История появления и развития компьютерных сетей

На начальном этапе развития компьютерной индустрии данные обрабатывались на мэйнфремах: один мощный компьютер в многозадачном режиме с разделением времени обрабатывал данные, а ввод данных осуществлялся с терминалов, пред­ставляющих собой клавиатуру и дисплей. При этом в пределах одного здания или даже одного предприятия можно было соединить терминальные рабочие места с мэйнфреймом при помощи кабеля. Создавалась структура, напоминающая со­временную одноранговую локальную сеть, соединенную звездой (рис. 13.1).

В этом случае по соединительному кабелю передавался весьма незначительный по сегодняшним меркам объем данных с очень невысокой скоростью. Несмотря на то что и в этом случае надо было вырабатывать какие-то правила кодирования цифровых данных для передачи их по медному кабелю, эти правила кодирования и. сам физический процесс передачи не вызывали особых затруднений: можно было обходиттся теми же правилами, по которым данные обрабатывались внутри компьютера, кодируя наличие или отсутствие высокого уровня сигнала на медной шине как ноль или единицу. В полной мере эти кабельные соединения между тер­миналами и мэйнфремом еще не могли называться компьютерной сетью.

То, что годилось для промышленного предприятия, имеющего хотя и большую, но все-таки ограниченную площадь, оказалось непригодным для решения других задач. Компьютер стал активно использоваться в качестве хранителя и обработчика данных в таких областях, как продажа авиационных билетов, биржевая торговля, планирование и управление поставкой товара. Все эти очень разные сферы при­менения были сходны в одном: они требовали наличия терминальных рабочих мест по всей стране, в то время как мощный мэйнфрейм должен был оставаться единственным. Задача соединения мэйнфрейма с терминальными устройствами была решена благодаря наличию сети телефонной связи, которая проложена в са­мые отдаленные уголки. Решать пришлось другую задачу: как передавать через аналоговые линии телефонной связи, специальным образом приспособленные для качественной передачи человеческого голоса, цифровое данные? Вполне ло­гичным выглядело решение преобразовывать цифровые данные для передачи по телефонным линиям в колебания звуковой частоты, а затем вновь преобразовывать эти колебания в цифровые данные на принимающей стороне. Сам процесс преоб­разования цифровых данных в аналоговый сигнал носит название модуляции, а об­ратное преобразование — демодуляции. Устройство же, выполняющее эти операции, называется модулятор-демодулятор, или, сокращенно, модем.

Создание модемов и выработка технологии передачи данных по сетям теле­фонной связи заложило очень хорошую основу для будущего создания ком­пьютерных сетей. Для последнего шага не хватало одного: компьютеров, между которыми должны были бы устанавливаться связи. Вычисления в терминальной сети нельзя было считать распределенными, поскольку все они выполнялись одним компьютером, да и сама сеть, как уже отмечалось, была не компьютерной, а терминальной.

Впервые задача создания именно компьютерных сетей в США была поставлена военными. Созданное в 1952 г. в СССР водородное оружие и запущенный в 1957 г. искусственный спутник земли поставили Соединенные Штаты перед неожиданным для них фактом: их территория стала доступна для удара советских ракет. В сроч­ном порядке нужно было пересматривать всю концепцию информационной систе­мы вооруженных сил, которая прежде строилась на мэйнфреймовой архитектуре. Дело в том, что в основе терминальной сети мэйнфреймовых информационных систем лежала сеть телефонной связи. В свою очередь, телефонная сеть имела иерархическую структуру, при которой все телефонные соединения сходились в крупных городах. Таким образом, вывод из строя одного лишь крупного телефон­ного узла мог оставить без оперативного управления половину территории страны. Требовалось решение, в котором хорошо защищенные компьютеры информаци­онной системы министерства обороны США, во-первых, могли бы обмениваться данными напрямую, минуя терминальные сети, во-вторых, продолжали бы обмен данными даже при выходе из строя одного из центральных узлов связи или одного из этих компьютеров. Информационная система в целом должна была сохранять работоспособность и после отказа своих важных компонентов. Для этого нужен был принципиально иной подход как к работе самой вычислительной системы, так и к организации коммуникаций и передачи данных между компьютерами.

Еще в начале 50-х гг. прошлого бека сотрудник корпорации RAND Пол Бэрэн проводил по заказу министерства обороны США соответствующие изыскания и предложил структуру высоконадежной сети (рис. 13.2).

Рис. 13.2. Высоконадежная сеть Пола Бэрэна

В этой сети, благодаря продуманной, а вернее, просчитанной, топологии, при выходе из строя даже половины узлов оставшаяся сеть с высокой вероятностью продолжала работать как единое целое. При этом Бэрэн предложил использовать для передачи данных между узлами не непрерывный аналоговый сигнал, а пакеты, то есть делить данные на фрагменты небольшого объема, передача которых была более надежной и которые позволяли быстро повторить пересылку в случае неуда­чи. К сожалению, реализовывать идеи Бэрэна было поручено телефонной компании AT&T, которая отвергла эти принципы как нереализуемые.

