Определение конфигурации сети

 

Конфигурация сети базируется на существующих технологиях и мировом опыте, а также на принятых во всем мире стандартах построения ЛВС, и определяется требованиями, предъявляемыми к ней, а также финансовыми возможностями пользователей.

Исходя из существующих условий и требований в каждом отдельном случае выбирается топология сети, кабельная структура, протоколы и методы передачи данных, способы организации взаимодействия устройств, сетевая операционная система.

Эффективность функционирования ЛВС определяется параметрами, выбранными при конфигурировании сети:

 качеством и возможностями сетевой операционной системы;

 топологией сети и аппаратным обеспечением сети;

 объемом и технологией использования информационного обеспечения (баз данных);

 предоставляемыми услугами и их интеллектуальным уровнем;

 средствами и методами защиты информации в сети;

 средствами и методами обеспечения отказоустойчивости ЛВС;

 используемыми методами планирования распределенного вычислитель­ного процесса;

 используемыми режимами функционирования сети.

При планировании сети следует подумать о том, что обслуживание сети зна­чительно повышает эффективность ее работы. На предприятии, включающем в свою сеть несколько сот рабочих мест, всегда имеется специалист, который отвечает за функционирование всей сети. Он должен заботиться не только о стабильной работе сети (так как при ее поломке парализуется работа всего предприятия), но также обеспечивать так называемые права доступа к инфор­мации. Такого специалиста называют сетевым администратором.

Кроме того, при установке сети необходимо обеспечить защиту информации. При этом следует учитывать следующие факторы.

В первую очередь необходимы устройства на случай выхода из строя промыш­ленной электрической сети. Для этой цели можно использовать аппаратные средства, например источник бесперебойного питания компьютера (ИБП). Оно действует таким образом, что при пропадании напряжения пита­ния сеть не распадается, продолжает функционировать в течение времени, необходимого для организованного отключения от сети всех пользователей и выключения центрального компьютера без потери данных.

В качестве другой меры необходимо иметь в распоряжении дополнительный компьютер, который может заменить, например, вышедший из строя сервер.

Так как обычно в сети циркулирует большое количество данных, то необходи­мо тщательно и планомерно заботиться о защите информации. Например, могут быть установлены дополнительные винчестеры (“зеркальные” винчес­теры), на которых дублируется информация или накопители большой емкос­ти (например, стриммеры), с помощью которых обеспечивается планомерное копирование (архивирование) данных.

Кроме того, в сети каждый пользователь может иметь доступ ко всей инфор­мации, т.е. прочитать и изменить любые данные. Обычно это нежелатель­но, и не только из соображений безопасности.

Соответствующие действия пользователей сети регулируются определенными правами доступа, которые устанавливают, какому пользователю разрешено читать, или записывать определенные данные. Права доступа назначаются администратором сети.

 

3.2. Аппаратные средств а ЛВС

 

Компоненты ЛВС

 

Основой для организации локальной сети являются обычные ПК, подключаемые в сеть с помощью карты расширения сетевого адаптера. Сетевые карты должны конфигурироваться. В больших сетях для решения специальных задач могут выделяться отдельные ПК, например сервер печати для подготовки и управления принте­ром или коммуникационный сервер для связи с модемами и т.д. К тому же необходимо разграничить пользователей или группы пользователей и на­значить им соответствующие права доступа к ресурсам сети.

 

Сервер

 

Серверу в иерархических (централизованных) сетях принадлежит центральная роль. Следовательно, он должен быть и хорошо оснащен. Его оснащение зависит от числа подключен­ных рабочих станций.

Более старые версии сетей предлагали возможность использования сервера в невыделенном режиме (non dedicated). В этом случае сервер функ­ционирует не только как центральный ПК, но может использоваться как обыч­ная рабочая станция. Это выгодно в смысле цены, так как эко­номится одна рабочая станция, но из-за сервера, “отвлеченного” на решение задач пользователя, испытывает затруднения вся сеть, поэтому рекомендуется использовать сервер только в выделенном режиме (dedicated).

