Тема 1. Загальні принципи побудови обчислювальних мереж

1.2. Основні проблеми побудови мереж
1.3. Поняття “відкрита система” і проблеми стандартизації
1.4. Локальні і глобальні мережі
1.5. Мережі відділів, кампусів і корпорацій
1.6. Вимоги, що пред'являються до сучасних обчислювальних мереж
Питання та вправи

  • 1.1. Від централізованих систем до обчислювальних мереж
  • 1.1.1. Еволюція обчислювальних систем
  • Системи пакетної обробки
  • Багатотермінальні системи прообраз мережі
  • Поява глобальних мереж
  • Перші локальні мережі
  • Створення стандартних технологій локальних мереж
  • Сучасні тенденції
  • 1.1.2. Обчислювальні мережі окремий випадок розподілених систем
  • Мультипроцесорні комп'ютери
  • Багатомашинні системи
  • Обчислювальні мережі
  • Розподілені програми
  • 1.1.3. Основні програмні і апаратні компоненти мережі
  • 1.1.4. Що дає підприємству використання мереж
  • Висновки
  • 1.1. Від централізованих систем до обчислювальних мереж

    1.1.1. 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

    Системи пакетної обробки, як правило, будувалися на базі мейнфейма - могутнього і надійного комп'ютера універсального призначення. Користувачі готували перфокарти, що містять дані і команди програм, і передавали їх в обчислювальний центр. Оператори вводили ці карти в комп'ютер, а розпечатані результати користувачі отримували звичайно тільки на наступний день (мал. 1.1). Таким чином, одна невірно набита карта означала як мінімум добову затримку.

    МАЛ. 1.1. Централізована система на базі мейнфейма

    Звичайно, для користувачів інтерактивний режим роботи, при якому можна з термінала оперативно керувати процесом обробки своїх даних, був би набагато зручніше. Але інтересами користувачів на перших етапах розвитку обчислювальних систем значною мірою нехтували, оскільки пакетний режим це самий ефективний режим використання обчислювальної потужності, оскільки він дозволяє виконати в одиницю часу більше призначених для користувача задач, ніж будь-які інші режими. У розділ кута ставилася ефективність роботи самого дорогого пристрою обчислювальної машини процесора, в збиток ефективності роботи використовуючих його фахівців.

    Багатотермінальні системи прообраз мережі

    По мірі здешевлення процесорів на початку 60-х років з'явилися нові способи організації обчислювального процесу, які дозволили врахувати інтереси користувачів. Почали розвиватися інтерактивні багатотермінальні системи розділення часу (мал. 1.2). У таких системах комп'ютер віддавався в розпорядження відразу декільком користувачам. Кожний користувач отримував в своє розпорядження термінал, за допомогою якого він міг вести діалог з комп'ютером. Причому час реакції обчислювальної системи був досить малим це робилась для того, щоб користувачі  не помічали паралельну роботу з комп'ютером і інших користувачів. Розділяючи таким чином комп'ютер, користувачі отримали можливість за порівняно невелику плату користуватися перевагами комп'ютеризації.

    Термінали, вийшовши за межі обчислювального центра, розосереджувалися по всьому підприємству. І хоча обчислювальна потужність залишалася повністю централізованою, деякі функції такі як введення і виведення стали розподіленими. Такі багатотермінальні централізовані системи зовні вже були дуже схожі на локальні обчислювальні мережі. Дійсно, пересічний користувач роботу за терміналом мейнфейма сприймав приблизно так само, як зараз він сприймає роботу за підключеним до мережі персональним комп'ютером. Користувач міг отримати доступ до загальних файлів і периферійних пристроїв, при цьому у нього підтримувалася повна ілюзія одноосібного володіння комп'ютером, оскільки він міг запустити потрібну йому програму в будь-який момент і майже відразу ж отримати результат. (Деякі, далекі від обчислювальної техніки користувачі навіть були упевнені, що всі обчислення виконуються всередині їх дисплея.)

    МАЛ. 1.2. Багатотермінальна система - прообраз обчислювальної мережі

    Таким чином, багатотермінальні системи, працюючі в режимі розділення часу, стали першим кроком на шляху створення локальних обчислювальних мереж. Але до появи локальних мереж треба було пройти ще великий шлях, оскільки багатотермінальні системи, хоч і мали зовнішні межі розподілених систем, всі ще зберігали централізований характер обробки даних. З іншого боку, і потреба підприємств в створенні локальних мереж в цей час ще не дозріла в одному приміщенні просто чогось було об'єднувати в мережу, оскільки через високу вартість обчислювальної техніки підприємства не могли собі дозволити розкіш придбання декількох комп'ютерів. У цей період був справедливий так званий «закон Копійки», який емпірично відображав рівень технології того часу. Згідно з цим законом продуктивність комп'ютера була пропорційна квадрату його вартості, звідси слідувало, що за одну і ту ж суму було вигідніше купити одну могутню машину, чим дві менш могутніх їх сумарна потужність виявлялася набагато нижча за потужність дорогої машини.

