Дипломная (вкр): Построение вычислительной локальной сети

При этом вычисления ведутся для наихудшего случая, для пути максимальной длины, то есть для такого пути передаваемого по сети пакета, который требует для своего прохождения максимального времени. При первой системе расчетов выделяются три типа сегментов:

-       начальный сегмент, соответствует началу пути максимальной длины;

-       конечный сегмент расположен в конце пути максимальной длины;

-       промежуточный сегмент входит в путь максимальной длины, но не является ни начальным, ни конечным.

Промежуточных сегментов в выбранном пути может быть несколько, а начальный и конечный сегменты при разных расчетах могут меняться местами друг с другом. Выделение этих трех типов сегментов позволяет автоматически учитывать задержки сигнала на всех концентраторах,' входящих в путь максимальной длины, а также в приемопередающих узлах адаптеров.

Методика расчета сводится к следующему:

В сети выделяется путь максимальной длины.

Если длина сегмента, входящего в выбранный путь, не максимальна, то рассчитывается двойное (круговое) время прохождения в каждом сегменте выделенного пути.

Если длина сегмента равна максимально допустимой, то для него берется величина максимальной задержек.

Суммарная величина задержек всех сегментов выделенного пути не должна превышать предельной величины 512 битовых интервалов (51,2 мкс).

Затем необходимо проделать действия 1-4 для обратного направления выбранного пути (то есть в данном случае конечный сегмент считается начальным и наоборот).

Если задержки в обоих случаях не превышают величины 512 битовых интервалов, то сеть считается работоспособной.

Данная модель немного различается для различных технологий передачи информации в сети, но набор правил фиксирован для каждой технологии [21].

Имеется возможность при проектировании локальной сети применять обе модели. При автоматизации вышеуказанных моделей следует учесть все виды технологий передачи информации в сети (Ethernet, Fast Ethernet и т.д.).

Если сеть не укладывается к требованиям по стандарту, то структуру сети можно изменить следующими способами:

Уменьшение длины кабелей с целью снижения задержки прохождения сигнала по сети (если возможно).

Уменьшение количества концентраторов для снижения задержек и сокращения IPG (если возможно).

Выбор кабеля с наименьшей задержкой. Кабели различных марок имеют разные задержки, то есть разные скорости распространения. Различия могут достигать 10%.

Разбиение сети на две части или более с помощью коммутатора - более радикальный метод. Коммутатор снижает требования к сети во столько раз, на сколько сегментов (зон конфликта) он разбивает сеть. Для каждой новой части сети требуется произвести расчет работоспособности еще раз. Сегмент, который присоединяет коммутатор, также входит в зону конфликта, и его надо учитывать при расчетах.

Переход на другую локальную сеть (самый радикальный метод). Наиболее часто в таких случаях применяют сеть FDDI, которая позволяет строить максимальные по размеру сети. Оборудование FDDI очень дорого, и для связи с сетью Fast Ethernet необходимы специальные связующие сетевые устройства.

Универсального метода построения локальной сети, а также универсальных правил выбора комплекса организационно-технических мероприятий, применяемых к некорректно функционирующей сети, не существует. Правила, позволяющие проанализировать производительность сети, различаются для каждого стандарта построения сетей. Комплексы организационно-технических мероприятий, применяемых к некорректно функционирующей сети, обычно выбираются в частном порядке для конкретной сети предприятия.

Анализ построения и обеспечения работоспособности корпоративных сетей.

При техническом оснащении магистралей и клиентов следует учитывать группу условий для выбора способов подключения.

Магистральные узлы связи с целью минимизации затрат могут располагаться в узлах уже существующих телекоммуникационных сетей (Городские АТС, узлы связи провайдеров).

С помощью достройки центрального узла (магистрали) можно собрать в единую сеть уже имеющиеся локальные сети, как это было сделано при создании сети Пенсионного фонда ЯНАО. Можно пойти и обратным путём: использовать имеющуюся магистраль, а затем ставить задачу присоединения к ней локальных сетей и их проектирование.

Для подключения «крупных» абонентов можно использовать оптоволоконные соединения, существующие электрические кабели связи, оборудование RadioEthernet, xDSL [9].

Если в сеть включается малый населённый пункт, то в данном случае кабельная инфраструктура слаборазвита и ненадёжна, а создание новой экономически неэффективно. Здесь нужно применять беспроводные технологии связи: технологии спутникового доступа и RadioEthernet. На данный момент внедрение качественных систем на основе спутникового доступа и технологии RadioEthernet сдерживается по экономическим причинам, но их роль постоянно возрастает [9].

