Введение в специальность

305

после того, как к одному компьютеру стало возможным подключать несколько одновременно работающих терминалов, телеобработка стала экономически целесообразной. Удачным примером та- койсистемыможетслужитьколлективныйБэйсик-интерпретатортого же Дармутского колледжа (1964 г.), о котором мы уже рассказывали.

ЭВМтретьего-четвертогопоколений, получившие широкое распространение в конце 60-х и в 70-х годах, были уже достаточно

мощными, ноещеслишкомдорогимиигромоздкими, чтобыихмоглиприобрестиобычные, неслишкомбогатые, предприятияиорганизации. Надежды пользователей в то время были связаны с идеей коллективного использования компьютеров, тем более, что техническая возможность поддержания многопользовательского режима уже появилась: на смену телетайпам пришли электронные дисплейные терминалы, были созданы диалоговые операционные системы с разделением времени. Для подключения удаленных терминаловкЭВМсталиширокоиспользоватьсятелефонныеканалы. Скорости в несколько Кбит/с, которую обеспечивал стандартный телефонный канал ТЧ и модем, было вполне достаточно для комфортной работы за терминалом. Типичная схема системы телеобработки, использующей телефонные каналы, приведена на рисунке. Центральная ЭВМ, работающая в режиме разделения времени, оснащена специальным устройством – мультиплексором передачи данных, позволяющим подключить несколько (в системе IBM 360

– до 256) удаленных абонентов. Абоненты подключаются к системепоканалам связи, которые могут быть либо выделенными, либо обычными телефонными каналами ТЧ, устанавливаемыми на время сеансасвязичерезкоммутирующееоборудованиегородскихтелефонных станций.

Абонентамивсистеметелеобработкимогутвыступатьнетолько дисплейные терминалы, но и другие устройства – кассовые аппараты, банковские терминалы, датчики физических величиниисполнительные устройства в системах телеуправления и контроля и т. д. В частности, в роли абонента может выступить другая ЭВМ, в этомслучаемыимеемуженепростосистемутелеобработки, апро-

307

щениямпрессы, 350 из500 крупнейшихкомпанийСШАв70-егоды пользовались услугами этой сети, предпочитая не связываться с организацией собственной вычислительной системы.

Когда в конце 60-х и начале 70-х годов в СССР

началась массовая компьютеризация на основе Единой системы ЭВМ, о которой мы говорили во второй главе, все эксперты были единодушны в том, что буду-

щеепринадлежитцентрализованноймоделивычислительногопроцесса. Наилучшимрешениемпроблемыскорейшейкомпьютеризациивсейстраныказалосьстроительствогосударственной сетивычислительныхцентров(ГСВЦ), соединенныхмеждусобойисабонентамиединойгосударственнойсетьюпередачиданных(ЕГСПД).

Техническая концепция ГСВЦ была разработана под руководством академика В.М. Глушкова Согласно ей, сеть должна была иметь иерархическую структуру. На верхнем уровне предполагалось создать несколько крупнейших ВЦ, обслуживающих высшие органы государственного управления – Совет Министров СССР, Госплан, Минфин, Центральноестатистическоеуправление(ЦСУ). Их следовало разместить в специально построенных гигантских зданиях с искусственным климатом и изоляцией от всех внешних помех. На следующем уровне иерархии должны располагаться региональные ВЦ коллективного пользования (ВЦКП), охватывающие сетью терминалов территорию отдельной области или края. Эти ВЦ были призваны обслуживать территориальные органы управления, а также взаимодействовать с вычислительными центрамипредприятийиучреждений, темсамымсоздаваятехническуюи информационнуюбазунижнегоуровняединойобщегосударственной автоматизированной системы (ОГАС).

