Сети передачи данных

Сети передачи данных (вычислительные, компьютерные сети) - результат эволюции двух важнейших научно-технических отраслей современной цивилизации:

• компьютерных технологий

• телекоммуникационных технологий

1. Сети передачи данных - частный случай распределенных вычислительных систем:

• группа компьютеров согласованно выполняет набор взаимосвязанных задач, обмениваясь данными в автоматическом режиме.

2. Компьютерные сети - средство передачи информации на большие расстояния:

• применяются методы кодирования и мультиплексирования данных (как в телекоммуникационных системах)

Компьютерная сеть — это:

• совокупность компьютеров,

• связь посредством коммуникационной системы,

• программное обеспечение предоставляет пользователям доступ к ресурсам компьютеров;

Сеть образована компьютерами разных типов:

• небольшие микропроцессоры,

• рабочие станции,

• мини-компьютеры,

• персональные компьютеры,

• суперкомпьютеры.

Передача сообщений между любой парой компьютеров сети обеспечивается коммуникационной системой:

• повторители,

• коммутаторы,

• маршрутизаторы и др.;

Компьютерная сеть позволяет пользователю:

• работать со своим компьютером, как с автономным,

• пользоваться информационными и аппаратными ресурсам других компьютеров сети

Эволюция сетей‏

Этап 1. Появление первых ЭВМ:

• ламповые вычислительные устройства,

• проектирование, эксплуатация, программирование – функции одного коллектива разработчиков;

• программирование на машинном языке;

• отсутствие системного программного обеспечения;

• библиотек математических и служебных подпрограмм

• организация вычислительного процесса вручную с пульта управления.

Этап 2. Появление ВМ на полупроводниковых элементах (середина 50-х голов):

• выросло быстродействие процессоров, увеличились объемы оперативной и внешней памяти,

• первые алгоритмические языки,

• новый тип системного программного обеспечения — трансляторы

• системные управляющие программы — мониторы для автоматизированной организации вычислительного процесса – прообраз операционной системы

Язык управления заданиями для монитора:

• определялась последовательность действий при обработке данных:

  • признак начала отдельной работы,

  • вызов транслятора,

  • вызов загрузчика,

  • признаки начала и конца исходных данных

Монитор:

• автоматически выполнял пакет заданий.

• самостоятельно обрабатывал типовые аварийные ситуации:

  • отсутствие исходных данных,

  • переполнение регистров,

  • деление на ноль,

  • обращение к несуществующей области памяти и т. д.

Этап 3. Появление ВМ на ИС (1965–1975 годы)

• Появились все основные механизмы, присущие современным ОС:

  • мультипрограммирование,

  • мультипроцессирование,

  • поддержка многотерминального многопользовательского режима,

  • виртуальная память,

  • файловые системы,

  • разграничение доступа и сетевая работа

• Системное программирование превращается в отрасль индустрии,.

• Развивается мультипрограммирование:

  • способ организации вычислительного процесса, при котором в памяти компьютера находится одновременно несколько программ, попеременно выполняющихся на одном процессоре,

  • реализовано в двух вариантах:

    • пакетная обработка;

    • разделение времени.

Системы пакетной обработки:

• для решения вычислительных задач

• главный критерий эффективности - пропускная способность, Для достижения этой цели в системах пакетной обработки используется следующая схема функционирования

Системы пакетной обработки: схема функционирования

Системы пакетной обработки:

• в пакет включаются задачи, требующие разных ресурсов

• достигается сбалансированная нагрузка

• переключение процессора с одной задачи на другую происходит по инициативе активной задачи (может занять процессор надолго)

• изоляция пользователя-программиста от процесса выполнения задания

• пользователь получает результат после обработки всего пакета заданий

Системы разделения времени:

• критерий эффективности - удобство и эффективность работы пользователя

• меньшая пропускная способность

• снижение производительности из-за частого переключение процессора с задачи на задачу

• пользователям предоставляется возможность интерактивной работы с несколькими приложениями

• приложениям попеременно выделяется квант процессорного времени, пользователи поддерживают с ними диалог

Многотерминальные системы:

• терминалы вышли за пределы вычислительного центра, рассредоточились по предприятию.

• появились системы удаленного ввода заданий:

  • пользователи формировали свои задания и управляли их выполнением со своего терминала.

Многотерминальные системы:

• терминалы соединялись с процессором с помощью:

  • модемных соединений телефонных сетей,

  • выделенных каналов.

• в операционных системах появились специальные модули протоколов связи

• вычислительные системы с удаленными терминалами и централизованной обработкой данных явились прообразом современных компьютерных сетей

• системное программное обеспечение — прообраз сетевых операционных систем.

