|
|
ОТ ТЕЛЕГРАФА ДО ИНТЕРНЕТА (исторический очерк)
*************************** Телеграф как первая «цифровая система» Разработка цифровых вычислительных машин Совместная передача речи и данных в сетях с коммутацией пакетов Узкополосная цифровая сеть связи интегрального обслуживания (УЦСИО) Система быстрой коммутации пакетов (БКП) Современная техника коммутации АТМ Сеть «Интернет» и Ай-Пи телефония
Введение (содержание очерка) (содержание словаря) (главная страница)
Потребность в общении на расстоянии, значительно превышающем дистанцию слышимости при обычном разговоре, возникла у человечества давно: вероятно, вскоре после появления самой возможности осмысленного речевого общения между людьми. Первым средством на пути к удовлетворению этой потребности оказалась письменность, а именно, фонетическое письмо на основе алфавита, изобретение которого означало появление одной из первых символьных систем. Алфавит явился способом кодирования звуков речи графическими символами определенной формы – буквами, позволившими составлять из них слова. Все это - алфавит, символ (знак), слово, код - составило основу первых двух систем из известной триады: ПОЧТА, ТЕЛЕГРАФ, ТЕЛЕФОН, возникших на разных исторических этапах в перечисленной последовательности. Новые сети связи и информационные системы, к которым в итоге пришло развитие почты, телеграфа и телефона, сочетают в себе все их возможности и являются теперь и почтой, и телеграфом, и телефоном, и справочной службой, и библиотекой, и кинотеатром с телевидением вместе взятыми.
Телеграф как первая «цифровая система»(содержание очерка) (содержание словаря) (главная страница)
Периодом, предшествующим возникновению обычного, в нашем понимании, телеграфа, было время так называемого оптического, или визуального телеграфа, который использовался в конце 18-го века и продержался почти до середины следующего века. Так, в наиболее известной французской системе Клода Шаппе для передачи сигналов визуальным способом использовались семафорные крылья, устанавливаемые на столбах на башнях. Скорость передачи данных при этом могла достигать трех символов в минуту. По всей вероятности, такая система ночью работала плохо, чего нельзя сказать о не менее знаменитой в то время в Британии и США системе Джорджа Мюррея со световыми вспышками, производительность которой, как можно догадаться, понижалась при ярком солнечном свете. В эпоху оптического телеграфа результатом развития физики явилось изобретение первого гальванического элемента, названного по имени его изобретателя, итальянского физика Алессандро Вольта, одного из основателей учения об электрическом токе. Затем, в 19-м веке, наступает эпоха открытий и исследований электромагнитных явлений, в результате чего уже в 1831 году появляются первые практические электромагнитные устройства, а русский физик П.Л.Шиллинг в 1832 году предлагает электрический телеграф. Затем следуют изобретения Морзе из США: его электрическая телеграфная система и, главное, знаменитый код (называемый также азбукой Морзе), который до сих пор используется в некоторых системах радиотелеграфии и в любительском радио. Международную азбуку Морзе с полным правом можно назвать двоичной системой, поскольку там применяются только два звуковых сигнала – точка (короткий звук) и тире (длинный звук) и весь алфавит – буквы, цифры, пунктуация и некоторые специальные коды, - представлен комбинациями из различного числа точек и тире (правда, в первоначальной системе Морзе использовались также и паузы, и комбинации для некоторых букв состояли из точек и пауз). Электрические телеграфные системы начинает бурно развиваться во многих странах и телеграфные предприятия становятся одними из важнейших деловых начинаний 19-го века. Возникают телеграфные агентства, передающие новости и прочую информацию. Таким образом, появился второй элемент в триаде ПОЧТА, ТЕЛЕГРАФ, ТЕЛЕФОН.
Аналоговая телефония (содержание очерка) (содержание словаря) (главная страница)
Изобретение в С тех пор аналоговая телефония безраздельно господствовала вплоть до начала 1960-х годов.