Учитывая гигантский масштаб задачи, было решено реализовыватьсистемупоэтапно, уточняяпостановкузадачивходереализации отдельных проектов. В частности, для отработки идеи территориальныхцентровпредполагалосьпостроитьчетыреэкспериментальныхВЦКПвМинске, Таллине, ТулеиТомске. ГородТомск попалвэтотсписокнеслучайно. Здесьс1972 годаобъединенными

308

усилиямивузовскихученыхподруководствомФеликса.Ивановича Перегудова (1931-1990) – оригинального ученого и талантливого организатора, будущего министра высшего обраования – разрабатывался проект автоматизированной системы управления (АСУ) Томской области. Тогдашнее руководство области во главе с первым секретарем обкома КПСС Е.К.Лигачевым (во времена Горбачева он стал секретарем ЦК КПСС и вторым человеком в государстве) активно поддерживало проект и добилось включения Томска в престижный экспериментальный список.

Для ВЦКП в центре города на площади Революции (ныне Новособорной) выстроиликрасивоедевятиэтажноездание, точнееговоря, его первую очередь, так как святая святых – кондиционированные машинные залы предполагалось разместить в рядом стоящейпристройкетакихжеразмеров. Подключениеабонентов– обкомаКПСС, облисполкома, органовместногоуправления, рядапредприятийиорганизаций, втомчислевузов– предполагалосьпровестипонекоммутируемымтелефоннымканалам. Дляэтоговцентре города была проложена специальная кабельная канализация, в нее уложены многие километры кабеля, смонтированы кроссировочные шкафы и т. д. На самом ВЦ установили несколько ЭВМ Единой системы, а у пользователей – абонентские пункты, которые представляли собойалфавитно-цифровыедисплеи

склавиатурой имодемамиразмером

стумбочку. Казалось, проект ВЦКП

стелеобработкойблагополучновоплощается в жизнь

Однако в действительности все оказалось значительно сложнее, чем на бумаге. Крупномасштабные сети

скоммутациейканалов, успешноработавшиенаЗападе, вСоветскомСоюзереализоватьнеудалось. Помешала исконно русская причина – пло-

хие дороги. В данном случае дороги

309

для информации, то есть каналы связи. Качество телефонных линий в нашей стране традиционно было таким низким, что организовать устойчивую работу удаленных абонентов было невозможно даженаминимальнойскоростимодемов1200 - 2400 бит/с. Дляпростейших протоколов передачи данных, которые можно было реализовать на примитивных абонентских пунктах, не имеющих собственных процессоров, доля ошибок была недопустимо высокой. Врезультатесвязьпостояннопрерывалась, программыоперационной системы, отвечающие за обслуживание абонентов, зависали.

В конце концов от телеобработки пришлось отказаться, а коллективноеиспользованиеЭВМсвелоськтому, чтопользователииз разныхорганизацийзаказывалинаВЦКПмашинноевремя, приходили туда со своими носителями данных (перфокартами, магнитными лентами) и уходили с рулонами бумажных выдач. Так продолжалось до середины 80-х годов, пока персональные компьютеры не вытеснили мейнфреймы. Громоздкие и капризные ЕС ЭВМ были сданы в утиль, кондиционированные машинные залы уже не потребовались. Проект ВЦКП тихо скончался, так и не успев полномасштабно воплотиться в жизнь.Однако сама идея коллективногоиспользованиявычислительныхиинформационныхресурсовне умерла, кконцуXX векаонавозродиласьснованановойтехнической основе компьютерных сетей с комимутацией пакетов.

У систем телеобработки с коммутацией каналов есть одно важное достоинство – отсутствие задержек при передаче данных. Поскольку

коммутационнаяаппаратуранаузлахничегонеделаетссообщениями, атолькоподключаетоднуизвыходныхлинийквходной, электрический сигнал пролетает весь путь между абонентами почти со скоростью света. Однако это положительное качество достигается ценою двух принципиальных недостатков.

Во-первых, необходимость поддерживать сквозной физический канал на все время сеанса неизбежно приводит к невысокой надежности системы, когда канал образуется цепочкой из многих сотен отдельных участков линий передачи и соединений на узлах коммутации.

