Глобальные компьютерные сети 3

ГЛОБАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ

История появления и развития



Под глобальной компьютерной сетью понимается: компьютерная сеть, которая охватывает значительную территорию(страна, континент или континенты). Она предназначена для передачи данных между организациями. При этом используется специальный узел или станция для подключения к глобальной сети.

	В глобальных компьютерных сетях используются:

телефонные(коммутируемые и некоммутируемые),

радио,

спутниковые,

прочие,

каналы связи.

Наиболее популярной и всемирно известной глобальной сетью является Интернет.

История появления глобальных сетей началась в 60-х гг. XXв. в США. При министерстве обороны США было создано Агентство Передовых Исследовательских проектов (ARPA). Одним из направлений его работы было обеспечение безопасности связи и коммуникаций в случае начала ядерной войны. Перед учеными была поставлена задача разработать такую компьютерную сеть, которая бы работала даже в случае её частичного уничтожения. Для её создания использовали компьютеры, расположенные по всей территории США. Созданная в 1967г. сеть получила название ARPANET.

Для соединения компьютеров использовались телефонные линии связи. В этой сети отсутствовал централизованный управляющий элемент (главный компьютер) и сеть сама определяла маршруты передачи данных. Отдельные элементы могли выйти из строя, но всегда находился обходной путь для информации, поскольку любая из станций была соединена с другими. Кроме того информация передавалась довольно быстро и не нужно было ожидать освобождения канала связи.

Эксперимент оказался настолько удачным, что к 1975г. сеть ARPANET превратилась из экспериментальной в рабочую. Многие корпорации проявили желание к ней присоединится.

Хронология становления и развития глобальных компьютерных сетей: 

1969г. –   Первая передача сообщения из Калифорнийского университета в Стэндфордский исследовательский центр. К концу этого года уже было 4 узла ARPANET, в 1971г. –      уже 15. 

1971г. –   Рей Томенсон разработал систему электронной почты, рождение суффиксов с @.

1974г. –   Первое коммерческое приложение ARPANET – Telnet(доступ к удаленным терминалам).

1977г. –   Сеть объединила десятки научных организаций в США и Европе.

1982г. –   Объединение ARPANET c EUNet (европейской глобальной сетью). Появился термин Интернет.

1983г. –   Стандартизовано использование единых протоколов обмена данными TCP/IP. Разнородные сети получили возможность обмениваться данными.

 1986г. –  В США к глобальной сети подключились суперкомпьютеры (NSFNet). Эта сеть была построена на оптоволоконных соединениях с использованием радио и спутниковой связи. До 1995г. она была основой (хребтом) американской  части глобальных компьютерных сетей. Первоначально она была доступна только для зарегистрированных пользователей: университетов и других научных организаций.

1996г. –   сеть NSFNet была приватизирована и научные организации стали рядовыми пользователями интернета. 

До середины 90-х Интернет был черно-белым и текстовым, доступным довольно узкому академическому кругу. Первый браузер с графическим интерфейсом  Netscape Navigator появляется только в 1993г. Добавление графики, цвета, анимации, звука и видео позволило привлечь большое число организаций к размещению своей информации в Интернете. Большое число информации привлекло новых пользователей, дальнейшее развитие идёт по спирали.

Появление и популяризация мобильных компьютерных устройств значительно расширило число пользователей Интернета. 3G устройства позволяют выйти в  Интернет всё большему количеству людей.



Классификация глобальных компьютерных сетей



В глобальных компьютерных сетях используются следующие способы коммутации:

использование выделенных каналов связи (арендуемых у крупных телефонных и телекоммуникационных компаний),

коммутация каналов (аналоговых и цифровых),

коммутация пакетов, существует несколько технологий(x.25, frame relay, atm, tcp/ip и т.д.)

Такое разнообразие обусловлено тем, что глобальные компьютерные сети соединяют в себе: отдельные компьютеры, терминалы, корпоративные сети, городские сети и т.д.



Выделенные каналы связи глобальных сетей



Использования выделенного канала гарантирует пропускную способность сети. Поэтому выделенные линии можно использовать двумя способами:

построить сеть определённой технологии, при этом выделенные линии будут соединять промежуточные территориально расположенные узлы,

соединить с помощью выделенных каналов глобальной сети или конечных объектов.

Преимущества: высокая пропускная способность, надёжность, скорость передачи данных.

Недостатки: при большом числе территориально отдаленных точек соединение требует большое число арендуемых каналов, => высокие затраты.

Глобальные сети с коммутацией каналов

Коммутация канала предполагает предварительное установление соединения между узлами или абонентами. Примером такого типа соединения является телефонная сеть. Для передачи голоса техника коммутации каналов оказалась эффективной, поскольку сочетает хорошее качество передачи с дешевизной и простотой оборудования. При передаче компьютерных данных возникают т.н. пульсации трафика, для которых неэффективна передача посредствам коммутации каналов.

Поэтому коммутацию каналов используют в основном как промежуточное звено пакетной сети.

Можно выделить:

аналоговую связь посредствам традиционных телефонных сетей,

цифровые сети с интеграцией услуг isdn.

Аналоговая связь сейчас постепенно замещается цифровой, поскольку аналоговые АТС уступают место цифровым. На аналоговых линиях связи можно использовать и аналоговую и цифровую коммутацию, но конечное подключение для аналоговых всегда аналоговое , а в цифровых –цифровое (DSL).

Для аналоговых сетей максимальная скорость передачи данных (тональный режим) до 56 кбит/с.

Второй тип: ISDN – цифровые сети с интегральными услугами. При использовании коммутационных каналов в таких сетях данных обрабатываются в цифровой форме.

