Компьютерная
сеть – это группа компьютеров, которые соединены между собой таким образом,
чтобы был возможен обмен данными между ними. Работу компьютерных сетей обеспечивают
компоненты трех основных типов: 1) компьютеры; 2) средства передачи, такие, как
кабели, телефонные или радиолинии; 3) некоторая совокупность рабочих процедур,
или протоколов.
Компьютерные
сети используются для получения доступа к удаленным компьютерам, передачи
файлов данных от одного компьютера другому или пересылки электронной почты. Они
обеспечивают широкий доступ к таким централизованным информационным службам,
как каталоги библиотек или базы данных юридической либо медицинской информации,
а также связь между предприятиями бизнеса, с одной стороны, и их заказчиками и
поставщиками – с другой. Они обеспечивают также дальнюю двустороннюю
персональную связь между отдельными абонентами. Предусматривается, кроме того,
связь для систем заводской автоматики, банкоматов и терминалов розничной
торговли.
Компьютерные
сети ускорили распространение информации в современном обществе. Доступ к таким
источникам информации, как базы данных, электронные доски объявлений и
глобальная служба WWW, может осуществляться почти мгновенно и притом с
одновременной рассылкой электронных сообщений тысячам пользователей компьютеров
Типы
сетей. Существуют
компьютерные сети двух основных типов: локальные вычислительные сети (ЛВС) и
территориальные сети.
ЛВС. Такие сети имеют
относительно небольшую протяженность (несколько километров или меньше) и обычно
принадлежат какой-либо одной организации, например, предприятию бизнеса или
университету. Для них характерны, как правило, множественный доступ и высокие
скорости передачи данных. При разработке ЛВС главная проблема состоит в том,
чтобы избежать столкновения посланного сообщения с сообщениями других
компьютеров. Для решения этой проблемы применяются два способа: принцип
состязательной конкуренции и эстафетная передача маркера доступа.
Основной
тип систем состязательного типа – это системы множественного доступа с анализом
состояния канала и обнаружением столкновений (CSMA/CD). В системе CSMA/CD
компьютеры совместно пользуются кабелем для передачи сообщений, предназначенных
для вещания. Компьютеры прослушивают трафик («несущую») в кабеле и, прежде чем
начать передачу, ждут, когда канал станет свободным. Если два компьютера начнут
свои передачи одновременно, то будут происходить столкновения сообщений. Как
только столкновение обнаруживается, компьютеры прекращают передачу и выжидают
некоторый случайно выбранный интервал времени перед тем, как приступить к
следующей попытке передачи. Компьютеры с высокой степенью вероятности выбирают
разные временные интервалы, и поэтому какой-то из них начнет передачу первым и
таким образом избежит повторного столкновения сообщений.
В
ЛВС с эстафетной передачей маркера доступа компьютеры включены в кольцо, и
маркер посылается по кольцу от одного компьютера к следующему. Овладев
маркером, компьютер приступает к передаче данных. Поскольку в каждый момент
времени только один компьютер может владеть маркером, одновременные передачи,
способные привести к столкновениям, исключаются. Два основных типа ЛВС с
эстафетной передачей – это локальная сеть с маркерным кольцом, в которой
передача между компьютерами происходит по непрерывному контуру, и эстафетная
шина, по которой маркер передается в соответствии с некоторой
последовательностью, что создает эффект маркерного кольца, сохраняя линейный
режим работы кабеля.
Территориальные
сети. Такие
сети соединяют между собой территориально удаленные друг от друга компьютеры;
по своей протяженности они могут быть региональными, общегосударственными или
глобальными. Обычно они эксплуатируются как сети с открытым доступом или
находятся под совместным управлением многих организаций. В территориальных
сетях используется коммутируемая среда передачи, так что информация, посылаемая
по таким сетям, прежде чем она достигнет своего пункта назначения, проходит
через один или большее число промежуточных пунктов, называемых коммутаторами.
Примерами коммутируемых сетей могут служить телефонная, телеграфная и почтовая
системы. Территориальные сети обычно строят на базе существующих систем связи,
хотя для них могут использоваться также выделенные микроволновые каналы,
радиоканалы для связи с мобильными объектами и спутниковые каналы.
В
большинстве территориальных сетей применяют метод пакетной коммутации, при
котором подлежащие передаче данные группируются в небольшие пакеты. Каждый
пакет содержит в себе адреса посылающего и принимающего компьютеров, а также
информацию для управления. Сеть использует эту информацию для отправки пакетов
адресатам и их сборки в надлежащем порядке. Преимущество пересылки отдельных
пакетов по сравнению с непрерывным процессом передачи состоит в том, что каналы
связи можно в этом случае использовать более эффективно. Пакеты, приходящие по
разным линиям от разных отправителей, могут вперемежку пересылаться по одному и
тому же участку сети, так что пропускная способность сети не будет оставаться
неиспользуемой, когда какой-либо из каналов не загружен. Кроме того, пакеты,
приходящие по одной и той же линии, могут посылаться в свои пункты назначения
по разным маршрутам, что позволяет распределять трафик по многим каналам и
реагировать на неисправность в какой-либо части сети.
