ЕВОЛЮЦІЯ ОБЧИСЛЮВАЛЬНИХ СИСТЕМ
Концепція обчислювальних мереж є логічним результатом еволюції комп'ютерної технології. Перші комп'ютери 50-х років великі, громіздкі і дорогі призначалися для дуже невеликого числа вибраних користувачів. Часто ці монстри займали цілі будівлі. Такі комп'ютери не були призначені для інтерактивної роботи користувача, а використовувалися в режимі пакетної обробки.
Системи пакетної обробки, як правило, будувалися на базі мейнфрейму – потужного і надійного комп'ютера універсального призначення. Користувачі готовили перфокарти, що містили дані та команди програм, і передавали їх в обчислювальний центр. Оператори вводили ці карти в комп'ютер, а роздруковані результати користувачі одержували звичайно тільки наступного дня (мал.1).
Мал.1 Централізована система на базі мейнфейма
Таким чином, одна неправильно набита карта означала як мінімум добову затримку.Звичайно, інтерактивний режим роботи, при якому можна оперативно керувати процесом обробки своїх даних, був би набагато зручнішим для користувачів, але інтересами користувачів на перших етапах розвитку обчислювальних систем у значній мірі зневажали, оскільки пакетний режим – це найефективніший режим використання обчислювальної техніки, тому що він дозволяє виконувати в одиницю часу більше користувацьких задач, чим будь-які інші режими.
У міру здешевлення процесорів на початку 60-х років з'явилися нові способи організації обчислювального процесу, які дозволили врахувати інтереси користувачів. Почали розвиватися інтерактивні багатотермінальні системи поділу часу (мал. 1.2). У таких системах комп'ютер віддавався в розпорядження відразу декільком користувачам. Кожний користувач одержував у своє розпорядження термінал, за допомогою якого він міг вести діалог з комп'ютером. Причому час реакції обчислювальної системи було досить мало для того, щоб користувачеві була не занадто помітна паралельна робота з комп'ютером і іншими користувачами. Розділяючи в такий спосіб комп'ютер, користувачі одержали можливість за порівняно невелику плату користуватися перевагами комп'ютеризації. Термінали, вийшовши за межі обчислювального центра, розосередилися по всьому підприємству. І хоча обчислювальна потужність залишалася повністю централізованої, деякі функції - такі як уведення й висновок даних - стали розподіленими. Такі багатотермінальні централізовані системи зовні вже були дуже схожі на локальні обчислювальні мережі. Дійсно, рядовий користувач роботу за терміналом мейнфрейма сприймав приблизно так само, як зараз він сприймає роботу за підключеним до мережі персональним комп'ютером. Користувач міг одержати доступ до загальних файлів і периферійних пристроїв, при цьому в нього підтримувалася повна ілюзія одноособового володіння комп'ютером, тому що він міг запустити потрібну йому програму в будь-який момент і майже відразу ж одержати результат. (Деякі, далекі від обчислювальної техніки користувачі навіть були впевнені, що всі обчислення виконуються усередині їхнього дисплея.) Таким чином, багатотермінальні системи, що працюють у режимі поділи часу, стали першим кроком на шляху створення локальних обчислювальних мереж. Але до появи локальних мереж потрібно було пройти ще великий шлях, тому що багатотермінальні системи, хоча й мали зовнішні риси розподілених систем, усе ще зберігали централізований характер обробки даних. З іншого боку, і потреба підприємств у створенні локальних мереж у цей час ще не дозріла - в одному будинку просто нема чого було поєднувати в мережу, тому що через високу вартість обчислювальної техніки підприємства не могли собі дозволити розкіш придбання декількох комп'ютерів. У цей період був справедливий так званий «закон Гроша», що емпірично відбивав рівень технології того часу. Відповідно до цього закону продуктивність комп'ютера була пропорційна квадрату його вартості, звідси випливало, що за ту саму суму було вигідніше купити одну потужну машину, чим дві менш потужних - їхні сумарні потужності виявлялася набагато нижче потужності дорогої машини.