Цифровые системы передачи(содержание очерка) (содержание словаря) (главная страница)
В 1962 году компания AT&T запускает в эксплуатацию 24-х канальную систему транспортировки Т1, которая представляла собой систему для передачи оцифрованной речи (одновременно 24 разговора). Общая скорость передачи такой системы составляет 1,544 Мбит/с. В этой системе для дискретизация речи используется
импульсно-кодовая модуляция (ИКМ), разработанная А.Х.Ривсом из компании Bell
Labs еще в С тех пор начинается постепенный переход на цифровые системы передачи. Появляется европейская система ИКМ – Е1, общая скорость передачи 2,048 Мбит/с, в Советском Союзе она получила название ИКМ-30. Для сельской местности в СССР была также разработана система ИКМ-15. Для передачи на дальние расстояния потоки Е1 мультиплексируются согласно принципам Плезиохронной цифровой иерархии (PDH – Plesiochronous Digital Hierarchy). Затем были разработаны системы, составившие основу Синхронной цифровой иерархии (SDH - Synchronous Digital Hierarchy), которая ныне широко используется на различных уровнях, от местного до магистрального.
Разработка цифровых вычислительных машин(содержание очерка) (содержание словаря) (главная страница)
В эволюции вычислительной науки, ведущей к появлению цифрового компьютера, чрезвычайно важную роль сыграли работы английского математика и логика Джона Буля. В своих трудах, написанных в середине 18-го в., Буль обсуждал аналогии между символами алгебры и логики и их использование для представления логических форм и силлогизмов. Его выводы были основаны на использовании только двух чисел - 0 и 1 и стали тем, что сегодня называется булевой алгеброй, на которой ныне основаны все переключательные и вычислительные цифровые средства, а также соответствующие процедуры программирования. В первой половине 20 в., в результате попыток решения некоторых математических проблем другой английский математик и логик Алан Тьюринг предложил гипотетическую машину, названную позже его именем. Машина Тьюринга, созданная в 1936 году, не была машиной в обычном смысле этого слова, но абстрактной математической моделью, ставшей основой всех последующих моделей цифровых компьютеров. Считается, что первый электронный цифровой
компьютер, был создан американским математиком и физиком Джоном В. Атанасовым
и его помощником Клиффордом Е. Берри в период с 1939 по 1942 гг. Параллельно
с ними, германский инженер Конрад Цюс, работавший самостоятельно, создал в После этого технология построения цифровых компьютеров начинает быстро развиваться, реле сменяют лампы, а в конце 1950-х гг. появляется второе поколение машин на транзисторах. В конце 1960-х гг. и в 1970-х гг. строятся машины третьего поколения, в которых используются первые микросхемы. Немного раньше, пока еще на фоне повсеместного использования телетайпов, систем аналогового телефонного факсимиле и телефона уже начинают закладываться основы современных сетевых технологий: в 1950-х гг. разрабатывается и вводится в эксплуатацию первая компьютерная сеть связи (многомашинная ассоциация) – оборонная система "Сейдж".
Сети с коммутацией пакетов(содержание очерка) (содержание словаря) (главная страница)
Необходимость совместной работы ЭВМ различных типов поставили на повестку дня вопрос разработки концепции, «…которая позволила бы установить универсальные правила взаимодействия разнотипных ЭВМ между собой. В рамках этой концепции должны быть предусмотрены различные уровни взаимодействия между ЭВМ – от самых простых (низких) до самых сложных (высоких)» [16]. Забегая вперед, скажем, что решением этого вопроса явилась разработка в 1978 году Международной организацией стандартов (МОС) базовой эталонной модели взаимосвязи открытых систем (ЭМВОС). В 1960-х гг. начинают проводиться работы по
исследованию коммутации пакетов (КП). Изобретателем КП считается Пол
Бэйрон из корпорации "Рэнд", представивший в Однако вскоре было осознано, что КП хорошо подходит для передачи данных, генерируемых терминалами и компьютерами, при этом пакеты можно мультиплексировать в линии связи по принципу асинхронного временного мультиплексирования. В 1969 году начинает функционировать исследовательская сеть "Арпа" – дейтаграммная сеть с КП, явившаяся основой ныне существующей сети "Интернет". Именно исследователями и разработчиками сети "Арпа" были начаты работы по протоколам сетевого и транспортного уровней, которые известны теперь как набор протоколов TCP/IP. Параллельно стал развиваться режим передачи пакетов по виртуальным соединениям, что несколько позже, во второй половине 1970-х гг., нашло отражение в рекомендации X.25 МККТТ. В этой рекомендации была предложена технология КП, основанная на уровневой модели Взаимосвязи открытых систем Международной организации стандартов (МОС). Спецификация X.25 распространялась, главным образом, на два уровня модели ВОС – канальный (звена данных) и сетевой, для которых были разработаны соответствующие протоколы. В ранних версиях рекомендации Х.25, например, в версии 1980 года, коммутация пакетов могла осуществляться как дейтаграммным способом, так и по виртуальным соединениям (ВС). В научно-технических сообществах проводились математические, имитационные и практические исследования преимуществ и недостатков обоих этих способов коммутации. В результате в более поздних версиях рекомендации Х.25, например, в версии 1988 гг., дейтаграммный способ уже не упоминался; в то же время в сети "Интернет" он остался, поскольку протокол IP является дейтаграммным.
