Развитие локальных сетей

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 (2).

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 минимума, 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 (5).

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 «виртуальные презентации». 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 «настольных» системах, в качестве средства организации досуга. Среди достоинств ЛBС 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 участвовавшим в сеансе видеосвязи (7).

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 (2, с. 27).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. 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 этого 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 «утилизировать» 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 (4).

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 «приемником» и «передатчиком» 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.