувалося за трьома основними напрямками. Перший напрямок був зумовлений прагненням підвищити ефективність використання обчислювальних ресурсів комп’ютерів організацією одночасної роботи великої кількості користувачів. Внаслідок цього з’явилися обчислювальні системи, до складу яких входили головний комп’ютер
і підключені до нього термінали, розташовані у безпосередній близькості від головного комп’ютера. З часом подібні системи розвинулись до систем телеобробки даних (рис. 1.2), які за допомогою каналів зв’язку давали змогу підключати до головного комп’ютера віддалені термінали. Потім для зменшення навантаження на канали зв’язку, як віддалені термінали, почали використовувати абонентські комп’ютери, що виконували попередню обробку інформації, зменшивши тим самим інформаційні потоки в каналах зв’язку.

Рис. 1.2. Структура системи телеобробки даних, де:

АС – абонентська система; ГК – головний комп’ютер

Цей напрямок в основному підтримувався фірмами-виробниками засобів обчислювальної техніки. Так найхарактернішим прикладом є мережа SNA (System Network Architecture — системна мережева архітектура), розроблена фірмою IBM.

Під системною мережевою архітектурою розуміють сукупність принципів, процедур, протоколів і форматів, які визначають ідеологію фірми IBM щодо побудови комп’ютерних мереж на базі систем телеобробки даних. Системна мережева архітектура була розроблена для підвищення ефективності та спрощення проектування комп’ютерних мереж. Згідно з нею комп’ютерна мережа створюється за регіональним принципом. Комп’ютери окремого регіону, як правило, є відокремленою системою телеобробки даних або локальною мережею. Регіони зв’язуються між собою каналами передачі даних.

Аналогічний підхід до побудови комп’ютерних мереж застосовано в мережевій архітектурі DNA (Digital Network Architecture — Архітектура цифрової мережі), розробленій однією з головних комп’ютерних фірм — Digital Equipment Corporation (DEC).

Існує й інший підхід: комп’ютерна мережа розглядається як мережа передачі даних, абонентами якої є комп’ютери. При цьому головна увага приділяється організації мережі передачі даних з використанням існуючих мереж зв’язку, зокрема, телефонних.

Комп’ютерна мережа, абоненти і головні комп’ютери якої розташовані на значній відстані один від одного, називаються глобальною комп’ютерною мережею.

Поява і поширення глобальних комп’ютерних мереж надала якісно нові можливості у сфері інформатики й обробки даних. Дійсно, об’єднання в комп’ютерну мережу кількох комп’ютерів і систем телеобробки зумовлюють появу нових можливостей підвищення надійності функціонування обчислювальних засобів, тому що мережа дає змогу не тільки оперативно перерозподіляти обчислювальні ресурси (завантаження комп’ютерів), але й забезпечує резервування цих ресурсів. Як правило, у мережі є кілька шляхів доступу до тих чи інших обчислювальних засобів, що також підвищує надійність і якість обслуговування її абонентів.

Типовим прикладом глобальних мереж є мережа комутації пакетів, в основу функціонування якої покладено стандарт Х.25, розроблений Міжнародним консультативним комітетом з телефонії і телеграфії для побудови мереж на базі аналогових телефонних мереж загального користування. При розробці даного стандарту особлива увага приділялася підвищенню надійності передачі інформації каналами зв’язку шляхом контролю правильності передачі даних на всіх рівнях системи передачі інформації, що, у свою чергу, спричинило зниження швидкості передачі інформації. Підвищення якості каналів передачі даних дало змогу спростити процедуру контролю правильності передачі інформації. Це зумовило появу нової мережевої топології — Frame Relay (FR, ретрансляція кадрів).
У мережах FR істотно спрощена обробка кадрів даних
у проміжних вузлах комутації. Це дозволяє скоротити загальний час передачі інформації.

На розвиток глобальних комп’ютерних мереж істотно вплинула мережа ARPANET, розроблена і розвернута 1969г. компанією Bolt, Beranek and Newman (BBN) по замовленню Управління перспективного плануванння науково-дослідницьких робіт ARPA (скорочення від Advanced Research Projects Agency) Міністерства оборони США. Метою цього проекту було створення комп’ютерної мережі з високою надійністю передачі інформації. Вихід із ладу вузла комутації або каналу передачі даних не повинен був спричиняти втрату працездатності мережі. Мережа ARPA містить головні комп’ютери, зв’язані між собою каналами передачі даних та комутаційними вузлами, функції останніх виконують міні-комп’ютери. Експериментальна мережа ARPA була створена в 1969 році. До неї входили чотири головних комп’ютери, розташовані в різних університетах країни. Ця мережа швидко розвивалась: у 1972 році вона об’єднала більш як 30 міні-комп’ютерів, а в 1983 – понад 200.

В 1990 року мережа ARPANET була перетворена у глобальну мережу Інтернет.

Розроблений у рамках проекту мережі ARPA набір протоколів TCP/IP для керування обміном інформації по каналах передачі даних виявився досить ефективним і почав широко використовуватися в глобальних комп’ютерних мережах. З 1990 року ARPANET припинив своє існування, а її місце зайняла мережа Інтернет, основними протоколами якої є протоколи TCP/IP.

