Цель и задачи дисциплины, её место в направлении обучения и связь с другими дисциплинами.
Тема № 1: История развития систем и сетей передачи данных
Раздел 1. Введение
Квалификация выпускника
Специальность подготовки
Направление подготовки дипломированного специалиста
СИСТЕМЫ И СЕТИ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ
УТВЕРЖДАЮ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ»
Кафедра ИТ-5 «Защита информации»
Проректор по УР
___________/ Пименов А.В./
"____"_______________2012 г.
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
Информационная безопасность телекоммуникационных систем
090105 - Комплексное обеспечение информационной безопасности автоматизированных систем
Инженер
Москва, 2012
Цель преподавания дисциплины – изучение современных телекоммуникационных технологий и вычислительных сетей, принципов их построения, применяемых при описании сетей моделей взаимосвязи систем, организации каналов связи, сетевого программного обеспечения.
Задачей дисциплины является приобретение базовых знаний о применяемых при построении сетей технологиях и архитектуре сетей, приобретение навыков решения задач по выбору сетевых технологий в соответствии с проблемной ситуацией, организации логической и физической структуры сетей, обеспечению взаимодействия сетевых систем.
Изучение дисциплины «Системы и сети передачи информации» происходит после изучения дисциплин «Информатика», «Аппаратные средства вычислительной техники», «Дискретная математика», «Языки программирования».
Мы вступили в XXI в. Происходят фундаментальные изменения в экономике и технике, в том числе и в информатике. Эти изменения связаны как с новыми сетевыми информационными технологиями, так и с тем, что накопление нового в нашем поведении достигло критической массы. Миллионы людей общаются с помощью электронных средств, развиваются новые формы деловой активности в экономике на
основе универсальных, открытых стандартов Internet. Этот взрывной рост телекоммуникаций – самая последняя, а для экономики – самая важная волна информационной революции.
Специалисты по вычислительной технике утверждают, что 50% знаний в области компьютерных и сетевых технологий устаревает за 5 лет. С этой оценкой можно не соглашаться, но факт остается фактом: базовые технологии, представления о перспективности или бесперспективности той или иной технологии, подходы и методы решения ключевых задач и даже понятия о том, какие задачи при создании сетей являются основными - всё это изменяется быстро и часто неожиданно.
Действительно, полностью осталась в прошлом традиционная модемная связь со скоростью передачи данных до 56 кбит/с, уступив место сначала ISDN-технологии, которая ещё лет 10 назад считалась основной технологией для доступа в Интернет по телефонным каналам и которая, так и не получив широкого распространения, в настоящее время практически полностью вытеснена ADSL-технологией. Точно так же ATM-технология, на которую возлагались большие надежды и которая считалась одной из наиболее перспективной для передачи мультимедийных данных, постепенно вытесняется технологией MPLS. И таких примеров можно привести достаточно много.
История глобальных сетей уходит в глубь веков, их возраст зависит от того, что считать началом. Три тысячи лет, если вести исчисление от эпохи голубиной почты, или 800 лет, если брать за начало отсчета доставку сообщений почтовыми лошадьми во времена Чингисхана. Первая надежная крупномасштабная сеть для передачи сообщений со стандартизованной системой кодирования появилась в 1794 году во Франции. Это был так называемый оптический телеграф, построенный Клодом Шаппом для французского правительства.
«Телеграфные станции» Шаппа, имеющие вид деревянных конструкций с подвижными крыльями, расставленные с шестимильными интервалами, могли за полчаса переслать сообщение на расстояние в 100 миль. Для передачи сообщения на такое расстояние наземными средствами требовался целый день. Промежуточным станциям не приходилось расшифровывать сообщения, они просто повторяли принятое. Аналогичные системы вскоре появились в Швеции, Дании, Финляндии, Норвегии, Германии и Англии. В 30-х годах XIX столетия они широко использовались в Швеции для передачи частных посланий.
Однако к середине XIX века оптический телеграф был вытеснен электрическим. В 1844 году Сэмюэл Морзе предложил код, используя который можно было мгновенно передать сообщение на расстояние в 25 миль, тогда как доставка этого сообщения поездом заняла бы целый час. Тридцатью годами позже 27-летний телеграфист Томас Алва Эдисон изобрел способ одновременной передачи двух сообщений в каждом направлении по одной телеграфной линии. Этот способ, получивший название Quad, позволил компании Western Union ежегодно экономить на строительстве новых линий полмиллиона долларов.
Итак, проводные соединения уже были, мультиплексирование сообщений тоже. А с коммутацией пришлось подождать до изобретения Александром Грэхэмом Беллом телефона и появления крупных разветвленных телефонных сетей. В 1889 году предприниматель из Канзас-Сити Элмон Строуджер заподозрил, что операторы местной телефонной станции перенаправляют выгодные заказы его конкурентам, и нанял несколько инженеров для разработки первого автоматического телефонного коммутатора.
В 1917 году компания AT&T сделала первую попытку мультиплексирования. Система A одновременно передавала четыре голосовых телефонных звонка по одной паре проводов. В 1944 году AT&T создала систему L1, позволявшую одновременно передавать по коаксиальному кабелю 600 телефонных разговоров.