 

Рабочая станция

 

Рабочая станция – персональный компьютер, работающий под управлением собственной операционной системы. Однако в отличие от автономного персонального компьютера рабочая станция содержит плату сетевого интерфейса и физически соединена кабелем с сервером. Кроме того, рабочая станция должна иметь сетевую операционную систему или специальную программу, называемую оболочкой сети, при использовании несетевой ОС, которая позволяет ей обмениваться информацией с сервером, другими рабочими станциями и прочими устройствами сети. Оболочка позволяет рабочей станции использовать файлы и программы, хранящиеся на сервере, так же легко, как и находящиеся на ее собственных дисках.

Оснащение отдельных рабочих станций внутри сети очень сильно зависит от оснащения сервера. Если серверу выделена центральная роль, то рабочие станции могут оснащаться оборудованием в меньшей степени.

По-другому выглядит одноранговая сеть, в которой отсутствует сер­вер. Здесь чем лучше отдельные станции, тем лучше распределение ресурсов внутри всей сети. Дорогие периферийные устройства, такие как сканер, мо­дем, сменные жесткие диски и т.п., необходимо устанавливать лишь на одной рабочей станции, так как в сети ресурсы доступны всем пользователям.

 

Сетевые карты

 

Сетевая карта устанавливается в один из свободных слотов материнской пла­ты. При этом сервер не обязательно должен иметь лучшую карту, чем рабочие станции.

Сетевые карты являются посредниками между ПК и сетью и передают сетевые данные по системе шин к ЦП и ОЗУ сервера или рабочей станции.

Сетевая карта оборудована собственным процессором и памятью, обычно имею­щей объем 8—16 Кбайт. Большинство сетевых плат предусматривает использование микросхемы ROM удаленной загрузки. Это нужно для бездисковых станций (не имеющих ни винчестера, ни дис­ководов для дискет). Загрузка операционной системы в память таких ПК происходит через сеть. Эта микросхема инициирует процесс загрузки. Чтобы компьютер знал ее местонахождение, надо на сетевой карте установить для нее базовый адрес. На внешней стороне карты имеются разъемы для подключения кабелей.

Как и любые другие карты, сетевые карты бывают 8-, 16- и 32-разрядными и могут иметь исполнение для различных компьютерных архитектур: ISA, EISA, VESA, PCI, MCA.

В качестве стандартной сетевой карты обычно используется продукция фир­мы Novell, поэтому наиболее распространенными сейчас являются сетевые карты, совместимые с NE2000 (Novell Ethernet). Драйверы для них включаются в дистрибутивы практически всех сетевых операционных систем. Отдельные стандарты отличаются в первую очередь скоростью передачи данных. В зависимости от используемой технологии и сетевой карты максималь­ная скорость передачи данных в сети 10, 100, 1000 Мбит/с.

 

Кабели

 

В сети данные циркулируют по кабелям, соединяющим отдельные компьютеры различным образом в за­висимости от выбранной топологии, вида сети (Ethernet, Arcnet, Token Ring). Большинство сбоев и ошибок внутри сети происходит из-за некачественного или дефектного кабеля или кабельного разъема. В зависимости от топологии поиск неисправности может быть весьма трудоемок.

Витая пара – относительно дешевая разновидность передающей линии, представляющая собой несколько проводов, перекрученных друг с другом с определенным шагом.

Это кабель может быть экранированным и неэкранированным. Экранированный более устойчив к электромагнитным помехам. Однако на практике чаще используется неэкранированный кабель, так как такой тип кабеля используется для разводки телефонных линий. Он дешевле экранированного и наилучшим образом подходит для малых учреждений. Используется при скоростях передачи 10, 100, 1000 Мбит/с. Недостатками данного кабеля является высокий коэффициент затухания сигнала и высокая чувствительность к электромагнитным помехам, поэтому максимальное расстояние между активными устройствами в ЛВС при использовании витой пары до 100 м.

Коаксиальный кабель – кабель, состоящий из одного центрального проводника, заключенного в изолятор, поверх которого расположен другой проводник.

