ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИФИ»
Отчет по домашнему заданию № 1 по курсу “Сети” “История технологий ЛВС в лицах”
Работа состоит из 34 страниц. В ней содержится 9 рисунков. При выполнении работы было использовано 36 источников информации.
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
ЛВС – Локальная вычислительная сеть ЭВТ - электронно-вычислительная техника ВЦ - вычислительный центр ПК - персональный компьютер АП - абонентский пункт МСКП - местная система коллективного пользования LAN (Local Area Network) - локальная сеть WAN (Wide Area Network) - глобальная сеть TDM (Time Division Multiplexing) - временное разделение каналов MRCS (Multirate Citcuit Switching) - многоскоростная коммутация каналов FCS (Fast Citcuit Switching) - быстрая коммутация каналов ATM (Asynchronous Transfer Mode) - асинхронный режим переноса STM (Synchronous Transfer Mode) - синхронный режим переноса FPS (Fast Packet Switching) - быстрая коммутация пакетов ЭВМ - электронно-вычислительная машина ГВМ - главная вычислительная машина ОС - операционная система UTP - витопарный кабель ("витая пара") USB (Universal Serial Bus) - универсальная последовательная шина ПО - программное обеспечение Ethernet ("эфирная сеть") - асинхронная, пакетно-ориентированная технология обмена данными, с синхронизацией на уровне пакетов [1]. Arknet (Attached Resourse Computing Network) - сеть с передачей маркера CSMA/CD (Carrier Sence Multiple Access/Collision Detection) - метод множественного доступа с контролем несущей
ВВЕДЕНИЕ
В наше время, время электронных офисов, пластиковых карточек, wi-fi под землей, сложно представить себе сферу деятельности, в которой не были бы задействованы ЛВС. Автоматизация настолько прочно вошла в нашу жизнь, что каждый день, 7 дней в неделю мы принимаем как должное все прелести автоматизированной жизни, ни на секунду не задумываясь о том, как жили наши прадедушки и прабабушки. В данной работе я постараюсь вернуться в прошлое, проследить эволюцию ЛВС и определить основную движущую силу развития ЛВС.
Понятие ВС, ЛВС
Вычислительная сеть – ВС – это совокупность ЭВМ, объединённых средствами передачи данных. Средства передачи данных в ВС в общем случае состоят из следующих элементов [2]: • связных ЭВМ, • каналов связи (спутниковых, телефонных, волоконно-оптических) • коммутирующей аппаратуры и др. В зависимости от удалённости ЭВМ, входящих в ВС, сети условно разделяют на локальные и глобальные. Локальная сеть - ЛВС [local area network - LAN] – это группа связанных друг с другом ЭВМ, расположенных в ограниченной территории, например, в здании. Расстояния между ЭВМ в локальной сети может достигать нескольких километров. Локальные сети развёртываются обычно в рамках некоторой организации, поэтому их называют также корпоративными сетями [3]. Развитие ЛВС вызвано несколькими причинами: • объединение компьютеров в сеть позволяет значительно экономить денежные средства за счет уменьшения затрат на содержание компьютеров (достаточно иметь определенное дисковое пространство на файл-сервере (главном компьютере сети) с установленными на нем программными продуктами, используемыми несколькими рабочими станциями); • локальные сети позволяют использовать почтовый ящик для передачи сообщений на другие компьютеры, что позволяет в наиболее короткий срок передавать документы с одного компьютера на другой; • локальные сети, при наличии специального программного обеспечения, служат для организации совместного использования файлов (к примеру, бухгалтеры на нескольких машинах могут обрабатывать проводки одной и той же бухгалтерской книги) [4]. Основные области применения локальных сетей: • Автоматизация административной управленческой деятельности, организация «электронных офисов», в которых вместо бумажного документооборота используется электронная почта; • Автоматизация производства – автоматизация технологических процессов, информационное обеспечение оперативного управления производством, планово-экономическое управление производством; • Автоматизация научных исследований и разработок; • Автоматизация обучения, подготовки и переподготовки кадров; • Автоматизация учрежденческой деятельности [4].
Общие сведения о сетях
Целесообразность создания вычислительных сетей обусловлена возможностью использования территориально-рассредоточенными пользователями программного обеспечения и информационных баз, находящихся в различных ВЦ сети. Вычислительную сеть можно рассматривать как систему с распределенными по территории аппаратными, программными и информационными ресурсами. Возможна реализация на основе вычислительных сетей распределенного банка данных, к которому имеют доступ многочисленные, в том числе находящиеся на значительном расстоянии, пользователи (абоненты) через свои ПК, АП и ПК МСКП. Любой способ соединения двух или более ПК с целью распределения ресурсов - файлов, принтеров, сканеров и т. п. - в широком смысле слова, можно назвать сетью [1]. Объединение в сеть нескольких ЭВМ нескольких ВЦ способствует повышению надежности функционирования вычислительных средств, т. к. создает возможность резервирования одних ВЦ за счет других ВЦ. По функциональному назначению различают сети: • информационные; • вычислительные; • смешанные информационно-вычислительные. По размещению информации в сети разделяют сети: • с централизованным банком данных, • с распределенным банком данных. По степени территориальной рассредоточенности можно выделить: • глобальные вычислительные сети (GAN), • национальные вычислительные сети (WAN), • региональные вычислительные сети, • городские вычислительные сети (MAN), • локальные вычислительные сети (ЛВС - LAN). По числу ГВМ различают сети с несколькими и с одной ГВМ. По типу используемых ЭВМ выделяют: • однородные сети • неоднородные (разнородные). По методу передачи данных различают вычислительные сети • с коммутацией каналов (TDM, MRCS, FCS) , • с коммутацией сообщений (ATM, STM), • с коммутацией пакетов (FPS), • со смешанной коммутацией. Для современных сетей характерно использование коммутации пакетов, что обеспечивает скорость и надежность передачи данных [4].
