Локальные вычислительные сети: история и технологии.

Введение

Компьютерная сеть, соединяющая устройства в ограниченной области.

Локальная сеть (LAN) — это компьютерная сеть, объединяющая компьютеры в пределах ограниченной территории, такой как дом, школа, лаборатория, университетский городок или офисное здание. В отличие от нее, глобальная сеть (WAN) охватывает значительно большую географическую область и обычно использует арендованные телекоммуникационные каналы. Ethernet и Wi-Fi — две наиболее распространенные технологии, применяемые в локальных сетях. К историческим сетевым технологиям относятся ARCNET, Token Ring и AppleTalk.

История

Растущий спрос и использование компьютеров в университетах и исследовательских лабораториях в конце 1960-х годов обусловили необходимость высокоскоростных межсоединений между компьютерными системами. Отчет 1970 года из Лоуренсовской лаборатории радиационных исследований, в котором подробно описывался рост их сети "Октопус", наглядно демонстрировал ситуацию. В 1970-х годах было разработано несколько экспериментальных и ранних коммерческих технологий локальных сетей. Ethernet был разработан в Xerox PARC в период с 1973 по 1974 год. Cambridge Ring был разработан в Кембриджском университете, начиная с 1974 года. ARCNET был разработан корпорацией Datapoint в 1976 году и анонсирован в 1977 году. Первая коммерческая установка состоялась в декабре 1977 года в банке Chase Manhattan в Нью-Йорке. В 1979 году электронные системы голосования для Европейского парламента стали первой установкой локальной сети, соединяющей сотни (420) терминалов голосования с микропроцессорным управлением с центральным блоком голосования/выбора, использующим многоточечную шину с арбитражем "ведущий-ведомый". Развитие и распространение персональных компьютеров с операционной системой CP/M в конце 1970-х годов, а затем систем на базе DOS, начиная с 1981 года, привели к тому, что многие площадки разрослись до десятков и даже сотен компьютеров. Первоначальным стимулом для создания сетей было совместное использование хранилищ и принтеров, которые в то время были дорогостоящими. Эта концепция вызвала большой энтузиазм, и на протяжении нескольких лет, начиная примерно с 1983 года, эксперты компьютерной индустрии регулярно провозглашали наступающий год "Годом локальных сетей". Однако на практике эта концепция была омрачена распространением несовместимых реализаций физического уровня и сетевых протоколов, а также множеством методов совместного использования ресурсов. Как правило, у каждого поставщика был свой тип сетевой карты, кабелей, протокола и сетевой операционной системы. Решение появилось с появлением Novell NetWare, которая обеспечивала поддержку десятков конкурирующих типов карт и кабелей, а также гораздо более сложную операционную систему, чем у большинства конкурентов. Из конкурентов NetWare только Banyan Vines обладала сопоставимыми техническими достоинствами, но Banyan так и не смогла закрепиться на рынке. 3Com выпустила 3+Share, а Microsoft – MS Net. Эти продукты стали основой для сотрудничества между Microsoft и 3Com в создании простой сетевой операционной системы LAN Manager и ее аналога, LAN Server от IBM. Ни одна из этих систем не добилась значительного успеха; NetWare доминировала на рынке локальных сетей для персональных компьютеров с момента ее появления в 1983 году до середины 1990-х годов, когда Microsoft представила Windows NT. В 1983 году TCP/IP впервые продемонстрировал возможность поддержки реальных приложений Министерства обороны на тестовой сети LAN Агентства оборонных коммуникаций, расположенной в Рестоне, штат Вирджиния. Локальная сеть на базе TCP/IP успешно поддерживала Telnet, FTP и приложение для телеконференцсвязи Министерства обороны. Это продемонстрировало возможность использования локальных сетей TCP/IP для объединения компьютеров Всемирной системы военного командования и управления (WWMCCS) в командных центрах по всей территории Соединенных Штатов. Однако WWMCCS была заменена Глобальной системой командования и управления (GCCS) до того, как это произошло. В тот же период рабочие станции Unix использовали сетевые протоколы TCP/IP. Хотя доля рынка рабочих станций сейчас значительно сократилась, технологии, разработанные в этой области, продолжают оказывать влияние на Интернет и все формы сетевых взаимодействий, а протокол TCP/IP заменил IPX, AppleTalk, NBF и другие протоколы, используемые ранними ПК-LAN. Econet была недорогой локальной сетью Acorn Computers, предназначенной для использования в школах и малом бизнесе. Она была впервые разработана для компьютеров Acorn Atom и Acorn System 2/3/4 в 1981 году. В 1980-х годах было разработано несколько реализаций сети Token Ring для локальных сетей. IBM выпустила свою собственную реализацию Token Ring в 1985 году, работающую на скорости 4 Мбит/с. IBM утверждала, что ее системы Token Ring превосходят Ethernet, особенно при высокой нагрузке, но эти утверждения вызывали споры. Реализация Token Ring от IBM легла в основу стандарта IEEE 802.5. Версия Token Ring со скоростью 16 Мбит/с была стандартизирована рабочей группой 802.5 в 1989 году. IBM доминировала на рынке Token Ring, например, в 1990 году оборудование IBM было наиболее широко используемым для сетей Token Ring. Fiber Distributed Data Interface (FDDI), стандарт локальной сети, рассматривался как привлекательная базовая технология для кампусных сетей в начале и середине 1990-х годов, поскольку существующие сети Ethernet предлагали скорость передачи данных всего 10 Мбит/с, а сети Token Ring – 4 Мбит/с или 16 Мбит/с. Таким образом, это был относительно высокоскоростной вариант для того времени, с такими скоростями, как 100 Мбит/с. К 1994 году среди поставщиков были Cisco Systems, National Semiconductor, Network Peripherals, SysKonnect (приобретенная Marvell Technology Group) и 3Com. Установки FDDI в значительной степени были заменены развертываниями Ethernet.