В 1961 году AT&T начала использовать в телефонии аналого-цифровое преобразование голосовых сигналов. Каждый передаваемый телефонный разговор преобразовывался в восьмиразрядный цифровой код с частотой 8 тыс. преобразований в секунду. Разбиение на цифровые фрагменты позволяло передавать по одной линии связи еще больше телефонных разговоров. Система T1, «тезка» нынешних каналов передачи данных T1, содержала 24 телефонных канала.
К тому времени в мире было уже достаточно много компьютеров, чтобы задуматься об организации связи между ними. В 1961 году Леонард Клейнрок впервые высказал мысль о маршрутизации пакетов цифровых данных в крупных компьютерных сетях. Годом позже Дж. Ликлайдер, первый руководитель отдела компьютерных исследований в Управлении ARPA при Министерстве обороны США, предложил создать огромную Galactic Network — «галактическую сеть», в которой пользователь мог получить доступ к данным из любого узла.
В 1965 году Ларри Робертс, исследователь из лаборатории Линкольна в Массачусетсском технологическом институте, впервые организовал обмен пакетами данных между двумя компьютерами. Четырьмя годами позднее появилась сеть с коммутацией пакетов Arpanet. За короткое время были разработаны средства для передачи файлов данных, электронной почты и дистанционного входа в систему. В 1973 году Винтон Серф предложил объединить Arpanet с двумя другими государственными сетями. Так родилась сеть Internet.
А производители компьютеров тем временем выпускали собственные сетевые системы. В 1972 году Роберт Меткалф, исследователь из компании Xerox, разработал стандарт организации локальных сетей под названием Ethernet. В 1973 году появилась компания Telenet, первый владелец сети общего пользования с коммутацией пакетов. В сети Telenet использовался протокол X.25, не требовавший специального аппаратного интерфейса для подключения компьютера к сети. В 1974 году корпорация IBM обнародовала собственную системную сетевую архитектуру — System Network Architecture, а еще через два года корпорация Digital Equipment выпустила протокол DECnet.
Развитие глобальных компьютерных сетей в последние два десятилетия базировалось на этих же концепциях. Те же самые концепции с упором на быстродействие используются и в новых технологиях.
Каналы T1, которые AT&T впервые предложила в 1961 году, сейчас обеспечивают скорость передачи данных 1,5 Мбит/с, а пользователи при желании могут покупать только часть емкости канала («дробный» канал Т1). Канал T3 эквивалентен 28 каналам T1 с общей пропускной способностью 44 Мбит/с. (T1 наряду с производными от него каналами — американский стандарт; в Европе используется его аналог, E1. — Прим. ред.)
Волоконно-оптические сети впервые были предложены Чарльзом Као и Джорджем Хокхамом в 1966 году, но тогда они не были практическим решением. В 1970 году скорость передачи данных в этих сетях достигла 90 Мбит/с, в 1984-м — 500 Мбит/с, а в начале 90-х — уже 1,7 Гбит/с.
Относительно недорогие сети frame relay обеспечивают подключение пользователей на скоростях от 56 Кбит/с до 1,5 Мбит/с (в Европе от 64 Кбит/с до 2 Мбит/с). Gigabit Ethernet, новейшая версия старого доброго стандарта локальных сетей, поддерживает скорость передачи данных 1 Гбит/с.
Асинхронный режим передачи данных ATM основывается на концепции небольших пакетов фиксированного размера, так называемых ячейках (cell). Такая организация передачи предотвращает полный захват канала данными одного типа. ATM широко используется для передачи по одной и той же сети аудио- и видеоинформации, а также компьютерных данных со скоростями от 22 до 622 Мбит/с.
Для того чтобы воспользоваться такими быстрыми сетями общего пользования для корпоративных целей, придуманы виртуальные частные сети, в которых применяются шифрование и другие механизмы безопасности для создания собственной безопасной сети. Таким образом, практически любое предприятие может при необходимости построить собственную глобальную сеть.
Насколько нам известно, первой действительно универсальной архитектурой вычислительных сетей стала объявленная компанией IBM в 1974 г. SNA (System Network Architecture), чуть позже к ней присоединились и другие ведущие изготовители компьютерных систем. Выход сетей из лабораторий:1976—1982 гг. (Ордовик—Силур) Одновременно с быстрым развитием сетевых архитектур активно разрабатывались и технологии передачи данных.
В 1976 г. произошло чрезвычайно важное событие: появился стандарт семейства протоколов X.25, определяющий метод передачи данных в системах с коммутацией пакетов. Чтобы понять, насколько важным оказалось это событие для телекоммуникационного сектора, достаточно вспомнить, что вплоть до широкого распространения Интернета именно сети X.25 связывали весь мир в единое целое. Далее рассказ о X.25 становится похож на подражание Ветхому Завету: X.25 породил и поныне здравствующий протокол Frame Relay, который активно поучаствовал в рождении технологии ATM и к тому же имел непосредственное отношение к появлению столь любимой операторами магистральных сетей SDН…
Год 1979-й запомнится еще и появлением первого модема для персональных компьютеров. Компания Hayes Microcomputer Products для компьютера Apple II представила Micromodem II, способный развивать скорость в 300 бод! Через два года вышел его наследник, который сегодня назвали бы Hayes-совместимым.
Не менее важные события происходили и в области локальных сетей (хотя этого термина как такового еще не появилось). Наиболее перспективными тогда представлялись системы с детерминированным доступом, в первую очередь работающие по принципу маркерного кольца (быть может, вы застали разработанную IBM технологию Token Ring или созданную на ее базе FDDI?).
