- История развития локальных сетей
- Общие сведения о подключении локальных сетей к Интернету
- Существующие сетевые технологии
- Перспективы развития локальных сетей
Сегодня уже трудно представить себе, как люди жили когда-то без столь удобного и полезного инструмента, как локальные сети. Однако знало человечество и такие времена. Впервые идея связать несколько независимо работающих компьютеров в единую распределенную вычислительную систему посетила светлые головы инженеров еще в середине 60-х годов XX века. А если говорить более конкретно, то первый успешный эксперимент по передаче дискретных пакетов данных между двумя компьютерами провел в 1965 году молодой исследователь из лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института Лари Роберте. Алгоритмы передачи данных, предложенные Робертсом, во многом послужили основой для построенной в 1969 году по инициативе американского Агентства перспективных научных исследований (Advanced Research Projects Agency, ARPA) глобальной вычислительной сети ARPANet, а она впоследствии, объединившись с несколькими другими существовавшими на тот момент сетями, стала фундаментом, на котором вырос современный Интернет. Однако и широко использовавшиеся в те времена многотерминальные системы, в которых пользователям предоставлялся доступ к одному головному многофункциональному компьютеру посредством нескольких конечных устройств удаленного подключения — терминалов — по принципу разделения процессорного времени, и глобальные сети, объединявшие между собой мейнфреймы крупных вычислительных центров и лабораторий, являлись лишь предтечей локальных сетей в их нынешнем понимании. Существенный толчок в направлении развития малых локальных сетей дало бурное развитие во второй половине 70-х годов настольных персональных компьютеров. И в авангарде этого процесса стояла фирма Xerox. Персональные компьютеры Xerox Star были весьма и весьма популярны в начале 80-х годов, во-первых, благодаря сочетанию низкой стоимости и достаточно высокой производительности, во-вторых, потому, что работали они под управлением первой в мире операционной системы с оконным графическим интерфейсом, предоставлявшей пользователю возможность максимально комфортно взаимодействовать с ресурсами ЭВМ, и, наконец, по той простой причине, что разработчики предусмотрели возможность включения нескольких машин Xerox Star в единую сеть. Именно инженер-исследователь фирмы Xerox Роберт Меткалф впервые предложил стандарт организации малых локальных сетей Ethernet, который широко используется при проектировании подобных систем до сих пор.
Тем не менее, несмотря на очевидные достоинства персональных компьютеров от Xerox, они были вскоре окончательно вытеснены с рынка изделиями корпорации IBM, впитавшими в себя все перспективные разработки и лучшие технические решения предшественников. Большие производственные мощности этой компании позволили снизить цены на персональные компьютеры до возможного мишшума, и конкурировать с IBM PC стало практически невозможно. Количество локальных сетей росло в геометрической прогрессии, что вскоре привело к необходимости разработки четких стандартов архитектуры распределенных вычислительных систем. Действительно, одна из основных задач локальных сетей заключается не только в передаче данных и организации общего доступа к тем или иным периферийным устройствам, но также и в обеспечении совместной работы оборудования различных производителей. Это, естественно, означает необходимость унификации и стандартизации подходов к построению локальных сетей. Именно в 80-х годах окончательно сформировались основные стандарты распределенных вычислительных систем, такие как Ethernet, Token Ring, ArcNet, FDDI и некоторые другие. Все эти стандарты, а также многие смежные вопросы, связанные с теоретическими и практическими аспектами построения локальных сетей, мы подробно рассмотрим на страницах этой книги.
80-е годы можно назвать эпохой расцвета локальных сетей, поскольку как крупные, так и малые предприятия быстро оценили выгоды от использования этой перспективной технологии. Действительно, локальные сети позволяли осуществлять быстрый обмен данными между различными
подразделениями и отделами фирмы, заметно уменьшив объем циркулирующей внутри предприятия бумажной документации. Это позволяло, во-первых, экономить на накладных расходах, а во-вторых, существенно повышало производительность труда. В сочетании с уже существовавшей тогда возможностью передавать данные на значительные расстояния по информационным каналам глобальной сети использование подобных технологий открывало широчайшие возможности не только для оптимизации бизнеса и расширения информационного пространства, но и для осуществления межкорпоративного взаимодействия.
