HackMD
2025: Комп'ютерні системи і мережі. 7. Історія та розвиток
1.1 Синопсис подій
На створення комп’ютерних мереж вплинув широкий спектр технологічних
розробок та історичних подій.
Наприкінці 1950-х років була створена мережа комп’ютерів для військової
радіолокаційної системи напівавтоматичного наземного середовища (SAGE) за
допомогою модему Bell.101.
Це був перший комерційний модем для комп’ютерів, випущений корпорацією AT&T у 1958 році. Модем дозволяв передавати цифрові дані через звичайні телефонні лінії зі швидкістю 110 біт на секунду (біт/с).
- Оцініть, скільки часу знадобиться, щоб за допомогою цього модему передати по каналу зв'язку роман англійського письменника Чарльза Дікенса «Великі сподівання» (англ. Great Expectations)?
- Оцініть, скільки часу знадобиться, щоб за допомогою вашого додатку передати цей роман по каналу зв'язку на хостінг replit.com?
У 1959 році Анатолій Кітов запропонував детальний план реорганізації
управління організаційними та силовими системами і економікою на основі мережі обчислювальних центрів.
Пропозиція Кітова була відхилена, як і пізніше проект Віктора Глушкова 1962 року — мережі управління економікою ОГАС .
Протягом 1960-х років Пол Баран і Дональд Девіс незалежно один від одного
розробили концепцію комутації пакетів для передачі інформації між комп’ютерами через мережу.
Дональд Дейвіс з Національної фізичної лабораторії (NPL, Britain) вперше публічно представив свою ідею мережі з комутацією пакетів. Дивно те, що він і Пол Баран з RAND незалежно один від одного придумали концепцію розподілених комунікацій.
Мережа NPL, яка активно розвивалася у 1970-х та 80-х роках, використовувала швидкість лінії зв’язку 768 кбіт/с, а пізніше — високошвидкісні канали T1 (швидкість лінії зв’язку — 1,544 Мбіт/с).
У 1969 році перші чотири вузли ARPANET були з'єднані за допомогою каналів 50_кбіт/с, що проходили між Університетом Каліфорнії в Лос-Анджелесі, Стенфордським науково-дослідним інститутом, Університетом Каліфорнії в Санта-Барбарі та Університетом Юти.
На початку 1960-х років Леонард Клейнрок провів математичну роботу з моделювання продуктивності мереж з комутацією пакетів, яка лягла в основу розробки ARPANET. Його теоретична робота з ієрархічної маршрутизації в кінці 1970-х залишається критично важливою для функціонування Інтернету сьогодні.
У 1972 році комерційні послуги були вперше розгорнуті в публічних мережах передачі даних у Європі, які почали використовувати протокол X.25 наприкінці 1970-х років і поширилися по всьому світу. Аналогічно використанню протоколу Х.25, основна телекомунікаційна інфраструктура використовувалася для розширення мереж TCP/IP у 1980-х роках.
У 1973 році французька мережа CYCLADES першою поклала на хости відповідальність за надійну доставку даних, а не централізовану службу самої мережі.
- Чому експерементальна французька мережа мала назву CYCLADES ?
- Чому було прийнято таке рішення?
У 1974 році Вінт Серф, Йоген Далал і Карл Саншайн опублікували специфікацію протоколу керування передачею (TCP), RFC_675, ввівши термін «Інтернет» як скорочення для позначення поняття міжмережевої роботи. Цей протокол надалі був реструктуризований і перетворився на стек протоколів TCP/IP.
У 1976 році Джон Мерфі з корпорації Datapoint створив ARCNET, маркерну мережу передачі, яка вперше використовувалася для спільного використання пристроїв зберігання даних.
У 1977 році було розгорнуто першу міжміську оптоволоконну мережу в Лонг-Біч, Каліфорнія.
У 1973 році Роберт Меткалф описав Ethernet, мережеву систему, засновану на мережі Aloha, розроблену у 1960-х Норманом Абрамсоном і його колегами з Гавайського університету.
У липні 1976 року він разом з Девідом Боггсом опублікував статтю «Ethernet: розподілена комутація пакетів для локальних комп’ютерних мереж». У 1980 році Ethernet було оновлено з початкового протоколу 2,94 Мбіт/с до протоколу 10 Мбіт/с, який був розроблений Роном Крейном, Бобом Гарнером, Роєм Огусом і Йогеном Далалом.
Масштабування Ethernet сприяло його масовому використанню. У 1995 році швидкість передачі даних для Ethernet зросла з 10 Мбіт/с до 100 Мбіт/с. До 1998 року Ethernet підтримував швидкість передачі 1~Гбіт/с. Згодом були додані вищі швидкості до 400 Гбіт/с (та 800 Гбіт/с станом на 2022 рік).