The increasing demand and usage of computers in universities and research labs in the late 1960s generated the need to provide high speed interconnections between computer systems. A 1970 report from the Lawrence Radiation Laboratory detailing the growth of their "Octopus" network gave a good indication of the situation. A number of experimental and early commercial LAN technologies were developed in the 1970s. Ethernet was developed at Xerox PARC between 1973 and 1974. Cambridge Ring was developed at Cambridge University starting in 1974. ARCNET was developed by Datapoint Corporation in 1976 and announced in 1977. It had the first commercial installation in December 1977 at Chase Manhattan Bank in New York. In 1979, the Electronic voting systems for the European Parliament was the first installation of a LAN connecting hundreds (420) of microprocessor controlled voting terminals to a polling/selecting central unit with a multidrop bus with Master/slave (technology) arbitration. The development and proliferation of personal computers using the CP/M operating system in the late 1970s, and later DOS based systems starting in 1981, meant that many sites grew to dozens or even hundreds of computers. The initial driving force for networking was to share storage and printers, both of which were expensive at the time. There was much enthusiasm for the concept, and for several years, from about 1983 onward, computer industry pundits habitually declared the coming year to be, "The year of the LAN". In practice, the concept was marred by the proliferation of incompatible physical layer and network protocol implementations, and a plethora of methods of sharing resources. Typically, each vendor would have its own type of network card, cabling, protocol, and network operating system. A solution appeared with the advent of Novell NetWare which provided even handed support for dozens of competing card and cable types, and a much more sophisticated operating system than most of its competitors. Of the competitors to NetWare, only Banyan Vines had comparable technical strengths, but Banyan never gained a secure base. 3Com produced 3+Share and Microsoft produced MS Net. These then formed the basis for collaboration between Microsoft and 3Com to create a simple network operating system LAN Manager and its cousin, IBM's LAN Server. None of these enjoyed any lasting success; Netware dominated the personal computer LAN business from early after its introduction in 1983 until the mid 1990s when Microsoft introduced Windows NT. In 1983, TCP/IP was first shown capable of supporting actual defense department applications on a Defense Communication Agency LAN testbed located at Reston, Virginia. The TCP/IP based LAN successfully supported Telnet, FTP, and a Defense Department teleconferencing application. This demonstrated the feasibility of employing TCP/IP LANs to interconnect Worldwide Military Command and Control System (WWMCCS) computers at command centers throughout the United States. However, WWMCCS was superseded by the Global Command and Control System (GCCS) before that could happen. During the same period, Unix workstations were using TCP/IP networking. Although the workstation market segment is now much reduced, the technologies developed in the area continue to be influential on the Internet and in all forms of networking—and the TCP/IP protocol has replaced IPX, AppleTalk, NBF, and other protocols used by the early PC LANs. Econet was Acorn Computers's low cost local area network system, intended for use by schools and small businesses. It was first developed for the Acorn Atom and Acorn System 2/3/4 computers in 1981. In the 1980s, several token ring network implementations for LANs were developed. IBM released their own implementation of token ring in 1985, It ran at 4. IBM claimed that their token ring systems were superior to Ethernet, especially under load, but these claims were debated. IBM's implementation of token ring was the basis of the IEEE 802.5 standard. A 16 Mbit/s version of Token Ring was standardized by the 802.5 working group in 1989. IBM had market dominance over Token Ring, for example, in 1990, IBM equipment was the most widely used for Token Ring networks. Fiber Distributed Data Interface (FDDI), a LAN standard, was considered an attractive campus backbone network technology in the early to mid 1990s since existing Ethernet networks only offered 10 Mbit/s data rates and Token Ring networks only offered 4 Mbit/s or 16 Mbit/s rates. Thus it was a relatively high speed choice of that era, with speeds such as 100 Mbit/s. By 1994, vendors included Cisco Systems, National Semiconductor, Network Peripherals, SysKonnect (acquired by Marvell Technology Group), and 3Com. FDDI installations have largely been replaced by Ethernet deployments.

