КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ
1. История развития компьютерных сетей
Для того, чтобы понимать, как устроены современные компьютерные сети, методы их построения и защиты, необходимо изучить историю возникновения этих сетей. Данный цикл статей направлен на изучение цифровых сетей для всех уровней пользователей, начиная с самых непросвещенных.
Для простоты восприятия информации, воспользуемся примитивными сетевыми технологиями, изобретенными человечеством еще задолго до наших дней. К примеру, можно рассмотреть городскую водопроводную сеть. Так, источником информации в такой сети будет являться скважина, сетевыми магистралями - водопроводные трубы высокого давления, сетями доступа или провайдерами - разветвляющие колодцы, и, наконец, персональными компьютерами и смартфонами будут выступать домашние водопроводные краны.
Предпосылкой для зарождения компьютерных сетей можно считать два начала: вычислительную технику и телекоммуникации. Так, совокупность компьютеров в единой сети можно рассматривать, как инструмент для решения единой сложной задачи. Но также сеть предназначена для передачи информации в кодированном (мультиплексированном) виде на значительно удаленные расстояния, что уже представляет собой телекоммуникации.
Первые компьютеры 50-х годов представляли собой мощные системы, занимающие целые здания и, в сравнении с современными машинами, обрабатывали информацию пользователей весьма продолжительное время. Такие компьютеры не могли быть персональными и предназначались для использования определенной группой людей. Для работы с такими мэйнфреймами, пользователям было необходимо подготавливать специальные перфокарты с определенным набором данных. Набор таких перфокарт представлял собой пакет информации для вычислительной машины.
В 60-е годы появились первые многотерминальные системы, которые по-сути уже представляли собой первую локальную компьютерную сеть. В такой сети несколько пользователей при помощи терминалов, посредством которых осуществлялся ввод и вывод информации, могли пользоваться производительной мощностью единого мэйнфрейма.
Позже появились сети терминалов, соединенные телефонными линиями с мэйнфреймами, находящимися на значительных расстояниях (до нескольких тысяч километров). Пользователи терминалов получили возможность, при помощи модемов, подключаться к мощным вычислительным машинам. Такое явление привело к возникновению первых глобальных компьютерных сетей, объединявших несколько мейнфреймов, находящихся в разных городах и даже странах, которые могли обмениваться между собой данными и решать общие вычислительные задачи. Эти сети получили название Wide Area Network или же сокращенно WAN.
Таким образом, глобальная компьютерная сеть явилась преемницей телефонной сети, оставив позади коммутируемые каналы связи, и дав толчок развитию новых технологий, основанных на передаче пакетов данных. Ведь такая сеть передавала данные в аналоговом виде с тональной частотой и имела очень низкую пропускную способность - до нескольких десятков килобит в секунду.
В 1969 году Министерство обороны Соединенных Штатов создает сеть ARPANET, вобравшую в себя вычислительные машины научных и оборонных комплексов, ставшую прообразом современной сети INTERNET. В компьютерах этих сетей впервые появляются различные Операционные системы. Прогресс не стоит на месте, и на смену аналоговой телефонии приходят цифровые автоматические телефонные станции, позволяющие передавать одновременно сотни разговоров.
В начале 70-х годов появляются большие интегральные схемы, и на смену громоздким мэйнфреймам приходят компактные мини-компьютеры. Позднее эти компьютеры, в рамках одного предприятия, для обмена данными, начинают объединять в первые локальные сети - Local Area Network или сокращенно LAN.
В середине 80-х годов, с появлением первых персональных компьютеров, были утверждены стандартные сетевые технологии, основанные на принципах коммутации пакетов - Ethernet, Arcnet, Token Ring, Token Bus, а затем и FDDI. Но в конце 90-х построение сетей преимущественно осуществляется по технологии Ethernet, включая Fast и Gigabit Ethernet, обеспечивающей скорость передачи данных до 1000 Мбит/с. С этих пор, для того, чтобы объединить компьютеры в сеть, достаточно лишь купить стандартный кабель и специальные адаптеры.