До первой ЛВС
Трудно в настоящее время не признать, что основной движущей силой развития ЛВС в мире является международный институт инженеров по электротехнике и радиоэлектроники (IEEE) [21]. История его начинается в 1884 году, когда был основан американский институт инженеров по электротехнике (AIEE) [20]. Следующий шаг был сделан в 1912-м, и снова в США: Институт радиоинженеров (The Institute of Radio Engineers) создал свой комитет стандартов. В 1958 г. сначала объединились комитеты стандартов Американского института инженеров по электротехнике и Института радиоинженеров, а затем в 1963 г. и сами эти институты, породив IEEE [19]. Когда 4 октября 1956 г. в СССР был запущен первый искусственный спутник Земли, президент США Эйзенхауэр созвал американских ученых, чтобы они объяснили Белому дому, как обеспечить превосходство США в науке и техническом развитии. Ученые предложили создать новую структуру внутри Министерства обороны, которая стала бы финансировать перспективные научные проекты. Понимая, что необходимо решить проблему сотрудничества ученых и Министерства обороны США, министр Нейл Мак-Элрой организовал новое агентство - Advanced Research Projects Agency (ARPA). Перед ним была поставлена задача заниматься космической проблематикой. Это агентство и стало генератором идей, приведших через десятилетие с лишним к созданию сети ARPANET, а затем ко всему последующему сетевому буму. ARPA функционировало как государственная исследовательская организация, не имевшая собственных лабораторий: оно финансировало исследования, проводившиеся в государственных и частных институтах и предполагавших использование в будущих военных приложениях. Компьютерные науки, только начавшие становление в это время, получили покровительство ARPA. В 1962 г. ARPA создало новый департамент технологий обработки информации (Information Processing Techniques Office, IPTO), которому было поручено изучить технологии контроля и управления. Этот департамент и руководил работами в области компьютерных наук. Первым директором IPTO был психолог, специалист по поведению человека, сотрудник Массачусетского технологического института по имени Джозеф Карл Ликлайдер. Под его руководством IPTO финансировал исследования в нескольких внезапно возникших областях компьютерных наук, в том числе в компьютерных сетях. Эти работы и привели к созданию ARPANET в 1969 г., когда IPTO возглавлял уже новый директор Роберт Тейлор [19]. В 1961 г. работу, посвященную коммутации пакетов и послужившую темой для будущей диссертации опубликовал в Массачусетском технологическом институте Леонард Клейнрок; это было первое упоминание о коммутации пакетов. Смысл этой технологии заключался в том, что при передаче информации на неопределенно большое расстояние в течение неопределенно большого времени через неопределенное количество промежуточных узлов блок передаваемого сообщения должен быть заключен в капсулу, содержащую все необходимые сведения о сообщении, чтобы любой промежуточный узел мог определить его дальнейшее направление, а приемный узел - принять и проверить целостность. В 1963 г. в США был создан Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE) - ставший впоследствии главным разработчиком массовых стандартов в области ЛВС. Тогда же защитил диссертацию Леонард Клейнрок, будущий создатель Интернета и главный теоретик. В августе 1964 г. Пауль Баран, сотрудник корпорации RAND, опубликовал меморандум "On Distributed Communications: IX Security, Secrecy, and Tamper-Free Considerations", где впервые высказал идею построения распределенной сети передачи данных, не имеющей управляющего центра. Работы выполнялись по заказу ВВС США. Однако практическую реализацию идеи независимо от него осуществил три года спустя в Великобритании Дональд Дэвис. Через год агентство ARPA Министерства обороны США финансировало изучение работы компьютеров в общей сети в режиме разделения времени [5].
Рисунок 1 - Пауль Баран [27]
Первые ЛВС
Первую в мире ЛВС создал в 1967 г. Дональд Дэвис в Национальной физической лаборатории Великобритании (British National Physics Laboratory). До этого он принимал участие в экспериментах по созданию цифровых компьютеров и даже возглавлял группу, которая собирала переведенные с русского на английский научные статьи по компьютерной тематике. К началу 70-х сеть работала с пиковой скоростью 0,25 Мбит/с, обслуживая около 200 пользователей. В дальнейшем Дональд Дэвис стал известным специалистом в области защиты информации. В США в 1968 г. в Лаборатории Белла исследователь В. Чу вводит термин "Asynchronous Time Division Multiplexing" - так зарождается технология ATM. В том же году Министерство обороны США одобрило черновой вариант стандарта MIL-STD-1553 - это был первый в мире стандарт на ЛВС. А в Швеции Олаф Содерблюм из IBM разработал сеть Token Ring. В 1969-м исследования, финансировавшиеся IPTO, директором которого в это время был Роберт Тейлор, привели к тому, что в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе Леонард Клейнрок создал ARPANET - первый узел будущего Интернета. Его создатели были разбиты на две группы. Первая работала в университетах и частных компаниях и отвечала за развитие сетевых технологий, необходимых для функционирования ARPANET. Вторая группа состояла из исследователей в IPTO, выполнявших роль административных директоров. Отдельные лица в эту группу попадали из исследовательских институтов, и их работа была ограничена руководством и распределением финансов. Спустя год, в 1970-м, на Гавайских островах Норман Абрамсон создал сеть ALOHA - прообраз будущих и Ethernet, и IEEE 802.11. Это была первая в мире пакетная радиосеть, использовавшая удивительно простой метод доступа к среде передачи: пакеты передавались в эфир, когда в этом возникала необходимость. Если через какое-то время возвращалось посланное таким же простым методом подтверждение получения, то сообщение считалось доставленным. Если подтверждение не приходило, следовала повторная попытка передачи [5].