Для сучасного етапу розвитку протоколу Ethernet з умовним найменуванням Terabit Ethernet - дослідники досягли швидкості передачі даних до 1 Тбіт/с в експериментальних налаштуваннях
Cтандарт пакетної передачі даних у телефонних мережах X.25
Приклад з'єднання пристроїв у мережі стандарту Х.25
Розробку протоколу та стандартів X.25 розпочав у середині 1970-х років Міжнародний консультативний комітет з телеграфу та телефонії (CCITT, нині ITU-T).
Метою проекту X.25 було створення стандарту для передачі даних з комутацією
пакетів у глобальних мережах (WAN). Цей стандарт був розроблений операторами в 1970-х і схвалений підрозділом Міжнародного союзу електрозв’язку CCITT в 1976 році.
Ключові учасники розробки протоколу та стандартів X.25:
Ремі Депре – французький інженер (розробка протоколу Link Access Procedure
Balanced (LAPB), який використовується на рівні каналу даних протоколу X.25),
Ларрі Робертс – американський комп’ютерний вчений, який брав участь у розробці ARPANET, член VII дослідницької групи CCITT, яка відповідала за розробку протоколу X.25,
Дон Девіс – британський інженер (розробка концепції комутації пакетів. Він
також був членом VII дослідницької групи CCITT).
Рівні протоколу X.25
Стандарт описує протоколи трьох рівнів –
- фізичного,
- канального,
- пакетного.
Вони відповідають першим трьом рівням мережевої моделі OSI.
Фізичний рівень, очевидно, відповідає за підключення обчислювальних систем та терміналів до апаратури передачі даних.
Канальний рівень визначає методи корекції помилок.
Пакетний рівень налаштовує підключення, управляє передачею пакетів. Кожен
пакет зазвичай містить 128 байт. Однак його довжина може змінюватися до 4096 байт. Точний розмір визначали на етапі встановлення каналу.
Недолікі протоколу X.25
Протоколу X.25 приписують низку недоліків, зокрема:
● Низька швидкість передачі даних: X.25 є відносно повільним протоколом з
максимальною швидкістю передачі даних до 64 Кбіт/с. Це значно повільніше,
ніж протоколи, такі як Frame Relay та IP.
● Великі накладні витрати: X.25 додає значну кількість накладних витрат на
передачу даних. Ці накладні витрати можуть знизити ефективну швидкість
передачі даних до 50%.
● Складна конфігурація: X.25 — це складний протокол для налаштування та
керування. Це може ускладнити розгортання та використання, особливо в
невеликих мережах.
● Неефективне використання пропускної здатності: X.25 не є дуже ефективним
використанням пропускної здатності. Це пояснюється тим, що він використовує
підхід, орієнтований на з’єднання, що означає, що між двома пристроями має
бути встановлено спеціальне з’єднання, перш ніж можна буде передати будь-які
дані. Це може призвести до втрати пропускної здатності, якщо з’єднання не
використовується повністю.
● Уразливості безпеки: X.25 є відносно старим протоколом і не є таким
безпечним, як нові протоколи. Це пояснюється тим, що він не підтримує багато
функцій безпеки, доступних у новіших протоколах, наприклад шифрування та
автентифікацію.
Одним із головних недоліків протоколу були великі затримки відгуку – у межах 0,6 сек.
X.25 розробляли передачі даних по телефонних лініях. Тоді якість з'єднання була далеко не ідеальною, тому стандарт включав великий обсяг надлишкової інформації для корекції помилок. Цей факт знижував пропускну спроможність. Не дивно, що з часом X.25 став менш поширеним. Однак у низці галузей він затримався, а в деяких нішевих кейсах застосовується досі, таких як фінансова торгівля, передача авіа-даних. Це тому, що він забезпечує надійне та гарантоване обслуговування, що важливо для таких типів додатків
Minitel
Один із типів терміналів доступу до мережі та оголошення телефонного номера доступу до мережі
Ключові моменти
- Система Minitel, заснована на інфраструктурі телефонних мереж та протоколі Х.25, дозволяла громадянам Франції отримувати доступ до всіх видів популярних онлайн-сервісів у 1980-х роках — задовго до того, як Інтернет став загальнодоступним.
- У зеніті свого розквіту в 1990-х роках він пропонував понад 25 000 різних послуг, включаючи можливість купувати продукти, шукати абонентів у телефонному довіднику та входити в усі види чатів.
- Це був проект уряду Франції, підтримуваний і керований французькою телекомунікаційною та поштовою монополією Postes, Télégraphes et Téléphones (PTT).
- Французький уряд роздавав безкоштовні термінали Minitel домогосподарствам по всій території Франції. Показово, що в 1999 році їх було використано приблизно 9 мільйонів.
- Остаточно систему закрили лише у 2012 році.
Британська мережа JANET
Ранні академічні мережі
Джанет виникла з низки місцевих та дослідницьких мереж, що сягають початку
1970-х років. Система будувалася як дослідницька і була спрямована на обмін
обчислювальними ресурсами та текстової (в основному бібліотечної) інформації між великими університетами та інститутами.