С течением времени стандарты, позволявшие объединять компьютеры в локальные сети, постепенно оптимизировались, увеличивалась пропускная способность каналов связи, эволюционировало программное обеспечение, росла скорость передачи данных. Вскоре локальные сети стали использоваться не только для пересылки между несколькими компьютерами текста и различных документов, но также для передачи мультимедийной информации, такой как звук и изображение. Это открыло возможность организации внутри локальной сети систем видеоконференцсвязи, позволявших пользователям такой системы общаться в режиме реального времени напрямую, физически находясь в различных помещениях, выполнять совместное редактирование текстов и таблиц, устраивать ｫвиртуальные презентацииｻ.
Уже сейчас системы компьютерной видеосвязи широко используются крупными коммерческими предприятиями, где служат для организации связи между различными отделами, в военных комплексах для быстрой передачи информации между несколькими абонентами и целыми подразделениями, а в последнее время — и в домашних ｫнастольныхｻ системах, в качестве средства организации досуга. Среди достоинств КВС можно упомянуть относительно низкую стоимость эксплуатации по сравнению с иными существующими на сегодняшний день системами коммуникаций, их многофункциональность, сравнительную легкость в использовании. В процессе работы абоненты видеоконференции в общем случае видят на экранах своих мониторов изображения собеседника и свое собственное, что необходимо для осуществления визуального контроля установленного соединения. Изображение динамически обновляется со скоростью от 0,5 кадра/с до. 15-25 кадров/с в зависимости от скорости (пропускной способности) канала связи и загрузки канала данными. Участники для проведения переговоров используют миниатюрные видеокамеры и микрофоны с достаточно хорошими характеристиками. Речь для передачи по каналу связи оцифровывается. Основными достоинствами компьютерной видеосвязи являются возможности совместной работы с документами и интегрированной информацией (текст, графика, изображение, получаемое с видеокамер участников), а также дистанционный запуск программных приложений на компьютере собеседника. Изображения, получаемые с помощью видеокамер, могут передаваться не только в динамическом режиме (живое видео), но и в статическом.
В последнем случае абонент выбирает необходимый кадр, захватывает и передает его по каналу связи в виде файла. В этом случае время передачи кадра не является критичным, и он может быть сформирован и передан со значительно более высоким качеством. Таким образом, участники подобного сеанса видеосвязи видят друг друга, могут разговаривать в дуплексном режиме, передавать цветные изображения графических документов и объектов, снимаемых видеокамерой, совместно редактировать документы, а также документировать процесс переговоров и результаты с помощью видеомагнитофонов и цветных принтеров. В итоге можно сделать вывод о том, что видеоконференцсвязь с успехом заменяет телефон, цветной факс и обеспечивает возможность записи сеанса или его части на видеомагнитофон для последующего анализа или демонстрации третьим лицам, не участвовав шим в сеансе видеосвязи.
Исходя из всего отмеченного выше можно сказать, что видеоконференции весьма перспективны для ведения переговоров между различными отделами одной компании, при согласовании технических вопросов, например, руководства промышленного предприятия с руководством производственного отдела без необходимости созывать совещание и с возможностью автоматически документировать весь ход переговоров с момента установления соединения до момента его разрыва. Наконец, в начале 90-х годов XX века удешевление и расширение ассортимента конечного оборудования позволили локальным сетям выйти за пределы коммерческого сектора рынка. Появились небольшие домашние и частные локальные сети, объединявшие несколько компьютеров в одной семье или в пределах одного дома. В последнее время доля малых локальных сетей заметно выросла по отношению к общему количеству работающих в мире распределенных вычислительных систем, что, впрочем, не удивительно, поскольку такие локальные сети позволяют совместно использовать различные устройства, например принтеры, сканеры, цифровые камеры, а также организовывать подключение к Интернету через единственный канал связи, а значит — экономить на оборудовании и комплектующих. Не говоря уже о том, что практически все современные игры имеют возможность одновременного участия в игровом процессе нескольких пользователей, для чего опять же необходима локальная сеть. Таким образом, локальная сеть — это распределенная вычислительная система, позволяющая всем подключенным к ней компьютерам — узлам или рабочим станциям — обмениваться данными, а также совместно использовать различные аппаратные и программные ресурсы. Практически все современные локальные сети используют подключение к Интернету либо по коммутируемым каналам связи, либо через непосредственное соединение с высокоскоростной магистралью передачи данных.
Да и само появление Интернета было во многом стимулировано развитием локальных сетей, объединявшихся в глобальную вычислительную систему.