Если изначально различия между локальными и глобальными компьютерными сетями были колоссальными, то потом они начали нивелироваться, работа сетей стала обеспечиваться IP-протоколом, в обиход вошли волоконно-оптические линии связи, обеспечивающие скоростную передачу данных на расстоянии более 100 метров. Пользователи получили возможность принимать и передавать большие объемы данных, такие как потоковое видео, в режиме реального времени.
Помимо локальных и глобальных сетей, следует выделить еще и промежуточную сеть, называемую Городской сетью Metropolitan Area Network или же сокращенно MAN. Скорость передачи информации в этих сетях иной раз превышает 10 Гбит/с, которая обеспечивается волоконно-оптическими соединениями.
Сегодня Интернет стал мультисервисной сетью, обеспечивающей передачу всех видов информации. С его помощью работают социальные сети, осуществляются аудио и видеоконференции, процветают IP-телефония и IP-телевидение. Современные смартфоны стали неотъемлемой частью почти каждого жителя Земли.
В скором будущем грядет эра облачных вычислений, когда сложные операции будут выполняться на удаленном сервере. Ничего не напоминает?)) Все новое - это хорошо забытое старое, мэйнфрейм и пользовательские терминалы приходят к нам в новом виде. Уже сегодня многие сервисы позволяют делать обработку данных, будь то фото или видео, на стороне сервера.
Казалось бы, что "пакеты" полностью вытеснили технологию коммутации каналов, однако Optical Transport Networks (OTN) и Dense
Wavelength Division Multiplexing (DW DM) построены именно на этих принципах.
В наш век Интернет развивается стремительными темпами, охватывая все большее количество пользователей. С появлением современных смартфонов, представляющих собой полнофункциональные интернет-терминалы, люди все чаще прибегают к услугам сетевых ресурсов (социальные сети, просмотр новостей, погоды, различных видеороликов). Все актуальнее становится выполнение работы через глобальную сеть, когда заказчик и исполнитель могут находиться в совершенно разных точках планеты. Все чаще используются онлайн-сервисы, предназначенные для обработки, текстовых, графических и иных данных. С каждым годом к пользованию Интернетом приобщаются дети все младшего возраста, интуитивно-понятный интерфейс смартфонов и сетевых ресурсов позволяет им с легкостью осваиваться в виртуальном мире.
Рассмотрим важнейшие моменты в развитии сетевых технологий в хронологическом порядке:
- Конец 60-х годов - Первые глобальные связи компьютеров, первые эксперименты с пакетными сетями;
- Конец 60-х годов - Начало передачи по телефонным сетям голоса в цифровом формате;
- Начало 70-х годов - Появление больших интегральных схем, первых мини-компьютеров, первых нестандартных локальных сетей;
- 1974 год - Стандартизация технологии Х.25 для построения сети между мэйнфреймом и пользовательскими терминалами;
- Начало 80-х годов - Создание первых персональных компьютеров, появление Интернета, установка на всех узлах стека TCP/IP;
- Середина 80-х годов - Появление стандартных технологий локальных сетей (Ethernet — 1980 г., Token Ring, FDDI - 1985 г.);
- Конец 80-х годов - Начало коммерческого использования сети Интернет;
- Конец 80-х годов - Появление первичных сетей SONET/SDH (до 155 Мбит/с);
- 1991 год - Создание WEB;
- Конец 90-х годов - Доминирование Ethernet в локальных сетях, стандартизация Gigabit Ethernet;
- Конец 90-х годов - Появление технологии плотного мультиплексирования волн (DWDM) с возможностью передачи 40/80 волн в одном волокне;
- Конец 90-х годов - Создание протокола Wireless Application Protocol или же сокращенно WAP и появление первых смартфонов с ограниченными интернет-функциями;