Режим
асинхронной передачи ATM – одна из форм пакетной коммутации. Благодаря ATM
становится эффективным использование небольших пакетов фиксированного размера
со скоростями передачи 1 Гбит/с и более. ATM допускает также интеграцию
компьютерных данных с речевой информацией, видеоданными и другими типами
трафика, предоставляя пользователям возможность определять, какое именно
качество обслуживания им нужно. Для зависимой от времени информации, например
звука и видео, можно использовать передачу с малым временем задержки, а для
передачи информационных массивов пользоваться более медленными, но и более
дешевыми каналами передачи.
Разработчикам
территориальных сетей приходится решать множество непростых технических задач.
Каждый компьютер сети должен иметь собственный условный адрес, а сеть должна
обладать возможностью переводить этот адрес в реальный физический. В коммутируемой
сети между любыми двумя точками существует множество возможных маршрутов, так
что коммутаторы должны располагать возможностью выбора подходящего маршрута.
Одно из простых решений состоит в том, чтобы иметь на каждом коммутаторе
таблицу маршрутизации, показывающую, какие исходящие линии приводят к тем или
иным адресам. Однако таблицы фиксированных маршрутов не позволяют коммутаторам
приспосабливаться к изменяющимся конфигурациям сети и условиям трафика. Широко
используется более гибкая адаптивная система распределенной маршрутизации, в
которой коммутаторы запрашивают своих соседей о наилучшем существующем на
данный момент маршруте до каждого из пунктов назначения и соответствующим
образом корректируют свои таблицы маршрутизации. Территориальные сети нуждаются
также в средствах обнаружения и исправления ошибок, в том числе искаженных
данных, потерянных пакетов и поврежденных компьютеров и коммутаторов.
Рабочие
процедуры (протоколы) имеют многослойную организацию, что позволяет упростить
разработку сети. Самые нижние слои управляют электрическими соединениями;
вышележащие слои определяют, как надо передавать информацию по отдельным
звеньям сети, сетям межсоединений, устанавливать соединения между компьютерами
и подготавливать данные для того или иного конкретного приложения, например для
передачи файлов или электронной почты. Стандартизация разных слоев протоколов
была одной из основных задач, которую пришлось решать программистам. Стандарты
не только облегчают проектирование и разработку сетей, но и обеспечивают
возможности использования компонентов, выпускаемых разными поставщиками, в
одной и той же системе.
Область,
в которой стандарты имеют особенно важное значение, – это организация
межсетевого взаимодействия, т.е. процесс соединения двух или большего числа
сетей, позволяющий компьютерам одной сети обмениваться информацией с
компьютерами другой сети. Сеть, связывающая между собой другие сети, является,
таким образом, «сетью сетей». Интернет – глобальная система связанных между
собой компьютерных сетей – самая старая и самая большая «сеть сетей» в мире.
Чтобы «сеть сетей» работала, включенные в нее сети должны иметь по меньшей мере
один протокол общего пользования. В сети Интернет это межсетевой протокол IP.
Обычно он используется в паре с протоколом управления передачей TCP. Эта пара
получивших широкое распространение протоколов известна как TCP/IP.
История сети Интернет. Интернет
берет свое начало от экспериментальной компьютерной сети Арпанет, которая была
создана управлением перспективных исследований и разработок министерства
обороны США (ARPA). Управление ARPA рассчитывало, что его сеть сможет снизить
расходы на вычисления, предоставляя исследователям доступ к совместному
использованию компьютерных ресурсов и способствуя сотрудничеству между исследователями,
находящимися в разных местах. ARPA приступило к работе над проектом сети в
1969, и несколько подрядчиков из университетских и промышленных кругов
спроектировали, изготовили и испытали аппаратные средства и программное
обеспечение для этой сети. Проект Арпанет внес значительный вклад в практику
создания сетей. Так, была продемонстрирована эффективность метода пакетной
коммутации; было установлено, что компьютеры разных типов можно объединять в
одну сеть; были решены проблемы создания распределенных сетей, в частности
проблема маршрутизации; было разработано много важных протоколов.
На
гребне успеха Арпанет управление ARPA начало разрабатывать другие
экспериментальные сети с использованием радио- и спутниковой связи. В то время
еще не существовало простого способа для соединения столь различных сетей.