Рисунок 2 - Норман Абрамсон [28]
Появление Ethernet
В начале 1973 г. на одной из северных баз ВВС в США прошло совещание, в котором среди прочих приняли участие все главные действующие лица в области компьютерных сетей: Ларри Робертс (ARPA), Норман Абрамсон (создатель сети ALOHA), Боб Меткалф (Robert Metcalfe, будущий изобретатель Ethernet), Лен Клейнрок и Фоуад Тобаги (Fouard Tobagi) (оба - известные теоретики, специалисты в области теории вероятности и сетей массового обслуживания). Обсуждались протоколы доступа к каналу передачи данных. У своеобразной "тайной вечери", о которой через тридцать лет рассказал Ф.Тобаги, оказались удивительно далеко идущие последствия. После него база ВВС почему-то меняет свое название на Rockwell International, а Боб Меткалф 22 мая подает в фирме Xerox записку с предложением создать Ethernet! Первая ЛВС Ethernet, созданная Бобом Меткалфом и Дэвидом Боггсом в исследовательском центре PARC (Palo Alto Research Centre) фирмы Xerox, работала со скоростью 2,944 Мбит/с и соединяла друг с другом два компьютера. Эти компьютеры имели собственные имена "Майкельсон" и "Морли" - по имени двух ученых (Michelson и Morley) XIX века, доказавших, что "эфира" (ether) не существует.
Рисунок 3 - Боб Меткалф [29]
Рисунок 4 - Ларри Робертс [28]
Позже Меткалф сформулировал так называемый закон Меткалфа, служивший верой и правдой, когда надо было обосновать необходимость создания ЛВС: стоимость ЛВС с ростом числа узлов растет линейно, а ценность - пропорционально квадрату числа узлов.
Рисунок 5 - Дэвид Боггс, Рон Крейн, Боб Меткалф [28]
Немного о создателе Ethernet
Боб Меткалф имел достаточно богатую биографию к моменту создания своего главного детища. Он родился в Бруклине в 1946 г. в семье техника по ракетным гироскопическим системам. Будучи учеником восьмого класса, он выполнил свою первую "научную работу" - из запчастей железной дороги, которую ему соорудил в подвале дома отец, сконструировал устройство, выполнявшее суммирование двух чисел. Это устройство школьный учитель назвал "компьютером". Способности Меткалфа были таковы, что в последнем классе школы он мог посещать специальные курсы в Колумбийском университете для особо одаренных детей, где познакомился с первой мини-ЭВМ фирмы DEC PDP-8 и даже пытался писать для нее программу. С этим периодом связан забавный и знаменательный эпизод. Как говорит Меткалф, в один прекрасный день, придя в университет, он обнаружил, что компьютер украли. А стоил он 30 тыс. долл.! Ужасаясь, что ему придется всю жизнь расплачиваться за пропажу, Меткалф нашел все-таки в себе силы позвонить в DEC и сообщил о случившейся беде. На следующий день в университете появился человек, отвечавший за маркетинг, который предоставил компьютер. С ним пришли два специалиста по связям с общественностью. Они вели себя так, как будто собирались открывать Всемирную выставку. Они заявили, что фирма DEC сделала первый в мире компьютер, достаточно маленький для того, чтобы его можно было УКРАСТЬ! В Массачусетском технологическом институте Меткалф занимался теорией пакетной передачи информации (тема его докторской диссертации), а кроме того, принял участие в работах по созданию сети ARPANET. Так что, перейдя в фирму Xerox в команду, занимавшуюся проектированием лазерного принтера, он получил задание разработать систему связи компьютера с этим будущим принтером (как в одном из своих интервью объясняет сам Боб Меткалф: "Поскольку я был сетевым чучелом"). Объем информации, которую предстояло вывести на страницу принтера, составлял примерно 1 Мбит, а печатать надо было по одной странице в секунду, следовательно, необходимая скорость передачи данных по сети должна была превысить 1 Мбит/с. Получалось, что протоколы типа RS-232 не годились и требовалось что-то более производительное.
Хронология развития Ethernet
В 1977 г. в японские ученые М. Токоро (Mario Tokoro - в последующем вице-президент компании Sony) и К. Тамару (Kiichirou Tamaru) разработали способ использования Ethernet в радиоканале (Acknowledging Ethernet). В процессе передачи по радиоканалу невозможно осуществить прием информации, а значит, невозможно и установить, имела ли место коллизия. Авторы предложили по окончании приема информационного блока сообщения посылать в ответ небольшой пакет подтверждения. Отсутствие такого подтверждения и должно было говорить о коллизии. Эта работа стала первой ступенькой к современным радио ЛВС IEEE 802.11 и IEEE 802.15 [16].