А вот системы с произвольным доступом (CSMA, первой из которых, по-видимому, была созданная в начале 1970-х гг. сеть Alohanet, объединяющая Гавайские острова) казались менее перспективными, пока в мае 1973 г. (тридцать лет назад!) Боб Меткалф (Bob Metcalf), работавший тогда в исследовательском центре PARC компании Xerox, не предложил для совместного использования принтеров то, что чуть позже получило название «эфирной сети» Ethernet (с его немного усовершенствованным методом доступа к среде передачи данных CSMA/CD). Правда, тогда технология обеспечивала скорость передачи данных всего 2,94 Мбит/с по 75-Ом коаксиальному кабелю примерно на полтора километра. В 1976 г. технология была запатентована Xerox, а Меткалф в 1978 г. основал компанию 3Com Corporation и уже в 1982 г. выпустил первый в мире серийный Ethernet-адаптер для компьютера Apple (адаптеры для шины ISA появились на полтора года позже). Одновременно с этим в 1979 г. сложился альянс DIX (DEC, Intel, Xerox), который годом позже опубликовал первую версию стандарта Ethernet, получившую название «Blue Book» (Голубая книга).
Нельзя также забывать, что в 1980 г. на свет появляется то, без чего теперь не обходится ни один изучающий сети студент — Модель взаимосвязи открытых систем (Open System Interconnect) Международного института стандартов (ISO). В модели OSI была четко определена иерархия семи уровней, обеспечивающих передачу по сети любых данных любыми программами. И хотя модель чисто теоретическая, ее значение для дальнейшего развития сетей крайне важно…
Завоевание пространства: 1983—1989 гг. (Девон—Карбон) Следующие пять лет для локальных сетей прошли бурно под флагом все ширящегося движения по внедрению в жизнь готовых к коммерческому применению технологий. У этого времени была интересная особенность: в отличие от многих последовавших позже «геологических периодов», почти все события были очень логичными и выстраивались в стройную линию технологического развития (наверно, сказывалось академическое прошлое отцов-основателей первых сетевых компаний).
В институтах и даже крупных офисах быстро появлялись первые «шланги» «толстого» Ethernet, — правда, такие сети все еще оставались удовольствием недешевым (в 1986 г. адаптер Ethernet для мини-ЭВМ VAX стоил 3200 долл.), и встретить персональный компьютер, стандартно оснащенный сетевым интерфейсом, было непросто.
В 1985 г. независимым Институтом инженеров по электротехнике и электронике принимается окончательный стандарт Ethernet на «толстом» коаксиале IEEE 802.3 (10Base-5), а в 1989 г. в дополнении IEEE 802.3a описывается работа по «тонкому» коаксиальному кабелю (10Base-2).
Достаточно неплохо чувствовали себя и некоторые другие сетевые технологии. Так, IBM в 1988 г. удалось заметно «переплюнуть» Ethernet, увеличив скорость передачи данных созданной тремя годами раньше технологии Token Ring с 4 до 16 Мбит/с.
Не отставали и телекоммуникационные технологии. В 1985 г. в США в эксплуатацию были запущены оптоволоконные линии передачи данных, годом позже компания StrataCom начала эксплуатацию первых линий T1 1,54 Мбит/с с коммутацией пакетов, а пару лет спустя AT&T приступила к продаже каналов Fractional T1. Проблема с магистралями и подключением к ним крупных компаний практически была решена.
Несколько хуже обстояло дело с подключением отдельных пользователей или мелких компаний. Модемы, правда, заметно прогрессировали: в 1989 г. Arc Electronics представила первый модем со скоростью 19,2 кбит/с ценой всего 3595 долл., совершив настоящий прорыв и в скорости, и в цене.
Те, кому модема было мало, всерьез мечтали о сетях ISDN BRI, пробная эксплуатация которых была начата компанией McDonald в 1986 г. Ведь скорость в 128 кбит/с казалась тогда почти фантастической… А еще через два года AT&T начала предлагать клиентам ISDN PRI (1,54 Мбит/с).
Одна за другой рождались компании, ставшие вскоре лидерами сетевого рынка.
В 1985 г. одно из подразделений PARC было преобразовано в компанию SynOptics Communications для продвижения на рынок оптоволоконного варианта Ethernet. Подразделение возглавил Энди Людвиг (Andy Ludwick), сегодня причисляемый к лику «сетевых святых». Не менее легендарный сейчас Пол Саверино (Paul Saverino) в 1986 г. создал фирму Wellfleet Communications, специализирующуюся на производстве мощных отказоустойчивых сетевых устройств.
Для тех, кому эти два названия ничего не говорят, поясню: в 1994 г. эти фирмы слились, образовав Bay Networks — одну из трех крупнейших сетевых компаний эпохи расцвета локальных сетей. Правда, и она не дожила до наших дней, будучи поглощенной в 1998 г. телекоммуникационным гигантом Nortel.
