История и развитие интернета

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Компьютерные сети, называемые также вычислительными сетями, или  сетями передачи данных, являются логическим результатом эволюции двух важнейших  научно-технических отраслей современной  цивилизации — компьютерных и телекоммуникационных технологий. С одной стороны, сети представляют собой частный случай распределенных вычислительных систем, в которых группа компьютеров согласованно выполняет набор взаимосвязанных задач, обмениваясь данными в автоматическом режиме. С другой стороны, компьютерные сети мо­гут рассматриваться как средство передачи информации на большие расстояния, для чего в них применяются методы кодирования и мультиплексирования данных, получившие развитие в различных телекоммуникационных системах.

Конец 90-х гг. прошлого века выявил явного лидера среди технологий локальных сетей — семейство Ethernet, в которое вошли классическая технология Ethernet 10 Мбит/с, а также Fast Ethernet 100 Мбит/с и Gigabit Ethernet 1000 Мбит/с. Простые алго­ритмы работы предопределили низкую стоимость оборудования Ethernet. Широкий диапазон иерархии скоростей позволяет рационально строить локальную сеть, применяя ту технологию семейства, которая в наибольшей степени отвеча­ет задачам предприятия и потребностям пользователей. Важно также, что все технологии Ethernet очень близки друг к другу по принципам работы, что упрощает обслуживание и интеграцию этих сетей.

Актуальность данной работы обусловлена важностью изучения локальных компьютерных систем  для студентов технических специальностей как одного из краеугольных понятий  предмета «Сети ЭВМ».

Целью работы является изучение характеристик и особенностей локальной сети  Ethernet.

 

История  ETHERNET

Технология Ethernet была разработана вместе со многими первыми проектами корпорации Xerox PARC. Общепринято считать, что Ethernet был изобретён 22 мая 1973 года, когда Роберт Меткалф (Robert Metcalfe) составил докладную записку для главы PARC о потенциале технологии Ethernet. Но законное право на технологию Меткалф получил через несколько лет. В 1976 году он и его ассистент Дэвид Боггс (David Boggs) издали брошюру под названием «Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks».

Меткалф ушёл из Xerox в 1979 году и основал компанию 3Com для продвижения компьютеров. Ему удалось убедить DEC, Intel и Xerox работать совместно и разработать стандарт Ethernet (DIX). Впервые этот стандарт был опубликован 30 сентября 1980 года. Он начал соперничество с двумя крупными запатентованными технологиями: token ring и ARCNET, — которые вскоре были похоронены под накатывающимися волнами продукции Ethernet. В процессе борьбы 3Com стала основной компанией в этой отрасли.

В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, в дальнейшем появилась возможность использовать витую пару и оптический кабель.

Причинами перехода на витую  пару были:

- возможность работы в дуплексном режиме;

- низкая стоимость кабеля «витой пары»;

- более высокая надёжность сетей при неисправности в кабеле;

- большая помехозащищенность при использовании дифференциального сигнала;

- возможность питания по кабелю маломощных узлов, например IP-телефонов (стандарт Power over Ethernet, POE);

- отсутствие гальванической связи (прохождения тока) между узлами сети. При использовании коаксиального кабеля в российских условиях, где, как правило, отсутствует заземление компьютеров, применение коаксиального кабеля часто сопровождалось пробоем сетевых карт, и иногда даже полным «выгоранием» системного блока.

Причиной перехода на оптический кабель была необходимость увеличить  длину сегмента без повторителей.

Метод управления доступом (для сети на коаксиальном кабеле) —  множественный доступ с контролем  несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), скорость передачи данных 10 Мбит/с, размер пакета от 72 до 1526 байт, описаны методы кодирования данных. Режим работы полудуплексный, то есть узел не может одновременно передавать и принимать информацию. Количество узлов в одном разделяемом сегменте сети ограничено предельным значением в 1024 рабочих станции (спецификации физического уровня могут устанавливать более жёсткие ограничения, например, к сегменту тонкого коаксиала может подключаться не более 30 рабочих станций, а к сегменту толстого коаксиала — не более 100). Однако сеть, построенная на одном разделяемом сегменте, становится неэффективной задолго до достижения предельного значения количества узлов, в основном по причине полудуплексного режима работы.

В 1995 году принят стандарт IEEE 802.3u Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с и появилась возможность работы в режиме полный дуплекс. В 1997 году был принят стандарт IEEE 802.3z Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с для передачи по оптическому волокну и ещё через два года для передачи по витой паре.