В настоящее время используется несколько вариантов подключения локальной сети к Интернету. Вот основные из них.
· Непосредственный доступ к Интернету подразумевает использование самого полного спектра услуг глобальной сети. Локальная сеть, имеющая непосредственный доступ, фактически может пользоваться Сетью с высокой скоростью и высокой эффективностью постоянно, то есть круглые сутки и в непрерывном режиме. Как уже упоминалось ранее, Интернет — это сеть, состоящая из множества локальных сетей. Так вот, непосредственный доступ — это и есть фактически прямое включение локальной сети в состав Интернета через высокоскоростную магистраль передачи данных при помощи соответствующего сетевого оборудования. Существует множество фирм, предлагающих такого рода доступ.
· Коммутируемый доступ является наиболее распространенным в нашей стране. Этот вид доступа подразумевает подключение локальной сети к Интернету по коммутируемым телефонным или выделенным линиям при помощи модема. Несмотря на относительно невысокую скорость соединения коммутируемый доступ (Dial-Up Access) не требует значительных финансовых затрат на аренду линии связи или закупку дорогостоящего оборудования. Именно поэтому он наиболее популярен при подключении к Интернету домашних и малых корпоративных сетей.
· Доступ по технологии ｫcoax at a homeｻ. Технология ｫcoax at a homeｻ подразумевает получение доступа к Интернету с использованием каналов кабельной телевизионной сети. Б обобщенном виде такая информационная структура выглядит следующим образом: стандартное оборудование вещания кабельного телевизионного центра подключается к специальному устройству передачи данных, называемому головным модемом, и далее через маршрутизатор — к высокоскоростному каналу Интернета. После этого абоненту достаточно лишь установить на своем компьютере любую сетевую карту, поддерживающую стандарт 10Base-T, соединив ее с клиентским кабельным модемом, а тот, в свою очередь, подключить к расположенному в квартире антенному выходу, — и компьютер оказывается в Сети. Одним из основных элементов клиентской компьютерной системы в схеме кабельной информационной сети является кабельный модем. Как и модем, предназначенный для соединения по коммутируемым телефонным линиям, это устройство представляет собой двунаправленный аналогово-цифровой преобразователь данных, использующий в процессе передачи информации принцип наложения на несущую частоту модулированного аналогового сигнала. Фундаментальным отличием данного аппаратного средства от обыкновенного модема является то, что кабельный модем не требует установки какихлибо драйверов, поскольку он подключается к компьютеру посредством сетевой карты и является абсолютно прозрачным для системы: программное обеспечение взаимодействует с Интернетом так же, как и в случае непосредственного подключения по локальной сети. Разумеется, отсюда можно сделать абсолютно справедливое логическое заключение о том, что данному устройству совершенно безразлично, какая операционная система инсталлирована на пользовательском компьютере, необходимо лишь, чтобы эта система поддерживала возможность установки сетевой карты и настройки локальной сети. Не менее очевидно и то, что для работы в Интернете абонент может применять любое стандартное программное обеспечение. Среди очевидных преимуществ доступа к Интернету по методу ｫcoax at a homeｻ можно перечислить высокую стабильность соединения, отсутствие непредвиденных разрывов связи, а также то, что на протяжении всего сеанса работы во Всемирной Сети телефонная линия остается свободной. К сожалению, данный метод связи не имеет сегодня в нашей стране широкого распространения.