В эту «большую тройку», кроме Bay Networks и 3Com Corp., входила еще и Cisco Systems, возникшая примерно тогда же. Интересна история ее создания. В 1984 г. академическая семейная пара из Станфордского университета, Лен Босак (Len Bosack) и Сэнди Лернер (Sandy Lerner), вдруг обнаружила, что не может общаться по университетской сети, поскольку супруги находились в разных подсетях. Это настолько задело ученых, что они начали активно разрабатывать вопросы межсетевого взаимодействия, и менее чем за год возник будущий сетевой гигант. Правда, большого счастья Лен и Сэнди это не принесло: они вскоре развелись и покинули созданную ими компанию, и теперь на сайте Cisco Systems упоминания о ее создателях найти почти невозможно…
Казалось бы, все идет замечательно, но для реального использования сетей не хватало более высоких уровней модели OSI. Люди ждали сетевых операционных систем…
Первой такой ОС стала появившаяся в 1983 г. NetWare компании Novell, — правда, подход Novell требовал выделенного компьютера, и тогда родился термин «файл-сервер»
В 1987 г. подоспел и ставший позже основным конкурентом NetWare продукт Microsoft LAN Manager для только что вышедшей OS/2. Через год компания 3Com на базе LAN Manager выпускает первую в мире персональных компьютеров (PC) одноранговую сетевую операционную систему 3+Open; правда, через два года ее вытеснили с рынка подоспевшие к тому времени более совершенные решения.
В 1987 г. появился и протокол AppleTalk, так что стало возможным объединять в одноранговые сети компьютеры Apple либо через Ethernet, либо через встраиваемые в каждый Мас порты LocalTalk (он же 232-кбит/с RS-422).
В этот же столь богатый на события период произошла и еще одна «революция» — на свет появилась сотовая телефония. Первая система Nordic Mobile Telephone System (давшая начало протоколу NMT450) была запущена в эксплуатацию в Дании, Швеции, Финляндии и Норвегии в 1981 г. (пробный запуск прошел чуть раньше в Омане). Двумя годами позже первые две сотовые сети заработали и в Северной Америке — первой оказалась «умершая» чуть позже AURORA-400, а второй стал первенец существующего и сегодня стандарта AMPS.
К 1990 г. мир сетей, казалось бы, сложился. Можно было увидеть в готовом (или почти готовом) виде все сетевые технологии, протоколы и разнообразные подходы к созданию сетей. Да и все существующие ведущие сетевые компании уже приступили к завоеванию рынка. Но как оказалось, все только начинается…
Вторая волна: 1990—1995 гг. (Пермь—Триас) Итак, самое начало 1990-х гг. К моменту выхода первого номера PC Magazine/RE сети уверенно проникают в офисы, и в России появляется популярная и весьма денежная профессия «установщик локальных сетей».
Правда, вскоре клиенты начали обнаруживать, что понаделанное этими «установщиками» надо выбросить и начать заново — и все благодаря принятым в 1990 г. двум стандартам, кардинально изменившим судьбу локальных сетей.
Стандарт IEEE 802.3i определил, как передавать пакеты Ethernet по витой паре (10Base-T); вводилось новое устройство — Ethernet-концентратор, позволявший избавиться от принципиальной неустойчивости сетей на коаксиале (неисправности любой сетевой платы или обрыв кабеля приводили к «падению» сети целиком).
Вторым не менее важным событием стало принятие стандарта IEEE 802.1D, определившего понятие Ethernet-моста (bridge). В локальных сетях наконец-то появилась сегментация, и все растущее среднее число приходящихся на каждую локальную сеть компьютеров удалось ограничить.
Уже через два-три года и концентраторы, и мосты широко применяются в сетях нового типа, а еще через год начинают появляться первые полноценные коммутаторы (не что иное, как многопортовые мосты) и двухуровневые сети, где компьютеры в рамках одной рабочей группы объединяются через концентратор, а сами концентраторы через мосты подключаются к общей корпоративной магистрали. И тут очень пригодился принятый в 1993 г. стандарт IEEE 802.3j, определяющий передачу данных Ethernet по оптическому волокну (10Base-FL). Ethernet выходит из зданий и превращается в технологию создания «кампусных» сетей.
Следующий шаг был почти очевиден: объединить все мосты в единое многопортовое устройство — центральный коммутатор. Такая конфигурация получает название «магистраль в точке» (collapsed-backbone) и становится основой всех современных подходов к созданию корпоративных сетей.
Как следствие, возникает понятие структурированных кабельных сетей (СКС) с их распределительными узлами уровня этажа и здания, и почти ниоткуда возникает огромный рынок сертифицированных СКС. «Установщикам» приходится идти в школу и получать сертификаты, а заказчикам — раскошеливаться в надежде (как оказалось, вполне оправдавшейся) на гарантийный срок использования СКС в 15 и более лет.
Многие понимали, насколько лакомый кусок — рынок коммутаторов, поэтому гонка за пальму первенства оказалась жесточайшей. Первой успела компания Synernetics, уже летом 1990 г. представившая первые коммутаторы; чуть позже к финишу пришла Kalpana. Именно этим первопроходцам мы обязаны появлением двух технологий коммутации: Cut-Through и Store-and-Forward. Компания Kalpana закончила свою историю в 1994 г. в недрах Cisco Systems, а за год до этого Synernetics была поглощена 3Com.
Технология «магистрали в точке» всем хороша, но возникали два вопроса. Прежде всего, ясно, что для подключения к центральному коммутатору корпоративных серверов нужны более скоростные, нежели 10-Мбит/с Ethernet, каналы. Кроме того, для объединения нескольких зданий, в каждом из которых развернута «магистраль в точке», также хотелось чего-то более серьезного, чем Ethernet. На тот момент существовала единственная «быстрая» технология — FDDI, обеспечивающая скорость до 100 Мбит/с.