    Поява глобальних мереж

    Проте потреба в поєднанні комп'ютерів, що знаходяться на великій відстані один від одного, до цього часу цілком назріла. Почалося все з вирішення більш простої задачі доступу до комп'ютера з терміналів, віддалених на сотні або тисячі кілометрів терміналів. Термінали сполучалися з комп'ютерами через телефонні мережі за допомогою модемів. Такі мережі дозволяли численним користувачам отримувати віддалений доступ до ресурсів декількох могутніх комп'ютерів класу суперЕОМ. Потім з'явилися системи, в яких нарівні з віддаленими з'єднаннями типу термінал комп'ютер були реалізовані і віддалені зв'язки типу комп'ютер комп'ютер. Комп'ютери отримали можливість обмінюватися даними в автоматичному режимі, що, власне, і є базовим механізмом будь-якої обчислювальної мережі. Використовуючи цей механізм, в перших мережах були реалізовані служби обміну файлами, синхронізації баз даних, електронної пошти і інші, що стали тепер традиційними службами мережі.

    Таким чином, хронологічно першими з'явилися глобальні обчислювальні мережі. Саме при побудові глобальних мереж були уперше запропоновані і відпрацьовані основні ідеї і концепції сучасних обчислювальних мереж. Такі, наприклад, як багаторівнева побудова комунікаційних протоколів, технологія комутації пакетів, маршрутизація пакетів в мережах, які складалися з декількох мереж.

    Перші локальні мережі

    На початку 70-х років стався технологічний прорив в області виробництва комп'ютерних компонентів з'явилися великі інтегральні схеми. Їх порівняно невисока вартість і високі функціональні можливості привели до створення мини-комп'ютерів, які стали реальними конкурентами мейнфреймів. Закон Копійки перестав відповідати дійсності, оскільки десяток міні-комп'ютерів виконував деякі задачі (як правило, які були добре распаралелені) швидше за один мейнфрейм, а вартість такої міні-комп'ютерної системи була меншою.

    Навіть невеликі підрозділи підприємств отримали можливість купувати для себе комп'ютери. Міні-комп'ютери виконували задачі управління технологічним обладнанням, 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).

    Рис 1.3. Автономне використання декількох міні-комп'ютерів на одному підприємстві

    Але 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 (мал. 1.4). 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 для творчості студентів назви багатьох курсових і дипломних проектів починалися тоді зі слів «Пристрій сполучення...».

    МАЛ. 1.4. Різні типи зв'язків в перших локальних мережах

    Створення стандартних технологій локальних мереж

    У середині 80-х років положення справ в локальних мережах стало кардинально змінюватися. Затвердилися стандартні технології об'єднання комп'ютерів в мережу Ethernet, Arcnet, Token Ring. Могутнім стимулом для їх розвитку послужили персональні комп'ютери. Ці масові продукти були ідеальними елементами для побудови мереж з одного боку, вони були досить могутніми для роботи мережевого програмного забезпечення, а з іншою явно потребували об'єднання своєї обчислювальної потужності для вирішення складних задач, а також розділення 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 і обробки даних, тобто мережевих серверів, потіснивши з цих звичних ролей міні-комп'ютери і мейнфейми.

    Стандартні мережеві технології перетворили процес побудови локальної мережі з мистецтва в рутинну роботу. Для створення мережі досить було придбати мережеві адаптери відповідного стандарту, наприклад Ethernet, стандартний кабель, приєднати адаптери до кабелю стандартним роз'ємом і встановити на комп'ютер одну з популярних мережевих операційних систем, наприклад, Novell NetWare. Після цього мережа починала працювати і приєднання кожного нового комп'ютера не викликало ніяких проблем, якщо на ньому був встановлений мережевий адаптер тієї ж технології.

    Локальні мережі в порівнянні з глобальними мережами внесли багато нового в способи організації роботи користувачів. Доступ до ресурсів, що розділяються став набагато зручнішим користувач міг просто переглядати списки ресурсів, що є, а не запам'ятовувати їх ідентифікатори або імена. Після з'єднання з віддаленим 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 абсолютно не треба було вивчати спеціальні (і досить складні) команди для мережевої роботи. А можливість реалізувати всі ці зручності розробники локальних мереж отримали внаслідок появи якісних кабельних ліній зв'язку, на яких навіть мережеві адаптери першого покоління забезпечували швидкість передачі даних до 10 Мбіт/с.

