История возникновения компьютерных сетей

На сегодняшний день компьютерные сети представляют собой одну из самых популярных и динамично развивающихся сторон информационных технологий. Технологии компьютерных сетей имеют богатую историю развития, которую можно проследить от изобретения телеграфа до глобального распространения Интернета в современном мире.

Компьютерные сети обеспечивают все, что связано с передачей информации на большие расстояния и ее обработкой. Современные компьютерные сети являют собой наглядный результат длительного развития телекоммуникационных и компьютерных технологий, которое стало возможным благодаря упорному коллективному труду множества талантливых ученых, инженеров, изобретателей, созданию уникальных технологий и промышленных производств.

С тех пор как 29 октября 1969 года между двумя первыми узлами сети ARPANEТ, находящимися друг от друга на расстоянии 640 км, прошел успешный сеанс связи, компьютерные сети за 50 лет преодолели огромный путь, распространившись по всему миру. Они «опутали» все континенты земного шара и даже вышли в космос. Тысячи спутников обеспечивают жителям Земли бесперебойную связь, а с 22 января 2010 года прямой доступ в Интернет получил экипаж Международной космической станции (МКС).

Глобальная компьютерная сеть Интернет стала не только крупнейшим техническим, но социальным и культурным феноменом, изменившим образ жизни и мыслей миллиардов людей по всему миру. Число пользователей, регулярно посещающих Интернет, составляет более 3 млрд человек. Исследователи связывают большие надежды с новыми технологиями компьютерных сетей, которые получают развитие на наших глазах. Это интернет вещей, облачные и интерактивные сервисы и т.д.

Основные понятия

Компьютерная сеть в том или ином виде возникает при физическом соединении двух или более компьютеров между собой. В качестве синонимов «компьютерной сети» зачастую используют такие понятия, как «сеть ЭВМ» или «вычислительная сеть».

В современной литературе можно обнаружить несколько отличающихся друг от друга определений понятия

«компьютерная сеть». Предлагаю использовать приведенное ниже определение.

Компьютерная сеть — это система связи между компьютерами и/или вычислительным оборудованием, позволяющая им совместно разделять общие информационные и вычислительные ресурсы.

Под сетевым вычислительным оборудованием можно понимать такие устройства, как серверы, повторители, маршрутизаторы и другое оборудование, используемое при построении компьютерных сетей. Для создания компьютерных сетей необходимо не только специальное аппаратное обеспечение (вычислительное оборудование), но и программное обеспечение (сетевые программные средства).

Для передачи данных в современных сетях используются различные физические явления — электрические, световые сигналы или электромагнитное излучение.

По территории, на которой расположены компьютеры, объединенные в единую систему с помощью сетей, различают локальные (примерно 6 миль, или 10 км), глобальные (охватывают огромные территории в пределах земного шара) и региональные сети, занимающие промежуточное положение (территории отдельных регионов).

Современные компьютерные сети являют собой логический результат развития двух научных и технологических областей — телекоммуникаций и компьютерных технологий. Иногда говорят, что у компьютерных сетей два корня.

Телекоммуникации обеспечивают все, что связано с передачей информации на большие расстояния, а компьютерные технологии позволяют производить ее обработку.

История компьютерных сетей Историю развития компьютерных сетей от изобретения телеграфа до глобального распространения сети Интернет в современном виде можно условно разделить на восемь исторических периодов (этапов). Хотя такое деление и не является общепризнанным, в статье будем придерживаться его, поскольку оно помогает достаточно точно систематизировать процесс развития компьютерных систем и сетей.

Этап 0. Предыстория (начало XIX века — 40-е годы ХХ века) Начало этого периода характеризуется созданием и широким развитием таких телекоммуникационных технологий, как телеграф, телефон и радио. Вскоре после изобретения эти техно­ логии получили глобальное распространение по всему земному шару. В то же время развитие второй сетевой составляющей — компьютерных технологий шло со значительным отставанием от телекоммуникаций.

Электрический телеграф был создан в 1830-х годах и явился результатом коллективного труда нескольких ученых. В каждой из технологически развитых стран того времени были свои талантливые изобретатели, способствовавшие развитию телеграфной связи. В России это были Шиллинг и Якоби ( 1832), в Германии — Гаусс и Вебер (1833), в Великобритании — Кук и Уитстон (1837), в США — Морзе (1840). Значительной заслугой Сэмюеля Морзе стало изобретение телеграфного кода (азбука Морзе), кодирующего буквы комбинацией лишь двух сигналов — точек и тире.

