Компьютерные сети. 13

2

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Наша страна идет к общей компьютеризации. Стремительно расширяется сфера применения компьютеров в народном хозяйстве, науке, образовании, в быту. Возрастает выпуск вычислительных машин от сильных компьютеров, до пк, мелких и микрокомпьютеров. Но вероятности таких компьютеров ограничены. Следственно и появляется надобность объединить такие компьютеры в цельную сеть, связать их с крупными компьютерами и вычислительными центрами, где находятся базы и банки данных и где дозволено в ограниченное время производить вычисления различной степени трудности либо получить хранящуюся там информацию.

Теперь, любая, даже маленькая организация, имеющая несколько компьютеров, не мыслит своего функционирования без компьютерных сетей.

 Объединение отдельно стоящих  компьютеров в группы позволило  получить ряд превосходств, в  том числе коллективно применять  дорогостоящие суперкомпьютеры, периферийное  оборудование и так дальше.

Сеть предоставила пользователям большое число многообразнейших источников, возможность общения и отдыха, серфинг в Интернете, бесплатные звонки в другие страны, участие в торгах на биржах, вероятность недурно зарабатывать и т. д.

Результативная работа фирмы, компаний, предприятий высших и средних учебных заведений сегодня теснее не может быть реализована без применения технических средств, разрешающих оптимизировать производственные процессы и процессы обучения, документооборота, делопроизводства.

 На современном этапе становления и применения корпоративных сетей особенно  значение приобрели такие вопросы, как оценка продуктивности и качества корпоративных сетей и их компонентов, оптимизация  существующих либо планируемых корпоративных сетей.

Производительность и пропускная способность корпоративной сети определяется рядом факторов: выбором серверов и рабочих станций, каналов связи, сетевого оборудования, сетевого протокола передачи данных, сетевых операционных систем и операционных систем рабочих станций, серверов и их конфигураций, разделением файлов базы данных по серверам в сети, организацией распределенного вычислительного процесса, охраны, поддержания и исправления работоспособности в случае  сбоев и отказов и т.п.

В данной курсовой работе поставлена задача дать характеристику корпоративным компьютерным сетям и их организации.

Для достижения поставленной цели в курсовой работе решаются следующие задачи:

Задачи курсовой работы:

1. Разобрать конструкцию современных корпоративных сетей.
2. Выделить основные характеристики корпоративных компьютерных сетей:
3. Производительность сети
4. Пропускная способность
5. Надежность
6. Управляемость сети
7. Совместимость либо интегрируемость
8. Расширяемость и масштабируемость
9. Прозрачность и помощь разных видов трафика
10. Выяснить организацию корпоративных сетей.
11. Выделить этапы организации компьютерных сетей.
12. Описание разрабатываемой сети
13. Разработка схемы адресации
14. Выбор активного оборудования
15. Выбор коммутаторов
16. Выбор маршрутизаторов
17. Выяснить роль Internet в корпоративных сетей:
18. Потенциальные опасности, связанные с подключением корпоративной сети к Интернет:
19. Программные и программно-аппаратные способы охраны

Практическая значимость?

ГЛАВА I. КОНСТРУКЦИЯ СОВРЕМЕННЫХ КОРПОРАТИВНЫХ СЕТЕЙ

Корпоративная сеть - это сеть, основным назначением которой является поддержание работы определенного предприятия, обладающего данной сетью. Пользователями корпоративной сети являются только работники  предприятия.

Корпоративная сеть - коммуникационная система, принадлежащая и/или управляемая организацией в соответствии с правилами этой организации. Корпоративная сеть отличается от сети, скажем, интернет-провайдера тем, что правила разделения IP адресов, работы с интернет источниками и т. д. едины для всей  корпоративной сети, в то время как провайдер контролирует только магистральный отделы сети, разрешая своим заказчикам самосильно руководить их отделами сети, которые могут являться как частью адресного пространства провайдера, так и быть спрятаны механизмом сетевой трансляции адресов за одним либо несколькими адресами провайдера.