Если существуют пользователи, для которых невозможно или экономически невыгодно создавать выделенные каналы связи, то доступ в Интернет можно организовать с использованием уже имеющейся телефонной инфраструктуры, то есть с использованием технологии Dial-up. Однако, авторы группы работ, касающихся проектирования сети, например, исключают данный способ как мало скоростной и качественно невыгодный.

Можно выделить следующие особенности реализации корпоративной сети:

-       большой объём разнородного трафика (телефония, данные, видео информация);

-       наличие большого количества используемых протоколов и интерфейсов обмена;

-       необходимость достижения высокой скорости передачи информации [38].

Исходя из данных особенностей, в качестве основной технологии передачи информации в крупной сети наиболее целесообразно и экономически выгодно использование технологий ATM и Frame Relay.

Технология ATM является наиболее перспективным решением задачи переноса разнородной информации в широкополосных цифровых сетях с интеграцией служб. Это - специфический, подобный пакетному, метод переноса информации, использующий принцип асинхронного временного мультиплексирования.

Метод АТМ является ориентированным на соединения: любой передаче информации предшествует организация виртуального соединения (коммутируемого или постоянного) между отправителем и получателем данных, что впоследствии упрощает процедуры маршрутизации. Данные перед их передачей по каналам связи делятся на участки длиной 48 байт. К ним добавляется заголовок (5 байт). Образуются ячейки, которые передаются с использованием виртуальных каналов, т.е. имеющих идентификатор логических каналов, организуемых между двумя устройствами для установления связи. В одном физическом канале связи, как правило, передаются совместно ячейки, принадлежащие множеству различных виртуальных каналов. Ячейки, поступающие от различных комплектов оконечного оборудования данных, объединяются в канале связи, образуя групповой сигнал, и коммутируются в узлах сети.

Сеть АТМ - это набор коммутаторов и оконечных систем (хостов, маршрутизаторов и т.д.) АТМ, связанных между собой межточечными каналами связи (point-to-point links), либо интерфейсами UNI или NNI. Первый тип интерфейса (UNI) используется при соединении оконечных систем АТМ, второй (NNI) - при соединении коммутаторов АТМ.

Задачи коммутатора АТМ по сути очень просты: при известных значениях получить некоторую ячейку по каналу связи, найти соответствующее соединение в местной таблице преобразования, чтобы тем самым определить выходной порт (или порты), а также новые ВК и ВП для такого соединения на данном канале связи, после чего данная ячейка вместе с соответствующими идентификаторами передается на выходной канал связи.

В отличие от метода АТМ соединения Frame Relay функционируют на канальном уровне - второй уровень модели OSI, используя общую (public), частную (private) или гибридную (hybrid) среду передачи. Сеть Frame Relay состоит из переключателей (switches) FR, объединенных цифровой средой передачи. Конечное оборудование, к примеру, маршрутизаторы, связываются через FR сеть в одном или нескольких направлениях. В стандартной терминологии, переключатели FR принадлежат к классу устройств DCE (Data Communications Equipment), а конечное оборудование пользователя - к классу DTE (Data Terminal Equipment).

DTE объединяются по спецификациям протокола FR UNI (FR User-to-Network Interface). Переключатель FR, представляющий UNI, читает адреса приходящих кадров и маршрутизирует в соответствующем направлении.

Физически сети FR образуют ячеистую структуру коммутаторов.

FR позволяет передавать кадры размером до 4096 байт, а этого достаточно для пакетов Ethernet и Token Ring, максимальная длина которых составляет 1500 и 4096 байт соответственно. Благодаря этому FR не предусматривает накладные расходы на сегментацию и сборку.

При построении локальных сетей, входящих в корпоративную можно использовать распространенную технологию Fast Ethernet. Однако следует учитывать, что данная технология передачи информации в сети уже не считается быстрой по современным взглядам, поэтому по возможности сети можно проектировать на основе технологии Gigabit Ethernet.

Общая структура сетей, по мнению автора, наглядно показана в работах [24, 25]. В зависимости от интенсивности информационного обмена и суммарной пропускной способности подсети разбиваются на 4 группы.

Объекты группы I относятся к магистральным узлам связи, и их оборудование должно обеспечивать пропуск большого объема информационного трафика. Таким оборудованием являются магистральные коммутаторы, либо мультиплексоры. С целью минимизации затрат они должны располагаться в узлах уже существующих телекоммуникационных сетей (городские АТС, узлы связи провайдеров).

