История развития сетевых технологий
Play ITЗагрузка интерактивного демо…
История сетевых технологий
Здесь много инженерных терминов (модуляция, репитеры, Ethernet). Для разработчика достаточно понять общую линию: аналог → цифра → локальные сети → TCP/IP. Детали кабельной инфраструктуры можно пролистать и вернуться позже.
Полезная стратегия чтения: фиксируйте, какую конкретную проблему решал каждый этап эволюции. Так история перестает быть перечислением дат и превращается в причинно-следственную цепочку.
Зарождение линий
До появления телефонов люди, как мы ранее упомянули, передавали сообщения с помощью голубиной почты, и причем долгое время. Позднее появились специальные семафорные башни с флагами – оптические телеграфы, и электрический телеграф (Морзе) – первый самый быстрый способ связи, через точки и тире. Именно тогда стали передавать информацию, зашифрованную в сигналах. В 1858 году США и Великобританию связали первым трансатлантическим кабелем, передающим точки и тире Морзе. Так соединили континенты.
Сейчас азбука Морзе кажется чем-то романтическим из прошлого, но настолько важен вклад – именно это способ разбора сигналов на информацию. Но ещё более важным изобретением был телефон (1876, Белл).
Но как работала телефонная линия?
- человек говорил в микрофон, мембрана устройства дрожала и меняла ток, вследствие чего голос преображался в колебания электричества в медном проводе, таким образом получая аналоговый сигнал;
- операторы вручную соединяли абонентов, перетыкая провода – это ручные коммутаторы;
- позднее появились автоматические АТС, дисковые телефоны с номерами, которые управляли электромеханическими коммутаторами (то есть, процесс переключения абонентов просто автоматизировали, а каждый абонент получал свой уникальный номер).
Аналоговый сигнал и модемы
Аналоговый сигнал – голос, превращённый в колебания электричества. Именно поэтому важно отделять "цифровые сигналы" от "аналоговых". Проблема голоса в том, что к нему добавляются шумы, искажения, и требуются специальные усилители и фильтры, но к ним люди пришли позднее. Аналоговый сигнал – это непрерывный, постоянный сигнал, а цифровой – набор из "есть сигнал – нет сигнала", 0 и 1. И компьютеры как раз работают с цифровыми данными.
| Характеристика | Аналоговый сигнал | Цифровой сигнал |
|---|---|---|
| Форма | Непрерывный, волнообразный | Дискретный (0 и 1) |
| Помехи | Накапливаются (каждая царапина на виниле слышна) | Можно восстановить по избыточности (CD, Ethernet) |
| Пример | Голос в телефонной линии, FM-радио | Файл по FTP, пакет IP, поток HTTP |
Преобразовать аналог в цифру удалось через модем (МОдулятор-ДЕМодулятор). Первые модемы превращали цифровые сигналы компьютера в звук, который мог передаваться по телефонной линии. Как это работало?
- компьютер посылал данные (0010101);
- модем преобразовывал их в тоны разной частоты (например, 0 = 1000 Гц, 1 = 2000 Гц);
- получался аналоговый сигнал, адаптированный под цифру;
- на другом конце модем расшифровывал эти звуки обратно в цифру.
И поэтому старые модемы пищали, это и был язык передачи данных. Модемы договаривались о скорости соединения (рукопожатие Dial-up). Но при этом, поскольку сигнал шёл по той же линии, она становилась занятой – нельзя было одновременно сидеть в интернете и звонить одновременно, да и сигнал был очень медленным (загрузка картинки могла отнять долгие минуты со скоростью 56 Кбит/с).
Позднее, в конце 1990-х, проблемы занятой линии решили при помощи технологии DSL (Digital Subscriber Line), когда DSL стал использовать высокие частоты, которые не мешали голосу, благодаря чему телефон и интернет стали работать одновременно, и не нужен был "аналоговый разговор" как в Dial-Up, данные шли в чисто цифровом виде.