Корпоративную сеть рассматривают как сложную систему, состоящую из нескольких взаимодействующих слоев. В основании пирамиды, представляющей корпоративную сеть, лежит слой компьютеров - центров хранения и обработки информации, и транспортная подсистема (рис. 1), обеспечивающая качественную передачу информационных пакетов между компьютерами.

Рис. 1. Иерархия слоев корпоративной сети

Над транспортной системой работает слой сетевых операционных систем, он организует работу программ в компьютерах и предоставляет через транспортную систему ресурсы своего компьютера в всеобщее пользование.

Над операционной системой работают разные программы, но из-за главной роли систем управления базами данных, хранящих в определённом виде основную корпоративную информацию и проводящих над ней базовые операции поиска, данный класс системных приложений  выделяют в обособленный слой корпоративной сети.

На следующем уровне работают системные сервисы, которые, пользуясь СУБД, как инструментом для поиска требуемой информации среди миллионов и миллиардов байт, хранимых на дисках, предоставляют  пользователям эту информацию в доступной для принятия решения форме, а также исполняют некоторые всеобщие для предприятий всех типов процедуры обработки информации. К этим услугам относится служба WWW, система электронной почты, системы коллективной работы и многие другие.

Верхний уровень корпоративной сети представляют особые программные системы, которые реализуют задачи, специфические для данного предприятия либо предприятий данного типа. Примерами таких систем могут служить системы автоматизации банка, организации бухгалтерского учета, автоматизированного проектирования, управления технологическими процессами и т.п.

Финальная цель корпоративной сети воплощена в прикладных программах верхнего уровня, но для их удачной работы безусловно нужно, чтобы подсистемы других слоев точно исполняли свои функции.

ГЛАВА II. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОРПОРАТИВНЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ

К корпоративным компьютерным сетям (Intranet), как и к иным видам компьютерных сетей, предъявляется ряд требований. Основное требование - выполнение сетью ее главной функции: обеспечение пользователям потенциальной вероятности доступа к разделяемым источникам всех компьютеров, объединенных в сеть. Решению этой главной задачи подчинены остальные требования: по производительности, надёжности, отказоустойчивости, безопасности, управляемости, совместимости, расширяемости, масштабируемости, прозрачности и поддержке разных видов трафика.

2.1. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ  СЕТИ

Производительность сети - одно из основных свойств корпоративных сетей. Обеспечивается возможностью распараллеливания работ между несколькими элементами сети. Производительность сети измеряется с помощью показателей 2-х типов - временных, оценивающих задержку, вносимую сетью при выполнении обмена данными, и показателей пропускной способности, отражающих количество информации, переданной сетью в единицу времени. Эти два типа показателей являются взаимно обратными, и, зная один из них, можно вычислить иной.

Для оценки производительности сети применяют ее основные характеристики:

· время реакции;

· пропускная способность;

· задержка передачи и вариация задержки передачи данных.

В качестве временной характеристики продуктивности сети применяется такой показатель как время реакции. Термин "время реакции" может применяться в очень широком смысле, следовательно, во всяком определенном случае нужно уточнить, что воспринимается под этим термином. В общем случае, время реакции определяется, как промежуток времени между возникновением запроса пользователя к какому-нибудь сетевому сервису и получением  результата на данный запрос как показано на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Время реакции - промежуток между запросом и результатом

Очевидно, что смысл и значение этого показателя зависят от типа обслуживания, к которому обращается пользователь, от того, какой пользователь и к какому серверу обращается, а также от нынешнего состояния других элементов сети - загруженности секций, через которые проходит запрос, загруженности сервера и т.п.

Время реакции складывается из нескольких составляющих:

· время подготовки запросов на клиентском компьютере;

· время передачи запросов между заказчиком и сервером через сегменты сети и промежуточное коммуникационное оборудование;

· время обработки запросов на сервере;

· время передачи результатов от сервера заказчику;

· время обработки получаемых от сервера результатов на клиентском компьютере.

Ниже приведены несколько примеров определения показателя "время реакции", иллюстрируемых рис. 2.2.