В результате появились более интересные устройства — универсальные коммутаторы, способные объединять сегменты разных сетевых технологий. Именно подобные устройства были коньком Synernetics; другой достаточно известный изготовитель таких коммутаторов, Crescendo Communications (выпустивший в 1991 г. первый коммутатор с FDDI на витой паре), открыл в 1993 г. длинный список поглощений Cisco Systems… Среди других производителей подобного оборудования стоит вспомнить компании Proteon, Wellfleet Communications, Synoptics Communications, Cabletron Systems, Chipcom (поглощена 3Com в 1995 г.), IBM и LANNET (поглощена в 1995 г. Madge Networks, в свою очередь приобретенной в 1998 г. Lucent Technologies; с 2000 г. входит в выделившуюся из Lucent компанию Avaya Inc.).
Правда, начинающая компания Grand Junction уже в 1992 г. объявила о разработке варианта Ethernet со скоростью 100 Мбит/с, но технология была стандартизована только в 1995 г. (стандарт IEEE 802.3u, сети 100Base-TX, 100Base-T4 и 100Base-FX). Тогда же Grand Junction была поглощена… угадайте кем? Правильно, Cisco Systems.
Почти сразу после стандартизации Fast Ethernet спрос на технологию FDDI резко пошел на убыль, впрочем, как и цена на центральные коммутаторы. Начался следующий виток развития «магистрали в точке». Интересно, что почти сразу после выхода стандарта компании Compaq, 3Com и Sun Microsystems заявили о принципиальной возможности доведения скорости Ethernet до 1 Гбит/с и использования такой технологии в качестве магистральной для сетей следующего поколения.
Через год у Fast Ethernet появился достаточно серьезный соперник: 100VG-AnyLAN, разработанная Hewlett-Packard. Технология по всем параметрам как минимум не уступала Fast Ethernet, однако это давалось ценой отказа от основных принципов работы Ethernet. В результате 100VG-AnyLAN почти не получила поддержки рынка и быстро исчезла. Бросим теперь краткий взгляд за пределы локальных сетей того периода.
US Sprint в 1990 г. начала предоставлять услуги объединения точек на всей территории США через Frame Relay.
В этот «геологический период» почти все высокоскоростные магистрали переводятся на SDH или ATM, по которым передаются как данные, так и телефония или даже видео. Для подключения клиентов обычно по-прежнему используется Frame Relay. Активно внедряются решения, обеспечивающие передачу сетевого трафика через постоянные виртуальные каналы ATM или SDH, что приводит к фактическому слиянию Интернет-магистралей и магистралей, используемых для объединения офисов компаний-клиентов. В 1994 г. Bell Atlantic делает следующий шаг — впервые принимает заказы на подключение клиентов по технологии ATM.
Тогда же MCI создает подразделение MCI Metro, нацеленное на формирование альтернативной (компаниям-дочкам Bell) сетевой инфраструктуры доступа в 20 крупнейших городах США.
В 1994 г. появляется первый проект «космического Интернета»: Билл Гейтс (Bill Gates) и Крейг Маккау (Craig McCaw) направляют в Федеральную комиссию США по электросвязи (FCC) документы о планирующемся развертывании телекоммуникационного проекта Teledesic, предусматривающего использование большого числа низкоорбитальных спутников. В случае реализации проекта весь мир (кроме узких околополюсных зон) оказался бы накрыт универсальной сетью передачи данных со скоростями, характерными для сетевых магистралей того времени.
В 1994 г. выходит стандарт ITU-T V.34, и модемы достигают скорости 28,8 кбит/с. Первым таким модемом стал Courier компании US Robotics.
Да, чуть не забыл! В 1993 г. Microsoft выпускает свою первую настоящую операционную систему Windows NT, а в 1995 г. выходит Windows 95, в которой наконец-то приличный интерфейс пользователя объединяется с почти нормально реализованной сетевой подсистемой.
Эра динозавров: 1995—1998 гг. (Юра—Мел) Дальше в истории развития сетей (в первую очередь, локальных) происходит довольно интересный поворот. Чем он был вызван?
Прежде всего, повсеместно отказывались от идеи одних лишь централизованных хранилищ данных, и трафик все более и более становился нелокальным. В результате резко возросли нагрузки на маршрутизаторы, объединяющие сегменты локальных сетей.
Далее постепенно росло понимание того, что в перегруженных корпоративных сетях не все типы трафика одинаково важны. В самом деле, трафик бывает разный: такой, который можно в случае необходимости достаточно безболезненно приостановить (скажем, передача почты), и такой, для которого важны только средняя скорость передачи данных и время ответа (обслуживание платежей), а в некоторых случаях нужно строго «держать скорость» (передача видео). В результате возникло понятие сетевых подключений с гарантированным «качеством обслуживания» (Quality of Service, QoS), и в не столь критически важных случаях «класса обслуживания» (Class of Service, CoS). В рамках существующих технологий локальных сетей такая экзотика была недостижима, а вот технологии, используемые магистральными операторами, давно оперировали подобными понятиями.
Кроме того, корпорации ширились и открывали новые офисы, а стоимость трафика в глобальных сетях все падала и падала… В результате возникла необходимость более тесной интеграции локальных (LAN) и региональных (WAN) сетей.