310

Во-вторых, занятие отдельного физического канала для организации связи между терминалом и ЭВМ не оправдано экономически, собенно при дальних междугородних соединениях, так как канал используется на малую долю своих возможностей. Все время, пока пользователь думает перед нажатием очередной клавиши, канал простаивает.

Указанныеорганическиенедостаткипринципакоммутацииканалов привели к тому, что в 80-е годы он был повсеместно вытеснен принципом коммутации сообщений, о котором мы будем говоритьподробнодалее. Однакосуществуютобластиприменения, где коммутация каналов применяется до сих пор. Вот несколько примеров.

Массовые абонентские сети. Подключение домашних компьютеров к провайдерам услуг сети иинтернет в пределах одного населенного пункта в подавляющем большинстве случаев производится через телефонную сеть общего пользования.

Другой показательный пример – созданная во Франции в начале 80-х годов сеть Minitel. Почти в каждом французском доме рядом с телефонным аппаратом стоит небольшой терминал в виде портативногочерно-белогоалфавитно- цифровогодисплеясклавиатурой. Позвонивводинизцентровсети, абонент переключает телефонную линию на терминал и, общаясь с компьютером центра, может получить справку о номере телефона, расписании транспорта или программе передач, заказать билет, сделать покупку. То, что в последнеевремярекламируетсякакновейшее достижение интернет-коммерции,

доступнофранцузамблагодаряMinitel уже около двадцати лет.

311

мутацией каналов для технологических нужд, продолжают их эксплуатировать. В таком режиме, в частности, работают многие банки со своими клиентами и филиалами;

Любительскиесети. Простотаорганизациимежкомпьютерных соединений через телефонную сеть общего пользования дала возможность, после того как появились персональные компьютеры, организоватьлюбительскиесети. Крупнейшейизнихявляетсясеть FidoNet, основанная в 1984 году программис-

том из Лос-Анджелеса Томом Дженнингсом. (Jennings, Tom). Вместе с Джоном Мэдиллом (Madil, John) изБалтимора онинаписали программу, котораямоглаавтоматическиобмениваться электронными письмами через всю страну по телефонной линии Идея оказалась продуктивной, их сеть начала быстро расти. Вконце1984 годавнейбыло50 узлов, вначале 1997 года –– 200, в начале 1995 года – уже

37 000. Числоконечныхпользователейсетине Эмблема Fido поддается учету, по грубым оценкам оно пре-

вышаетмиллион. Всамомназваниисетисодержитсянамекнанеофициальность проекта: слово Fido используется как кличка беспородной собаки, дворняжки.

4.5. Сети пакетной коммутации – от ARPAnet до Интернет

Исторические Если электронные вычислительные машины – предпосылки детище второй мировой войны, то современные компьютерные сети – побочный результат «хо-

лодной войны», которая началась почти сразу после победы над гитлеровской Германией.

Бывшие союзники США и СССР, разделенные железным занавесомидеологическихпротиворечий, спешнонаращиваливоенно-

312

техническийпотенциал, готовяськнеизбежной, кактогдаказалось, третьей мировой войне.

Сначала в гонке вооружений лидировали США, они первыми создали ядерное оружие и развернули вокруг СССР сеть военных баз, откуда американские бомбардировщики могли за считанные часыдоставитьатомныебомбыдолюбогосоветскогогорода. Сама жетерриторияСША, отделеннаяокеанамиотостальногомира, казалась недосягаемой для вторжения. Поэтому, когда вечером впятницу4 октября1957 годаамериканцы узналиозапускепервогосоветскогоспутника, онибылипотрясены. Ракета, доставившаявкосмос мирный спутник, могла с таким же успехом сбросить на НьюЙорк или Вашингтон все испепеляющую водородную бомбу. Благополучие нации в одночасье оказалось под угрозой.