Кабели
Прокладывая подводные кабели, их сначала проектируют, выбирают маршруты, избегая разломы и рыболовные зоны. Корабли-кабелеукладчики медленно плывут, разматывая кабель с барабана. На мелководье кабель зарывают в дно, чтобы не порвать якорями и чем-то ещё. Причем каждые 50-100 км сигналы усиливают при помощи репитеры (репетиров). Самый длинный кабель – SEA-ME-WE 3 (39 тысяч километров, соединяет 33 страны). Их ремонтируют подводные роботы. Но мир не сразу пришёл к таким технологиям соединения проводами и образуя сеть. Что произошло потом, после появления цифровой связи?
Первые локальные сети использовали коаксиальный кабель (мы могли увидеть подобный в старых телевизионных антенных кабелях) – толстый, негибкий, сложный для прокладки. Но позднее технология изменилась на витую пару (UTP – Unshielded Twisted Pair) – более дешевый, удобный и тонкий, гибкий кабель, в котором пары проводов скручиваются, что позволяет эффективно гасить помехи. В итоге как раз UTP в дальнейшем стал стандартом для технологии – Ethernet.
Ранний Ethernet использовал единый коаксиальный провод, который называли общим кабелем (шиной). Компьютер "слушал", свободен ли кабель, если свободен – отправлял данные, а если компьютеры отправляли данные одновременно – возникала коллизия, и приходилось ждать время для повторной отправки. Сеть тормозила при большом количестве устройств.
Соединения устройств
Устройства требовали специальные адаптеры для связи с кабелями – это сетевые карты. Сетевая карта имеет свой MAC-адрес (например, 00:1A:2B:3C:4D:5E) — физический идентификатор интерфейса; из чего он состоит (OUI, NIC, биты U/L и I/G) — в основах сети.
Соединяя множество компьютеров, использовали технологию "хабов" (Hub), который получал сигнал и отправлял его всем в сети. Позднее эту технологию заменили "свитчами" (Switch) – специальными "умными" коммутаторами, которые запоминали MAC-адреса и отправляли данные только нужному получателю, что позволило избавиться от коллизий и увеличить скорость. Так свитчи убили сетевые хабы.
Хабы
Свитчи
Локальная сеть (немного в другом виде, конечно) была еще давно, когда в одной организации научились соединять устройства и обмениваться данными, поначалу использовались "мейнфреймы" - древние огромные компьютеры, к которым подключались терминалы, и все вычисления делались на центральной машине. Мейнфрейн был своего рода прототипом сервера. Но, как мы помним, в 1980-х появились компьютеры, что позволило использовать компьютеры по специализации, превращая их в "сервер". На английском языке "сервис" (service) это услуга, а "сервер" - обслуживающий (server), к примеру, официант.
Вот сервер это как раз и есть специальный "служащий" компьютер, у которого есть определенная цель:
- файл-сервер хранит общие документы;
- почтовый сервер обрабатывает электронную почту;
- веб-сервер обеспечивает работу сайтов.
Так, конечно же, компании стали использовать технологию использования своих серверов, расширяя и расширяя количество устройств, породив два важных понятия:
- Интранет – "частный интернет", когда существует локальная сеть компании с внутренними сайтами, почтой, базами данных, словно свой маленький закрытый клуб;
- Интернет – глобальное объединение сетей через TCP/IP, словно город, состоящий из клубов.
Короткая хронология для запоминания
- Телеграф — передача кодов на расстояние.
- Телефон — массовая голосовая связь.
- Модемы и dial-up — цифровые данные через аналоговую линию.
- Ethernet и коммутаторы — масштабируемые LAN.
- TCP/IP и магистрали — глобальный интернет.
Что изучить следом
Базовый разбор HTTP и HTTPS находится в отдельной статье — HTTP как основа веб-интеграций.
В подборках
Статья входит в тематические подборки и блок "С чего начать?" на главной. Соседние шаги того же маршрута:
История — История информационных технологий — о разделе, История развития структур данных, История развития NoSQL-систем, История языка JavaScript, История языка Python, История языка Java.