Рис. 2.2 Показатели продуктивности сети

В первом примере под временем реакции понимается время, которое проходит с момента обращения пользователя к сервису FTP для передачи файла с сервера 1 на клиентский компьютер 1 до момента окончания этой передачи. Очевидно, что это время имеет несколько составляющих. Значительный вклад вносят такие составляющие времени реакции как: время обработки запросов на передачу файла на сервере, время обработки получаемых в пакетах IP частей файла на клиентском компьютере, время передачи пакетов между сервером и клиентским компьютером по протоколу Ethernet в пределах одного коаксиального сегмента.

Для более точной оценки производительности сети рационально вычленить из времени реакции составляющие, соответствующие этапам несетевой обработки данных - поиску требуемой информации на диске, записи ее на диск и т.п. Полученное в итоге таких сокращений время можно считать иным определением времени реакции сети на прикладном уровне.

Вариантами этого критерия могут служить времена реакции, измеренные при разных, но фиксированных состояниях сети:

1. Полностью ненагруженная  сеть. Время реакции измеряется в условиях, когда к серверу 1 обращается только клиент 1, то есть на сегменте сети, объединяющем сервер 1 с клиентом 1, нет никакой иной активности - на нем присутствуют только кадры сессии FTP, производительность которой измеряется. В иных сегментах сети трафик может циркулировать, главное - чтобы его кадры не попадали в раздел, в котором проводятся измерения. Потому что ненагруженный раздел в реальной сети - явление экзотическое, то данный вариант показателя эффективности имеет ограниченную применимость - его отменные значения говорят только о том, что программное обеспечение и аппаратура данных 2-х узлов и сегмента владеют нужной эффективностью для работы в облегченных условиях.

2. Нагруженная сеть. Это наиболее увлекательный случай проверки эффективности обслуживания FTP для определенных сервера и клиента. Впрочем, при измерении критерия продуктивности в условиях, когда в сети работают и другие узлы и сервисы, появляются свои трудности - в сети может существовать слишком крупное число вариантов нагрузки, следственно  при определении критериев такого сорта - проведение измерений при некоторых типовых условиях работы сети. Так как трафик в сети носит пульсирующий характер, и характеристики  трафика значительно изменяются в зависимости от времени дня и дня недели, то определение типовой нагрузки - процедура трудная, требующая долгих измерений на сети. Если же сеть только разрабатывается, то вычисление  типовой нагрузки усложняется.

Во втором примере критерием продуктивности сети является время задержки между передачей кадра Ethernet в сеть сетевым адаптером клиентского компьютера 1 и поступлением его на сетевой адаптер сервера 3. Данный критерий также относится к критериям типа "время реакции", но соответствует сервису нижнего - канального уровня. Потому что протокол Ethernet - протокол дейтаграммного типа, то есть без установления соединений, для которого определение "ответ" не определено, то под временем реакции в данном случае воспринимается время прохождения кадра от узла-источника до узла-получателя. Задержка передачи кадра включает в этом случае время распространения кадра по начальному сегменту, время передачи кадра коммутатором из раздела А в раздел В, время передачи кадра маршрутизатором из раздела В враздел С и время передачи кадра из раздела С в раздел D повторителем. Критерии, относящиеся к нижнему уровню сети, отлично характеризуют качества транспортного обслуживания сети и являются более информативными для сетевых интеграторов, потому что не содержат избыточную для них информацию о работе протоколов верхних уровней.

При оценке продуктивности сети не по отношению к отдельным парам узлов, а ккаждом узлу в совокупности применяются критерии 2-х типов: средно - взвешенные и пороговые.

Средно - взвешенный критерий представляет собой сумму времен реакции всех либо некоторых узлов при взаимодействии со всеми либо некоторыми серверами сети по определенному сервису, то есть сумму вида:

(∑i∑jTij)/(nxm),

где T ij - время реакции i - гоклиента при обращении к j - му серверу, n - число клиентов, m - число серверов. Если усреднение производится и по сервисам, то в приведенном выражении добавится еще одно суммирование - по числу рассматриваемых сервисов. Оптимизация сети по данному критерию заключается в нахождении значений параметров, при которых критерий имеет минимальное значение либо, по крайней мере не превышает некоторое заданное число.