Этот кабель может использоваться в двух различных системах передачи данных: без модуляции сигнала и с модуляцией. В первом случае цифровой сигнал используется в таком виде, в каком он поступает из ПК и сразу же передается по кабелю на приемную станцию. Для скорости передачи 10 Мбит/с длина тонкого кабеля – до 180 м, а толстого – до 500 м. Во втором случае цифровой сигнал превращают в аналоговый и направляют его на приемную станцию, где он снова превращается в цифровой. Операция превращения сигнала выполняется модемом; каждая станция должна иметь свой модем. Этот способ передачи является многоканальным (обеспечивает передачу по десяткам каналов, используя для этого всего лишь один кабель). Таким способом можно передавать звуки, видеосигналы, данные. Длина кабеля может достигать 50 км. Передача сигнала с модуляцией более дорогостоящая, чем без модуляции. Поэтому, наиболее эффективное его использование при передаче данных между крупными предприятиями.

Оптоволоконный кабель является новейшей и перспективной технологией, используемой в ЛВС. Носителем информации является световой луч, который модулируется сетью и принимает форму сигнала. Такая система устойчива к внешним электрическим помехам и таким образом возможна очень быстрая и безошибочная передача данных (до 2 Гбит/с), и обеспечивает секретность передаваемой информации. Число каналов в таких кабелях огромно. Передача данных выполняется только в симплексном режиме, поэтому для организации обмена данными устройства необходимо соединять двумя оптическими волокнами (на практике оптоволоконный кабель всегда имеет четное, парное число волокон). К недостаткам можно отнести большую стоимость, а также сложность подсоединения.

 

Сетевое оборудование

Рассмотрим подробнее оборудование, используемое в локальных сетях.

Сетевые адаптеры (СА). Основные функции адап­теров и их технические характеристики определяются поддерживаемым уров­нем протокола ЛВС в соответствии с архитектурой семиуровневой эталон­ной модели сети.

По выполняемым функциям СА разделяются на две группы:

1) реализующие функции физического и канального уровней. Они применяются в сетях с простой топологией;

2) реализующие функции первых четырех уровней модели сети – физи­ческого, канального, сетевого и транспортного. Такие адаптеры применяются в более сложных ЛВС.

Адаптеры ориентированы на определенную архитектуру локальной сети и ее технические характеристики, поэтому по топологии ЛВС адаптеры разделяются на следующие группы: поддерживающие шинную топологию, кольцевую, звездообразную, древовидную, комбинированную (звездно-коль­цевую, звездно-шинную).

Концентраторы. Эти устройства удобны для формирования сети произвольной топологии. Выпускается ряд типов концентраторов, они отличаются по количеству, типу и длине подключаемых кабелей и могут автоматически управлять подсоединенными сегментами (включать и вык­лючать их в случае обнаружения сбоев и обрывов).

Приемопередатчики (трансиверы) – это устройства, предназначенные для приема паке­тов от контроллера рабочих станций сети и передачи их в шину.

Повторители (repeater) – устройства для восстановления и усиления сигналов в сети, служащие для увеличения ее длины. С помощью этих устройств можно объединить несколько сегментов сети с шинной топологией, увеличивая таким образом общую протяженность сети.

Мосты. Мосты используются для соединения в основном идентичных сетей, имеющих некоторые физические различия на физическом и канальном уровнях.

Шлюзы (gateway) – устройства (компьютер), служащие для объединения сетей с совершенно различными протоколами обмена. Шлюзы выполняют протокольное преобразование для всех семи уровней сети, в частно­сти – маршрутизацию пакетов, преобразование сообщения из одного форма­та в другой или из одной системы кодирования в другую.

Маршрутизаторы (роутеры). Эти устройства устанавливают соеди­нение на 4-м (транспортном) уровне, при этом верхние уровни сети (5,6 и 7) должны быть одинаковы. Они обеспечивают достаточно сложный уровень сервиса, так как могут выполнять “интеллектуальные” функции: выбор наи­лучшего маршрута для передачи сообщения, адресованного другой сети; управление балансированной нагрузкой в сети путем равномерного распре­деления потоков данных; защиту данных; буферизацию передаваемых дан­ных; различные протокольные преобразования. Такие возможности марш­рутизаторов особенно важны при построении базовых сетей крупных орга­низаций.