Рисунок 6 - Mario Tokoro [30]
Ровно через год Международная организация стандартизации разработала семиуровневую модель открытой сетевой архитектуры, ставшую своеобразным "переводчиком" для разнородных сетевых разработок: стало ясно, как они соотносятся друг с другом. В том же 1978 г. появился первый вариант стандарта ARINC-429, до настоящего времени исправно служащий в авиации. Топология ЛВС в соответствии с этим стандартом была очень проста: практически точка - точка, поскольку на витой паре шины лишь одно устройство имело право передавать, остальные (а их могло быть несколько) должны были только слушать. Если требовался двунаправленный обмен, прокладывали второй канал ЛВС. Столь же просто осуществлялось и кодирование сигналов: положительный импульс означал передачу единицы, отрицательный - нуля. В 1979 г. в США три фирмы - Xerox, DEC и Intel - объединили свои усилия, чтобы стандартизовать Ethernet. Произошло это при посредничестве Боба Меткалфа, который считает это объединение даже более важной своей заслугой, чем изобретение самой Ethernet. Аргументы, "добившие" конкурирующие стороны, были просты: объединение усилий для стандартизации многократно увеличивало общий сбыт изделий и повышало прибыль каждой компании. 4 июля того же 1979 г. Боб Меткалф с помощью фирмы DEC основал компанию 3Com (тройная аббревиатура от COMputer COMmunications COMpability - совместимость компьютерных коммуникаций). В задачу компании входило производство сетевого оборудования, соответствующего будущему стандарту Ethernet. В сентябре 1979 г. была опубликована работа, посвященная приоритетно-кодовым методам доступа к шине ЛВС, явившая собой одну из первых попыток радикального избавления от коллизий в Ethernet (J. Capetanakis, "Tree Algorithms for Packet Broadcast Channels"). Совместный труд DEC, Intel и Xerox завершился 30 сентября 1980 г. опубликованием работы по стандартизации Ethernet, первого варианта этого стандарта. Далее развитие Ethernet шло «семимильными шагами»: март 1981 - фирмой 3com представлен Ethernet – трансивер с поддержкой 10 Мбит/с. сентябрь 1982 - первый сетевой адаптер для персонального компьютера. Публикация стандарта Ethernet на 10 Мбит/с. 3Com выпускает первый продукт — сетевую плату EtherLink для ПК. Intel начала поставки контроллеров Ethernet [10]. 1983 - появление спецификации IEEE 802.3, определена шинная топология сети 10base5 (толстый Ethernet) и 10base2 (тонкий Ethernet). Скорость передачи 10 Мбит/сек. Определено предельное расстояние между точками одного сегмента - 2, 5 км [9]. Толстый Ethernet – сеть на толстом коаксиальном кабеле, имеющем диаметр 0,4 дюйма и волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина кабельного сегмента – 500 м [15]. Прокладка самого кабеля почти одинакова для всех типов коаксиального кабеля. Для подключения компьютера к толстому кабелю используется дополнительное устройство, называемое трансивером. Трансивер подсоединен непосредственно к сетевому кабелю. От него к компьютеру идет специальный трансиверный кабель, максимальная длина которого 50 м. На обоих его концах находятся 15-контактные DIX-разъемы (Digital, Intel и Xerox). С помощью одного разъема осуществляется подключение к трансиверу, с помощью другого – к сетевой плате компьютера. Трансиверы освобождают от необходимости подводить кабель к каждому компьютеру. Расстояние от компьютера до сетевого кабеля определяется длиной трансиверного кабеля. Создание сети при помощи трансивера очень удобно. Он может в любом месте в буквальном смысле «пропускать» кабель. Эта простая процедура занимает мало времени, а получаемое соединение оказывается очень надежным. Кабель не режется на куски, его можно прокладывать, не заботясь о точном месторасположении компьютеров, а затем устанавливать трансиверы в нужных местах. Крепятся трансиверы, как правило, на стенах, что предусмотрено их конструкцией. При необходимости охватить локальной сетью площадь большую, чем это позволяют рассматриваемые кабельные системы, применяется дополнительные устройства – репитеры (повторители). Репитер имеет 2-портовое исполнение, т.е. он может объединить 2 сегмента по 185 м. Сегмент подключается к репитеру через Т-коннектор. К одному концу Т-коннектора подключается сегмент, а на другом ставится терминатор [12]. В сети может быть не больше четырех репитеров. Это позволяет получить сеть максимальной протяженностью 925 м. Существуют 4-портовые репитеры. К одному такому репитеру можно подключить сразу 4 сегмента. Длина сегмента для Ethernet на толстом кабеле составляет 500 м, к одному сегменту можно подключить до 100 станций. При наличии трансиверных кабелей до 50 м длиной, толстый Ethernet может одним сегментом охватить значительно большую площадь, чем тонкий. Эти репитеры имеют DIX-разъемы и могут подключаться трансиверами, как к концу сегмента, так и в любом другом месте. Очень удобны совмещенные репитеры, т.е. подходящие и для тонкого и для толстого кабеля. Каждый порт имеет пару разъемов: DIX и BNC, но они не могут быть задействованы одновременно. Если необходимо объединять сегменты на разном кабеле, то тонкий сегмент подключается к BNC-разъему одного порта репитера, а толстый – к DIX-разъему другого порта. Репитеры очень полезны, но злоупотреблять ими не стоит, так как они приводят к замедлению работы в сети.