Пороговый критерий отражает наихудшее время реакции по каждому допустимому сочетанию клиентов, серверов и сервисов:

maxijkTijk,

где i и j имеют тот же смысл, что и в первом случае, а k обозначает тип сервиса. Оптимизация также может выполняться с целью минимизации критерия, либо же с целью достижения им некоторой заданной величины, признаваемой разумной с практической точки зрения.

2.2. Пропускная  способность

Пропускная способность - отражает объем данных, переданных сетью либо ее частью в единицу времени. Различают среднюю, мгновенную и максимальную пропускную способность.

Средняя пропускная способность вычисляется путем деления общего объема переданных данных на время их передачи, причем выбирается довольно долгий интервал времени - час, день либо неделя.

Мгновенная пропускная способность отличается от средней пропускной способности тем, что для усреднения выбирается очень маленький интервал времени - скажем, 10 мс либо 1 с.

Максимальная пропускная способность - это наибольшая мгновенная пропускная способность, зафиксированная в течение периода отслеживания.

Главная задача, для решения которой строится любая сеть - стремительная передача информации между компьютерами. Следовательно, критерии, связанные с пропускной способностью сети либо части сети, отлично отражают качество выполнения сетью ее главной функции.

Существует огромное число вариантов определения критериев этого вида, также, как и в случае критериев класса "время реакции". Эти варианты могут отличаться друг от друга: выбранной единицей измерения числа передаваемой информации, характером рассматриваемых данных - только пользовательские либо же пользовательские совместно со служебными, числом точек измерения передаваемого трафика, методом усреднения итогов на сеть в совокупности. Разберём  разные методы построения критерия пропускной способности детально.

Критерии, отличающиеся единицей измерения передаваемой информации. В качестве единицы измерения передаваемой информации традиционно применяются пакеты (либо кадры, дальше эти термины будут применяться как синонимы) либо биты. Следовательно, пропускная способность измеряется в пакетах в секунду либо же в битах в секунду.

Так как вычислительные сети работают по тезису коммутации пакетов (либо кадров), то измерение числа переданной информации в пакетах имеет смысл, тем более что пропускная способность коммуникационного оборудования, работающего на канальномуровнее и выше, также чаще каждого измеряется в пакетах в секунду. Впрочем, из-за переменного размера пакета (это свойственно для всех протоколов за исключением АТМ, имеющего фиксированный размер пакета в 53 байта), измерение пропускной способности в пакетах в секунду связано с некоторой неопределенностью - пакеты какого протокола и какого размера имеются в виду? Чаще всего подразумевают пакеты протокола Ethernet, как самого распространенного, имеющие наименьший для протокола размер в 64 байта. Пакеты минимальной длины выбраны в качестве эталонных из-за того, что они создают для коммуникационного оборудования наиболее весомый режим работы - вычислительные операции, производимыес всяким пришедшим пакетом, в  слабой степени зависят от его размера, следственно на единицу переносимой информации обработка пакета минимальной длины требует выполнения значительно много операций, чем для пакета максимальной длины.

Измерение пропускной способности в битах в секунду (для локальных сетей больше характерны скорости, измеряемые в миллионах бит в секунду - Мб/c) дает более точную оценку скорости передаваемой информации, чем при применении пакетов.

Критерии, отличающиеся учетом служебной информации. В любом протоколе имеется заголовок, переносящий служебную информацию, и поле данных, в котором переносится информация, считающаяся для данного протокола пользовательской. Скажем, в кадре протокола Ethernet малейшего размера 46 байт (из 64) представляют собой поле данных, а оставшиеся 18 являются служебной информацией. При измерении пропускной способности в пакетах в секунду отделить пользовательскую информацию от служебной немыслимо, а при побитовом измерении - возможно.