Модемы и факс-модемы. Модем, обеспечивая согласование цифро­вых сигналов компьютера с аналоговыми сигналами телефонной линии, при передаче данных осуществляет модулирование аналоговых сигналов цифро­вой информацией, а при приеме – демодулирование. Факс-модемы обеспечивают скоростную передачу данных только в од­ном направлении и используют свои собственные стандарты. Они лучше справляются с передачей информации, чем с приемом. В настоящее время выпускаются и комбинированные модемы (модем данных/факс-модем).

Анализаторы ЛВС. Это мощный диагностический инструмент, пред­назначенный для контроля качества функционирования сети.

Сетевые тестеры. Это приборы, входящие в состав контрольно-изме­рительной аппаратуры, которая облегчает установку и техническое обслу­живание локальных сетей. Тестеры линий передачи являются хорошим сред­ством проверки нового кабеля и отыскания неисправностей в системе уста­новленных кабелей. Они способны не только обнаруживать неисправность, но и сообщать сведения о ее характере и месте расположения.

 

Технология Ethernet

 

Ethernet – наиболее распространенная в мире локальная сеть, предложенная Xerox (топология – шина, метод доступа CSMA/CD, скорость передачи – 10 Мбит/с, удовлетворяет стандарту IEEE 802.3).

Технология Ethernet стала базой спецификации IEEE 802.3, которая была опубликована в 1980 г. Вскоре после этого компании Digital Equipment (DEC), Intel и Xerox совместно разработали и приняли вторую версию спецификации Ethernet, совместимую с IEEE 802.3. В настоящее время термин Ethernet чаще всего используют для описания всех локальных сетей, работающих в соответствии с принципами CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) – множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий, что соответствует спецификации Ethernet IEEE 802.3.

CSMA/CD состоит из двух частей: Carrier Sense Multiple Access и Collision Detection. Первая часть определяет, каким образом рабочая станция с сетевым адаптером “ловит” момент, когда ей следует послать сообщение. В соответствии с протоколом CSMA, рабочая станция вначале слушает сеть, чтобы определить, не передается ли в данный момент какое-либо другое сообщение. Если слышит­ся несущий сигнал (carrier tone), значит, в данный момент сеть занята другим сообщением – рабочая станция переходит в режим ожидания и находится в нем до тех пор, пока сеть не освободится. Когда в сети наступает молчание, станция начинает передачу. Вторая часть – Collision Detection – служит для разре­шения ситуаций, когда две или более рабочие станции пытаются передавать сообщения одновременно. Если две станции начнут передавать свои пакеты одновременно, передаваемые данные наложатся друг на друга и ни одно из со­общений не дойдет до получателя. Такую ситуацию называют конфликтом или коллизией (сигналы одной станции перемешаются с сигналами другой). Collisi­on Detection требует, чтобы станция прослушала сеть также и после передачи пакета. Если обнаруживается конфликт, станция повторяет передачу пакета через случайным образом выбранный промежуток времени. Затем она вновь проверяет, не произошел ли конфликт. Термин “множественный доступ” под­черкивает тот факт, что все станции имеют одинаковое право на доступ к сети.

В технологии Ethernet данные могут передаваться по коаксиальному или оп­тическому кабелю, а также через витую пару. Чаще всего при построении ло­кальных сетей на основе этой технологии оптический кабель используется для формирования магистрали сети, в то время как витая пара применяется для подключения станций и серверов. Спецификации Ethernet были созданы в то время, когда для быстрой передачи данных требовались коаксиальные кабели. Необходимость перехода на менее дорогие телефонные кабели и попытка смяг­чить последствия разрыва коаксиального кабеля стали причинами появления спецификации l0Base-T IEEE 802.3. Эта спецификация определяет технологию Ethernet для сетей, построенных на базе неэкранированных витых пар и теле­фонных кабелей. При этом допускается звездообразная топология. Приведем основные спецификации Ethernet.