    Звичайно, про такі швидкості розробники глобальних мереж не могли навіть мріяти їм доводилося користуватися тими каналами зв'язку, які були в наявності, оскільки прокладка нових кабельних систем для обчислювальних мереж протяжністю 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/с була для них великим досягненням. Тому економне витрачання пропускної спроможності каналів зв'язку часто було основним критерієм ефективності методів передачі даних в глобальних мережах. У цих умовах різні процедури прозорого доступу до віддалених ресурсів, стандартні для локальних мереж, для глобальних мереж довго залишалися недозволеною розкішшю.

    Сучасні тенденції

    Сьогодні обчислювальні мережі продовжують розвиватися, причому досить швидко. Розрив між локальними і глобальними мережами постійно скорочується багато в чому через появу високошвидкісних територіальних каналів зв'язку, які не поступаються за якістю кабельним системам локальних мереж. У глобальних мережах з'являються служби доступу до ресурсів, такі ж зручні і прозорі, як і служби локальних мереж. Подібні приклади у великій кількості демонструє сама популярна глобальна мережа Internet.

    Змінюються і локальні мережі. Замість з'єднуючого комп'ютери пасивного кабелю в них у великій кількості з'явилося різноманітне комунікаційне обладнання комутатори, маршрутизатори, шлюзи. Завдяки такому обладнанню з'явилася можливість побудови великих корпоративних мереж, що нараховують тисячі комп'ютерів і що мають складну структуру. Відродився інтерес до великих комп'ютерів в основному через те, що після спаду эйфорії з приводу легкості роботи з персональними комп'ютерами з'ясувалося, що системи що складаються з сотень серверів, обслуговувати складніше, ніж декілька великих комп'ютерів. Тому на новому витку еволюційної спіралі мейнфейми стали повертатися в корпоративні обчислювальні системи, але вже як повноправні мережеві вузли, підтримуючі Ethernet або Token Ring, а також стек протоколів TCP/IP, що став завдяки Internet мережевим стандартом де-факто.

    Виявилася ще одна дуже важлива тенденція, що торкається в рівній мірі як локальну, так і глобальні мережі. У них стала оброблятися невластива раніше обчислювальним мережам інформація голос, відеозображення, малюнки. Це зажадало внесення змін в роботу протоколів, мережевих операційних систем і комунікаційного обладнання. Складність передачі такої мультимедійної інформації по мережі пов'язана з її чутливістю до затримок при передачі пакетів даних затримки звичайно приводять до спотворення такої інформації в кінцевих вузлах мережі. Оскільки традиційні служби обчислювальних мереж такі як передача файлів або електронна пошта створюють нечутливий до затримок трафік і всі елементи мереж розроблялися з розрахунку на нього, то поява трафіка реального часу привела до великих проблем.

    Сьогодні ці проблеми вирішуються різними способами, в тому числі і з допомогою спеціально розрахованої на передачу різних типів трафіка технології ATM. Однак, незважаючи на значні зусилля, що робляться в цьому напрямі, до прийнятного розв'язання проблеми поки далеко, і в цій області має бути ще багато зробити, щоб досягнути заповітної мети злиття технологій не тільки локальних і глобальних мереж, але і технологій будь-яких інформаційних мереж обчислювальних, телефонних, телевізійних і т. д. Хоча сьогодні ця ідея багато чим здається утопією, серйозні фахівці вважають, що передумови для такого синтезу вже існують, і їх думки розходяться тільки в оцінці термінів такого об'єднання називаються терміни від 10 до 25 років. Причому вважається, що основою для об'єднання послужить технологія комутації пакетів, що застосовується сьогодні в обчислювальних мережах, а не технологія комутації каналів, що використовується в телефонії, що, напевно, повинно підвищити інтерес до мереж цього типу, яким і присвячено наш посібник.

    1.1.2. Обчислювальні мережі окремий випадок розподілених систем

    Комп'ютерні мережі відносяться до розподілених (або децентралізованих) обчислювальних систем. Оскільки основною ознакою розподіленої обчислювальної системи є наявність декількох центрів обробки даних, то нарівні з комп'ютерними мережами до розподілених систем відносять також мультипроцесорні комп'ютери і багатомашинні обчислювальні комплекси.