Рисунок 7 - Шинная топология – толстая сеть [10]
Тонкий Ethernet использует кабель типа RG-58A/V (диаметром 0,2 дюйма). Для маленькой сети используется кабель с сопротивлением 50 Ом. Коаксиальный кабель прокладывается от компьютера к компьютеру. У каждого компьютера оставляют небольшой запас кабеля на случай возможности его перемещения. Длина сегмента 185 м, количество компьютеров, подключенных к шине – до 30. После присоединения всех отрезков кабеля с BNC-коннекторами (Bayonel-Neill-Concelnan) к Т-коннекторам (название обусловлено формой разъема, похожей на букву «Т») получится единый кабельный сегмент. На его обоих концах устанавливаются терминаторы («заглушки»). Терминатор конструктивно представляет собой BNC-коннектор (он также надевается на Т-коннектор) с впаянным сопротивлением. Значение этого сопротивления должно соответствовать значению волнового сопротивления кабеля, т.е. для Ethernet нужны терминаторы с сопротивлением 50 Ом.
Рисунок 8 - Шинная топология – тонкая сеть [10]
Достоинства: В топологии “шина” выход из строя отдельных компьютеров не приводит всю сеть к остановке. Недостатки: Несколько труднее найти неисправность в кабеле и при обрыве кабеля (единого для всей сети) нарушается работа всей сети. 1985 год - Принятие стандарта IEEE 802.3-1985 (10Base5) со скоростью 10 Мбит/с с использованием коаксиального кабеля 50 Ом. Cisco выпускает свой первый продукт MEIS Subsystem. Начинается массовое внедрение Ethernet. Для продвижения волоконно-оптического варианта Ethernet на базе подразделения Palo Alto Research Center (PARC) создана компания SynOptics Communications [10]. 1986 - год Cisco начинает поставки первого в отрасли многопротокольного маршрутизатора AGS, маршрутизатора доступа FGS и создает ОС, позднее названную Cisco IOS. Пол Саверино основывает компанию Wellfleet Communications, специализирующуюся на производстве сетевых устройств (таких, как маршрутизаторы) [14]. 1987 год - 3Com продает 500-тысячный адаптер Ethernet и выпускает сетевой адаптер EtherLink со скоростью 10 Мбит/с. В Cisco разрабатывают Interior Gateway Routing Protocol (IGRP) — первый протокол для создания больших объединенных сетей [14]. 1988 год - Cisco анонсирует средства маршрутизации IP в сетях SONET/SDH и быстрый сетевой интерфейс Multiport Communications Interface (MCI) с функциями моста/маршрутизатора [10]. 1990 год - Cisco выпускает новую версию маршрутизатора AGS+ и выходит на операторский рынок. Роберт Меткалф покидает 3Com [10]. Сентябрь 1990 - IEEE утверждает технологию 10baseT (витая пара) с физической топологией звезда и концентраторами (hub). Логическая топология CSMA/CD не изменилась. В основу стандарта легли разработки Synoptics Communications под общим названием LattisNet [13]. Витая пара – это два изолированных провода, скрученных между собой. Для Ethernet используется 8-жильный кабель, состоящий из четырех витых пар. Для защиты от воздействия окружающей среды кабель имеет внешнее изолирующее покрытие [12]. Основной узел на витой паре – hub (в переводе называется накопителем, концентратором или просто хаб). Каждый компьютер должен быть подключен к нему с помощью своего сегмента кабеля. Длина каждого сегмента не должна превышать 100 м. На концах кабельных сегментов устанавливаются разъемы RJ-45. Одним разъемом кабель подключается к хабу, другим – к сетевой плате. Разъемы RJ-45 очень компактны, имеют пластмассовый корпус и восемь миниатюрных площадок. Хаб – центральное устройство в сети на витой паре, от него зависит ее работоспособность. Располагать его надо в легкодоступном месте, чтобы можно было легко подключать кабель и следить за индикацией портов. Хабы выпускаются на разное количество портов – 8, 12, 16 или 24. Соответственно к нему можно подключить такое же количество компьютеров [11].