Таким образом, к моменту, когда США остро нуждались в высоконадежной рас­пределенной информационной системе, этой системы у них не было. Для быстрого решения проблемы были выделены деньги и создана единая научная организация ARPA (Advanced Research Projects Agency — управление по перспективным науч­ным исследованиям). Результатом деятельности этой организации было несколько весьма важных решений.

□ Во-первых, агентство ARPA вместо организации закрытых военных лаборато­рий предложило решать поставленные задачи университетам, выделив гранты на проведение исследований.

□ Во-вторых, агентство реанимировало идеи Бэрэна о пакетной передаче данных и распределенной сети, начав проектировать и строить национальную сеть, со­единяющую исследовательские центры.

□ В-третьих, благодаря щедрому финансированию ARPA, университеты получили возможность купить и установить в одном месте несколько компьютеров (в то время, когда персональных компьютеров еще не было, несколько компьютеров в одной организации были большой редкостью). Таким образом, каждый во­влеченный университет, кроме работы в рамках проекта общенациональной сети, получил возможность проводить эксперименты в рамках университетской локальной вычислительной сети.

□ В-четвертых, несмотря на пристальное внимание к развивающейся националь­ной компьютерной сети, агентство проводило исследования в области сетей, построенных на базе спутниковой и наземной радиосвязи. В результате этой работы уже в 1972 г. грузовик, перемещавшийся по штату Калифорния и осна­щенный терминалом, мог управлять компьютером, установленным в Лондоне.

Хорошее финансирование университетов и весомые денежные добавки от ARPA сделали свое дело. Сеть ARPANET, в которую поначалу были включены всего 4 университета (1969 г.), стала быстро расширяться, и к 1972 г. к ней подключились уже 34 университета, а сама сеть приобрела ярко выраженную смешанную топо­логию, в которой любой компьютер имел как минимум два пути передачи данных.

Однако во всем этом процессе развития сети не хватало того, что условно можно было бы назвать «резкостью» картинки. Если в сети ARPANET, объединяющей университеты, наблюдалось единообразие как программного обеспечения, так и технических решений (во всех узлах сети были установлены компьютеры одной марки, Honeywell DDP-316), то на уровне локальных сетей университетов царил настоящий «зоопарк» протоколов, которые каждый из университетов был вы­нужден изобретать для себя самостоятельно. Завершающим аккордом в процессе формирования сети ARPANET можно назвать создание в университете Беркли операционной системы UNIX 4.2 BSD. В состав этой операционной системы по за­казу APRA были включены сетевые разработки, успешно проявившие себя к этому времени: протоколы TCP/IP, сокеты и системные сетевые утилиты. Университеты получили унифицированное и готовое к применению программное обеспечение, при помощи которого можно было не только строить локальные сети, но и легко подключаться к сети ARPANET. С этого момента сеть ARPANET вступила в эпоху своего лавинообразного роста.

Бурный рост и безусловный положительный эффект, который оказала сеть ARPANET на научные исследования в университетах, вовлеченных в проект, при­влекло внимание Национального научного фонда (National Science Foundation, NSF) США. Отмечая, что возможность практически мгновенно обмениваться ре­зультатами исследований многократно ускоряет ход научных исследований, фонд NSF выявил то, что сдерживало развитие сети ARPANET: для подключения к ней любой университет должен был заключать специальный договор с министерством обороны, причем министерство обороны не стремилось к дальнейшему расти-, рению своего сотрудничества с университетами. Такое положение дел привело к решению о создании сети NSFNET, которая стала альтернативной ARPANET и к которой могли подключиться любые университеты. Первоначальное финан­сирование проекта по созданию NSFNET было внушительным. Была построена сетевая магистраль, связавшая 6 университетских центров, оснащенных суперком­пьютерами, и создано 20 региональных сетей, соединенных с этой магистралью. В результате практически все университеты США получили возможность доступа к суперкомпьютерам базовых научных центров. Нужно отметить также факт при­нятия в 1983 г. протоколов TCP/IP в качестве официальных сетевых стандартов. Массовый рост количества локальных сетей, подключенных к ARPANET и NS- FNET, продолжался, сопровождаясь серьезным давлением бизнес-сообщества, которое давно уже поняло выгоду и прибыльность новой технологии.

В 1990 г. сеть NSFNET была переведена на коммерческие рельсы. Этот перевод облегчил участие бизнеса в дальнейшем развитии компьютерных коммуникаций. Появление персональных компьютеров ускорило процесс роста компьютерных сетей, к которым стали присоединятся не только научные центры, но и дома обыч­ных граждан. Создание на Европейском континенте своих региональных сетей и объединение их с американскими сетями ознаменовало собой эпоху наступления Интернета, сети, объединяющей не столько компьютеры, сколько другие сети. Таким образом, Интернет — это не глобальная сеть, а сеть сетей.