Наконец, к началу этой эпохи рабочие станции уже «подросли» до уровня, когда и 100 Мбит/с оказалось недостаточно. В результате вновь встал вопрос о высокоскоростной магистрали и технологии для подключения серверов. Как вы помните, Gigabit Ethernet еще не был готов, да и перспективы его создания выглядели довольно туманными… Все эти особенности новых сетей привели к двум очень важным последствиям.
Результатом роста нагрузки на маршрутизаторы стало рождение концепции гибридных устройств, объединяющих высокоскоростные коммутаторы и маршрутизаторы. Первоначально эти устройства строились по модульному принципу и в качестве коммутирующего блока просто использовались слегка модифицированные классические коммутаторы. Именно по такому пути пошли SynOptics Communications и Cisco Systems. Но очень скоро маршрутизируемые потоки захлестнули и такие устройства.
На свет появилась концепция «коммутаторов третьего уровня» Layer 3 Switches, (правда, некоторые компании в своих маркетинговых усилиях пошли еще дальше и стали говорить о «коммутаторах четвертого уровня»). Обычные коммутаторы работают на втором уровне модели OSI, а «коммутатор третьего уровня», в соответствии с этой моделью, — любой маршрутизатор (так же как и «коммутатор первого уровня» — концентратор). Но появление такого термина должно было подсказать клиенту, что подобное устройство объединяет производительность классических коммутаторов с функциональностью маршрутизаторов.
Разумеется, использовать обычные технологии для создания устройств нового поколения было нельзя — гигабитные маршрутизаторы обходятся покупателю в астрономические суммы. И появилась концепция упрощенной маршрутизации. В соответствии с ней коммутатор при получении каждого пакета проводит простейший анализ его заголовка и выясняет, можно ли обойтись без маршрутизации (отправитель и адресат находятся в одной логической сети). Если маршрутизация нужна, пакет направляется в маршрутизатор (внешний или внутренний, реализованный в качестве модуля устройства), который анализирует пакет и возвращает измененный, «отмаршрутизированный», пакет. Теперь коммутатор уже может передать пакет адресату. Но при этом коммутатор еще и запоминает изменения в адресах второго уровня, проделанные маршрутизатором, и для всех следующих пакетов проводит эти подстановки самостоятельно, без участия маршрутизатора. В результате получается устройство, выполняющее маршрутизацию пакетов практически со скоростью их коммутации, — правда, ценой потери некоторых функциональных возможностей настоящих маршрутизаторов.
Первыми такую концепцию предложили компании Cabletron Systems и Cisco Systems, но реализованы они были далеко не сразу и поначалу с массой оговорок. В частности, довольно долго требовалось, чтобы отправитель и адресат пакета были подключены к одному и тому же коммутатору третьего уровня; иными словами, в качестве коммутатора третьего уровня эффективно мог выступать только центральный коммутатор сети. Чуть позже все ведущие игроки рынка высокоскоростных коммутаторов предложили похожие решения.
Следующим шагом стало внедрение «распределенной коммутации третьего уровня», когда описанное выше требование о принадлежности отправителя и адресата одному коммутатору снималось путем введения специальных процедур распределения информации о текущих таблицах маршрутизации по всем коммутаторам третьего уровня. Стало оправданным размещать коммутаторы третьего уровня на периферии сети и осуществлять маршрутизацию пакетов уже в момент их получения от отправителя, что резко разгрузило центральные коммутаторы и заметно «гармонизировало» сети.
«Коммутация третьего уровня» быстро нашла своих поклонников и при ее использовании в магистральных сетях. Первенцем тут стала все та же Cisco Systems, традиционный поставщик оборудования для операторов магистралей Интернета высших уровней. Но на волне «сверхбыстрой маршрутизации» поднялись и несколько новых компаний, таких, как Juniper Networks, Avici Systems или Pluris.
Однако остальных упомянутых выше проблем локальных сетей нового поколения «коммутация третьего уровня» не решала. И тут возникла надежда, что использование WAN-технологий в крупных локальных сетях позволит решить и эти проблемы.
В результате сразу несколько компаний предложили использовать в качестве высокоскоростной магистрали локальных сетей технологию ATM (Asynchronous Transfer Mode). В числе первопроходцев можно вспомнить компании Fore Systems (поглощена в 1999 г. MARCONI Communications) и Ungermann-Bass (в 1992 г. куплена Tandem Computers, а в 1997 г. перешла к компании NewBridge Networks, остатки которой, уже без продуктов Ungermann-Bass, в 2000 г. достались Alcatel).
Магистрали таких сетей строились на базе почти таких же коммутаторов ATM, что и получившие к тому времени широкое распространение у телекоммуникационных операторов. В качестве периферийных коммутаторов, связывающих «классические» LAN и корпоративные магистрали ATM, стали выступать гибридные коммутаторы, имевшие довольно много «классических» интерфейсов LAN (скажем, Fast Ethernet) и несколько ATM. Логически такие периферийные устройства могли либо быть «классическими» коммутаторами с добавленными к ним одним-двумя портами ATM (в основном — недорогие периферийные коммутаторы), либо полноценным ATM-коммутатором с подключенными к нему модулями, каждый из которых был уже классическим коммутатором с дополнительным портом ATM. Правда, стремление к стандартизации и унификации приводило порой к появлению почти анекдотических устройств, имеющих снаружи только порты Ethernet, оставаясь внутри полноценными ATM-коммутаторами…
Принципиально различная природа традиционных технологий локальных сетей (Ethernet, Token Ring) и ориентированной на пакетную передачу данных и виртуальные каналы ATM привела к тому, что при попытке применения ATM в качестве технологии создания локальных сетей возникла масса трудных (но очень интересных) задач. В результате их решения были разработаны технологии эмуляции локальных сетей и передачи трафика IP по ATM.