ВСШАвсепришловдвижение. Понимая, чтовгонкевооружений выиграет та сторона, у которой лучше поставлены образование и наука, правительство коренным образом перестроило свою политику в этой области. Уже в феврале 1958 года были созданы два мощных ведомства, сыгравших ключевую роль в истории «холодной войны». Первое занимаось непосредственно космосом и называлось Национальным управлением по аэронавтике и исследованиюкосмическогопространства(National Aeronautics and Space Administration – NASA), перед вторым была поставлена более общая задача обеспечить стратегическое превосходство США в сферевысокихтехнологий. Оноработалоприминистерествеобороны (Department of Defence –DoD) и называлось Управлением перспек-

тивныхисследований(Advanced Research Projects Agency – ARPA).

Управление подключило к военным программам крупнейшие университеты и исследовательские центры, тратя на них громадные деньги. Шестидесятые годы – этовремя, когда в США, подкармливаемые военным бюджетом, расцветали кибернетика, информатика, прикладная математика и другие точные науки, а профессора внушалистудентам: «Радивашегособственногоблагополучия, ради благополучия нации, делайте домашние задания!..».

Всамый разгар «холодной войны», в дни кубинского кризиса октября 1962 года, в ARPA была организована дирекция компью-

другавтрехместах. Основополагающиетеоретическиеисследования в этом направлении принадлежат Леонарду Клейнроку

(Kleinrock, Leonard; р. 1934), который, будучиаспирантомMIT, пред-

ложилбазовыепринципыпакетнойтехнологии, опубликовалв1961 году пионерскую статью, а в 1964 году – первую монографию по коммутациипакетов. В1963 году, получивученуюстепень, Клейнрок стал работать в Калифорнийском университете в Лос-Андже-

лесе(University of California Los Angeles – UCLA), где организовал

314

исследовательский сетевой центр.

Параллельнопохожиепринципыразвивалисьвзнаменитойнекоммерческой фирме RAND Corporation (расшифровывается как Research ANd Development – Исследования и разработки). Эта небольшаяпочисленности исследовательская организация, расположенная в живописном месте на берегу Тихого океана, прославилась выдающимися достижениями в области анализа сложных систем, прикладной математики, исследования операций. В частности, по заказу министерства обороны там создавался проект системы связи для управления вооруженными силами и страной в случае ядерной войны. В 1964 году под руководством Пола Бэрэна (Baran, Paul) вышелотчет, вкоторомпредлагаласьсамоорганизующаяся компьютерная сеть, сохраняюшая работоспособность даже при уничтожении некоторых узлом коммутации и линий связи.

Третья группа исследователей трудилась за океаном, в Великобритании, гдевНациональнойфизическойлаборатории(National Physical Laboratory – NPL) под руководством Дональда Дэвиса (Davies, Donald) была создана экспериментальная компьютерная сеть с коммутацией сообщений.

В системе с коммутацией сообщений узлы сети, в отличие от коммутации каналов, не занимаются простым переключением линий. Каждыйузелпредставляетсобойнастоящийкомпьютерспроцессором и памятью. В первых сетях эти коммуникационные ком-

пьютеры обозначались как IMP –– Interface Message Processor, а

позжесталиназыватьсямаршрутизаторами(router). Когдаотабонентаприходитсообщение, маршрутизаторзапоминаетеговсвоей памяти, определяет, какомуизсоседнихузловнужноотправитьсообщениедальше, и, кактольконужныйканалосвободится, передаетегоследующемумаршрутизатору. Еслиотсоседнегоузлаприходит подтверждение о благополучном прибытии сообщения, то оно стирается из памяти, а если произошла ошибка, то передача сообщения повторяется до тех пор, пока не придет положительная квитанция. Так, передаваясь по эстафете от маршрутизатора к маршрутизатору, сообщение за несколько прыжков (hops) дойдет до адресата.