На сегодняшний день в мире существует более 130 миллионов компьютеров, и более 80 % из них объединены в различные информационно-вычислительные сети, от малых локальных сетей в офисах, до глобальных сетей типа Internet.

Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких как ускорение передачи информационных сообщений, возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений ( факсов, Е - Маil писем и прочего ) не отходя от рабочего места, возможность мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара, а так же обмен информацией между компьютерами разных фирм производителей работающих под разным программным обеспечением.

Такие огромные потенциальные возможности, которые несет в себе вычислительная сеть и тот новый потенциальный подъем, который при этом испытывает информационный комплекс, а так же значительное ускорение производственного процесса не дают нам право не принимать это к разработке и не применять их на практике.

Поэтому необходимо разработать принципиальное решение вопроса по организации ИВС ( информационно-вычислительной сети ) на базе уже существующего компьютерного парка и программного комплекса, отвечающего современным научно-техническим требованиям, с учетом возрастающих потребностей и возможностью дальнейшего постепенного развития сети в связи с появлением новых технических и программных решений.

Под ЛВС понимают совместное подключение нескольких отдельных компьютерных рабочих мест

( рабочих станций ) к единому каналу передачи данных.

Благодаря вычислительным сетям мы получили возможность одновременного использования программ и баз данных несколькими пользователями.

Понятие локальная вычислительная сеть - ЛВС ( англ. LAN - Local Агеа Network) относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным реализациям, в которых не-сколько компыотерных систем связанны друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций,

Благодаря такому соединению пользователь может взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными к этой ЛВС.

В производственной практике ЛВС играют очень большую роль.

Посредством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые используют совместно оборудование, программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую систему. Рассмотрим преимущества, получаемые при сетевом объединении персональных компьютеров в виде внутрипроизводственной вычислительной сети.

Разделение ресурсов

Разделение ресурсов позволяет экономно использовать ресурсы, например, управлять периферийными устройствами, такими как лазерные печатающие устройства, со всех присоединенных рабочих станций.

Разделение данных.

Разделение данных предоставляет возможность доступа и управления базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации.

Разделение программных средств

Разделение программных средств предоставляет возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных программных средств.

Разделение ресурсов процессора.

При разделении ресурсов процессора возможно использование вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в сеть, Предоставляемая возможность заключается в том, что на имеющиеся ресурсы не "набрасываются" моментально, а только лишь через специальный процессор, доступный каждой рабочей станции.

Многопользовательский режим

Многопользовательские свойства системы содействуют одновременному использованию централизованных прикладных программных средств, ранее установленных и управляемых, например, если пользователь системы работает с другим заданием, то текущая выполняемая работа отодвигается на задний план.

Все ЛВС работают в одном стандарте, принятом для компьютерных сетей - в стандарте OSI - Open System Interconnection.

Взаимодействие открытых систем (OSI)

Для того чтобы взаимодействовать, люди используют общий язык. Если они не могут разговаривать друг с другом непосредственно, они применяют соответствующие вспомогательные средства для передачи сообщений.

Для того чтобы привести в движение процесс передачи данных, использовали машины с одинаковым кодированием данных и связанные одна с другой. Для единого представления данных в линиях связи, по которым передается информация, сформирована Международная организация по стандартизации (англ, ISO– International Standarts Organization).

ISO предназначена для разработки модели международного коммуникационного протокола, в рамках которой можно разрабатывать международные стандарты.

Международная организация по стандартизации (ISO) разработала базовую модель взаимодействия открытых систем OSI. Эта модель является международным стандартом для передачи данных.

Модель содержит семь отдельных уровней:

Уровень 1: физический - битовые протоколы передачи информации; Уровень 2: канальный - формирование кадров, управление доступом к среде; Уровень 3: сетевой - маршрутизация, управление потоками данных; Уровень 4: транспортный - обеспечение взаимодействия удаленных процессов; Уровень 5: сеансовый - поддержка диалога между удаленными процессами; Уровень 6: представительский - интерпретация передаваемых данных; Уровень 7: прикладной - пользовательское управление данными,

Основная идея этой модели заключается в том, что каждому уровню отводится конкретная роль, в том числе и транспортной среде. Благодаря этому общая задача передачи данных расчленяется на отдельные легко обозримые задачи. Необходимые соглашения для связи одного уровня с выше- и нижерасположенными называют протоколом.

