Идея компьютерных сетей заимствована из практики использования магистрально модульных систем, которые служат для передачи данных от различных источников информации в ЭВМ и обратно в режиме реального времени. Такие системы стали активно развиваться с начала 60-х годов прошлого века, наиболее характерным примером может служить система САМАС, где для передачи данных от или к большому числу объектов использовалась общая аппаратная транспортная среда (шина, как правило, параллельная). Строго говоря, локальная сеть ЭВМ является частным случаем магистрально модульной системы. Другим источником вдохновения могли служить каналы связи ЭВМ с периферийными приборами (например, дисковыми запоминающими устройствами или удаленными терминалами, достаточно вспомнить канал SCSI, который был разработан в том числе и для целей сбора данных). Следует отметить принципиальное отличие между такими системами и сетями. В последнем случае данные передаются от ЭВМ к ЭВМ. Важным фактором для развития сетей явилась разработка пакетного принципа передачи данных, который был разработан еще до начала второй мировой войны. Прототипом современных сетей, возможно, явились терминальные сети крупных вычислительных центров.
Первой сетью, где применен пакетный принцип передачи данных, была ARPANET (1969; Advanced Research Project Agency NETwork). Эта сеть имела всего 4 узла. Примерно тогда же стали разрабатываться протоколы последовательной, синхронной (SDLC) и асинхронной (старт/стоп) передачи данных, интеллектуальные терминалы и канальные концентраторы. В рамках этих работ были разработаны устройства и программы доступа к среде с разделением по времени (TDM – Time Division Multiplexing). Такая схема доступа используется практически во всех многозадачных операционных системах. Все это создало предпосылки для разработки реальных сетей. Целью строительства сетей является эффективное использование ресурсов машин, объединяемых сетью, и повышение надежности системы в целом. Через сеть передаются тексты, сообщения, файлы, изображения, задания, команды, видео или акустические данные. Попытаемся ответить на вопрос, почему сети получили столь широкое распространение? Сети делают возможным:
| Сети – это системы мультиплексирования доступа к каналам и ресурсам. |
Это достаточно обобщенный и неполный список приложений, полный список можно было бы издать отдельным томом. Сети использованы для расчета генома человека, проверки надежности ключей шифрования. Фермы ЭВМ, объединенных сетью, используются вместо супер-ЭВМ для обработки больших объемов экспериментальных данных в физике высоких энергий, причем кластеры этих машин размещаются иногда на нескольких континентах. Локальные сети появились в поездах, лайнерах, автомобилях и жилище человека.
Сети по своей принадлежности делятся на локальные (LAN – Local Area Network), городские (MAN – Metropolitan Area Network), региональные (WAN – Wide Area Network) и всемирные (Интернет). В настоящее время существует огромное разнообразие сетей. Но есть у них и нечто общее. Практически все они базируются на пакетном принципе передачи данных. Пакет представляет собой последовательность нулей и единиц. Нулю и единице (часто их называют логическим нулем и логической единицей) ставится в соответствие определенный уровень амплитуды или знак перепада. В этой связи во всех сетях приходится решать проблему выделения начала и конца пакетов. Как правило, для этой цели используются уникальные последовательности бит или уникальные коды. При этом возникает проблема, когда подобные сигнатуры встречаются в теле пакета, ведь это может вызвать сбой – система по ошибке может принять такую последовательность, как сигнал прерывания обработки пакета. Задача решается с использованием esc-последовательностей или техники бит-стаффинга. Esc-последовательность представляет собой строку из двух или более символов, первый из которых, как правило, имеет код 27 (десятичный; esc). Строка имеет такой формат, который не может встретиться в пределах пакета, если же такая последовательность все же встречается, включается алгоритм, обеспечивающий ее преобразование к уникальному виду. Такая последовательность служит для подмены сигнатуры начала или конца пакета, если она встретится в его поле данных. Техника бит-стафинга предполагает добавление в определенных ситуациях нулевого или единичного бита или использование определенных комбинаций сигналов на физическом уровне. Рассмотрим пример сети ISDN, где для выделения начала и конца кадра служит байт 01111110. Если внутри кадра встретится такой байт, то он будет заменен последовательностью 011111010. Приемное устройство преобразует эту последовательность назад в 01111110. Так входная последовательность бит 010011111111111111110010 будет преобразована в
010011111011111011111010010,
где выделенные нули являются вставленными специально, чтобы была невозможна имитация сигнатуры конца кадра. Последовательность стала длиннее. Принимающая сторона восстановит исходную строку бит.