Локальные сети(содержание очерка) (содержание словаря) (главная страница)
Тем временем закладываются основы еще одной новой
технологии – локальных сетей (ЛС). В своем подавляющем большинстве ЛС
представляют собой чисто дейтаграммные сети со средой передачи данных
коллективного пользования, основанные на широковещательной передаче.
По-видимому, одной из первых разработку ЛС начала корпорация США
"Ксерокс" в
Совместная передача речи и данных в сетях с коммутацией пакетов(содержание очерка) (содержание словаря) (главная страница)
Во второй половине 1970-х гг. начинаются новые эксперименты с коммутацией пакетов по рекомендации Х.25 – ее решили использовать, наряду с передачей машинных данных, для передачи речи, а также и факсимильных изображений. Для этого использовались ненумерованные кадры протокола HDLC, передача которых через звено данных могла выполняться, минуя механизм окна, согласно которому передача очередной порции кадров осуществляется только после получения положительной квитанции с приемного конца. Естественно, что ожидание таких квитанций, поступление которых в реальной сети не детерминировано и зависит от меняющейся нагрузки, вносило совершенно недопустимые для речи задержки. В случае же ненумерованных кадров передача осуществлялась быстрее за счет меньших задержек. Пакеты с ошибками просто отбрасывались, что допустимо благодаря устойчивости (или, как говорят, толерантности) речи к разумным потерям по причине ее избыточности (при хорошем качестве можно отбрасывать до 5% речевых всплесков от их общего объема). В противном случае передача речи пакетами по телефонным каналам, вероятно, никогда бы не состоялась. В общем же период с конца 1970-х по первую половину 1980-х гг. в области информационных сетей прошел под лозунгом "совместная передача речи и данных в сетях с коммутацией пакетов".
Узкополосная цифровая сеть связи интегрального обслуживания (УЦСИО) (содержание очерка) (содержание словаря) (главная страница)
Если добавить к этому еще и факсимиле, как неподвижные изображения, то, следуя далее, почему бы не передавать через сеть и подвижные изображения? В итоге постепенно выкристаллизовалась и стала монолитом концепция "цифровая сеть связи интегрального обслуживания (ЦСИО, англ.ISDN)" или, по другой терминологии, "цифровая сеть связи с интеграцией служб (ЦСИС)". В связи с этим сразу же возникла дискуссия, какой способ коммутации принять в ЦСИО – коммутацию пакетов (КП) или коммутацию каналов (КК)? Сторонники КК вполне резонно говорили о таких ее бесспорных преимуществах, как, прежде всего фиксированная (не переменная) и очень малая вносимая задержка и гарантированная полоса пропускания – что идеально подходит к требованиям служб реального времени, таких как интерактивная речь (телефония, прежде всего) и видео. Сторонники КП указывали на экономичность КП, которая достигается за счет более эффективного использования пропускной полосы при мультиплексировании соединений, а главное - на возможность грануляции полосы при ее адаптации к скорости источника данных, что позволяет подключать к сети с КП терминалы самых разных типов. Появилось и третье мнение, которое стало решающим – гибридная передача и коммутация – КК и КП. Именно на этой концепции основан первый вариант ЦСИО – узкополосная сеть (УЦСИО), разработанная достаточно детально уже к середине 1980-х гг.