Рисунок 9 - Звездообразная топология [10]
Достоинства: При соединении типа “звезда” легко искать неисправность в сети. Недостатки: Оно не всегда надежно, поскольку выход из строя центрального узла может привести к остановке сети. 1990 - фирма "Kalpana" (впоследствии быстро купленная вместе с разработанным коммутатором CPW16 начинающим гигантом "Cisco") предлагает технологию коммутации, основанную на отказе от использования разделяемых линий связи между всеми узлами сегмента. 1991 Принятие стандарта 10BaseT (802.3i) — Ethernet по неэкранированной витой паре (UTP). 1992 - начало применения коммутаторов (swich). Используя адресную информацию, содержащуюся в пакете (МАС адрес), коммутатор организует независимые виртуальные каналы между парами узлов. Коммутация фактически незаметно для пользователя преобразует недетерминированную модель Ethernet (с конкурентной борьбой за полосу пропускания), в систему с адресной передачей данных. 1993 - спецификации IEEE 802. 3x, появляется полный дуплекс и контроль соединения для 10baseT, спецификация IEEE 802. 1p добавляет групповую адресацию и 8 - ми уровневую систему приоритетов. 1994 Cisco представляет первый компактный полнофункциональный маршрутизатор Cisco 2500 Series для небольших удаленных офисов. Программная маршрутизация отделяется от аппаратной. Разработка технологии IP Multicast для доставки данных, голоса и видеопотоков многим пользователям. Появление технологии управления качеством обслуживания в сети (QoS). Intel поставляет заказчику первую сетевую плату 10/100. 3Сom открывает офис в России. Путем слияния компаний Synoptics и Wellfleet образована Bay Networks [10]. В июне 1995 - Fast Ethernet стандартизирован комитетом IEEE в документе 802.3u. Рабочая группа IEEE 802.3z приступает к разработке Gigabit Ethernet. Cabletron Systems начинает поставки коммутатора MMAC Plus (позднее Smart Switch 9000) — первого устройства, где реализована идея распределенной обработки пакетов, не требующего модуля управления и использующего пассивное шасси с пассивной шиной [10]. 1996 год - Создание Gigabit Ethernet Alliance. Выпуск первого маршрутизатора Cisco 12000 Series для поставщиков услуг и заказчиков с высокими требованиями к масштабированию магистральных сетей IP. Это первый распределенный модульный маршрутизатор, допускающий более чем 100-кратное масштабирование без замены оборудования [10]. 1997 год - Cisco продает первый миллион маршрутизаторов 2500, завершает разработку технологии Tag Switching, предшественницу Multiprotocol Label Switching (MPLS). Intel начинает поставки первых контроллеров 10/100 на одном кристалле. BayNetworks приобретает Rapid City — производителя маршрутизирующих коммутаторов L2/L3 — и выпускает первый такой продукт Accelar 1000 [10]. 1998 год - Принятие стандарта IEEE 802.3z (Gigabit Ethernet в оптических соединениях и на 25 м по витой паре). Появление шассийных коммутаторов по цене стековых, шассийная технология стала массовой. HP выпускает коммутатор ProCurve Switch 4000m. Cisco предлагает технологию Architecture for Voice, Video and Integrated Data (AVVID). BayNetworks поглощена компанией Nortel с образованием Nortel Networks. Выпуск коммутатора Baystack 450 с отказоустойчивым стеком. Alteon WebSystems разработала коммутаторы приложений. В Bell Labs подготовили к выпуску полностью оптический маршрутизатор [10]. 1999 год - Принятие стандарта IEEE 802.3ab (1000BaseT, до 100 м по витой паре), а также стандарта на применение в гигабитных сетях витой пары Категории 5. На выставке Telecom-99 Lucent Technologies представила прототип полностью оптического кросс-коннектора с коммутацией оптических потоков посредством матриц микрозеркал (технология MicroStar) и создала на основе MicroStar оптический маршрутизатор WaveStar LambdaRouter производительностью 10 Тбит/с [10]. 2000 год - Разработка протокола IPv6 и «коммутатора на кристалле». Начало массового внедрения коммутации со скоростью среды передачи данных. Cisco выпустила сетевой процессор Parallel eXpress Forwarding (PXF) Network Processor: скорость продвижения пакетов достигла нескольких миллионов в секунду. Применение в маршрутизаторах Cisco 1700 новой технологии аппаратного шифрования позволило создать компактные устройства с модулями шифрования, межсетевого экрана с анализом пакетов, системой обнаружения вторжений и поддержкой VPN. Nortel Networks приобрела компанию Alteon WebSystems, производителя коммутаторов приложений, и выпустила свой первый коммутатор с поддержкой QoS на уровнях со второго по четвертый — Business Policy Switch 2000 [10]. 2001 год - Появление стандарта MPLS. Optical Internetworking Forum (OIF) одобряет интерфейс Very Short Reach Optics (VSR-1) для соединений маршрутизаторов, коммутаторов и систем DWDM на расстояниях до 300 м. Начало поставок отказоустойчивых маршрутизаторов Cisco 12400 Series с распределенной архитектурой, поддержкой 10-гигабитных скоростей, QoS, интегрированным набором функций для ядра и границы сети. Intel выпускает первый контроллер Ethernet 10/100/1000 на одном кристалле, а Nortel — модульный L2/L3 маршрутизирующий коммутатор Passport 8600 (Nortel Ethernet Routing Switch 8600) c 10-гигабитными интерфейсами (10 Gigabit Ethernet WAN/LAN PHY) [10]. 2002 год- Принятие стандарта IEEE 802.3ae, пропускная способность сетей Ethernet достигает 10 Гбит/с (одно- и многомодовый волоконно-оптический кабель до 40 км). Коммутаторы третьего/четвертого уровня продаются по цене коммутаторов второго уровня. Маршрутизирующие коммутаторы стали массовым продуктом. Intel начала поставки недорогого оптического преобразователя XPAK Multimode Transiver для центров обработки данных, поддерживающего 10GbE и 10 Gigabit Fibre Channel. 3Com анонсировала технологию eXpandable Resilient Networking (XRN) для построения отказоустойчивых сетей. Nortel представила коммутатор Baystack 460-24T-PWR с поддержкой питания по витой паре и решения серии Optera Metro 1000 для городских сетей на базе Ethernet [10]. 2003 год - IEEE принял стандарт Power over Ethernet (802.3af). Члены подкомитета IEEE 802.3ah EFM достигли согласия по ряду предложений к проекту стандарта «Ethernet на первой миле». Компания HP предложила гигабитные стековые коммутаторы серии 2800 и гигабитные модульные коммутаторы 4140GL/4160GL со стоимостью порта менее 100 долларов. 