Одной из ярчайших особенностей этих гибридных технологий стало широкое применение описанной выше «распределенной коммутации третьего уровня», когда маршрутизатор используется лишь в качестве этакого «справочника маршрутов», а сами пакеты анализируются периферийными устройствами ATM-сети, и на основании получаемой от маршрутизатора информации пересылаются по ATM-сети, минуя маршрутизатор. Более того, технология распределенной маршрутизации сначала появилась именно в подобных гибридных сетях, поскольку никаких других реальных альтернатив ей найдено не было…
Результатом ориентации на ATM в локальных сетях стала массовая скупка ведущими производителями LAN-оборудования прогрессивных молодых (и не очень) компаний, производивших ATM-оборудование. Так, в 1994 г. компания 3Com Corp. поглотила NiceCom, а в 1996 г. — фирму OnStream Networks; Cisco Systems в 1996 г. приобрела StrataCom, а к Bay Networks в 1997 г. перешли активы Centillion Networks… Тенденция обошла, пожалуй, только Fore Systems, которая давно уже выступала за использование ATM в локальных сетях.
В результате внедрения ATM корпоративные сети заметно подорожали и стали значительно сложнее; снова вернулись счастливые для сетевых интеграторов времена, когда без совета специалиста заказчик боялся сделать даже маленький шажок.
Правда, скоро выяснилось, что с интеграцией даже таких сетей с WAN-сетями на основе ATM все обстоит не так гладко, как было обещано вначале. Причем проблемы были в основном не техническими — там-то как раз все удалось решить в лучшем виде. Просто магистральные операторы оказались консерваторами и не спешили менять вполне неплохо работающее оборудование (что очевидно, учитывая его стоимость и скорость окупаемости), а со старым «железом» не все обстояло столь гладко. Кроме того, операторы почти всегда отказывались заключать с клиентами контракты на основе гибких тарифных планов, предусматривающие процедуры динамического согласования нужной в текущий момент заказчику пропускной способности с возможностями магистрали, поскольку это приводило к резкому усложнению управления магистральной сетью и часто снижало ее надежность. Да и в локальных и WAN-сетях оказалось, что проще (и почти всегда дешевле) отказаться от идеи универсальной ATM-сети передачи данных, развернув независимые сети для данных, видео и звука, или же использовать универсальную сеть, но на базе более простого и дешевого оборудования SDH.
Но, несмотря ни на что, технология ATM в локальных сетях прижилась. В этот период практически завершается эра развития аналоговых модемов. Сразу несколько компаний предлагают фирменные технологии доведения скорости приема данных по аналоговой телефонной линии (но с обязательным повсеместным использованием цифрового оборудования у телефонного оператора) до 56 кбит/с. Эти технологии получают названия K56Plus (предложен Rockwell), V.flex2 (используется Lucent) и x2 (детище 3Com/U.S. Robotics); чуть позже две первые сливаются в единую спецификацию K56flex. Война стандартов заканчивается в 1998 г., когда ITU-T принимает стандарт V.90, учитывающий лучшие стороны всех этих технологий. Скорее всего, ничего принципиально нового после V.90 в области аналоговых модемов мы больше не увидим: принятый в 2000 г. стандарт V.92 лишь несколько повысил гибкость использования модемов (стало возможно несколько повышать скорость исходящего потока благодаря заметному снижению скорости входящего), чуть-чуть улучшил адаптируемость модемов к показателям линии передачи данных и позволил приостанавливать передачу данных для ответа на телефонный звонок.
А вот на рынке высокоскоростного доступа в это период происходит целая революция. Наконец-то входят в реальную жизнь действительно широкополосные методы доступа к Интернету — кабельные модемы и ADSL. В силу особенностей законодательства в США получают распространение кабельные модемы, обменивающиеся данными сети по сетям операторов кабельного телевидения, а в Европе — ADSL-модемы, использующие в качестве «последней мили» провода обычных аналоговых телефонов. В течение всего нескольких лет все сколько-нибудь крупные населенные пункты Запада оказываются опутанными подобными сетями доступа. В России, к сожалению, ни та, ни другая технология широкого распространения все еще не получила.
Почти современные сети: 1998—2002 гг. (Палеоген—Неоген) Господство ATM в локальных сетях длилось недолго, и сошло на нет, как только появилась более привычная конкурентная технология. Правда, в некоторых нишах «сетевые Несси» до сих пор здравствуют и, более того, порой оказываются чуть ли не единственным возможным решением проблем заказчика.