Ethernet является развивающейся технологии. Эволюция включили более высокой пропускной способности, улучшения доступа к среде методов, и изменения в физической среде. Ethernet превратилась в комплекс сетевых технологий, что сегодня лежит в основе большинства локальных сетей. Коаксиальный кабель был заменен с "точка-точка" связаны Ethernet ретрансляторов или переключателей , чтобы уменьшить затраты на установку, повысить надежность, и позволить "точка-точка управления и устранения неполадок. Есть много вариантов Ethernet в общем пользовании.

Ethernet станций общаются, посылая друг другу пакеты данных, блоки данных, которые индивидуально отправлено и доставлено. Как и в других IEEE 802 LAN, Ethernet каждой станции дается 48-битный MAC-адрес. MAC-адреса используются для определения и назначения и источника каждого пакета данных. Карты сетевого интерфейса (NIC) или фишки обычно не принимают пакеты, адресованные в другие места Ethernet. Адаптеры приходят запрограммированы глобально уникальный адрес. Несмотря на значительные изменения в Ethernet от толщины коаксиальный кабель шины работает в 10 Мбит / с для точка-точка " работает на 1 Гбит / с и за ее пределами , всех поколений Ethernet (за исключением ранней экспериментальной версии) использовать тот же формат кадра (и, следовательно, тот же интерфейс для высших слоев), и могут быть легко между собой через мост .

В связи с повсеместность Ethernet, постоянно сокращается стоимость оборудования, необходимого для ее поддержки, и ограниченном пространстве панели необходимой витая пара Ethernet , большинство производителей теперь строить функциональные Ethernet карту непосредственно в компьютер плат , исключая необходимость установка отдельной сетевой плате.

 

Сети Ethernet

При создании локальных сетей  чаще всего используется аппаратная архитектура, называемая Ethernet В простейшем виде сеть Ethernet состоит из одного кабеля, к которому при помощи разъемов, коннекторов и трансиверов подключаются все сетевые узлы. Простая сеть Ethernet обходится относительно недорого, что в сочетании со скоростью передачи в 10, 100 и даже 1000 Мбит/с в значительной степени способствует ее популярности.

Существует три разновидности  Ethernet, условно называемые толстый, тонкий и витая пара. При использовании тонкого и толстого Ethernet данные передаются через коаксиальные кабели, отличающиеся по диаметру и способу подключения к компьютеру. Для подключения компьютера к тонкому кабелю Ethernet используется специальный коннектор Т-образной формы (Т-коннектор), который вставляется в разрыв кабеля и подключается к разъему на задней стенке компьютера. Чтобы подключить компьютер к толстому кабелю Ethernet, необходимо просверлить в кабеле небольшое отверстие и при помощи специального прокалывающего приспособления (vampire tap) подсоединить к нему вспомогательный трансиверный кабель. К трансиверному кабелю можно подсоединить один или несколько сетевых узлов. Тонкий кабель Ethernet может достигать 200 метров в длину, а толстый — 500 метров. Эти разновидности Ethernet называют 10base-2 и 10base-5 соответственно. Связка base происходит от термина «baseband modulations», означающего, что данные передаются непосредственно в кабель, минуя модем. Число в начале определяет скорость в Мбит/с, а число на конце — максимальную длину кабеля в сотнях метров. При использовании витой пары используется кабель, состоящий из двух пар медных проводов. Обычно при этом требуется установить дополнительное устройство, называемое активным концентратором (active hub). Витую пару обозначают термином 10base-T (Т — twisted pair, то есть «витая пара»). Для витых пар со скоростью передачи 100 Мбит/с используется обозначение 100base-T.

Чтобы подключить новый сетевой  узел к тонкому кабелю Ethernet, требуется прервать передачу всех данных, по крайней мере, на несколько минут, поскольку при этом необходимо разорвать кабель и вставить в разрыв новый Т-коннектор. Подсоединить новый узел к сети, использующей толстый кабель Ethernet, несколько сложнее, однако при этом не требуется останавливать работу сети. С витой парой дело обстоит еще проще. В этой технологии используется устройство, называемое концентратором (hub) и выполняющее функции точки соединения. Подключение и отключение узлов от концентратора абсолютно не мешает работе других пользователей.