Объекты группы I находятся на пересечении большого количества информационных потоков разной интенсивности. Комплект оборудования для таких объектов обобщенно можно представить состоящим из трех частей (рисунок 2)

Рис.2. - Типовой комплект оборудования объектов группы I (магистральные узлы связи)

В настоящее время, наиболее ценным ресурсом является кабельная инфраструктура, замена или создание которой может стать наиболее дорогостоящей частью телекоммуникационного проекта. В связи с этим, в настоящее время актуальным является способ экономии магистральной кабельной инфраструктуры с применением новейших технологий типа ATM и DWDM. Первая из этих технологий, позволяет наиболее экономно совмещать в одном канале связи голос, видео и данные. Вторая обеспечивает одновременную передачу сигналов на нескольких поднесущих в одном оптическом волокне.

Оптимальным решением взаимосвязи объектов группы I является схема, основанная на оптоволоконной инфраструктуре. Это обеспечивает поддержку высоких скоростей информационного обмена, надежность и масштабируемость.

Объекты группы II включают абонентов с интенсивным голосовым и информационным трафиком. Они должны подключаться к магистральным коммутаторам на скоростях от 2Е1 до STM-1. При этом верхняя граница выбрана с запасом на дальнейшее расширение. Наиболее целесообразным способом такого подключения являются оптоволоконные соединения.

Комплект оборудования для таких объектов обобщенно можно представить состоящим из четырех частей (Рисунок 3): 1. оптические модемы; коммутатор, поддерживающий совмещение разнородного трафика в одном канале, скорости передачи от Е1 до 8ТМ-1; учрежденческая производственная автоматическая телефонная станция (УПАТС);

коммутаторы для рабочих групп ЛВС, вид и количество которых определяется в каждом конкретном случае.

Рисунок 3. - Типовой комплект оборудования объектов группы II

При подключении на скорости STM-1 используются встроенные оптические порты коммутатора.

Группа III представляет собой семейство абонентов, интенсивность информационного трафика которых ниже чем у объектов группы II. Их подключение к магистральным коммутаторам должно осуществляться на скоростях от El до 2Е1. В качестве физической среды передачи в этом случае могут использоваться уже существующие электрические кабели связи.

Комплект оборудования для таких объектов обобщенно можно представить состоящим из четырех частей (рисунок 4):

-       модемы xDSL;

-       коммутатор доступа, поддерживающий совмещение разнородного трафика в одном канале, скорости передачи 2048 Мбит/с.;

-       мини УПАТС;

-       коммутаторы рабочих групп, вид и количество которых определяется в каждом конкретном случае.

Рисунок 4. - Типовой комплект оборудования объектов группы III

Под объектами группы IV подразумеваются единичные пользователи, нуждающиеся в Dial-up доступе к интегрированной сети населённого пункта. Данный доступ осуществляется при помощи модемов с использованием имеющейся телефонной инфраструктуры.

За критерий оценки производительности выступает пропускная способность канала передачи. По данному критерию можно оценить, насколько удобно рабочее место для работы с сервисами сети Интернет.

Именно по данному критерию подсети разбиваются на группы: от крупных провайдеров до мелких пользователей. В работе обсуждаются способы подключения и необходимое сетевое оборудование для оснащения подсетей каждой группы в зависимости от рельефа местности и оснащённости объектов средствами информатизации.

Выбранный критерий производительности удобен и легко подсчитывается. Важность данного критерия очевидна - разработчики многих сетей стремятся к его увеличению. Данная методика способна помочь в оснащении предприятий корпоративными сетями, однако она слабо учитывает первый и второй уровни оснащения. Отсюда следует, что мы заранее не сможем собрать статистику и в полной мере оценить производительность работы подсетей системы. Приведённая модель также слабо учитывает построение сети с резервом потенциала. Система статична.

В работах Гостева В.М. рассматривается разработка методов оптимального проектирования и оценки производительности магистральной информационной инфраструктуры региональных образовательных комплексов. Общая проблема оптимального проектирования сетей передачи данных формулируется следующим образом. Для заданных множеств. - множества узлов коммутации, множества доступных маршрутизаторов, множества доступных каналов передачи данных между возможными пунктами размещения узлов коммутации, а также заданной (прогнозируемой) интенсивности трафика между узлами коммутации необходимо определить топологию сетей передачи данных, тип маршрутизатора, устанавливаемого в каждом узле коммутации, тип и параметры каждого канала передачи данных, маршруты передачи данных между узлами коммутации. В качестве основных критериев оценки проекта используются стоимостные характеристики сетей передачи данных (затраты на оборудование и эксплуатационные расходы) и ожидаемые временные характеристики-передачи данных по сети - среднее и максимальное время задержки пакетов в сетях передачи данных [14].

В процессе формирования и анализа вариантов сетей передачи данных применяются аналитические и имитационные модели узлов коммутации, каналов передачи данных, внешних источников (серверов и рабочих станций), генерирующих трафик различных типов (симметричный, несимметричный; с различными распределениями интервалов времени между поступлением пакетов и т.д.).