Проте потреба в з'єднанні комп'ютерів, що перебувають на великій відстані друг від друга, до цього часу цілком назріла. Почалося все з рішення більше простої задачі - доступу до комп'ютера з терміналів, вилучених від нього на багато сотень, а те й тисячі кілометрів. Термінали з'єднувалися з комп'ютерами через телефонні мережі за допомогою модемів. Такі мережі дозволяли численним користувачам одержувати вилучений доступ до поділюваних ресурсів декількох потужних комп'ютерів класу супереом. Потім з'явилися системи, у яких поряд з вилученими з'єднаннями типу термінал-комп'ютер були реалізовані й вилученого зв'язку типу комп'ютер-комп'ютер. Комп'ютери одержали можливість обмінюватися даними в автоматичному режимі, що, властиво, і є базовим механізмом будь-якої обчислювальної мережі. Використовуючи цей механізм, у перших мережах були реалізовані служби обміну файлами, синхронізації баз даних, електронної пошти й інші, що стали тепер традиційними мережні служби. Таким чином, хронологічно першими з'явилися глобальні обчислювальні мережі. Саме при побудові глобальних мереж були вперше запропоновані й відпрацьовані багато основних ідей і концепції сучасних обчислювальних мереж. Такі, наприклад, як багаторівнева побудова комунікаційних протоколів, технологія комутації пакетів, маршрутизація пакетів у складених мережах.
Перші локальні мережі На початку 70-х років відбувся технологічний прорив в області виробництва комп'ютерних компонентів - з'явилися більші інтегральні схеми. Їх порівняно невисока вартість і високі функціональні можливості привели до створення міні-комп'ютерів, які стали реальними конкурентами мейнфреймів. Закон Гроша перестав відповідати дійсності, тому що десяток міні-комп'ютерів виконував деякі задачі (як правило, добре распараллеливаемые) швидше одного мейнфрейма, а вартість такої міні-комп'ютерної системи була менше. Навіть невеликі підрозділи підприємств одержали можливість купувати для себе комп'ютери. Міні-комп'ютери виконували задачі керування технологічним устаткуванням, складом і інші задачі рівня підрозділу підприємства. Таким чином, з'явилася концепція розподілу комп'ютерних ресурсів по всьому підприємству. Однак при цьому всі комп'ютери однієї організації як і раніше продовжували працювати автономно (мал. 1.3). Але йшло час, потреби користувачів обчислювальної техніки росли, їм стало недостатньо власних комп'ютерів, їм уже хотілося одержати можливість обміну даними з іншими близько розташованими комп'ютерами. У відповідь на цю потребу підприємства й організації стали з'єднувати свої міні-комп'ютери разом і розробляти програмне забезпечення, необхідне для їхньої взаємодії. У результаті з'явилися перші локальні обчислювальні мережі (мал. 1.4). Вони ще багато в чому відрізнялися від сучасних локальних мереж, у першу чергу - своїми пристроями сполучення. Спочатку для з'єднання комп'ютерів один з одним використалися найрізноманітніші нестандартні пристрої зі своїм способом подання даних на лініях зв'язку, своїми типами кабелів і т.п. Ці пристрої могли з'єднувати тільки ті типи комп'ютерів, для яких були розроблені, - наприклад, міні-комп'ютери PDP-11 з мейнфреймом IBM 360 або комп'ютери «Наири» з комп'ютерами «Дніпро». Така ситуація створила великий простір для творчості студентів - назви багатьох курсових і дипломних проектів починалися тоді зі слів «Пристрій сполучення...».
(мал 2)Автономне використання декількох міні-комп'ютерів на одному підприємствіАле йшов час, потреби користувачів обчислювальної техніки зростали, їм стало недостатньо власних комп'ютерів, їм вже хотілося отримати можливість отримувати з близько розташованими комп'ютерами. У відповідь на цю потребу підприємства і організації стали з'єднувати свої міні-комп'ютери разом і розробляти програмне забезпечення, необхідне для їх взаємодії. У результаті з'явилися перші локальні обчислювальні мережі Вони ще багато в чому відрізнялися від сучасних локальних мереж, насамперед своїми пристроями сполучення. На перших порах для з'єднання комп'ютерів один з одним використовувалися самі різноманітні нестандартні пристрої зі своїм способом представлення даних на лініях зв'язку, своїми типами кабелів і т. п. Ці пристрої могли з'єднувати тільки ті типи комп'ютерів, для яких були розроблені, наприклад, міні-комп'ютери PDP-11 з мейнфеймом IBM 360 або комп'ютери «Напрі» з комп'ютерами «Дніпро». Така ситуація створила великий простір длятворчості студентів назви багатьох курсових і дипломних проектів починалися тоді зі слів «Пристрій сполучення...».