Архитектура сети ISDN предусматривает несколько типов служб:

выделенные цифровые каналы (некоммутированые соединения),

передача голоса (коммутированные соединения),

передача данных с коммутацией каналов,

передача данных с коммутацией пакетов,

передача данных с трансляцией кадров (frame relay),

средства контроля и управления работой сети,

прикладные службы (факсимильная связь, телексная связь, видео связь).

Базовая скорость ISDN сети – 64 кбит/с.

Поскольку ISDN сети в основном предназначены для телефонного трафика, то за адресация в таких сетях приближена к телефонному стандарту.

Преимущества: цифровые сети ISDN разработаны для объединения в одной сети различных транспортных и прикладных служб и предоставляеют абонентом услуги выделенных каналов, коммутируемых соединений, коммутации пакетов и Frame Relay.

Недостатки: построение глобальных связей на основе ISDN в корпоративной сети ограничено организацией удалённого доступа и объединенных больших локальных сетей на основании служб коммутации каналов, т.е. использование как и телефонной сети.

Глобальные сети с коммутацией пакетов

Как и для локальных сетей с коммутацией пакетов, для глобальных применимы изученные ранее методы коммутации, методы управления потоком, методы надёжной доставки пакетов и т.д.

Основные отличия состоят в том, что принципы маршрутизации основаны на организации виртуальных каналов и протоколов TCP/IP. Требования, предъявляемые к глобальной сети, делают их отличными от локальных IP – сетей.

Пример архитектуры глобальной компьютерной сети с коммутацией пакетов приведен на рис. 1, где:

S – switch – коммутатор,

K – компьютер,

R – router – маршрутизатор, 

MUX – мультиплексор,

UNI – интерфейс user – network,

NNI – интерфейс network – network,

– аппаратура передачи данных.



Рисунок 1. Архитектура глобальной компьютерной сети 

с коммутацией пакетов

Базовые технологии ГКС с коммутацией пакетов: X.25, Frame Relay, ATM, IP-сети. При этом IP-сети занимают особое место, т.к. они играют роль технологии объединения сетей  любого типа.

Х.25 – самая старая технология. Хорошо работает на ненадёжных линиях благодаря протоколу с установленным соединением и коррекцией ошибок на 2-х уровнях – канальном и сетевом. Изначально Х.25 – «стандарт интерфейса между конечным оборудованием данных и аппаратурой передачи данных, работ в пакетном режиме в сетях передача данных общего пользования». Таким образом, стандарт определён только пользовательским интерфейсом.

Стек протоколов – трехуровневый (включает физический, канальный, сетевой уровни). Поддерживается групповое подключение к сети простых алфавитно-цифровых (не графических) терминалов. Адресация – может быть практически любая. Длина поля адреса – до 16 байт. В основном используют адрес стандарта Х.121 (10 десятичных цифр, из них четыре – код идентификации сети: код страны – 3, номер сети – 1).

На надёжных линиях связи – технология Х.25 избыточна и неэффективна.

Frame relay. Сравнительно новые сети. Больше подходят для передачи пульсирующего трафика, по сравнению с Х.25. Их основные преимущества: низкая протокольная избыточность и дейтаграммный режим работы. Отсюда следует высокая пропускная способность и малые задержки. При этом надёжная доставка не обеспечивается.

Специально разрабатывались для общественных сетей, соединяющих в себе локальные сети.

Скорость – до 2 Мбит/с.

Гарантируется поддержка средней скорости передачи данных по виртуальному каналу при допустимых пульсациях трафика.

Стек протоколов двухуровневый (физический и канальный уровни). Отсюда и название – дословно передача фрейма (кадра). Пакеты локальной сети сразу оформляются в кадры, а не в сетевые пакеты.

Frame Relay - это одна из самых простых технологий, иона создавалась специально для пульсирующего трафика. Предварительно рассчитывается пропускная возможность каждого коммутатора, отбрасываются кадры, которые посылаются слишком интенсивно – поэтому гарантируется поддержка заказанных параметров

Технология АТМ. АТМ (асинхронный режим передачи) – единый универсальный транспорт для сетей нового поколения с интеграцией услуг, т.е. широкополосных сетей ISDN.

Технология должна обеспечивать однородность сети, для этого передача трафика, чувствительного к задержкам (мультимедиа) должна быть обеспечена в соответствии с его потребностями. Для этого существует  иерархия скоростей (от нескольких Гбит/с до 10 Мбит/с) с гарантированной пропускной способностью и общие транспортные протоколы для локальных и глобальных сетей. Также этому способствуют сохранение инфраструктуры физических каналов и протоколов и взаимодействие с унаследованными протоколами локальных и глобальных сетей.

Технология АТМ совмещает в себе преимущества коммутации каналов и коммутации пакетов.

  Предусмотрены классы трафика: А – голосовой или видео; В – сжатые голос или видео; С – трафик компьютерных сетей с протоколами по установлению соединений(Х.25, ТСР, frame relay), D – трафик сетей с протоколами без установления соединений (IP, Ethernet, DNS), X – трафик, параметры которого выбираются  пользователем.

Стек протоколов трехуровневый: уровень адаптации АТМ, уровень АТМ, физический уровень. Технология АТМ сама не определяет стандарты для физического уровня, а пользуется существующими.

Технология АТМ – дальнейшее развитие идей резервирования пропускной способности (frame relay).

IP – сети. Изначально проектировались как экономичные дейтаграммные сети. Бывают двух видов:

чистые IP (рассматривались ранее),

IP поверх АТМ или Frame Relay (они ещё называются оверлейными). 

В этой разновидности подсети объединяются не физическими, а виртуальными каналами АТМ или Frame Relay. Это позволяет более рационально загрузить сеть и воспользоваться системой служб АТМ, что и является их основным преимуществом.