    Мультипроцесорні комп'ютери

    У мультипроцесорних комп'ютерах є декілька процесорів, кожний з яких може відносно незалежно від інших виконувати свою програму. У мультипроцесорі існує загальна для всіх процесорів операційна система, яка оперативно розподіляє обчислювальне навантаження між процесорами. Взаємодія між окремими процесорами організується найбільш простим способом через загальну оперативну пам'ять.

    Сам по собі процесорний блок не є закінченим комп'ютером і тому не може виконувати програми без інших блоків мультипроцесорного комп'ютера пам'яті і периферійних пристроїв. Всі периферійні пристрої є для всіх процесорів мультипроцесорної системи загальними. Територіальну розподіленність мультипроцесора не підтримує всі його блоки розташовуються в одному або декількох близько розташованих конструктивах, як і у звичайного комп'ютера.

    Основна перевага мультипроцесора його висока продуктивність, яка досягається за рахунок паралельної роботи декількох процесорів. Оскільки при наявності загальної пам'яті взаємодія процесорів відбувається дуже швидко, мультипроцесори можуть ефективно виконувати навіть додатки з високою мірою зв'язку за даними.

    Ще однією важливою властивістю мультипроцесорних систем є відмовостійкість, тобто здібність до продовження роботи при відмовах деяких елементів, наприклад процесорів або блоків пам'яті. При цьому продуктивність, природно, знижується, але не до нуля, як в звичайних системах, в яких відсутня надмірність.

    Багатомашинні системи

    Багатомашинна система це обчислювальний комплекс, що включає в себе декілька комп'ютерів (кожний з яких працює під управлінням власної операційної системи), а також програмні і апаратні засоби зв'язку комп'ютерів, які забезпечують роботу всіх комп'ютерів комплексу як єдиного цілого.

    Робота будь-якої багатомашинної системи визначається двома головними компонентами: високошвидкісним механізмом зв'язку процесорів і системним програмним забезпеченням, яке надає користувачам і додаткам прозорий доступ до ресурсів всіх комп'ютерів, що входять в комплекс. До складу засобів зв'язку входять програмні модулі, які займаються розподілом обчислювального навантаження, синхронізацією обчислень і реконфигурацією системи. Якщо відбувається відмова одного з комп'ютерів комплексу, його задачі можуть бути автоматично перепризначувати і виконані на іншому комп'ютері. Якщо до складу багатомашинної системи входять декілька контролерів зовнішніх пристроїв, то у разі відмови одного з них, інші контроллери автоматично підхоплюють його роботу. Таким чином, досягається висока відмовостійкість комплексу загалом.

    Крім підвищення відмовостійкості, багатомашинні системи дозволяють досягнути високої продуктивності за рахунок організації паралельних обчислень. У порівнянні з мультіпроцесорними системами можливості паралельної обробки в багатомашинних системах обмежені: ефективність разпаралелювання різко знижується, якщо задачі, що паралельно виконуються тісно пов'язані між собою за даними. Це пояснюється тим, що зв'язок між комп'ютерами багатомашинної системи менш тісний, ніж між процесорами в мультіпроцесорній системі, оскільки основний обмін даними здійснюється через загальні багатовхіді периферійні пристрої. Кажуть, що на відміну від мультипроцесорів, де використовуються сильні програмні і апаратні зв'язки, в багатомашинних системах апаратні і програмні зв'язки між обробляючими пристроями є більш слабими. Територіальна розосережденність в багатомашинних комплексах не забезпечується, оскільки відстані між комп'ютерами визначаються довжиною зв'язку між процесорним блоком і дисковою підсистемою.

    Обчислювальні мережі

    В обчислювальних мережах програмі і апаратні зв'язки є ще більш слабими, а автономність обробляючих блоків виявляється в найбільшій мірі основними елементами мережі є стандартні комп'ютери, що не мають ні загальних блоків пам'яті, ні загальних периферійних пристроїв. Зв'язок між комп'ютерами здійснюється за допомогою спеціальних периферійних пристроїв мережевих адаптерів, сполучених відносно протяжними каналами зв'язку. Кожний комп'ютер працює під управлінням власної операційної системи, а яка-небудь «загальна» операційна система, що розподіляє роботу між комп'ютерами мережі, відсутня. Взаємодія між комп'ютерами мережі відбувається за рахунок передачі повідомлень через мережеві адаптери і канали зв'язку. За допомогою цих повідомлень один комп'ютер звичайно запитує доступ до локальних ресурсів іншого комп'ютера. Такими ресурсами можуть бути як дані, що зберігаються на диску, так і різноманітні периферійні пристрої принтери, модеми, факс-апарати і т. д. Розподіл локальних ресурсів кожного комп'ютера між всіма користувачами мережі основна мета створення обчислювальної мережі.