Первым сигналом конца для ATM в локальных сетях стала демонстрация группой компаний под предводительством Alteon и Foundry Networks совместимости их оборудования Gigabit Ethernet, состоявшаяся в начале 1997 г. на выставке NetWorld+Interop. Годом позже принят первый стандарт Gigabit Ethernet IEEE 802.3z для работы по экранированной витой паре (1000Base-CX), оптоволокну на небольших расстояниях (1000Base-SX) и одномодовой оптике на расстояниях до 5 км (1000Base-LX). Еще через год появилась версия стандарта IEEE 802.3ab для работы неэкранированной витой пары (1000Base-T) на расстояниях до 100 м, причем допускается использование стандартной витой пары пятой категории. Реализация нестандартного диалекта Gigabit Ethernet 1000Base-TX, продвигаемого организацией TIA, более проста, но требует обязательного использования более совершенных кабелей, получивших название «Категории 6». Сегодня имеется и нестандартная (пока?) технология 1000Base-ZX, позволяющая по одномодовому оптоволокну «пробиться» аж на 100 км.
В результате надобность в ATM для локальных сетей отпала и сети этого типа начали медленно умирать. Правда, процесс вымирания может занять и пять, и десять, и даже пятнадцать лет, поскольку инвестиции в корпоративные магистрали обычно делаются один раз и надолго.
Сегодня осталась, пожалуй, только одна причина, оправдывающая развертывание локальных сетей на базе ATM, — принципиальная невозможность обеспечения традиционными технологиями локальных сетей QoS и полностью защищенных виртуальных групп пользователей. Но и тут прогресс налицо: принятые в предыдущий «геологический период» и активно внедряемые в оборудование самых разных производителей и ценовых категорий стандарты IEEE 802.1Q, 802.1p, 802.1ac и 802.3ad позволяют в подавляющем большинстве случаев решить и эту проблему.
К несчастью, на вторую половину рассматриваемого периода пришлось начало длящегося до сих пор экономического кризиса, что привело к значительному сокращению инвестиций в высокотехнологичный сектор и резко замедлило внедрение все еще разрабатываемых технологий. В результате про многие секторы отрасли можно сказать, что «клиент скорее мертв, чем жив».
На рынке телекоммуникаций все обстояло несколько иначе. Прежде всего, на начало этого периода пришлось золотое время раздувания «Интернет-пузыря», когда для увеличения капитализации компании в несколько раз было достаточно просто добавить к названию «.com». Порезвились тогда и магистральные операторы. После того как «пузырь» лопнул, телекоммуникационный сектор по сравнению с «дот-комами» не понес столь уж тяжелых потерь. Магистральные операторы (связь нужна в любых условиях) и изготовители соответствующего оборудования не преминули воспользоваться шансом и стали скупать производителей оборудования для локальных сетей пачками. Вернитесь на пару страниц назад и еще раз просмотрите историю слияний: почти все пионеры рынка окончили свою историю в составе телекоммуникационных гигантов. Единственное яркое исключение — непотопляемая Cisco Systems, успевшая набрать слишком большой вес. 3Com Corp. тоже все еще существует, но постепенно превращается в чисто технологическую компанию: производство адаптеров выделено в независимую компанию, работы над коммутаторами и маршрутизаторами корпоративного уровня давно свернуты… Тем более показателен союз 3Com с китайской Huawei Technologies, занятой в основном клонированием технологий Cisco Systems. А Cabletron Systems развалилась на несколько более специализированных компаний.
Но и в телекоммуникационном секторе не все столь уж благополучно. Доказательством служат массовые слияния и избавления от непрофильных видов бизнеса. Приведем лишь несколько наиболее важных примеров таких многомиллиардных сделок.
В 1998 г. AT&T покупает кабельного оператора TCI (48 млрд. долл.). В 1997 г. Bell Atlantic приобретает Nynex (27 млрд. долл.), годом позже — и GTE (53 млрд. долл.), а в 2000 завершает процедуру приобретения MediaOne (44 млрд. долл.).
Есть и еще один сектор, где разрушительное воздействие кризиса оказалось не столь серьезным — беспроводные технологии передачи данных. Нестандартные решения такого типа существовали уже довольно давно, и первая сеть радио-Ethernet соединила компьютеры Гавайского университета на четырех островах архипелага еще в 1971 г. Но первый стандарт в этой области, IEEE 802.11, был принят только в 1997 г. Несколько лет после этого события оборудование оставалось слишком дорогим для повсеместного использования и применялось только в тех случаях, когда других вариантов не оставалось (скажем, для объединения двух офисов на разных берегах реки). Но к 2000 г. цены резко упали, и сегодня адаптер стандарта IEEE 802.11b стоит заметно меньше 100 долл., а цены простейших точек доступа лишь слегка превышают этот психологически важный порог. Еще одна беспроводная технология, медленно «вползающая» на рынок, — Bluetooth.
Наконец, есть и еще область, где прогресс виден невооруженным глазом: оборудование для довольно медленных и очень недорогих сетей, ориентированных на применение в совсем маленьких офисах и домах. Тут у протокольного семейства IEEE 802.11 имеется потенциально более дешевый HomeRF, однако на практике это преимущество вряд ли будет реализовано.
После многих лет разработки на рынке домашних сетей наконец-то начинает появляться и оборудование, передающее данные по обычной электропроводке.
«Будущее — уже здесь»: 2003 г. (Антропоген) 21 век развитие - Беспроводная сенсорная сеть — это распределённая, самоорганизующаяся сеть множества датчиков (сенсоров) и исполнительных устройств, объединенных между собой посредством радиоканала. Причем область покрытия подобной сети может составлять от нескольких метров до нескольких километров за счет способности ретрансляции сообщений от одного элемента к другому.