- Конец 90-х - начало 2000-х годов - Интернет становится мультимедийным (IP-телевидение, IP-телефония);
- Начало 2000-х годов - Создание мобильных сетей 2G, работающих на принципе коммутации каналов, протокола General Packet Radio Service или же сокращенно GPRS, со скоростью передачи данных 56-114 Кбит/сек;
- Начало 2000-х годов - Повышение скорости передачи информации до 10 Гбит/с (10G Ethernet и 10G SDH/OTN);
- 2001 год - Создание мобильных сетей 3G, работающих на принципе коммутации пакетов, благодаря чему скорость передачи данных со временем достигнет 2 Мбит/сек;
- 2003 год - Создание на базе GPRS - Enhanced Data Rate for GSM Evolution или же сокращенно EDGE, со скоростью передачи данных 236-473,6 Кбит/сек;
- Середина 2000-х годов - Смартфоны и планшетные ПК превращаются в полнофункциональные интернет-терминалы;
- Середина 2000-х годов - Увеличение скорости сетей 2.5G до 1 Мбит/сек с помощью стандарта Evolved EDGE;
- 2005 год - Внедрение в 3G пакетной передачи данных High-Speed Downlink Packet Access или же сокращенно HSDPA, со скоростью передачи данных 14,4 Мбит/сек;
- Начало 2010-х годов - Повышение скорости передачи информации до 100 Гбит/с (100G Ethernet и 100G OTN);
- 2012 год - Официальное признание беспроводного стандарта связи 4G, WiMAX со скоростью передачи данных 180 Мбит/сек и LTE со скоростью 326,4 Мбит/сек;
- 2014 год - Первое тестирование мобильной сети 5G;
- 2017 год - При испытаниях «МегаФон» совместно с Huawei достигают скорость передачи данных в сетях Pre-5G 35 Гбит/с;
- 2018 год - Официальный запуск сетей 5G в Соединенных Штатах Америки.
2. Основы компьютерных сетей>>
1. История развития компьютерных сетей
Для того, чтобы понимать, как устроены современные компьютерные сети, методы их построения и защиты, необходимо изучить историю возникновения этих сетей. Данный цикл статей направлен на изучение цифровых сетей для всех уровней пользователей, начиная с самых непросвещенных.
Для простоты восприятия информации, воспользуемся примитивными сетевыми технологиями, изобретенными человечеством еще задолго до наших дней. К примеру, можно рассмотреть городскую водопроводную сеть. Так, источником информации в такой сети будет являться скважина, сетевыми магистралями - водопроводные трубы высокого давления, сетями доступа или провайдерами - разветвляющие колодцы, и, наконец, персональными компьютерами и смартфонами будут выступать домашние водопроводные краны.
Предпосылкой для зарождения компьютерных сетей можно считать два начала: вычислительную технику и телекоммуникации. Так, совокупность компьютеров в единой сети можно рассматривать, как инструмент для решения единой сложной задачи. Но также сеть предназначена для передачи информации в кодированном (мультиплексированном) виде на значительно удаленные расстояния, что уже представляет собой телекоммуникации.
Первые компьютеры 50-х годов представляли собой мощные системы, занимающие целые здания и, в сравнении с современными машинами, обрабатывали информацию пользователей весьма продолжительное время. Такие компьютеры не могли быть персональными и предназначались для использования определенной группой людей. Для работы с такими мэйнфреймами, пользователям было необходимо подготавливать специальные перфокарты с определенным набором данных. Набор таких перфокарт представлял собой пакет информации для вычислительной машины.
В 60-е годы появились первые многотерминальные системы, которые по-сути уже представляли собой первую локальную компьютерную сеть. В такой сети несколько пользователей при помощи терминалов, посредством которых осуществлялся ввод и вывод информации, могли пользоваться производительной мощностью единого мэйнфрейма.