    Яким же чином позначається на користувачі той факт, що його комп'ютер підключений до мережі? Передусім, він може користуватися не тільки файлами, дисками, принтерами і іншими ресурсами свого комп'ютера, але і аналогічними ресурсами інших комп'ютерів, підключених до тієї ж мережі. Правда, для цього недостатньо забезпечити комп'ютери мережевими адаптерами і з'єднати їх кабельною системою. Необхідні ще деякі додатки до операційних систем цих комп'ютерів. На тих комп'ютерах, ресурси яких повинні бути доступні всім користувачам мережі, необхідно додати модулі, які постійно будуть знаходитися в, режимі очікування запитів, що поступають по мережі від інших комп'ютерів. Звичайно такі модулі називаються програмними серверами (server), оскільки їх головна задача обслуговувати (serve) запити на доступ до ресурсів свого комп'ютера. На комп'ютерах, користувачі яких хочуть отримувати доступ до ресурсів інших комп'ютерів, також треба додати до операційної системи деякі спеціальні програмні модулі, які повинні виробляти запити на доступ до віддалених ресурсів і передавати їх по мережі на потрібний комп'ютер. Такі модулі звичайно називають програмними клієнтами(client). Власне ж мережеві адаптери і канали зв'язку вирішують в мережі досить просту задачу вони передають повідомлення із запитами і відповідями від одного комп'ютера до іншого, а основну роботу по організації спільного використання ресурсів виконують клієнтські і серверний частини операційних систем.

    Пара модулів «клієнт-сервер» забезпечує спільний доступ користувачів, до певного типу ресурсів, наприклад до файлів. У цьому випадку кажуть, що користувач має справу з файловою службою (service). Звичайно мережева операційна система підтримує декілька видів мережевих служб для своїх користувачів файлову службу, службу друку, службу електронної пошти, службу віддаленого доступу і т.п.

    ПРИМІТКА В технічній літературі англомовний термін «service» звичайно переводиться як «служба», «сервіс» або «послуга». Часто ці терміни використовуються як синоніми. У той же час деякі фахівці розрізнюють термін «служба», з одного боку, і терміни «сервіс» і «послуга», з іншою. Під «службою» розуміється мережевий компонент, який реалізовує деякий набір послуг, а «сервісом» називають опис того набору послуг, який надається даною службою. Таким чином, сервіс - це інтерфейс між споживачем послуг і постачальником послуг (службою). Далі буде використовуватися термін «служба» у всіх випадках, коли відмінність в значенні цих термінів не носить принципового характеру.

    Терміни «клієнт» і «сервер» використовуються не тільки для позначення програмних модулів, але і комп'ютерів, підключених до мережі. Якщо комп'ютер надає свої ресурси іншим комп'ютерам мережі, то він називається сервером, а якщо він їх споживає клієнтом. Іноді один і той же комп'ютер може одночасно грати ролі і сервера, і клієнта.

    Розподілені програми

    Мережеві служби завжди являють собою розподілені програми. Розподілена програма це програма, яка складається з декількох взаємодіючих частин (в приведеному на мал. 1.5 прикладі з двох), причому кожна частина, як правило, виконується на окремому комп'ютері мережі.

    МАЛ. 1.5. Взаємодія частин розподіленого додатку

    Досі мова йшла про системні розподілені програми. Однак в мережі можуть виконуватися і розподілені програми користувача додатку. Розподілений додаток також складається з декількох частин, кожна з яких виконує якусь певну закінчену роботу за рішенням прикладної задачі. Наприклад, одна частина додатку, що виконується на комп'ютері користувача, може підтримувати спеціалізований графічний інтерфейс, друга працювати на могутньому виділеному комп'ютері і займатися статистичною обробкою введених користувачем даних, а третя занести отримані результати в базу даних на комп'ютері з встановленою стандартною СУБД. Розподілені додатки в повній мірі використовують потенційні можливості розподіленої обробки, що надаються обчислювальною мережею, і тому часто називаються мережевими додатками.

    Потрібно підкреслити, що не всякий додаток, що виконується в мережі, є мережевим. Існує велика кількість популярних додатків, які не є розподіленими і цілком виконуються на одному комп'ютері мережі. Проте і такі додатки можуть використати переваги мережі за рахунок вбудованих в операційну систему мережевих служб. Значна частина історії локальних мереж пов'язана якраз з використанням таких нерозподілених додатків. Розглянемо, наприклад, як відбувалася робота користувача з відомою в свій час СУБД dBase. Звичайно файли бази даних, з якими працювали всі користувачі мережі, розташовувалися на файловому сервері. Сама ж СУБД зберігалася на кожному клієнтському комп'ютері у вигляді єдиного програмного модуля.