Другий напрямок розвитку комп’ютерних мереж пов’язаний з широким упровадженням мультимедійних мережевих прикладних програм, при використанні яких потрібно враховувати такі особливості мультимедійного трафіка, як його рівномірність у межах одного сеансу передачі і відносно короткі розміри блоків даних, що передаються. Це є однією з основних причин розробки технології мереж з асинхронним режимом передачі – технології АТМ (Asynchronous Transfer Mode). Ініціаторами створення
і розвитку технології АТМ виступили великі телекомунікаційні компанії, які спрямували спільні зусилля на розробку і стандартизацію методів передачі даних з використанням технології АТМ і швидку, але дешеву і надійну доставку інформації. Телекомунікаційні компанії були зацікавлені мати широкосмугові високопродуктивні мережі, адже це працювало на зниження вартості наданих ними сервісів і зменшення кількості різнорідних мереж. Технологія АТМ забезпечує швидкість передачі даних до 622 Мбіт/с.

Поступово ці два напрямки розвитку комп’ютерних мереж почали зближатися, і в даний час комп’ютерні мережі – це об’єднання систем телеобробки, побудовані на основі розгалуженої мережі передачі даних. До складу таких мереж входить кілька головних комп’ютерів і досить велика кількість абонентських систем, віддалених одна від одної на значну відстань.

Третій напрямок у розвитку комп’ютерних мереж пов’язаний зі спільним використанням комп’ютерами обчислювальних ресурсів і устаткування, яке дорого коштує. У такій мережі всі комп’ютери розташовуються на відносно невеликій відстані один від одного,
найчастіше — у межах одного приміщення. Цим пояснюється назва даного типу мережі — локальна комп’ютерна мережа. Порівняно з глобальними комп’ютерними мережами система передачі інформації в локальних комп’ютерних мережах є простішою, а швидкість передачі даних у них, як правило, на один-два порядки вища від швидкості передачі даних у глобальних.

Однією з перших локальних мереж, що випускаються серійно, була мережа ARCnet фірми Datapoint. Дана мережа має зіркоподібну топологію і будується на основі концентраторів, до яких підключаються комп’ютери.

Найбільш розповсюдженою локальною обчислювальною мережею є мережа Ethernet, перший варіант якої було створено в 1975 році в дослідницькому центрі фірми Xerox в Пало-Альто (США). Проект виявився досить вдалим, і до 1980 року фірма Xerox впровадила понад 30 таких мереж. Спочатку мережа працювала зі швидкістю 2,96 Мбіт/с, а наприкінці 1980 року фірма Xerox разом з фірмами DEC і Intel закінчила розробку й опублікувала специфікацію на мережу Ethernet зі швидкістю передачі даних 10 Мбіт/с. Мережа має шинну топологію, середовищем передачі якої є коаксіальний кабель.

У наш час у рамках комп'ютерних мереж відбувається інтеграція різних мережевих технологій. Спочатку це виразилося в підключенні локальних мереж до глобальної мережі Інтернет. В результаті цього виникла потреба узгодити окремі протоколи локальних і глобальних мереж. Одним з цікавих і важливих результатів цього процесу є впровадження мережевих технологій глобальних мереж у локальні мережі, відображенням чого стала поява мереж Інтранет — локальних мереж, що використовують технології та протоколи Інтернет для обробки й обміну інформацією.

В області сучасних мережевих інформаційних технологій простежується стійка тенденція до об'єднання й інтегрування комп'ютерних мереж, що використовують різні мережеві технології й різне середовище передачі інформації, у тому числі й безпровідне. Це привело до появи нового класу комп'ютерних мереж, так званих об'єднаних мереж. Під об’єднаною мережею (internetwork) розуміється множина окремих комп’ютерних мереж, з’єднаних між собою проміжними мережевими пристроями, яка функціонує як одна велика мережа. В якості проміжних мережевих пристроїв найчастіше використовуються високошвидкісні комутатори і маршрутизатори. Основною структурною одиницею об’єднаної комп'ютерної мережі є домен, який представляє собою підмножину мереж, що входять в об’єднану мережу, які разом адмініструються і використовують одну і ту ж стратегію маршрутизації. З врахуванням доменної структури об’єднаних комп'ютерних мереж переважно використовується дворівнева організація системи керування мережею, згідно з якою на нижньому рівні здійснюється керування доменами, а на верхньому рівні організовується взаємодія між доменами.

Сучасні об’єднані комп'ютерні мережі мають досить велику розмірність, характеризуються складною багаторівневою архітектурою і широким спектром пристроїв. Ефективність функціонування об’єднаних комп'ютерних мереж в значній мірі залежить від швидкості передачі інформації, рівня їх інтелектуалізації і забезпечення мобільності користувачів.

Новий аспект набуває вимог по забезпеченню різних видів мережевого сервісу Базовий набір послуг мережі Internet залишається незмінним, але при цьому з’являються такі додатки як широкомовна передача голосу і відеоданих, до того ж всі ці сервісні функції повинні бути гарантовані користувачам як при доступі в мережу з робочого місця, так і при його переміщенні.

Високі швидкості передачі інформації в об’єднаних комп’ютерних мережах необхідні для інтеграції різних видів інформації, ефективної організації зв’язків між мережами різного рівня і надання кожному користувачу чи мережевому додатку необхідних мережевих ресурсів.

Інтелектуальність мереж передбачає збільшення гнучкості і надійності мереж, спрощення запитань керування мережею, що, в свою чергу, створює нові можливості для користувача, перетворюючи його з пасивного споживача послуг в активного клієнта, котрий може не тільки замовляти послуги, але й самостійно керувати мережею.

Отже, внаслідок еволюції комп’ютерних мереж сформувалося кілька основних мережевих топологій. Розглянемо їх.