До 1980 року було розроблено ряд національних комп'ютерних центрів, що обслуговують співтовариство Ради з науки та інженерних досліджень, кожне зі своєю власною зіркоподібною мережею (ULCC London, UMRCC Manchester, Rutherford Appleton Лабораторія). Існували також регіональні мережі, зосереджені в Брістолі, Единбурзі та Ньюкаслі (NUMAC - комп'ютер з множинним доступом північних університетів), де групи установ об'єднали ресурси для забезпечення якісніших обчислювальних засобів, ніж можна було б надати окремо. Кожна з цих мереж була заснована на стандартах одного виробника, вони були взаємно несумісні та перекривалися.
Перша стандартизована версія
У перші роки появи X.25 з його основі було розгорнуто відразу кілька великих комерційних мереж. Однією з перших була британська JANET, якою в 1980 роках користувалася дослідницька та освітня спільнота.
Структура британської мережі JANET в 1980 роках
На той момент це була найшвидша мережа X.25 у світі зі швидкістю підключення до 1,5 Мбіт/с. JANET поєднувала до двох тисяч комп'ютерів на двох сотнях локацій. Але особливої популярності набула вона серед бібліотекарів та бібліотек — до мережі підключили електронний бібліотечний каталог (OPAC).
Мережева технологія ARCnet
Приклад з'єднання пристроїв у мережі ARCnet
Технологію ARCnet представили інженери з корпорації Datapoint у 1976 році. Вони розробляли обчислювальні системи та за допомогою нового протоколу підключали програмовані термінали Datapoint 2200 до СХД на 8-дюймових дисках. Особливістю ARCnet стала можливість об'єднувати в мережу «різношерстні» комп'ютери, тоді як альтернативні рішення того періоду (на зразок DECnet або SNA) працювали з кластерами пропрієтарних обчислювальних систем.
Розробники технології запропонували цікавий підхід до розподілу ресурсів. При необхідності комп'ютери могли звертатися за допомогою до інших систем мережі, якщо власних потужностей не вистачало. У той же час, ARCnet гарантував доставку даних до одержувача. Але, якщо це було фізично неможливо (наприклад, при обриві кабелю), відправник отримував відповідне повідомлення.
Запитання для самостійної роботи
- Яка була адресація вузлів у даних мережах та протоколах та як ідентифікувалися сервіси?
- Якою була система текстового іменування вузлів?
- Якою була топологія даних мереж?
- Які системи створювалися для віддаленого доступу до системи розподілу часу?
- Причини занепаду цих мереж?
- Які мережі та протоколи витіснили ці мережі?
- Детально поясніть структуру та рівні протоколу X.25. Які були його основні цілі та застосування? Які були деякі обмеження та недоліки X.25?
- Порівняйте протокол X.25 і технологію ARCnet. Чим вони були схожі та чим відрізнялися за своїм дизайном, сферою застосування та застосуванням?
- Детально опишіть систему Minitel у Франції. Які його унікальні функції та послуги? Які фактори сприяли його успіху та довголіття?
- Якими були історичні витоки та розвиток британської мережі JANET? Як він еволюціонував від попередніх локальних та дослідницьких мереж?
- Поясніть, чому X.25 був використаний як основа для першої версії мережі JANET. Які переваги та обмеження створив X.25 для JANET?
- Яку роль відіграли національні уряди та телекомунікаційні монополії у розвитку перших мереж, таких як Minitel і JANET? Як це вплинуло на їх обсяг і прийняття?
- Порівняйте X.25 і ARCnet з точки зору їхніх цілей, сфери використання та сумісності. Хто з них мав ширше охоплення і чому?
- Чим підхід ARCnet до розподілених ресурсів і «розрізнених» мережевих мереж відрізнявся від інших сучасних рішень? Які переваги це дало?
- Поясніть роль університетів, науково-дослідних установ і бібліотечних ресурсів у ранньому розвитку мережі JANET. Як це вплинуло на його дизайн і цілі?
- Яке уявлення про еволюцію сучасних Інтернет-технологій можна отримати, вивчаючи ці ранні системи пакетної передачі даних? Які риси збереглися, а які змінилися?
Посилання
- Мережева технологія ARCnet (https://en.wikipedia.org/wiki/ARCNET)
- X.25 (https://en.wikipedia.org/wiki/X.25)
- CYCLADES, https://en.wikipedia.org/wiki/CYCLADES
- Internet in France, https://en.wikipedia.org/wiki/Internet_in_France
- Minitel (https://en.wikipedia.org/wiki/Minitel)
- National_Science_Foundation_Network
(https://en.wikipedia.org/wiki/National_Science_Foundation_Network) - Internet in the United Kingdom,
https://en.wikipedia.org/wiki/Internet_in_the_United_Kingdom - ARPANET(https://en.wikipedia.org/wiki/ARPANET)
- From the Arpanet to Internet in France : some milestones,
https://www.inria.fr/en/arpanet-internet-france-some-milestone