    Програма dBase була розрахована на обробку тільки локальних даних, тобто даних, розташованих на тому ж комп'ютері, що і сама програма. Користувач запускав dBase на своєму комп'ютері, і вона шукала дані на локальному диску, абсолютно не беручи до уваги існування мережі. Щоб обробляти з допомогою dBase дані на віддаленому комп'ютері, користувач звертався до послуг файлової служби, яка доставляла дані з сервера на клієнтський комп'ютер і створювала для СУБД ефект їх локального зберігання.

    Більшість додатків, що використовуються в локальних мережах в середині 80-х років, були звичайними, нерозподіленими додатками. І це зрозуміло вони були написані для автономних комп'ютерів, а потім просто були перенесені в мережеву середу. Створення ж розподілених додатків, хоч і обіцяло багато переваг (зменшення мережевого трафіка, спеціалізація комп'ютерів), виявилося справою зовсім не простою. Треба було вирішувати безліч додаткових проблем на скільки частин розбити додаток, які функції покласти на кожну частину, як організувати взаємодію цих частин, щоб у разі збоїв і відмов частини, що залишилися коректно завершували роботу, і т. д., і т. п. Тому досі тільки невелика частина додатків є розподіленими, хоч очевидне, що саме за цим класом додатків майбутнє, оскільки вони в повній мірі можуть використати потенційні можливості мереж по розпаралелюванню обчислень.

    1.1.3. Основні програмні і апаратні компоненти мережі

    Навіть внаслідок досить поверхневого розгляду роботи в мережі стає ясно, що обчислювальна мережа це складний комплекс взаємопов'язаних і узгоджено функціонуючих програмних і апаратних компонентів. Вивчення мережі загалом передбачає знання принципів роботи її окремих елементів:

    1. комп'ютерів;
    2. комунікаційного обладнання;
    3. операційних систем;
    4. мережевих додатків.

    Весь комплекс програмно-апаратних засобів мережі може бути описаний багатошаровою моделлю. У основі будь-якої мережі лежить апаратний шар стандартизованих комп'ютерних платформ. У наш час в мережах широко і успішно застосовуються комп'ютери різних класів від персональних комп'ютерів до мейнфеймов і суперЕОМ. Набір комп'ютерів в мережі повинен відповідати набору різноманітних задач, що вирішуються мережею.

    Другий шар це комунікаційне обладнання. Хоч комп'ютери і є центральними елементами обробки даних в мережах, останнім часом не менш важливу роль стали грати комунікаційні пристрої. Кабельні системи, повторювачи, мости, комутатори, маршрутизатори і модульні концентратори з допоміжних компонентів мережі перетворилися в основні нарівні з комп'ютерами і системним програмним забезпеченням як по впливу на характеристики мережі, так і по вартості. Сьогодні комунікаційний пристрій може являти собою складний спеціалізований мультипроцесор, який треба конфігурувати, оптимізувати і адмініструвати. Вивчення принципів роботи комунікаційного обладнання вимагає знайомства з великою кількістю протоколів, що використовуються як в локальних, так і глобальних мережах.

    Третім шаром, який створює програмну платформу мережі, є операційні системи (ОС). Від того, які концепції управління локальними і розподіленими ресурсами встановлені в основу мережевої ОС, залежить ефективність роботи всієї мережі. При проектуванні мережі важливо враховувати, наскільки просто операційна система може взаємодіяти з іншими ОС мережі, наскільки вона забезпечує безпеку і захищеність даних, до якої міри вона дозволяє нарощувати число користувачів, чи можна перенести її на комп'ютер іншого типу і багато  іншого.

    Самим верхнім шаром мережевих ресурсів є різні мережеві додатки, такі як мережеві бази даних, поштові системи, ресурси архівування даних, системи автоматизації колективної роботи і інше. Дуже важливо представляти діапазон можливостей, що надаються додатками для різних областей застосування, а також знати, наскільки вони сумісні з іншими мережевими додатками і операційними системами.

    1.1.4. Що дає підприємству використання мереж

    Це питання можна уточнити таким чином: в яких випадках розгортання на підприємстві обчислювальних мереж переважніше за використання автономних комп'ютерів або багатомашинних систем? Які нові можливості з'являються на підприємстві з появою там обчислювальної мережі? І нарешті чи, завжди підприємству потрібна мережа?