3Com создала совместное предприятие с Huawei Technologies, выпустила коммутаторы Switch 7700, конкурирующие с Cisco Catalyst 6506 и готовые к применению 10GigE, а также первые линейки маршрутизаторов 3Com Router 3000 и 5000. Объем поставок контроллеров Ethernet от Intel превысил 250 млн единиц. Выпущены высокопроизводительные коммутаторы приложений серии Nortel Application Switch 2000 [10]. 2004 год - Технология 10GbE становится массовой. HP выпустила коммутаторы ProCurve Switch 3400cl и приобрела элементы архитектуры и исходного кода ОС коммутаторов RiverStone XGS. 3Com начала поставки модулей с пропускной способностью 10 Гбит/с для коммутаторов 7700 и маршрутизаторов корпоративного класса 3Com Router 6000. Nortel Networks вернулась к названию Nortel. Компания Cisco приступила к поставкам маршрутизаторов CSR-1 [10]. 2005 год - Выпуск HP ProCurve Secure Router 7000 — первых маршрутизаторов HP для глобальных сетей. 3Com представляет семейство коммутаторов для крупных предприятий 3Com Switch 8800 с пропускной способностью 1,4 Тбит/c. Enterasys начинает поставки мультитерабитных маршрутизаторов ядра локальной сети Matrix X-Series [10]. 2006 год - 10GBASE-T, IEEE 802.3an-2006 принят в июне 2006 года после 4 лет разработки. Использует экранированную витую пару. Расстояния — до 100 метров [9]. 2007 – 2010 год - 40-гигабитный Ethernet (или 40GbE) и 100-гигабитный Ethernet (или 100GbE)— стандарты Ethernet разработанные группой IEEE P802.3ba Ethernet Task Force в период с ноября 2007 года по июнь 2010 года. Эти стандарты являются следующим этапом развития группы стандартов Ethernet, имевших до 2010 года наибольшую скорость в 10 гигабит/с. В новом стандарте, IEEE Std 802.3ba-2010, обеспечивается скорость передачи данных в 40 и 100 гигабит в секунду, при совместном использовании нескольких 10 гбит/с или 25 гбит/с линий связи [7]. 2008 год – Стало известно о Terabit Ethernet (так упрощенно называют технологию Ethernet со скоростью передачи 1 Тб/с) из заявления создателя Ethernet Боба Меткалфа на конференции OFC который предположил, что технология будет разработана к 2015 году, правда, не выразив при этом какой-либо уверенности, ведь для этого придется решить немало проблем. Однако, по его мнению, ключевой технологией, которая может обслужить дальнейший рост трафика, станет одна из разработанных в предыдущем десятилетии — DWDM [9]. 2009 год - Компании Finisar, Sumitomo Electric Industries и OpNext на Европейской Выставке Оптических Коммуникаций (англ. ECOC) продемонстрировали одномодовые 40 и 100-гигабитные Ethernet модули, основанные на стандарте CFP MSA [7]. Декабрь 2010 года - компания HP объявила о том, что первой начнет поставки продукции, основанной на новом энергоэффективном стандарте Ethernet, разработанном при участии HP. Это позволит предприятиям уменьшить потребление энергии и эксплуатационные затраты на ИТ-оборудование [8]. Новые zl модули для коммутаторов HP E-Series являются первыми устройствами, построенными по стандарту IEEE Energy Efficient Ethernet, которые при отсутствии трафика способны переходить в «спящий режим» вслед за подключенными к ним EEE-устройствами. Благодаря усилиям компании HP, направленным на реализацию этого стандарта, заказчики получат выгоду от снижения потребления энергии как в коммутаторах, так и в оконечных устройствах, что позволит сократить совокупную стоимость владения на 51% [6]. 17 июня 2010 - принята итоговая версия стандарта под названием IEEE 802.3ba-2010 [7]. Конец 2011 года - Juniper подготовил начало коммерческой эксплуатации сразу двух новых магистральных продуктов с поддержкой 100Гбит Ethernet — обновленной 240Гбит/слот Т-серии (T4000) и полностью нового 480Гбит/слот MPLS коммутатора PTX [7].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Первые локально-вычислительные сети (ЛВС) появились в 70-х годах прошлого века. Это произошло практически сразу после того как появились первые интегральные схемы. До того момента компьютеры были практически недоступны для большинства предприятий и организаций из-за их громоздкости, дороговизны и сложности обслуживания. Однако даже после того как компьютеры подешевели и уменьшились, прошло немало времени до широкого использования ЛВС. Эти, если можно их так назвать, прообразы современных сетей были весьма разнообразны. Они работали на основе самых различных кабелей и устройств сопряжения. Эти устройства работали, практически, только с компьютерами фирм для которых разрабатывались и было довольно сложно включить в сеть компьютер другого производителя [5]. Подобная анархия не могла долго продолжаться, и в 80-х годах были разработаны и внедрены стандартизированные технологии, такие как Token Ring , Ethernet. Этому предшествовал новый виток компьютерных технологий – появление персональных компьютеров. ПК стали доступными для большого круга организаций и предприятий, которые могли теперь позволить приобретать их в большом количестве. Совместное использование ПК и ЛВС позволило расширить круг использования компьютеров и периферийных устройств. Появилась возможность использовать: разделение ресурсов, посылать и принимать сообщения и т.д. Увеличение количества пользователей с разным профессиональным уровнем подталкивало разработчиков к стандартизации и упрощению ресурсов ЛВС. Появились новые типы кабелей (специально разработанных для ЛВС), сетевые адаптеры, не конфликтующие между собой, программное обеспечение. Сегодня ЛВС используются практически во всех областях жизнедеятельности человека, естественно, где есть компьютеры. Даже домашний ПК, подключенный к Интернет, так же является частью сети, только не локальной, а глобальной. В современных ЛВС работают новые устройства, такие как коммутаторы, маршрутизаторы, шлюзы, которые позволили использовать сеть не просто как паутину кабелей, а как хорошо отлаженный механизм со своими маршрутами, уровнями, областями. Современные ЛВС позволяют передавать видео- и аудио сообщения, большое количество файлов, проводить видеоконференции, играть в компьютерные игры нескольким пользователям. Скорость передачи данных так же растет, первые ЛВС пропускали 1-1.5Кбит\с, потом скорость увеличилась до 10Мбит\с, современные сети на основе витой пары работают со скоростью 100Мбит\с, а с протоколом Gigabit Ethernet и 1Гбит\с, сети на основе оптико-волоконного кабеля работают еще быстрее 10-20Гбит\с и более [5].