Если пропускная способность измеряется без деления информации на пользовательскую и служебную, то в этом случае невозможно ставить задачу выбора протокола либо стека протоколов для данной сети. Это объясняется тем, что даже если при замене одного протокола на иной мы получим высокую пропускную способность сети, то это не обозначает, что для финальных пользователей сеть будет работать быстрее - если доля служебной информации, доводящаяся на единицу пользовательских данных, у этих протоколов разная, то разрешается в качестве оптимального предпочесть более замедленный вариант сети.

 Если же тип протокола  не меняется при настройке сети, то можно применять и критерии, не выделяющие пользовательские данные из всеобщего потока.

При тестировании пропускной способности сети на прикладном уровнепроще измерять как раз пропускную способность по пользовательским данным. Для этого довольно измерить время передачи файла определенного размера между сервером и клиентом и поделить размер файла на полученное время. Для измерения всеобщей пропускной способности нужны особые инструменты измерения - анализаторы протоколов либо SNMP либо RMON агенты, встроенные в операционные системы, сетевые адаптеры либо коммуникационное оборудование.

Критерии, отличающиеся числом и расположением точек измерения. Пропускную способность, возможно, измерять между всякими двумя узлами либо точками сети, скажем, между клиентским компьютером 1 и сервером 3 из примера, приведенного на рис. 2.2. При этом получаемые значения пропускной способности будут изменяться при одних и тех же условиях работы сети в зависимости от того, между какими двумя точками производятся измерения. Потому что в сети единовременно работает огромное число пользовательских компьютеров и серверов, то полные данные о пропускной способности сети дает комплект пропускных способностей, измеренных для разных сочетаний взаимодействующих компьютеров - так называемая матрица трафика узлов сети. Существуют особые средства измерения, которые фиксируют матрицу трафика для всего узла сети.

В связи с тем, что в сетях данные на пути до узла назначения традиционно проходят через несколько транзитных промежуточных этапов обработки, то в качестве критерия результативности может рассматриваться пропускная способность отдельного промежуточного элемента сети - отдельного канала, сегмента либо коммуникационного устройства.

Знание всей  пропускной способности между двумя узлами не может дать полной информации о допустимых путях ее возрастания, потому что из всеобщей цифры невозможно осознать, какой из промежуточных этапов обработки пакетов в наибольшей степени тормозит работу сети. Следовательно, данные о пропускной способности отдельных элементов сети могут быть пригодны для принятия решения о методах ее оптимизации.

В рассматриваемом примере пакеты на пути от клиентского компьютера 1 до сервера 3 проходят через следующие промежуточные элементы сети:

Сегмент  АR Коммутатор R сегмент ВR Маршрутизатор R сегмент СR Повторитель R сегмент D.

Всякий из этих элементов владеет определенной пропускной способностью, следовательно, общая пропускная способность сети между компьютером 1 и сервером 3 будет равна минимальной из пропускных способностей элементов маршрута, а задержка передачи одного пакета (один из вариантов определения времени реакции) будет равна сумме задержек, вносимых всяким элементом. Для возрастания пропускной способности составного пути нужно в первую очередь обратить внимание на самые медленные элементы - в данном случае таким элементом скорее  будет маршрутизатор.

Необходимо определить всеобщую пропускную способность сети как среднее число информации, переданной между всеми узлами сети в единицу времени. Общая пропускная способность сети может измеряться как в пакетах в секунду, так и в битах в секунду. При делении сети на секции либо подсети общая пропускная способность сети равна сумме пропускных способностей подсетей плюс пропускная способность межсегментных либо межсетевых связей.

Задержка передачи определяется как задержка между моментом поступления пакета на вход какого-нибудь сетевого устройства либо части сети и моментом появления его на выходе этого устройства.

2.3. НАДЕЖНОСТЬ

Надёжность – это способность верно работать в течение продолжительного периода времени. Это качество имеет три составляющих: собственно безопасность, подготовленность и удобство сервиса.