    Якщо не вдаватися зокрема, то кінцевою метою використання обчислювальних мереж на підприємстві є підвищення ефективності його роботи, яке може виражатися, наприклад, в збільшенні прибутку підприємства. Дійсно, якщо завдяки комп'ютеризації знизилися витрати на виробництво вже існуючого продукту, скоротилися терміни розробки нової моделі або прискорилося обслуговування замовлень споживачів це означає, що даному підприємству дійсно потрібна була мережа.

    Більш докладно відповідаючи на питання, навіщо підприємству мережа, почнемо з розгляду тих принципових переваг мереж, які витікають з їх приналежності до розподілених систем.

    Концептуальною перевагою розподілених систем (а значить, і мереж) перед централізованими системами є їх здатність виконувати паралельні обчислення. За рахунок цього в системі з декількома обробляючими вузлами в принципі може бути досягнута продуктивність, що перевищує максимально можливу на даний момент продуктивність будь-якого окремого могутнього процесора. Розподілені системи потенційно мають краще співвідношення продуктивність-вартість, ніж централізовані системи.

    Ще одне очевидне і важливе достоїнство розподілених систем це їх принципово більш висока відмовоздатність. Під відмовоздатністтю розуміється здатність системи виконувати свої функції (можливо, не в повному обсягу) при відмовах окремих елементів апаратури і неповній доступності даних. Основою підвищеної відмовоздатностті розподілених систем є надмірність. Надмірність обробляючих вузлів (процесорів в багатопроцесорних системах або комп'ютерів в мережах) дозволяє при відмові одного вузла перепризначувати приписані йому задачі на інші вузли. З цією метою в розподіленій системі можуть бути передбачені процедури динамічної або статичної реконфигурації. В обчислювальних мережах деякі набори даних можуть дублюватися на зовнішніх запам'ятовуючих пристроях декількох комп'ютерів мережі, так що при відмові одного їх них дані залишаються доступними.

    Використання територіально розподілених обчислювальних систем більше відповідає розподіленому характеру прикладних задач в деяких предметних областях, таких як автоматизація технологічних процесів, банківська діяльність і т.п. У всіх цих випадках є окремі споживачі інформації, що розосередилися по деякій території співробітники, організації або технологічні установки. Ці споживачі досить автономно вирішують свої задачі, тому раціональніше надавати їм власні обчислювальні ресурси, але в той же час, оскільки задачі, що вирішуються ними тісно взаємопов'язані, їх обчислювальні ресурси повинні бути об'єднані в єдину систему. Адекватним рішенням в такій ситуації є використання обчислювальної мережі.

    Для користувача, крім вище названих, розподілені системи дають ще і такі переваги, як можливість спільного використання даних і пристроїв, а також можливість гнучкого розподілу робіт  всій системи. Таке розділення периферійних пристроїв, що дорого коштують таких як дискові масиви великої місткості, кольорові принтери,  оптичні диски в багатьох випадках є основною причиною розгортання мережі на підприємстві. Користувач сучасної обчислювальної мережі працює за своїм комп'ютером, часто не віддаючи собі звіту в тому, що при цьому він користується даними іншого могутнього комп'ютера, що знаходиться за сотні кілометрів від нього. Він відправляє електронну пошту через модем, підключений до комунікаційного сервера, загального для декількох відділів його підприємства. У користувача створюється ілюзія, що ці ресурси підключені безпосередньо до його комп'ютера або ж «майже» підключені, оскільки для їх використання потрібні незначні додаткові дії в порівнянні з використанням дійсно власних ресурсів. Така властивість називається прозорістю мережі.

    Останнім часом став переважати інший спонукальний мотив розгортання мереж, набагато більш важливий в сучасних умовах, ніж економія коштів за рахунок розділення між співробітниками корпорації дорогої апаратури або програм. Цим мотивом стало прагнення забезпечити співробітникам оперативний доступ до великої корпоративної інформації. В умовах жорсткої конкурентної боротьби в будь-якому секторі ринку виграє, зрештою, та фірма, співробітники якої можуть швидко і правильно відповісти на будь-яке питання клієнта про можливості їх продукції, про умови її застосування, про розв'язання будь-яких можливих проблем і т.п. У великої корпорації навряд чи навіть хороший менеджер може знати всю тонкість кожного з продуктів, що випускаються фірмою, тим більше що їх номенклатура оновлюється зараз кожний квартал, якщо не місяць. Тому дуже важливо, щоб менеджер мав можливість зі свого комп'ютера, підключеного до корпоративної мережі, скажемо в Токіо, передати питання клієнта на сервер, розташований в центральному відділенні підприємства в Лондоні, і оперативно отримати якісну відповідь, що задовольняє клієнта. У цьому випадку клієнт не звернеться до іншої фірми, а буде користуватися послугами даного менеджера і надалі.