 10Base2 – стандарт сегмента сети Ethernet на тонком коаксиальном кабеле. Обеспечивает скорость передачи 10 Мбит/с и использует тонкий, гибкий коаксиальный кабель RG-58A/U, обычно диаметром 0,2 дюйма со скрученным внутренним проводником. Этот стан­дарт известен как “тонкий Ethernet”.

 10Base5 – стандарт сегмента сети Ethernet на толстом коаксиальном кабеле. Как и первая версия Ethernet, эта спецификация в качестве среды передачи предусматривает толстый коаксиальный кабель. Из-за этого спецификацию называют “толстым Ethernet”. Каждый коаксиальный кабель в сети образует отдельный сег­мент.

 10BaseT – стандарт сегмента сети Ethernet на витой паре. Эта разновидность Ethernet получила наибольшее распростране­ние. Спецификация 10BaseT предусматривает проводку из неэкра­нированного кабеля с витыми парами, обычно называемыми UTP (Unshielded Twisted Pair), но использует только две из четырех пар проводников типичного кабеля Категории 3 (одна пара передает данные, в то время как другая предназначена для приема данных). В противоположность проводкам 10Base2 и 10Base5, 10BaseT использует топологию звезды, в которой каждый узел соединен с центральным концентратором или многопортовым повторителем (эта топология хорощо совмещается с расположением проводки, имеющейся в большинстве зданий).Применение дешевых кабелей UTP является одним из основных преимуществ l0BaseT по сравнению со спе­цификациями 10Base2 и 10Base5.

 10BaseFX – стандарт сегмента сети Ethernet на опто­волоконном кабеле. Применение оптоволоконной технологии приводит к высокой стоимости комплектующих. Однако нечувствительность к электро­магнитным помехам позволяет использовать спецификацию в особо от­ветственных случаях и для связи далеко расположенных друг от друга объектов.

Каждая из разновидностей Ethernet предусматривает те или иные ограниче­ния на протяженность сегмента кабеля. Для создания более протяженной сети несколько кабелей могут соединяться с помощью повторителей. С точки зрения программного обеспечения последова­тельность кабельных сегментов, связанных повторителями, ничем не отличается от единого кабеля. Сеть может содержать несколько сегментов кабеля и несколь­ко повторителей.

Теоретическая производительность сети Ethernet составляет 10 Мбит/с. Однако нужно учитывать, что из-за коллизий технология Ethernet никогда не сможет достичь своей максимальной производительности. При увеличении числа станций в сети временные задержки между посылками отдельных пакетов по сети возрастают, так как количество коллизий увеличивается. Поэтому реаль­ная производительность Ethernet не превышает 70% от теоретической.

Данные по сети передаются кадрами, т.е. порциями, имеющими определенную структуру. Максимальное время на передачу кадра от одной РС сети к другой, если все РС соединены последовательно, будет в случае, когда станция-отправитель и станция-получатель максимально удалены друг от друга:

 

где Т с – время распространения сигнала в передающей среде от одной PC к другой;

Т к– время передачи кадра от одной PC к другой;

Т з– время задержки кадра в одном узле сети;

N рс– число рабочих станций в сети.

Так как

 

 

где S рс– расстояние между двумя PC сети (для всех PC оно принимается одинаковым);

Vc – скорость распространения сигнала в передающей среде;

е к– длина кадра;

V к – скорость передачи данных в сети.

 

Fast Ethernet – высокоскоростная разновидность сети Ethernet, обеспечивающая скорость передачи 100 Мбит/с (удовлетворяет доработанному стандарту IEEE 802.3, стандарт утвержден в 1995 г.).

Fast Ethernet целесообразно применять в тех организациях, которые широко использовали классический Ethernet, но сегодня испытывают потребность в увеличении пропускной способности. При этом сохраняется весь накопленный опыт работы с Ethernet и, частично, сетевая инфраструктура.

Основная область использования Fast Ethernet сегодня – это сети рабочих групп и отделов. Целесообразно совершать переход к Fast Ethernet постепенно, оставляя Ethernet там, где он хорошо справляется с поставленными задачами.