Позже появились сети терминалов, соединенные телефонными линиями с мэйнфреймами, находящимися на значительных расстояниях (до нескольких тысяч километров). Пользователи терминалов получили возможность, при помощи модемов, подключаться к мощным вычислительным машинам. Такое явление привело к возникновению первых глобальных компьютерных сетей, объединявших несколько мейнфреймов, находящихся в разных городах и даже странах, которые могли обмениваться между собой данными и решать общие вычислительные задачи. Эти сети получили название Wide Area Network или же сокращенно WAN.
Таким образом, глобальная компьютерная сеть явилась преемницей телефонной сети, оставив позади коммутируемые каналы связи, и дав толчок развитию новых технологий, основанных на передаче пакетов данных. Ведь такая сеть передавала данные в аналоговом виде с тональной частотой и имела очень низкую пропускную способность - до нескольких десятков килобит в секунду.
В 1969 году Министерство обороны Соединенных Штатов создает сеть ARPANET, вобравшую в себя вычислительные машины научных и оборонных комплексов, ставшую прообразом современной сети INTERNET. В компьютерах этих сетей впервые появляются различные Операционные системы. Прогресс не стоит на месте, и на смену аналоговой телефонии приходят цифровые автоматические телефонные станции, позволяющие передавать одновременно сотни разговоров.
В начале 70-х годов появляются большие интегральные схемы, и на смену громоздким мэйнфреймам приходят компактные мини-компьютеры. Позднее эти компьютеры, в рамках одного предприятия, для обмена данными, начинают объединять в первые локальные сети - Local Area Network или сокращенно LAN.
В середине 80-х годов, с появлением первых персональных компьютеров, были утверждены стандартные сетевые технологии, основанные на принципах коммутации пакетов - Ethernet, Arcnet, Token Ring, Token Bus, а затем и FDDI. Но в конце 90-х построение сетей преимущественно осуществляется по технологии Ethernet, включая Fast и Gigabit Ethernet, обеспечивающей скорость передачи данных до 1000 Мбит/с. С этих пор, для того, чтобы объединить компьютеры в сеть, достаточно лишь купить стандартный кабель и специальные адаптеры.
Если изначально различия между локальными и глобальными компьютерными сетями были колоссальными, то потом они начали нивелироваться, работа сетей стала обеспечиваться IP-протоколом, в обиход вошли волоконно-оптические линии связи, обеспечивающие скоростную передачу данных на расстоянии более 100 метров. Пользователи получили возможность принимать и передавать большие объемы данных, такие как потоковое видео, в режиме реального времени.
Помимо локальных и глобальных сетей, следует выделить еще и промежуточную сеть, называемую Городской сетью Metropolitan Area Network или же сокращенно MAN. Скорость передачи информации в этих сетях иной раз превышает 10 Гбит/с, которая обеспечивается волоконно-оптическими соединениями.
Сегодня Интернет стал мультисервисной сетью, обеспечивающей передачу всех видов информации. С его помощью работают социальные сети, осуществляются аудио и видеоконференции, процветают IP-телефония и IP-телевидение. Современные смартфоны стали неотъемлемой частью почти каждого жителя Земли.
В скором будущем грядет эра облачных вычислений, когда сложные операции будут выполняться на удаленном сервере. Ничего не напоминает?)) Все новое - это хорошо забытое старое, мэйнфрейм и пользовательские терминалы приходят к нам в новом виде. Уже сегодня многие сервисы позволяют делать обработку данных, будь то фото или видео, на стороне сервера.
Казалось бы, что "пакеты" полностью вытеснили технологию коммутации каналов, однако Optical Transport Networks (OTN) и Dense
Wavelength Division Multiplexing (DW DM) построены именно на этих принципах.