Многотерминальная система

Многотерминальные системы :

• централизованная обработка данных

• внешние признаки локальных вычислительных сетей,

• пользователь работал за терминалом мэйнфрейма так же, как сейчас за персональным компьютером-клиентом:

  • доступ к общим файлам и периферийным устройствам,

  • иллюзия единоличного владения компьютером,

  • запуск нужной программы и оперативное получение результата.

Этап 4. Глобальные сети (конец 60-х годов)

Реализовано взаимодействие мэйнфреймов и суперкомпьютеров:

• глобальные связи,

• техника коммутации

Разработаны средства обмена данными между компьютерами в автоматическом режиме:

• службы обмена файлами,

• синхронизации баз данных,

• электронная почта,

• другие сетевые службы.

В 1969 году создана сеть ARPANET - отправная точка Internet:

• компьютеры разных типов,

• различные ОС,

• дополнительные модули ОС, реализующие единые коммуникационные протоколы

Такие ОС можно считать первыми сетевыми операционными системами.

Сетевые ОС позволяли:

• рассредоточить пользователей,

• организовать распределенное хранение и обработку данных между несколькими компьютерами,

• выполнять все функции локальной операционной системы,

• взаимодействовать по сети с операционными системами других компьютеров.

Первыми появились глобальные сети (Wide Area Networks, WAN):

• объединяли территориально рассредоточенные компьютеры,

• реализовывали основные концепции современных вычислительных сетей:

  • многоуровневое построение коммуникационных протоколов,

  • технология коммутации пакетов,

  • маршрутизация пакетов в составных сетях

Глобальные компьютерные сети - наследники глобальных телефонных сетей:

• отказ от принципа коммутации каналов, присущего телефонным сетям:

  • на время сеанса связи выделялся составной канал с постоянной скоростью

• особенность трафика компьютерных данных – пульсация , т.е. Чередование интенсивного обмена и продолжительных пауз.

• для компьютерного трафика подходит принцип коммутации пакетов

  • данные разделяются на небольшие пакеты,

  • пакеты самостоятельно перемещаются по сети за счет встраивания адреса конечного узла в заголовок пакета.

В первых глобальных сетях использовались существующие каналы связи:

• телефонные каналы тональной частоты (в каждый момент времени ведется передача одного разговора в аналоговой форме),

• очень низкая скорость передачи,

• значительные искажения сигнала,

• основные сервисы таких глобальных сетей:

  • передача файлов в фоновом режиме,

  • передача электронной почты.

С конца 60-х годов в телефонных сетях:

• передача голоса в цифровой форме,

• высокоскоростные цифровые каналы,

• одновременная передача сотни разговоров.

Разработана специальная технология плезиохронной цифровой иерархии (Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH) для опорных сетей.

• скорость передачи до 140 Мбит/с,

• внутренняя технология телефонных компаний.

• С конца 80-х годов - технология синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy, SDH):

  • скорости цифровых каналов до 10 Гбит/c,

• Технология спектрального мультиплексирования DWDM (Dense Wave Division Multiplexing):

  • Скорость до сотен гигабит и даже нескольких терабит в секунду.

Этап 5. Локальные сети (начало 70-х годов)

Технологический прорыв в области производства компьютерных компонентов - появились большие интегральные схемы (БИС):

• создание мини-компьютеров -реальных конкурентов мэйнфреймов

• концепция распределения компьютерных ресурсов по всему предприятию

• НО! все компьютеры работали автономно

Автономная работа компьютеров предприятия

• Появилась потребность обмена данными с другими близко расположенными компьютерами.

• Соединение мини-компьютеров и разработка программного обеспечения для взаимодействия

• Появились первые локальные вычислительные сети

Связи компьютеров в первых локальных сетях

Этап 6. Стандартные технологии сетей - Ethernet, Arcnet, Token Ring (середина 80-х годов)

Появились персональные компьютеры – идеальные элементы для сетей:

• достаточно мощные для работы сетевого программного обеспечения,

• нуждались в объединении вычислительной мощности для решения сложных задач,

• потребность разделения дорогих периферийных устройств и дисковых массивов,

• стали играть роль клиентских мест и серверов.

Для создания сети:

• приобрести сетевые адаптеры соответствующего стандарта, например Ethernet,

• приобрести стандартный кабель,

• присоединить адаптеры к кабелю стандартными разъемами

• установить на компьютер одну из популярных сетевых операционных систем, например, NetWare.

• сеть начинала работать

Новые способы организации работы пользователей:

• удобный доступ к разделяемым ресурсам:

  • просмотр списков ресурсов без запоминания их идентификаторов

  • после соединения с удаленным ресурсом можно работать с ним теми же командами

• качественные кабельные линии связи, на которых даже сетевые адаптеры первого поколения обеспечивали скорость передачи данных до 10 Мбит/с.