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ
1. http://tvskit.narod.ru/stati/stati18/lvs.html - Локальные вычислительные сети 2. П.Ф.Коробко. Сети ЭВМ и средства телекоммуникций. Учеб. пособие. Том. политех. ун-т,– Томск, 2002. – 170 с. 3. http://ru.wikipedia.org/wiki/Локальная_вычислительная_сеть - Википедия, свободная энциклопедия 4. Андерсон К. Минаси М. «Локальные сети. Полное руководство».- М.: ЭНТРОП, 1999. - 624с. 5. http://lvsnov.narod.ru/historilvs.htm - История появления ЛВС 6. http://www.tadviser.ru/index.php/%D0%A1%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D1%8F:IEEE_802.3az_-_Energy_Efficient_Ethernet - История Ethernet 7. http://ru.wikipedia.org/wiki/100-гигабитный_Ethernet - Википедия, свободная энциклопедия 8. http://www.hp.com/hpinfo/globalcitizenship/gcreport/pdf/07russian.pdf - Доклад за 2007 финансовый год об участии компании HP в жизни мирового сообщества, 2008. 9. http://ru.wikipedia.org/wiki/Ethernet - Википедия, свободная энциклопедия 10. http://www.cyberguru.ru/networks/lan/ethernet-perspective-page8.html - Ethernet вчера и сегодня 11. http://www.eparh-chb.ru/sovremennye-tekhnologii-str124.html - Цифровое телевидение, Современные технологии 12. http://www.adp.ru/ACTIVE/DOC/lan.htm - Локальные сети 13. http://nag.ru/projects/book/ - "В Интернет через Ethernet" 14. http://bg.net.ua/content/obzor-tekhnologii-ethernet - Обзор технологии Ethernet 15. http://www.hardline.ru/7/87/678/ - Кабельные системы Ethernet 16. http://old.tltsu.ru/archive/edu/nets/hist/lan.htm - История вычислительной техники за рубежом. 17. Косарев В.П., Ерёмин Л.В. «Компьютерные системы и сети». - М.: Финансы и статистика, 1999. - 464 с. 18. Самойленко В.В. «Локальные сети. Полное руководство». - СПб: "КОРОНА принт", 2002 - 160 с. 19. Локальные вычислительные сети: Справочник. В 3-х кн / Под.ред. С.В.Назарова. - М.: Финансы и статистика, 1994. - Т. Кн.1. Принципы построения, архитектура, коммуникационные средства. - 208 с. 20. http://en.wikipedia.org/wiki/American_Institute_of_Electrical_Engineers - Википедия, свободная энциклопедия 21. http://en.wikipedia.org/wiki/Institute_of_Electrical_and_Electronics_Engineers - Википедия, свободная энциклопедия 22. http://4vector.com/free-vector/aiee-88895 - logo, Aiee free vector 23. http://www.engr.psu.edu/ieee/ - logo, Penn State IEEE Homepage 24. http://www.ruelsa.com/cime/boletin/2009/b133.html - logo, En Contacto No. 133 Vol. 12. Aguascalientes, Ags. y León, Guanajuato. 30 de abril del 2009 25. http://www.arpagency.com/ - logo 26. http://www.webuchitel.ru/Internet/index.html - Глобальная сеть Интернет 27. http://www.ibiblio.org/pioneers/baran.html - Internet Pioneers - Paul Baran 28. http://abv24.com/zal-slavy-interneta-pioneers-chast-1 - Зал славы Интернета. Pioneers. Часть 1 29. http://www.cyberstyle.ru/publications/248-internet-packet-switching-search-www-web-licklider-internet-veb-poiskoviki.html - 21 факт о Всемирной Сети (часть 1) 30. http://www.inria.fr/en/centre/paris-rocquencourt/news/mario-tokoro-sony-computer-science-laboratory - Mario Tokoro: “I would be glad to welcome Inria researchers in Tokyo” 31. http://suzeren.ru/novosti/apparatyi-xerox - Аппараты Xerox теперь в нашем ассортименте 32. http://scripophily.net/digeqcor.html - Digital Equipment Corporation - DEC ( Pre Compaq and HP ) - 1970's - Old Computer Vignette 33. http://www.aepona.com/careers/belfast/ - career opportunities at intel in belfast 34. http://www.sut.ru/news/public/ns/main/id/351 - Конференция «Cisco Expo 2012» 35. http://s3r.ru/11/10/2013/novosti/hewlett-packard-myi-bolshe-ne-budem-igrat-po-pravilam-microsoft-i-intel/ - hewlett-packard: «мы больше не будем играть по правилам microsoft и intel» 36. http://valinfo.ru - Студенческий форум