Сэмюэль Морзе (1791 — 1872) был замечательным художником-портретистом, вел жизнь странствующего живописца, удостоился звания профессора начертательных искусств в университете Нью-Йорка. В 1835 г. Морзе заинтересовался зарождающейся технологией телеграфной связи. Совместно со своим компаньоном Альфредом Вейлом он разработал систему передачи букв точками и тире (азбука Морзе). Морзе и Вейл осуществили строительство первой в США телеграфной линии между городами Балтимор и Вашингтон. Вопрос о вкладе Вейла в разработку азбуки Морзе является предметом дискуссий

Коммерческая эксплуатация электрического телеграфа впервые была начата в Лондоне в 1837 году, а уже через 20 лет телеграфные сети охватили весь земной шар. Трансатлантическая телеграфная связь была установлена в 1858 году, затем был проложен кабель в Африку, а к 1870 году удалось установить прямую телеграфную связь между Лондоном и Индией.

Телефон (или «говорящий телеграф») был запатентован в США в 1876 году Беллом. Его разработка базировалось на идеях нескольких ученых, представивших ранее свои изобретения. Долгое время Белл считался единственным изобретателем телефона. Однако в 2002 году конгресс США признал первенство в изобретении телефона за Меуччи, который еще в 1860 году создал устройство, позволяющее передавать звуки по проводам.

Антонио Меуччи (1808 — 1889), талантливый изобретатель из Италии, в 1837 году эмигрировал в Америку. В 1860 году он публикует в прессе сообщение, что после долгих лет труда изобрел прообраз телефона — «звук, бегущий по проводам» или тепектрофон (Telectrophon), как он его назвал. Изобретением заинтересовалась компания «Вестерн Юнион», выкупившая у Меуччи за скромную плату всю документацию по тепектрофону. Долгое время Меуччи не получал никакой информации о дальнейшей судьбе своего устройства, пока в 1876 году он не обнаружил в газетах сообщение об изобретении телефона А. Беллом под патронажем «Вестерн Юнион». Меуччи пытался доказать свой приоритет в суде, но безуспешно. Изобретатель умер в бедности и безвестности. Только в 2002 году конгресс США своей резолюцией признал первенство в изобретении телефона за А. Меуччи

Изобретение радио (или «беспроводного телеграфа») связывают с именами отечественного ученого А. Попова и итальянца Г. Маркони, Александр Попов в 1895 году продемонстрировал свой прибор, считающийся первым в мире радиоприемным устройством, на заседании Русского физико-химического общества. Год спустя, в 1896 году Гульельмо Маркони подал в Великобритании патентую заявку на аппарат, подобный конструкции Попова. Созданные Маркони и Поповым конструкции во многом базировались на более ранних разработках таких ученых, как Н. Тесла, Г. Герц и др.

В то же время развитие компьютерных технологий шло менее впечатляющими темпами. В XIX веке немногочисленные вычислительные машины были механическими, осуществляли вычисления при помощи вращения зубчатых колес, а алгоритм действия (программу вычислений) хранили на перфокартах.

Перфокарта (перфорированная карта) представляла собой носитель информации, изготовленный из картона, информация на котором кодируется отсутствием или наличием отверстий в определенных местах карты.

Значительный вклад в развитие вы­ числительной техники того времени внес Ч. Бэббидж (1833), разработавший проект «аналитической машины», ставшей прообразом современной вы­ числительной техники.

В 1880-х годах в США Г. Холлерит разработал оборудование для работы с перфокартами, которое позволило значительно сократить время на обработку результатов переписи населения США в 1890 и 1900 годах. Созданная Холлеритом в 1896 году компания ТМС ныне известна под именем IBM (lnternational Business Machines).

Только в 40-х годах ХХ века были созданы первые цифровые вычислительные машины без движущихся частей. Первенство здесь принадлежит компьютеру АВС (Atanasoff-Berry Computer), созданному в США Д. Атачасовым и К. Берри (1937-1942), и машинам серии Z немецкого изобретателя К. Цузе (1938-1944).

Первым компьютером в современном смысле стал ENIAC (Electronic Numerical lntegrator and Computer), созданный в США в 1944 году. Этот компьютер весил 27 тонн, занимал площадь нескольких помещений и содержал в себе более 17 тысяч электронных ламп. В создании ENIAC принимали участие такие ученые, как Д. Нейман, Д. Мокли.

Фрагмент ENIAC — первого в мире компьютера в современном смысле этого слова

Вычислительные машины, подоб­ные ENIAC, были созданы в нескольких экземплярах, но из-за высокой сложности и дороговизны не получили широкого применения и преимущественно использовались военными для проведения специфических расчетов. В этот период речь о соединении немногочисленных вычислительных машин с помощью компьютерных сетей пока не шла.

Этап 1 . Период мейнфреймов 1950-е

В этот период компьютеры, подобные ENIAC, стали совершеннее и немного дешевле. Это способствовало их более широкому распространению. Подобные вычислительные машины могли позволить себе крупные научные и учебные учреждения, специализированные вычислительные центры. Разработки подобных машин велись в США, СССР, ряде стран Европы.

