Дипломная (вкр): Построение вычислительной локальной сети

Важным явлением в сетях Ethernet является коллизия - ситуация, когда две станции одновременно пытаются передать кадр данных по общей среде. Это является - следствие принятого случайного метода доступа.

Но со временем количество компьютеров увеличилось, и передача данных по шине стала невозможна из-за потери скорости. В этом случае на предприятии решили использовать топологию построения сети ЗВЕЗДА. В данном же случае имеется сервер, к которому непосредственно подключаются все компьютеры, участвующие в локальной вычислительной сети. Для построения сети была выбрана и применена технология Fast Ethernet и в настоящее время уже используется Gigabit Ethernet.Ethernet: в 1995 г. комитет IEEE 802.3 принял спецификацию Fast Ethernet в качестве стандарта 802.3u, который не является самостоятельным стандартом, а представляет собой дополнение к существующему стандарту 802.3. Уровни MAC и LLC в Fast Ethernet остались абсолютно теми же, что и в Ethernet. Метод доступа также остался старым - CSMA/CD. Это обеспечивало преемственность и согласованность сетей 10 Мбит/с и 100 Мбит/с. Все отличия технологии Fast Ethernet и Ethernet сосредоточенны на физическом уровне. Более сложная структура физического уровня технологии вызвана тем, что в ней используется три варианта кабельных систем:

-       волоконно-оптический многомодовый кабель, используется два волокна;

-       витая пара категории 5, используется 2 пары;

-       витая пара категории 3, используется 4 пары.

Коаксиальный кабель в число разрешенных сред передачи данных технологии Fast Ethernet не входит. Сети на этой технологии всегда имеют иерархическую древовидную структуру, построенную на концентраторах. Диаметр сети сокращен до 200 м (для сети на основе концентратора). Скорость, в сравнении с Ethernet, увеличена в 10 раз за счет уменьшения межкадровой задержки. Технология работает в полнодуплексном режиме. Стандарт 802.3u установил 3 различных спецификации для физического уровня Fast Ethernet, дал им следующие названия:

-       100Base-T4 для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 3,4 или 5. Максимальная длина сегмента - 100 м;

-       100Base-FX для многомодового оптоволоконного кабеля, используется два волокна. Максимальная длина сегмента - 412 м (полудуплекс), 2 км (полный дуплекс).Ethernet: достаточно быстро после появления на рынке продуктов Fast Ethernet сетевые интеграторы и администраторы почувствовали определенные ограничения при построении корпоративных сетей. Во многих случаях серверы, подключенные по 100-мегабитному каналу, перегружали магистрали сетей. Ощущалась потребность в следующем уровне иерархии скоростей. В связи с этим в июне 1995 года исследовательской группе по изучению высокоскоростных технологий IEEE было предписано заняться рассмотрением возможности выработки стандарта Ethernet с ещё большей битовой скоростью. Окончательно стандарта на витой паре категории 5 был принят в 1999 году. Скорость передачи в Gigabit Ethernet составляет 1000 Мбит/с. Разработчики сохранили большую степень преемственности с технологиями Ethernet и Fast Ethernet: те же форматы кадров, работают в полудуплексном и полнодуплексном режимах, поддерживая на разделяемой среде тот же метод доступа CSMA/CD с минимальными изменениями. Летом 1998 года был принят стандарт 802.3z, который определяет использование в качестве физической среды трёх типов кабеля: многомодового оптоволоконного (расстояние до 500м), одномодового оптоволоконного (расстояние до 5000 м) и двойного коаксиального(twin ax), по которому данные передаются по двум медным экранированным проводникам на расстояние до 25 метров. Специальная рабочая группа 802.3ab разработала вариант Gigabit Ethernet на UTP категории 5. для обеспечения скорости в 1000 Мбит/с используется одновременная передача данных по четырём неэкранированным витым парам, скорость в 250 Мбит/с [49].

Физическая структура сети и сетевое оборудование

Обобщённо физическую структуру локальной вычислительной сети можно представить следующим образом. Сеть делится на части, соединенные системой высокоскоростных каналов передачи - магистралей. В каждой части сети присутствуют сетевые устройства, называемые коммутаторами, способные делить части сети на сетевые сегменты. Каждый сетевой сегмент - это совпадающая с областью коллизии группа узлов сети. В сетевой сегмент может входить один или несколько экземпляров оконечного оборудования, а также концентраторы [46].

К экземплярам оконечного оборудования относятся компьютер и сервер.

Компьютер - универсальный узел сети, прикладное использование которого определяется программным обеспечением и дополнительным оборудованием [46].

Сервер - это компьютер, обладающий в сети большей активностью и значимостью по сравнению с клиентскими машинами. [52]

К экземплярам сетевого оборудования можно отнести маршрутизатор, коммутатор и концентратор.