Система быстрой коммутации пакетов (БКП)(содержание очерка) (содержание словаря) (главная страница)
С другой стороны, начинают появляться новые разработки в пользу чистой КП для интегральной сети. Одна из первых и наиболее знаменитых – система для интегральной (совместной) передачи речи и данных (под данными подразумевались компьютерные данные) американского ученого и специалиста Джонатана Тернера из компании AT&T. Система была защищена рядом патентов, полученных в 1984-1986. Кроме того, описание системы было доложено на международных конференциях и опубликовано в нескольких популярных среди специалистов изданиях, прежде всего, в публикациях ИИЭР "Записки" (IEEE Proceedings) и "Журнал" (IEEE Journal), в результате чего Тернер стал одним из наиболее часто цитируемых в то время в данной области связи авторов. В основу концепции Тернера был положен уже упомянутый способ передачи трафика реального времени в ненумерованных пакетах, но с существенным дополнением – вместо шумящих телефонных каналов были использованы цифровые каналы системы транспортировки Т1 с малыми коэффициентами двоичных ошибок. Таким образом, появилась новейшая концепция КП – быстрая коммутация пакетов (БКП), позволившая перераспределить функции уровней, вынеся механизмы ARQ для восстановления пакетов с ошибками за пределы сети – на транспортный уровень. Поскольку в системе Тернера применялись пакеты переменной длины, данную разновидность БКП можно со всеми основаниями назвать первым вариантом достаточно распространенных ныне систем с ретрансляцией кадров (Frame Relay). Среди отличительных особенностей системы Тернера были коммутаторы на основе многоярусных соединительных сетей (МСС) с самомаршрутизацией, контроллеры канального уровня, реализованные как аппаратные конечные автоматы с местной маршрутной таблицей, параллельное группирование МСС, использование в МСС буферизированных коммутационных элементов, а также применение специальной рандомизирующей МСС, которая "разбрасывала" пакеты более равномерно по всему пространству коммутационного поля, препятствуя группированию пакетов, их тяготению к отдельным участкам поля и, как следствие, частым столкновениям пакетов. Система БКП Тернера и некоторые другие явились первыми ласточками, предвещавшими эпоху широкополосной ЦСИО (ШЦСИО) и ныне неразрывно связанную с ней новейшую технологию – Асинхронный режим передачи (АТМ). Так, практически параллельно с работами Тернера во Франции начинается эксперимент с "асинхронным временным уплотнением", названный "Прелюдией" (Prelude). В этой системе использовались короткие пакеты постоянной длины (32 октета) с очень небольшими заголовками. Эти пакеты переносили самые различные данные, включая видео. Результаты эксперимента были доложены мировому сообществу специалистов в области телекоммуникаций в 1987 году через журнал ИИЭР JSAC. Приблизительно в это же время начинается лавинообразное поступление заявок на получение патентов на коммутаторы и коммутационные поля для БКП, а позже и для АТМ, от фирм-разработчиков большинства развитых стран мира. Так или иначе, вопросами БКП и АТМ занимаются США, Франция, Великобритания, Япония, Германия, Бельгия, Швеция, Италия. Вопросы ШЦСИО стали прорабатываться также в России, Австралии и Финляндии.
Широкополосная цифровая сеть связи интегрального обслуживания (ШЦСИО) и Асинхронный режим передачи (АТМ)(содержание очерка) (содержание словаря) (главная страница)
Быстрая коммутация пакетов, в чем-то приобретя
свойства коммутации каналов, становится лидером и принимается в Затем дискуссии продолжились: если постоянная длина, то какая? Французские специалисты, опираясь в немалой степени на опыт "Прелюдии", предлагали использовать короткие пакеты – например, в 32 октета. Специалисты США, напротив, были за большие пакеты в 64 октета (при этом учитывались соображения удобной упаковки в физические кадры некоторых систем передачи, популярных в США, и в других странах). В результате ССЭ МСЭ принял компромиссное решение – некруглое с точки зрения двоичной арифметики число 53 октета, из которых 5 октетов занимал заголовок, а остальные 48 – полезная нагрузка и, в большинстве случаев, блоки данных протоколов AAL. Такой пакет стали называть ячейкой (cell). Дебаты закончились. В 1990 году ССЭ МСЭ (тогда еще МККТТ) выпускает пакет из 13 рекомендаций, посвященных ШЦСИО на основе АТМ. Рекомендации вышли в серии I: I.113, I.121, I.150, I.211, I.311, I.321, I.327, I.361, I.362, I.363, I.413, I.432, I.610. Эпоха АТМ началась. Многие из принятых рекомендаций требовали доработки, или, по терминологии ССЭ МСЭ, "дальнейшего изучения" (ffs- for further study). Так, например, в рекомендациях ССЭ МСЭ отсутствовало описание процедур протокола на уровне АТМ, не был описан протокол сигнализации. В связи с этим фирмы-производители оборудования связи в 1991 году основали организацию, названную «Форумом АТМ», чтобы на основе уже имеющихся рекомендаций ССЭ МСЭ выпускать законченные спецификации, которые позволили бы фирмам-изготовителям начать выпуск промышленного оборудования АТМ, совместимого друг с другом. Тогда в Форум АТМ входили всего четыре фирмы. Теперь же это солидная организация, насчитывающая более семи сотен членов.