Беспроводные носители

В беспроводной локальной сети пользователи могут свободно перемещаться в пределах зоны покрытия. Беспроводные сети стали популярны в домах и малом бизнесе благодаря простоте установки. В большинстве беспроводных локальных сетей используется Wi-Fi, так как беспроводные адаптеры обычно встроены в смартфоны, планшеты и ноутбуки. Гостям часто предоставляется доступ в Интернет через сервис точки доступа.

Технические аспекты

Топология сети описывает схему взаимосвязей между устройствами и сегментами сети. На канальном и физическом уровнях использовалось большое разнообразие топологий локальных сетей, включая кольцевую, шинную, сетчатую и звездообразную. Простые локальные сети обычно состоят из кабельной инфраструктуры и одного или нескольких коммутаторов. Коммутатор может быть подключен к маршрутизатору, кабельному модему или ADSL-модему для доступа в Интернет. В локальную сеть могут входить различные другие сетевые устройства, такие как межсетевые экраны, балансировщики нагрузки и системы обнаружения сетевых вторжений. Для продвинутых локальных сетей характерно использование избыточных каналов связи, при этом коммутаторы используют протокол расширяющегося дерева для предотвращения петель, возможность управления различными типами трафика посредством механизма обеспечения качества обслуживания (QoS) и возможность сегментирования трафика с помощью VLAN. На более высоких уровнях сети ранее широко использовались протоколы, такие как NetBIOS, IPX/SPX, AppleTalk и другие, но пакет протоколов Интернет (TCP/IP) стал стандартным выбором. Локальные сети могут поддерживать соединения с другими локальными сетями через выделенные линии связи, арендованные сервисы или через Интернет с использованием технологий виртуальных частных сетей. В зависимости от способа установления и защиты соединений, а также от расстояния между сетями, такие объединенные локальные сети могут также классифицироваться как сети городской зоны (MAN) или сети глобальной зоны (WAN).