Концентратор - устройство, к которому подключаются кабели от множества конечных узлов и коммуникационных устройств. [52]

Маршрутизатор - устройство с несколькими физическими интерфейсами, возможно, различных сетевых технологий, которое используется для организации регламентированных связей между логическими подсетями на основе сетевой адресной информации.

Коммутатор - сетевое устройство, служащее средством сегментации, направляющее проходящие через него данные на соответствующий выходной порт. [52]

Обусловливающие факторы и сущность процесса модернизации. У существующей сети можно выделить группу контролируемых признаков, по значениям которых можно говорить, что сеть достаточно производительна. Если сеть достаточно производительна, то отсутствует необходимость её модернизации.

Модернизация сети - это процесс усовершенствования сети путём изменения её физической структуры. Модернизация может заключаться в расширении, урезании размеров сети, а также к замене сетевого оборудования.

Прежде чем браться за модернизацию сети необходимо её обосновать, так как модернизация требует денежных затрат. Универсальной формулы для обоснования модернизации не существует.

Бартон М. выделяет следующие показатели необходимости модернизации:

-       высокая загруженность каналов или устройств (недостаточная пропускная способность каналов; устаревшее сетевое оборудование, увеличение нагрузки сети);

-       длительная задержка передачи в сети (низкая скорость обработки оборудования, неспособность сетевых протоколов или прикладных сервисов справляться с возложенной на них задачей, большое расстояние между конечными точками, необходимость преобразования форматов, обеспечения межсетевой защиты и контроля доступа);

-       взаимодействие с другой сетью;

-       аудит, проверка выполнения всех операций сети;

-       связь между объектами модернизации [3].

Сбор, сравнение и анализ функциональных параметров сети чрезвычайно важны для составления практического обоснования модернизации сети. На рынке имеется множество средств для мониторинга сети и сбора данных, например, программные средства Cisco Works, HP OpenView, Insight Manager, Optivity. Выбор конкретного продукта и множества исследуемых параметров, будет зависеть от инфраструктуры сети и от факторов, которые являются наиболее приоритетными для лица, принимающего решение (ЛПР) при исследовании сети.

При необходимости модернизации собранная статистика, в том числе об изменении производительности с течением времени, используется для планирования и обоснования модернизации.

В процессе планирования или работы над модернизацией перед руководством предприятий встаёт вопрос о целесообразности модернизации с точки зрения бизнес-целей компании. Практическое обоснование обычно требует ответа на три вопроса: позволит ли модернизация сэкономить компании деньги, поможет ли она делать компании деньги и будет ли она способствовать повышению уровня конкурентоспособности компании.

Для выяснения затрат на проект требуется выяснить показатели, входящие в общую стоимость модернизации сети. Кроме того, требуется рассмотреть, как модернизация скажется на продуктивности сети.

Полноценная модернизация сети осуществляется редко из-за больших затрат. Проблемы проектирования, моделирования, диагностики сетей, обеспечивающие поддержку процесса модернизации сети, разработаны в достаточной степени. Однако существуют достаточно трудоемкие процессы обеспечения работоспособности сети. Комплексные средства поддержки этих процессов не разработаны в достаточной степени.

В связи с этим целесообразно разработать группу методик автоматизации поддержки процессов обеспечения работоспособности сети.

Сущность процесса обеспечения работоспособности вычислительной сети.

Вычислительная сеть работоспособна, если параметры, описывающие ее работу и показывающие, что сеть выполняет возложенные на нее функции, находятся в пределах, предусмотренных технической документацией.

Вычислительная сеть неработоспособна, если хотя бы один из вышеуказанных параметров выходит за пределы, предусмотренные технической документацией.

В процессе функционирования сети может нарушаться работа группы устройств сети, поэтому персонал должен постоянно обеспечивать работоспособность вычислительной сети. В этот процесс входят диагностика работы сети в целях выявления устройств, нарушающих ее функционирование и оперативное устранение сбоев для возвращения вычислительной сети в режим штатного функционирования.

В процессе обеспечения работоспособности вычислительной сети, при условии нарушения работы группы устройств, для возвращения сети в режим штатного функционирования применяется комплекс организационно- технических мероприятий [9]. В комплекс могут входить следующие мероприятия:

-       настройка сетевого оборудования;

-       проверка соединения кабеля с сетевым устройством;

-       перепланировка для устранения воздействия на оборудование источников, искажающих передаваемые сигналы;

-       удаление экземпляра сетевого оборудования;

-       «переконфигурация» фрагмента сети (извлечение из другой части сети экземпляра сетевого оборудования и замена им проблемной составляющей сети);

-       замена экземпляра сетевого оборудования;

-       добавление сетевых устройств.

Недостаточно формализованным и трудоёмким является процесс анализа сбоев в работе сети и их устранение. Сбой - ситуация некорректного функционирования сети. Понятие сбоя включает физический отказ сетевого оборудования, сбой программного обеспечения, как на конечных, так и на промежуточных устройствах сети, некорректная настройка оборудования, недостаточное качество обслуживания [42].