Увеличение безопасности заключается в предотвращении неисправностей, отказов и сбоев за счет использования электронных схем и компонентов с высокой степенью интеграции, снижения уровня помех, облегченных режимов работы схем, обеспечения тепловых режимов их работы, а также за счет улучшения способов сборки аппаратуры. Надёжность измеряется интенсивностью отказов и средним временем наработки на отказ. Надёжность сетей как распределенных систем во многом определяется безопасностью кабельных систем и коммутационной аппаратуры - разъемов, кроссовых панелей, коммутационных шкафов и т.п., обеспечивающих собственно электрическую либо оптическую связность отдельных узлов между собой.

Повышение готовности полагает подавление в определенных пределах влияния отказов и сбоев на работу системы с поддержкой средств контроля и коррекции ошибок, а также средств механического восстановления циркуляции информации в сети после выявления неисправности. Увеличение готовности представляет собой борьбу за снижение времени простоя системы.

Критерием оценки готовности является показатель готовности, тот, что равен доле времени нахождения системы в работоспособном состоянии и может интерпретироваться как вероятность нахождения системы в работоспособном состоянии. Показатель готовности вычисляется как отношение среднего времени наработки на отказ к сумме этой же величины и среднего времени восстановления. Системы с высокой готовностью называют также отказоустойчивыми.

Основным методом увеличения  готовности является избыточность, на основе которой реализуются разные варианты отказоустойчивых архитектур. Вычислительные сети включают огромное число элементов разных типов, и для обеспечения отказоустойчивости нужна избыточность по всему из ключевых элементов сети.

Если рассматривать сеть только как транспортную систему, то избыточность должна существовать для всех магистральных маршрутов сети, то есть маршрутов, являющихся общими для большого числа клиентов сети. Такими маршрутами традиционно являются маршруты к корпоративным серверам - серверам баз данных, Web-серверам, почтовым серверам и т.п. Следовательно, для организации отказоустойчивой работы все элементы сети, через которые проходят такие маршруты, обязаны быть зарезервированы: обязаны иметься резервные кабельные связи, которыми дозволено воспользоваться при отказе одного из основных кабелей, все коммуникационные устройства на магистральных путях обязаны либо сами быть реализованы по отказоустойчивой схеме с резервированием всех основных своих компонентов, либо для всего коммуникационного устройства должно иметься резервное схожее устройство.

Переход сосновной связи на резервную либо с основного устройства на резервное может протекать как в механическом режиме, так и вручную, при участии администратора. Видимо, что механический переход повышает показатель готовности системы, потому что время простоя сети в этом случае будет значительно меньше, чем при вмешательстве человека. Для выполнения механических процедур реконфигурации нужно иметь в сети интеллектуальные коммуникационные устройства, а также централизованную систему управления, помогающую устройствам распознавать отказы в сети и адекватно на них реагировать.

Высокую степень готовности сети возможно обеспечить в том случае, когда процедуры тестирования работоспособности элементов сети и перехода на резервные элементы встроены в коммуникационные протоколы. Примером такого типа протоколов может служить протокол FDDI, в котором непрерывно тестируются физические связи между узлами и концентраторами сети, а в случае их отказа выполняется механическая реконфигурация связей за счет вторичного резервного кольца.

Существуют и особые протоколы, поддерживающие отказоустойчивость сети, скажем, протокол SpanningTree, исполняющий механический переход на резервные связи в сети, построенной на основе мостов и коммутаторов.

Существуют разные градации отказоустойчивых компьютерных систем, к которым относятся и вычислительные сети. Приведем несколько общепризнанных определений:

· высокая готовность (highavailability) - характеризует системы, исполненные по традиционной компьютерной спецтехнологии, использующие избыточные аппаратные и программные средства и допускающие время исправления в промежутке от 2 до 20 минут;

· устойчивость к отказам (faulttolerance) - характеристика таких систем, которые имеют в запасе избыточную аппаратуру для всех функциональных блоков, включая процессоры, источники питания, подсистемы ввода/вывода, подсистемы дисковой памяти, причем время восстановления при отказе не превышает одной секунды;