В современных локальных сетях используются различные технологии подключения, различное оборудование и различные среды передачи данных. Еще несколько лет назад практически единственным возможным вариантом было объединение компьютеров на основе медного сетевого кабеля с пропускной способностью не более 10 Мбит/с, позже появились сети, в которых в качестве среды передачи информации стали использовать оптическое волокно, активно развиваются беспроводные локальные сети, в которых информация передается посредством инфракрасного излучения или широкополосных радиосигналов. Эволюция сетевых технологий обусловлена, в первую очередь, совершенствованием самих компьютеров. Специалистами подсчитано, что мощность процессоров современных ПК удваивается каждые 18 месяцев, соответственно, растет и трафик, передаваемый по линиям компьютерных коммуникаций (трафиком называется общий суммарный
поток информации через один сетевой компьютер). Вместе с тем наиболее узкое место в любой распределенной вычислительной системе — это устаревшее оборудование, поскольку уже довольно давно специалистами по компьютерным сетям было сформулировано простое правило: максимальная пропускная способность локальной сети равна максимальной пропускной способности ее самого медленного компонента. Из этого можно сделать вполне справедливый вывод, что эволюция сетевых стандартов во многом определяется ростом информационных потоков и производительности компьютеров, причем кривая роста производительности локальных сетей уже сейчас становится похожа на экспоненту: сети с пропускной способностью в 100 Мбит/с появились спустя 15 лет после возникновения 10-мегабитных сетей, сетевые системы с пропускной способностью в 1 Гбит/с были разработаны через 5 лет после 100-мегабитных сетей, первые проекты сетей со скоростью передачи данных в 10 Гбит/с родились спустя еще 2 года
Тем не менее, несмотря на стремительное совершенствование сетевых технологий, они все же не поспевают за ростом вычислительной мощности современных персональных компьютеров. Для обоснования этою утверждения специалистами приводится два аргумента: во-первых, компьютеры, работающие в сети с вполне современной конфигурацией, обеспечивающей скорость передачи данных до 100 Мбит/с, принципиально способны обрабатывать намного большие потоки входящих и исходящих данных, во-вторых, современные приложения, такие как, например, Microsoft Office XP, способны полностью ｫутилизироватьｻ эту пропускную способность под собственные потребности. Разработчики программного обеспечения также стараются идти в ногу со временем. В офисных приложениях, программах обработки баз данных, прочих Intranet-приложениях в последнее время намечается устойчивая тенденция к обеспечению установки, деинсталляции, запуска и совместного использования программ в локальной сети, в них реализуется механизм хранения документов и баз данных на сетевых серверах, использования
общих программных компонентов. В то же время с каждой новой версией прикладных программ растет и объем создаваемых этими программами файлов. А для пересылки и обработки таких документов требуется высокая скорость передачи данных.
Аналогичного курса стараются придерживаться и разработчики операционных систем. В частности, в ОС Microsoft Windows XP поддержка локальных сетей организована на небывало высоком уровне. Существует уверенность, что и в системных платформах последующих поколений будут совершенствоваться технологии приема и передачи управляемых мультимедийных потоков, поддержка видеоконференций, совместной работы с файлами.
В частности, технология .NET демонстрирует нам очевидные перспективы дальнейшего сращивания локальных сетей с Интернетом. Основное предназначение Microsoft.NET — еще более тесная интеграция операционной системы с сетевыми технологиями и унификация применяемых для работы с сетью стандартов. Если раньше пользователь Интернета являлся просто ｫприемником** и ｫпередатчикомｻ информации, то с появлением .NET он становится интегрированным участником сетевой среды. Прежде всего проект .NET ориентирован на электронную коммерцию и создание многофункциональных сетевых служб, а также на предоставление пользователю более широкого спектра возможностей в Интернете. Перспективы применения Microsoft.NET весьма широки. Например, получив из электронного магазина файл, содержащий счет за заказанный товар, пользователь сразу сможет импортировать его в программу бухгалтерского учета и включить в налоговую отчетность; загрузив из Интернета сводку котировок национальных валют, он получит возможность отредактировать ее в Word или Excel без сохранения в промежуточном формате. Поскольку в основе Microsoft.NET лежит расширяемый язык разметки документов XML (Extensible Markup Language), данная технология может использоваться любыми приложениями и на любом оборудовании, а информация может передаваться по любым каналам связи. Специалисты Microsoft предлагают такой пример ｫнестандартногоｻ использования Microsoft.NET: если автомобильная сигнализация в оставленной на офисной стоянке машине поддерживает интерфейс .NET, сигнал о попытке ее угона может быть передан непосредственно на компьютер пользователя. Тут же Windows предложит владельцу автомобиля различные варианты действий: автоматически вызвать полицию, заблокировать двигатель или отключить сигнализацию.
Данная технология позволяет организовать коммуникационную систему между компьютером, локальной сетью, мобильным телефоном, портативными устройствами (вроде карманных компьютеров), а также информационными центрами в Интернете. Однако ее полномасштабное применение — пока еще дело будущего.
Заметно упрощаются методы настройки, администрирования и использования локальных сетей. В частности, уже в операционной системе Microsoft Windows XP реализован целый ряд вспомогательных средств, которые автоматически выполняют большую часть работы по настройке сети. В ｫдомашнейｻ локальной сети возможна организация одновременного доступа в Интернет с использованием одного компьютера, оснащенного обычным или кабельным модемом.