Современная техника коммутации АТМ(содержание очерка) (содержание словаря) (главная страница)
Время внесло коррективы в первоначальные замыслы. Так, если сначала доминирующее положение занимала концепция ШЦСИО достаточно большого территориального охвата, то затем произошло некоторое смещение в сторону корпоративных и локальных сетей. Коммутаторы на тысячи портов, описанные в многочисленных патентах, уступили место (может быть, пока на время) практичным и небольшим коммерческим коммутаторам и мультиплексорам АТМ – обычно от нескольких единиц до нескольких десятков портов. Пространственные структуры коммутационных полей, хотя и использовались, но уже не в массовом порядке, как можно было ожидать после изучения патентов и технической литературы. Зачастую вместо них стали применять коммутационные поля с общим ресурсом – на общей шине и, особенно часто, на основе общей памяти. (Особыми приверженцами быстрых коммутаторов пакетов с общей памятью были японские фирмы, например, "Хитачи", подробно описавшая их на международных конференциях, в журналах, и защитившая патентами в 1989-91 годах). Дала себя знать и масса уже установленной и эксплуатирующейся техники связи. Стали говорить о "защите инвестиций"; а в технической литературе стало употребляться слово "унаследованный" (legasy): унаследованные локальные сети, унаследованные форматы, структуры данных и т.д. Совершенно естественно возникла проблема адаптации АТМ к унаследованному оборудованию, чем активно занялся Форум АТМ и выпустил спецификации по эмуляции локальных сетей. Позже появилась спецификация для многопротокольного обмена данными через АТМ. Однако, к настоящему времени (2003 год), по крайней мере, в России коммутаторы АТМ получили применение прежде всего на транспортных сетях SDH и в качестве мультиплексоров доступа.
Сеть «Интернет» и Ай-Пи телефония(содержание очерка) (содержание словаря) (главная страница)
Однако технология TCP/IP не стояла на месте, и в период развития технологии АТМ и ШЦСИО неожиданный расцвет получила дейтаграммная сеть «Интернет». Толчок этому дал новый протокол HTTP, использующий, в частности, идею гипертекста, и написанные под него просмотровые программы, так называемые браузеры (от английского слова «просматривать»). Популярность новых информационных средств оказалась впечатляющей. Параллельное и повсеместное развитие электронной почты укрепило позиции сети «Интернет» окончательно. Теперь, купив модем, любой пользователь персонального компьютера (ПК) подключается к розетке обычной телефонной сети общего пользования – ТфОП – звонит по телефону модемного пула поставщика услуг «Интернет», устанавливает соединение с сервером, после чего получает открытые информационные ресурсы всего мира. Благодаря этому телефонные сети многих стран мира превратились в местные сети доступа к международной сети «передачи данных», роль которой стала играть сеть «Интернет». В 1990-х годах были предприняты попытки речевого общения через «Интернет». Появились первые программы для передачи речи через протоколы TCP/IP. Из-за переменных задержек доставки пакетов IP связь, как правило, была очень плохая, но отдельные слова можно было разобрать; иногда этого было достаточно. Невиданная ранее экономия денег (стоимость услуг сети «Интернет» существенно ниже стоимости услуг обычной международной телефонной связи) подстегивала активность разработчиков, в результате чего на телекоммуникационную сцену вышла Ай-Пи (IP) – ТЕЛЕФОНИЯ – VoIP (Voice Over Internet – «Речь через Интернет»). Для улучшения качества речи были предложены новые протоколы «Интернет», а также новые приемы коммутации IP-пакетов. Под IP-телефонию стали адаптировать учрежденческо-производственные АТС (УПАТС), с разработкой соответствующего ПО, плат и IP-телефонов. Выпускаются IP-мультиплексоры и другая техника для реализации IP-телефонии, и не только. IP-мультиплексоры используются, например, для эмуляции потоков Е1, которые соединяют телефонные станции. В результате «Интернет» фактически стала «всемирной сетью «интегрального обслуживания»».
Предисловие к толковому словарю Тезаурус (круг тем, охваченных в словаре)
Copyright © Разживин И.А., Симонов М.В. |
|
|
|