Обобщенная схема процесса анализа сбоев в сети и их устранения изображена на рисунке 1.

Рис.1. Обобщенная схема процесса анализа сбоев в сети и их устранения

Процесс включает в себя ряд этапов, полная автоматизация которых не представляется возможной. Поэтому на схеме указывается область возможной автоматизации процесса анализа сбоев в сети и их устранения.

В процессе эксплуатации вычислительной сети вследствие множества факторов в ее работе могут возникнуть ситуации, связанные с нарушением ее функционирования. Соответствующие сообщения поступают в ответственное подразделение. Формат сообщений зависит от формы связи с ответственным подразделением установленной его сотрудниками. Решение возможной проблемы начинается со сбора данных и фактов о функционировании вычислительной сети. Сбор данных и фактов осуществляется следующим образом:

-       уточнение факторов нарушения функционирования сети;

-       удалённая или непосредственная диагностика характеристик проблемного участка сети.

Собранная статистика позволяет провести анализ проблемы и ее идентификацию. В случае принятия решения о необходимости принятия мер по проведению работ с сетью выполняется локализация проблемы, т.е. поиск компонентов, нарушающих функционирование сети.

После локализации проблемы выявляются возможные пути её решения. Из них выбирается наиболее обоснованный вариант. Выбор множества организационно-технических мероприятий, позволяющих решить проблему, производится следующим образом.

Для возвращения сети в состояние корректного функционирования к конкретному типу сетевой составляющей можно применить несколько вариантов организационно-технических мероприятий конкретной составляющей сети. Критерии выбора мероприятий: стоимость и трудоёмкость выполнения данных мероприятий. В порядке убывания приоритета по указанным критериям мероприятия можно выстроить следующим образом: проверить соединение, настроить, удалить, переконфигурировать (переставить деталь из другой части сети в проблемный участок), поменять, расширить.

Однако на выбор мероприятия влияет важность составляющей сети. Определение важности является нечётким. Чем выше важность составляющей сети, тем больше снизится производительность сети при удалении данной составляющей. Если составляющая важна, то удалять ее нельзя.

Главная цель, которую администратор ставит при поиске организационно-технических мероприятий по устранению проблемы - вернуть сеть в работоспособное состояние. Если существует несколько комплексов организационно-технических мероприятий, возвращающих сеть в режим штатного функционирования, то из них выбирается один обоснованный.

Наиболее вероятный вариант организационно-технических мероприятий принимается и применятся. После этого анализируются работа сети после проведения организационно-технических мероприятий. Если после проведения мероприятий присутствуют нарушения функционирования сети, то следует провести повторную идентификацию проблемы. Если нарушения отсутствуют, то вариант структуры сети утверждается.

Сопровождение сети - это один из способов поддержания работоспособности сети. В случае решения о необходимости принятия мер по проведению комплекса организационно-технических мероприятий над сетью возникает потребность внедрения системы поддержки принятия решений (СППР) в данный процесс [26]. СППР - это человеко-машинная информационная система, используемая для поддержки действий ЛПР в ситуациях выбора, когда невозможно или нежелательно иметь автоматическую систему представления и реализации всего процесса оценки и выбора альтернатив. В случае устранения сбоев в процессе функционирования вычислительных сетей под СППР можно понимать программный комплекс, дающий рекомендации лицам, принимающим решения; по организации процесса поиска оптимальной совокупности организационно-технических мероприятий по устранению проблем в сети [28]. СППР может способствовать анализу и локализации проблемы, выявлению путей решения проблемы и выбору обоснованного варианта модернизации или оперативного устранения нарушений функционирования сети.

.2 Основные подходы к построению корпоративных локальных вычислительных сетей

Главным требованием, предъявляемым к сетям, является выполнение сетью ее основной функции - обеспечение пользователям потенциальной возможности доступа к разделяемым ресурсам всех компьютеров, объединенных в сеть. Все остальные требования - производительность, надежность, совместимость, управляемость, защищенность, расширяемость и масштабируемость - связаны с качеством выполнения этой основной задачи [18].

Хотя все эти требования весьма важны, часто понятие «качество обслуживания» компьютерной сети трактуется более узко - в него включаются только две самые важные характеристики сети производительность и надежность [36].

Независимо от выбранного показателя качества обслуживания сети существуют два подхода к его обеспечению. Первый подход состоит в том, что сеть (обслуживающий ее персонал) гарантирует пользователю соблюдение некоторой числовой величины показателя качества обслуживания. Технологии Frame relay и ATM (англ. Asynchronous Transfer Mode - асинхронный способ передачи данных) позволяют строить сети, гарантирующие качество обслуживания по производительности. Технология ATM начинает использоваться в более масштабных сетях, нежели локальные сети.