В наш век Интернет развивается стремительными темпами, охватывая все большее количество пользователей. С появлением современных смартфонов, представляющих собой полнофункциональные интернет-терминалы, люди все чаще прибегают к услугам сетевых ресурсов (социальные сети, просмотр новостей, погоды, различных видеороликов). Все актуальнее становится выполнение работы через глобальную сеть, когда заказчик и исполнитель могут находиться в совершенно разных точках планеты. Все чаще используются онлайн-сервисы, предназначенные для обработки, текстовых, графических и иных данных. С каждым годом к пользованию Интернетом приобщаются дети все младшего возраста, интуитивно-понятный интерфейс смартфонов и сетевых ресурсов позволяет им с легкостью осваиваться в виртуальном мире.
Рассмотрим важнейшие моменты в развитии сетевых технологий в хронологическом порядке:
- Конец 60-х годов - Первые глобальные связи компьютеров, первые эксперименты с пакетными сетями;
- Конец 60-х годов - Начало передачи по телефонным сетям голоса в цифровом формате;
- Начало 70-х годов - Появление больших интегральных схем, первых мини-компьютеров, первых нестандартных локальных сетей;
- 1974 год - Стандартизация технологии Х.25 для построения сети между мэйнфреймом и пользовательскими терминалами;
- Начало 80-х годов - Создание первых персональных компьютеров, появление Интернета, установка на всех узлах стека TCP/IP;
- Середина 80-х годов - Появление стандартных технологий локальных сетей (Ethernet — 1980 г., Token Ring, FDDI - 1985 г.);
- Конец 80-х годов - Начало коммерческого использования сети Интернет;
- Конец 80-х годов - Появление первичных сетей SONET/SDH (до 155 Мбит/с);
- 1991 год - Создание WEB;
- Конец 90-х годов - Доминирование Ethernet в локальных сетях, стандартизация Gigabit Ethernet;
- Конец 90-х годов - Появление технологии плотного мультиплексирования волн (DWDM) с возможностью передачи 40/80 волн в одном волокне;
- Конец 90-х годов - Создание протокола Wireless Application Protocol или же сокращенно WAP и появление первых смартфонов с ограниченными интернет-функциями;
- Конец 90-х - начало 2000-х годов - Интернет становится мультимедийным (IP-телевидение, IP-телефония);
- Начало 2000-х годов - Создание мобильных сетей 2G, работающих на принципе коммутации каналов, протокола General Packet Radio Service или же сокращенно GPRS, со скоростью передачи данных 56-114 Кбит/сек;
- Начало 2000-х годов - Повышение скорости передачи информации до 10 Гбит/с (10G Ethernet и 10G SDH/OTN);
- 2001 год - Создание мобильных сетей 3G, работающих на принципе коммутации пакетов, благодаря чему скорость передачи данных со временем достигнет 2 Мбит/сек;
- 2003 год - Создание на базе GPRS - Enhanced Data Rate for GSM Evolution или же сокращенно EDGE, со скоростью передачи данных 236-473,6 Кбит/сек;
- Середина 2000-х годов - Смартфоны и планшетные ПК превращаются в полнофункциональные интернет-терминалы;
- Середина 2000-х годов - Увеличение скорости сетей 2.5G до 1 Мбит/сек с помощью стандарта Evolved EDGE;
- 2005 год - Внедрение в 3G пакетной передачи данных High-Speed Downlink Packet Access или же сокращенно HSDPA, со скоростью передачи данных 14,4 Мбит/сек;
- Начало 2010-х годов - Повышение скорости передачи информации до 100 Гбит/с (100G Ethernet и 100G OTN);
- 2012 год - Официальное признание беспроводного стандарта связи 4G, WiMAX со скоростью передачи данных 180 Мбит/сек и LTE со скоростью 326,4 Мбит/сек;
- 2014 год - Первое тестирование мобильной сети 5G;
- 2017 год - При испытаниях «МегаФон» совместно с Huawei достигают скорость передачи данных в сетях Pre-5G 35 Гбит/с;
- 2018 год - Официальный запуск сетей 5G в Соединенных Штатах Америки.
2. Основы компьютерных сетей>>