    Щоб така робота була можлива, необхідна не тільки наявність швидких і надійних зв'язків в корпоративній мережі, але і наявність структурованої інформації на серверах підприємства, а також можливість ефективного пошуку потрібних даних. Цей аспект мережевої роботи завжди був вузьким місцем в організації доставки інформації співробітникам навіть при існуванні могутній СУБД інформація в них попадала не сама «свіжа» і не в тому обсязі, який був потрібен. Останнім часом в цій області намітився деякий прогрес, пов'язаний з використанням гіпертекстової інформаційної служби WWW так званої технології intranet. Ця технологія підтримує досить простий спосіб представлення текстової і графічної інформації у вигляді гіпертекстових сторінок, що дозволяє швидко вмістити саму свіжу інформацію на WWW-сервери корпорації. Крім того, вона уніфікує перегляд інформації за допомогою стандартних програм Web-броузерів, робота з якими нескладна навіть для нефахівця. Зараз багато які великі корпорації вже перенесли величезні купи своїх документів на сторінки WWW-серверів, і співробітники цих фірм, розкидані по всьому світу, використовують інформацію цих серверів через Internet або intranet. Отримуючи легкий і більш повний доступ до інформації, співробітники ухвалюють рішення швидше, і якість цього рішення, як правило, вище.

    Використання мережі приводить до вдосконалення комунікацій, тобто до поліпшення процесу обміну інформацією і взаємодії між співробітниками підприємства, а також його клієнтами і постачальниками. Мережі знижують потребу підприємств в інших формах передачі інформації, таких як телефон або звичайна пошта. Часто саме можливість організації електронної пошти є основною причиною і економічним обгрунтуванням розгортання на підприємстві обчислювальної мережі. Все більше поширення отримують нові технології, які дозволяють передавати по мережевих каналах зв'язку не тільки комп'ютерні дані, але голосову і відеоінформацію. Корпоративна мережа, яка інтегрує дані і мультимедійну інформацію, може використовуватися для організації аудіо- і відеоконференцій, крім того, на її основі може бути створена власна внутрішня телефонна мережа.

    Звичайно, обчислювальні мережі мають і свої проблеми. Ці проблеми в основному пов'язані з організацією ефективної взаємодії окремих частин розподіленої системи.

    По-перше, це складності, пов'язані з програмним забезпеченням - операційними системами і додатками. Програмування для розподілених систем принципово відрізняється від програмування для централізованих систем. Так, мережева операційна система, виконуючи в загальному випадку всі функції по управлінню локальними ресурсами комп'ютера, крім того вирішує численні задачі по наданню мережевих служб. Розробка мережевих прикладних застосувань ускладнюється через необхідність організувати спільну роботу їх частин, що виконуються на різних машинах. Багато турбот доставляє забезпечення сумісності програмного забезпечення.

    По-друге, багато проблем пов'язано з транспортуванням повідомлень по каналах зв'язку між комп'ютерами. Основні задачі тут -  забезпечення надійності (щоб дані, що передаються, не втрачалися і не спотворювалися) і продуктивності (щоб обмін даними відбувався з прийнятними затримками). У структурі загальних витрат на обчислювальну мережу витрати на розв'язання «транспортних питань» становлять істотну частину, в той час як в централізованих системах ці проблеми повністю відсутні.

    По-третє, це питання, пов'язані із забезпеченням безпеки, які набагато складніше вирішуються в обчислювальній мережі, ніж в централізованій системі. У деяких випадках, коли безпека особливо важлива, від використання мережі краще взагалі відмовитися.

    Можна наводити ще багато «за» і «проти» використання мереж, але головним доказом ефективності є безперечний факт їх повсюдного поширення. Важко знайти скільки-небудь велике підприємство, на якому не було хоч би односегментної мережі персональних комп'ютерів; все більше і більше з'являється великих мереж з сотнями робочих станцій і десятками серверів, деякі великі організації і підприємства обзаводяться приватними глобальними мережами, що об'єднують їх філіали, віддалені на тисячі кілометрів. У кожному конкретному випадку для створення мережі були свої резони, але вірно і загальне твердження: щось в цих мережах все-таки є.

    Висновки

    Обчислювальні мережі були результатом еволюції комп'ютерних технологій.


    Попередня Перша Наступна