Такие компьютеры получили общее наименование «мейнфрейм» (main­ frame), что дословно можно перевести с английского как «главная рама». Мейнфрейм — это большой универсальный высокопроизводительный компьютер (ЭВМ) со значительными ресурсами ввода-вывода, большим объемом памяти для использования в важных системах.

Программы, подлежащие обработке на мейнфреймах, записывались на перфокарты. Наборы таких программ могли занимать несколько коробок, которые нужно было приносить к устройству ввода. Это было очень неудобно, создавало очереди, сотрудники различных отделов были вынуждены подавать предварительные заявки для доступа к ЭВМ. Компьютерных сетей в этот период создано не было.

Многотерминат, иная система организации как прообраз локальной сети

Этап 2. Многотерминальные системы (1960-е годы) Удешевление мейнфреймов в 1960-е годы способствовало их более широкому распространению среди организаций различных отраслей хозяйства.

В этот период появились многотерминальные системы доступа к мейнфреймам (один мейнфрейм организации и много терминалов для доступа к нему). Пользователи, рассосредоточенные по всему предприятию, с помощью собственных терминалов могли обращаться к мейнфрейму, не покидая рабочих мест. При этом достаточная вычислительная мощность мейнфрейма позволяла организовать параллельную работу с несколькими терминалами без возникновения серьезных задержек.

Компьютерный терминал — это, по сути, лишь монитор с клавиатурой (устройство ввода-вывода, рабочее место), не являющийся компьютером сам по себе, а предназначенный только для доступа к вычислительным возможностям мейнфрейма, который производит все вычисления. Терминал с возможностями элементарной обработки данных и памятью назывался «интеллектуальным».

Многотерминальные системы были прообразом локальных компьютерных сетей, но еще не являлись таковыми, поскольку компьютер в такой сети был только один — мейнфрейм.

В этот период на основе эмпирических данных был сформулирован Закон Гроша (Хербер Грош, 1965): «Производительность компьютера увеличивается как квадрат стоимости». Согласно этому закону, если компьютер А в два раза дороже, чем компьютер Б, то компьютер А должен быть в четыре раза производительнее, чем Б. Таким образом, чем дороже компьютер, тем лучше для него соотношение производительность/цена. Недорогие компьютеры в тот период не могли конкурировать на рынке, поскольку их вычисления стоили дороже.

Закон Гроша обосновывал развитие многотерминальных систем и предсказывал, что со временем на весь земной шар останется лишь несколько огромных вычислительных машин (5-6 ЭВМ на весь мир), которые смогут обслуживать вычислительные запросы с терминалов всех жителей Земли.

Этап З. Зарождение глобальных сетей (конец 1960-х — начало 1970-х)

В конце 1960-х годов Агентство перспективных исследований при Министерстве обороны США инициировало проект по созданию глобальной сети, способной объединить все находящиеся на территории США супер-компьютеры различных типов.

Необходимость создания подобной системы была вызвана желанием обеспечить живучесть систем передачи информации на случай возникновения глобального ядерного конфликта с СССР. Основными целями проекта были: исследование компьютерных коммуникаций; объединение потенциала научных учреждений; обеспечение связи в условиях ядерной войны; разработка систем распределенного управления.

Разработку такой сети осложняло то, что компьютеры того времени создавались по различным технологиям и архитектурам, работали под управлением разных операционных систем. Первая глобальная сеть, в которой были решены эти проблемы, заработала в США в 1969 году и получила название ARPANET.

Большинство вычислительных машин США располагалось в научных центрах, следовательно, создаваемая сеть ARPANET в первую очередь объединила крупнейшие университеты США и обеспечила оперативный обмен научной информацией. Первые компьютеры, которые соединила ARPANEТ, находились в Калифорнийском и в Стэнфордском университетах на расстоянии около 640 км друг от друга.

Сеть ARPANET активно развивалась. К 1971 году к ней были подключены еще 15 университетов. В 1973 году к секретному американскому проекту допустили иностранные организации из Великобритании и Норвегии, сеть стала международной. В 1977 году к ARPANET было подключено уже более 100 компьютеров, а в 1983-м году — 4000, была налажена устойчивая связь с компьютерами, удаленными на тысячи километров.

Таким образом, первая в истории полноценная компьютерная сеть относилась к глобальному типу сетей. ARPANET обеспечила более эффективное распределение вычислительного времени. Отпала необходимость физически перемещать носители информации. Повысилась устойчивость подключенных компьютерных систем к воздействию стихийных бедствий и военных конфликтов.

В течение длительного времени глобальная сеть использовала наиболее распространенную в мире существующую сеть коммуникаций — телефонные линии связи. Технология создания глобальных сетей получила название Х.25 и была стандартизирована в качестве протокола передачи данных в телефонных сетях в 1976 году.

Развитие глобальных компьютерных сетей, использовавших для передачи информации телефонные линии, выявило необходимость совершенствования существующих телефонных сетей и перехода на цифровую передачу голоса.

автор А. Цуриков