Поэтому в 1973 ARPA приступило к разработке системы протоколов TCP/IP, что
сделало возможным обмен данными между сетями разных типов. Арпанет и
присоединенные к ней другие сети, использующие протоколы TCP/IP, в целом стали
известны под названием Интернет. ARPA сделало эти протоколы доступными для
других групп, желающих создавать сети, и данный стандарт получил широкое
признание.
Сеть
Интернет была горячо принята учеными, сотрудничавшими с ARPA и стремившимися к
обмену информацией и идеями со своими далекими коллегами. Эта атмосфера
вдохновляла на создание новых сетей, и в 1985 Национальный научный фонд NSF
начал строить сеть NSFNET для объединения своих суперкомпьютерных центров.
В
начале 1990-х годов правительство США решило передать административное
управление сетью Интернет в руки частных лиц. Это способствовало расширению
круга коммерческих поставщиков и потребителей услуг сети Интернет, которая
вскоре связала между собой миллионы компьютеров и сотни миллионов людей во всем
мире.
«Всемирная паутина». Одной
из наиболее популярных служб, возникших на базе сети Интернет, стала «Всемирная
паутина» WWW (World Wide Web). Типичная «Web-страница» представляет собой
полный экран текстовой и графической информации, связанной с некоторым
конкретным предметом или вопросом. Ключевые слова и (или) изображения на такой
странице выделены. Если пользователь выбирает один из таких выделенных
элементов, то на экране воспроизводится новая страница, посвященная выбранному слову
или изображению. Пользователь может, следуя таким ссылкам, продолжить вывод на
экран новых страниц. Программа, которая осуществляет поиск, выборку и
воспроизведение Web-страниц, называется браузером, а компьютеры, хранящие
информацию, – Web-серверами.
Концепцию
«паутины» разработал в 1990 Т.Бернерс-Ли в Европейском центре ядерных
исследований ЦЕРН в Женеве (Швейцария). Он хотел создать систему, которая
помогала бы ученым сотрудничать, применяя упрощенные способы создания и
использования мультимедиа-информации. Систему связей (ссылок) между документами
называют гипертекстом. Для создания системы гипермедиа «паутина» сочетает
гипертекст с мультимедиа (текст, изображения, звук и видео). Совместное
пользование информацией, содержащейся в «паутине», стало возможным благодаря
применению для создания Web-страниц общего языка, получившего название
гипертекстового языка описания документов HTML, общего протокола для обмена
информацией, названного гипертекстовым транспортным протоколом HTTP, и
стандартного формата адресов (унифицированного указателя ресурсов) URL. Важным
достоинством URL является то, что он может работать с любым протоколом, а не
только с HTTP; отсюда следует, что «Всемирная паутина» спроектирована так,
чтобы ее можно было использовать со всеми существующими и будущими сетевыми
службами.
«Паутина»
приобрела в ЦЕРНе исключительно высокую популярность и вскоре появилась в
других научно-исследовательских центрах, включая национальный центр США по
применениям суперкомпьютерных вычислений NCSA. В 1993 группа сотрудников NCSA,
возглавляемая М.Эндрессеном, начала разработку улучшенного Web-браузера,
получившего название «Мозаик». «Мозаик» мог работать на большинстве типов
рабочих станций и персональных компьютеров. Бесплатный доступ к этой программе
просмотра сделал «паутину» исключительно популярной, и число обращений к сети
начало расти с феноменальной скоростью. За несколько месяцев количество
используемых экземпляров «Мозаик» превысило миллион, а трафик WWW вырос в 10
тыс. раз. Эндрессен и его группа ушли из NCSA, чтобы работать над коммерческой
версией «Мозаик». Затем появились и другие коммерческие браузеры,
способствовавшие быстрому росту и развитию «Всемирной паутины».
Спектр
пользователей WWW довольно широк. Ее мультимедиа-возможности удобны для астрономов,
заинтересованных в совместных наблюдениях за кометами, для математиков
привлекательны воспроизводимые на экране геометрические фигуры, а для биологов
– доступ к обширным базам данных по белкам. Благодаря тем же средствам стали
возможными «виртуальные туры», посвященные осмотру коллекций произведений
искусств в разных музеях. Такие государственные организации, как НАСА,
Смитсоновский институт и Библиотека Конгресса используют WWW для публикации
текстовой информации и изображений. Корпорации размещают в узлах WWW рекламу,
информацию о продаже аппаратных или программных продуктов и принимают заказы.
Для индивидуальных пользователей, располагающих собственными компьютерными
идентификаторами, наиболее увлекательным представляется создание своих «базовых
Web-страниц», открывающих новые возможности для самовыражения и совместного
пользования информацией.
Крол Э. Все
об Internet. Киев, 1995
Хоффман П. Internet: краткий справочник.
М., 1995
Зельднер Г. и др. Компьютер на связи.
М., 1996