(мал. 3)Різні типи зв'язків в перших локальних мережах
У середині 80-х років положення справ у локальних мережах стало кардинально мінятися. Затвердилися стандартні технології об'єднання комп'ютерів у мережу - Ethernet, Arcnet, Token Ring. Потужним стимулом для їхнього розвитку послужили персональні комп'ютери. Ці масові продукти з'явилися ідеальними елементами для побудови мереж - з одного боку, вони були досить потужними для роботи мережного програмного забезпечення, а з іншого боку - явно мали потребу в об'єднанні своєї обчислювальної потужності для рішення складних задач, а також поділу дорогих периферійних пристроїв і дискових масивів. Тому персональні комп'ютери стали переважати в локальних мережах, причому не тільки як клієнтські комп'ютери, але і як центри зберігання й обробки даних, тобто мережних серверів, потіснивши із цих звичних ролей міні-комп'ютери й мейнфреймы. Стандартні мережні технології перетворили процес побудови локальної мережі з мистецтва в рутинну роботу. Для створення мережі досить було придбати мережні адаптери відповідного стандарту, наприклад Ethernet, стандартний кабель, приєднати адаптери до кабелю стандартними розніманнями й установити на комп'ютер одну з популярних мережних операційних систем, наприклад, NetWare. Після цього мережа починала працювати й приєднання кожного нового комп'ютера не викликало ніяких проблем - природно, якщо на ньому був установлений мережний адаптер тієї ж технології. Локальні мережі в порівнянні із глобальними мережами внесли багато нового в способи організації роботи користувачів. Доступ до поділюваних ресурсів став набагато зручніше - користувач міг просто переглядати списки наявних ресурсів, а не запам'ятовувати їхні ідентифікатори або імена. Після з'єднання з вилученим ресурсом можна було працювати з ним за допомогою вже знайомих користувачеві по роботі з локальними ресурсами команд. Наслідком і одночасно рушійною силою такого прогресу стала поява величезного числа непрофесійних користувачів, яким зовсім не потрібно було вивчати спеціальні (і досить складні) команди для мережної роботи. А можливість реалізувати всі ці зручності розроблювачі локальних мереж одержали в результаті появи якісних кабельних ліній зв'язку, на яких навіть мережні адаптери першого покоління забезпечували швидкість передачі даних до 10 Мбит/с. Звичайно, про такі швидкості розроблювачі глобальних мереж не могли навіть мріяти - їм доводилося користуватися тими каналами зв'язку, які були в наявності, тому що прокладка нових кабельних систем для обчислювальних мереж довжиною в тисячі кілометрів зажадала б колосальних капітальних вкладень. А «під рукою» були тільки телефонні канали зв'язку, погано пристосовані для високошвидкісної передачі дискретних даних - швидкість в 1200 біт/з була для них гарним досягненням. Тому ощадлива витрата пропускної здатності каналів зв'язку часто було основним критерієм ефективності методів передачі даних у глобальних мережах. У цих умовах різні процедури прозорого доступу до вилучених ресурсів, стандартні для локальних мереж, для глобальних мереж довго залишалися недозволенною розкішшю.
Сьогодні обчислювальні мережі продовжують розвиватися, причому достатньо швидко. Розрив між локальними і глобальними мережами постійно скорочується: причиною цьому – поява високошвидкісних територіальних каналів зв'язку, що не поступаються за рівнем якості кабельним системам локальних мереж. У глобальних мережах з'являються служби доступу до ресурсів, такі ж зручні і прозорі, як і служби локальних мереж. Найяскравішим прикладом є глобальна мережа Internet.
Змінюються і локальні мережі. У великій кількості з'явилося різноманітне комунікаційне обладнання – комутатори, маршрутизатори, шлюзи. Використання такого обладнання давало можливість побудови великих корпоративних мереж, що нараховують тисячі комп'ютерів і мають складну структуру. Відродився інтерес до великих комп'ютерів – в основному через те, що після спаду ейфорії з приводу легкості роботи з персональними комп'ютерами з'ясувалося, що системи, які складаються із сотень серверів, обслуговувати складніше, ніж декілька великих комп'ютерів. Тому на новому витку еволюційної спіралі мейнфрейми стали повертатися в корпоративні обчислювальні системи, але вже як повноправні мережеві вузли, що підтримують Ethernet або Token Ring, а також стек протоколів TCP/IP, що став, завдяки Internet, мережевим стандартом де-факто.
З’явилася ще одна дуже важлива тенденція, що стосується однаковою мірою як локальних, так і глобальних мереж. У цих мережах стала опрацьовуватися невластива раніше обчислювальним мережам інформація – голос, відео, малюнки. Складність передачі мультимедійної інформації мережею пов'язана з її чутливістю до затримок при передачі даних. Оскільки традиційні служби обчислювальних мереж – такі як передача файлів або електронної пошти – створюють малочутливий до затримок потік даних (трафік) і всі елементи мереж розроблялися в розрахунку на нього, то поява трафіка реального часу призвела до великих проблем.
Сьогодні ці проблеми вирішуються різноманітними засобами, у тому числі і за допомогою спеціально розрахованої на передачу різноманітних типів трафіка технології АТМ.