В операционных системах последних поколений значительно улучшена поддержка многосегментных малых сетей. Если один из входящих в сеть компьютеров соединяется с другими посредством беспроводной технологии Radio Ethernet, другой — через инфракрасный порт, а третий — по обычной ｫвитой пареｻ, в Windows 2000 каждый такой сегмент воспринимался как отдельная подсеть. От пользователя требовалось настроить протокол для головной машины каждого сетевого сегмента, назначить номера подсетей, указать алгоритмы передачи информации между сетями. Windows XP воспринимает многосегментные локальные сети как одну сеть, что значительно облегчает их настройку.
Безусловно, упрощенный вариант настройки сетевых подключений хорош для малых ｫдомашнихｻ сетей и не подходит для корпоративных распределенных систем. Именно поэтому в комплекте Windows XP предусмотрены механизмы более тонкой настройки и администрирования локальных сетей.
Также новые стандарты диктуют производители аппаратного обеспечения. В частности, возникновение стандарта Universal Plug&Play (UPnP) автоматически превращает локальные сети в незаменимый инструмент совместного использования конечного оборудования для различных прикладных задач.
Технология Plug&Play, позволяющая быстро подключать и настраивать в операционной системе новые периферийные устройства, уже хорошо знакома пользователям Windows. Universal Plug&Play дает возможность подключать к вашему компьютеру устройства, фактически расположенные на удаленном сетевом компьютере, и пользоваться ими так, словно они работают на вашей машине. При этом у вас не возникнет необходимости изменять какие-либо сетевые настройки: Windows самостоятельно подключит и настроит необходимое устройство. Вся ｫмеханикаｻ обмена данными с удаленным оборудованием по сети также скрыта от владельца компьютера — он может просто пользоваться своей системой, не задумываясь о том, как она работает. Каждому сетевому устройству Windows XP динамически назначает собственный IP-адрес, благодаря чему различная периферийная аппаратура может самостоятельно обмениваться данными, получать сведения о характеристиках и состоянии другого работающего в сети устройства, сообщать информацию ｫо себеｻ и передавать свои ресурсы в распоряжение других пользователей. Например, если некий компьютер в локальной сети оснащен звуковой картой, поддерживающей Universal Plug&Play, но его владелец в настоящий момент занят работой в Microsoft Word, пользователь другой сетевой машины может воспользоваться его саундбластером
для запуска игры, требующей наличия в системе аудиооборудования. Естественно, при этом нет необходимости вскрывать корпус компьютера для переустановки устройства. В настоящее время Universal Plug&Play может использоваться для подключения к компьютеру удаленных принтеров, видеокамер, цифровых фотокамер, сканеров. Однако специалисты Microsoft предполагают, что в недалеком будущем список оборудования, которое можно использовать в режиме Universal Plug&Play, будет расти. Самые смелые предположения писателей-фантастов воплотились в реальность: фактически Universal Plug&Play уже сейчас позволяет управлять подключаемой к компьютеру ｫинтеллектуальнойｻ бытовой техникой: программируемыми стиральными машинами, кухонными комбайнами, микроволновыми печами и даже автоматическими воротами гаража; при этом компьютер может играть роль своеобразного ｫцентра управления домашней электроникойｻ, задавая устройствам различные схемы и режимы работы. Дело за малым: дождаться поддержки Universal Plug&Play производителями конечного оборудования. Поскольку предложенный Microsoft стандарт построен по принципу открытой сетевой архитектуры, он независим от операционной системы и сетевой платформы, не привязан к какому-либо конкретному языку программирования или среде, через которую передается информация, будь то беспроводная сеть, оптоволоконная линия или Интернет. В силу того, что Universal Plug&Play не накладывает никаких ограничений на подмножество системных команд интерфейса операционной системы, которое могут использовать работающие с этим стандартом прикладные программы, разработчики программного обеспечения свободны в выборе средств для поддержки Universal Plug&Play.
Дальнейшие перспективы эволюции локальных сетей, видимо, вполне предсказуемы. Уже в ближайшем будущем заметно возрастет скорость передачи данных, будут разработаны новые алгоритмы коррекции ошибок, аутентификации пользователей и шифрования, что должно увеличить надежность соединений, получат более широкое развитие технологии беспроводной связи и локальные сети, построенные на основе оптического волокна. Однако наиболее популярными и недорогими на сегодняшний день все же остаются традиционные сети Ethernet, и именно о них пойдет разговор на страницах этого раздела блога.