Чаще всего для создания малых сетей используется тонкий кабель Ethernet, поскольку этот вариант обходится очень дешево. Карты Ethernet стоят около 30 долларов (многие компании отдают их почти задаром), а кабель обходится в несколько центов за метр. Тем не менее, для крупномасштабных сетей больше подходит толстый кабель или витая пара. Например, на математическом факультете университета GMU компьютерная сеть первоначально была построена на базе толстого Ethernet, так как в этом случае при подсоединении к общему кабелю нового сетевого узла не требовалось нарушать работу всей сети. Сети на базе витой пары также получили очень широкое распространение. Стоимость концентраторов падает, а небольшие устройства сейчас продаются по цене, вполне подходящей даже для малых домашних сетей. Прокладка витой пары обходится существенно дешевле для больших сетей, а сам кабель обладает существенно большей гибкостью, чем коаксиальные кабели, используемые в других системах Ethernet. Администратор сети математического факультета GMU в ближайшем финансовом году планирует перейти на витую пару, поскольку это выведет сетевую технологию на современный уровень и сэкономит немало времени при установке новых и перемещении существующих узловых компьютеров.

Одним из недостатков технологии Ethernet является ограничение на длину кабеля, что позволяет использовать Ethernet только при создании локальных сетей. Однако несколько сетевых сегментов Ethernet можно соединить друг с другом при помощи повторителей (repeaters), мостов (bridges) или маршрутизаторов (routers). Повторитель просто передает сигнал из сегмента в сегмент, при этом усиливая его. Благодаря этому все сегменты сети работают так, будто они являются единым сегментом Ethernet. Из-за ограничений, связанных с временными задержками, между любыми двумя сетевыми узлами может быть установлено не более четырех повторителей. Мосты и маршрутизаторы устроены более сложно. Они анализируют поступающие данные и передают их в другой сегмент только в случае, если принимающий сетевой узел расположен в другом сегменте сети.

Сеть Ethernet работает подобно единой шине, через которую любой узел может пересылать пакеты (или фреймы) размером до 1500 байт на другой узел, подключенный к тому же сегменту Ethernet. Узел адресуется шестибайтовым адресом, хранящимся в постоянном запоминающем устройстве сетевой карты Ethernet (Network Interface Card, NIC). Адрес Ethernet обычно записывают как последовательность из шести Двухзначных шестнадцатеричных чисел, разделенных двоеточиями — например, aa:bb:cc:dd:ee:ff.

Фрейм, посланный одним  из узлов, принимается всеми подключенными  станциями, но только узел назначения обращает на него внимание и начинает его обработку. Если два узла пытаются переслать фрейм одновременно, происходит коллизия (collision), или столкновение. Коллизии в Ethernet очень быстро обнаруживаются электронными схемами сетевых карт. Чтобы разрешить конфликт, оба узла прекращают передачу и осуществляют новую попытку спустя случайно выбранный интервал времени. Вам предстоит услышать немало историй о проблеме коллизий в Ethernet и о том, что из-за них Ethernet используется только на 30 процентов своей потенциальной пропускной способности. Коллизии в Ethernet считаются нормальным явлением, и в очень занятой сети Ethernet частота коллизий вполне может доходить до 30 процентов. При использовании сетей Ethernet причина для беспокойства обычно появляется лишь тогда, когда частота коллизий доходит до 60 процентов.

    Если в одном  помещении, здании или комплексе  близлежащих зданий имеется несколько  компьютеров, пользователи которых  должны совместно  решать  какие-то  задачи, обмениваться  данными   или  использовать  общие   данные,  то  эти компьютеры  целесообразно объединить в локальную  сеть.

    Локальная сеть (иногда используется  термин  «локальная  вычислительная сеть»,  сокращенно ЛВС) – это группа  из нескольких  компьютеров,  соединенных  между  собой  посредством   кабелей  (иногда  также  телефонных   линий   или радиоканалов),  используемых для  передачи  информации  между  компьютерами.

Для соединения компьютеров  в локальную сеть необходимо сетевое  оборудование и программное обеспечение.

    Локальные сети  позволяют обеспечить:

- коллективную  обработку  данных  пользователями  подключенных   в   сеть

- компьютеров и обмен данными между этими пользователями;

- совместное использование программ;

- совместное использование принтеров, модемов и других устройств.

    Поэтому  практически   все  фирмы,  имеющие  более   одного   компьютера объединяют их в локальные сети. Многие пользователя портативных компьютеров подключаются к локальной сети фирмы либо приходя в офис, либо  соединяясь  с компьютером фирмы по телефонным каналам по средствам модема.