Так как пользователи нуждаются в эффективном управлении, система вычислительной сети представляется как комплексное строение, которое координирует взаимодействие задач пользователей.

С учетом вышеизложенного можно вывести следующую уровневую модель с административными функциями, выполняющимися в пользовательском прикладном уровне.

Отдельные уровни базовой модели проходят в направлении вниз от источника данных (от уровня 7 к уровню 1) и в направлении вверх от приемника данных (от уровня 1 к уровню 7). Пользовательские данные передаются в нижерасположенный уровень вместе со специфическим для уровня заголовком до тех пор, пока не будет достигнут последний уровень.

На приемной стороне поступающие данные анализируются и, по мере надобности, передаются далее в вышерасположенный уровень, пока информация не будет передана в пользовательский прикладной уровень.

Уровень 1 Физический

На физическом уровне определяются электрические, механические, функциональные и процедурные параметры для физической связи в системах. Физическая связь и неразрывная с ней эксплуатационная готовность являются основной функцией 1-го уровня, Стандарты физического уровня включают рекомендации V. 24 МККТТ (ССIТТ), ЕIА RS232 и Х. 21. Стандарт ISDN (Integrated Services Digital Network) в будущем сыграет определяющую роль для функций передачи данных. В качестве среды передачи данных используют трехжильный медный провод (экранированная витая пара), коаксиальный кабель, оптоволоконный проводник и радиорелейную линию.

Уровень 2 Канальный

Канальный уровень формирует из данных, передаваемых 1-м уровнем, так называемые "кадры" последовательности кадров. На этом уровне осуществляются управление доступом к передающей среде, используемой несколькими ЭВМ, синхронизация, обнаружение и исправление ошибок.

Уровень 3 Сетевой

Сетевой уровень устанавливает связь в вычислительной сети между двумя абонентами. Соединение происходит благодаря функциям маршрутизации, которые требуют наличия сетевого адреса в пакете. Сетевой уровень должен также обеспечивать обработку ошибок, мультиплексирование, управление потоками данных. Самый известный стандарт, относящийся к этому уровню - рекомендация Х. 25 МККТТ (для сетей общего пользования с коммутацией пакетов).

Уровень 4 Транспортный

Транспортный уровень поддерживает непрерывную передачу данных между двумя взаимодействующими друг с другом пользовательскими процессами. Качество транспортировки, безошибочность передачи, независимость вычислительных сетей, сервис транспортировки из конца в конец, минимизация затрат и адресация связи гарантируют непрерывную и безошибочную передачу данных.

Уровень 5 Сеансовый

Сеансовый уровень координирует прием, передачу и выдачу одного сеанса связи. Для координации необходимы контроль рабочих параметров, управление потоками данных промежуточных накопителей и диалоговый контроль, гарантирующий передачу, имеющихся в распоряжении данных. Кроме того, сеансовый уровень содержит дополнительно функции управления паролями, подсчета платы за пользование ресурсами сети, управления диалогом, синхронизации и отмены связи в сеансе передачи после сбоя вследствие ошибок в нижерасположенных уровнях.

Уровень 6 Представительский

Уровень представления данных предназначен для интерпретации данных; а также подготовки данных для пользовательского прикладного уровня. На этом уровне происходит преобразование данных из кадров, используемых для передачи данных в экранный формат или формат для печатающих устройств оконечной системы.

Уровень 7 Прикладной

В прикладном уровне необходимо предоставить в распоряжение пользователей уже переработанную информацию. С этим может справиться системное и пользовательское прикладное программное обеспечение.

ГЛАВА 1.
1. 1 Анализ существующей ЛВС.

Структура существующей локально- вычислительной сети ИРЦ ОАО “Ростелеком ММТ, представленная на рисунке 1. 1, базируется, в основном, на концентраторах разделяемого Ethernet 10 Base-T и на коммутаторе BayStack 301 на 22 порта 10 Base-T и 2 порта Fast Ethernet 100 Base-TX.

Необходимость построения ЛВС ИРЦ заключалась в упрощении процесса получения и обработки информации, а именно данных о междугородних и международных телефонных переговорах по предприятиям и квартирному сектору. Вся информация по переговорам, накапливаемая на телефонных узлах, поступает в информационно-расчетный центр, где и происходит ее обработка. А именно:

выставление счетов за междугородние и международные телефонные переговоры по предприятиям;

выставление счетов за междугородние и международные телефонные переговоры по квартирному сектору;

    проверка задолженности абонентов;
    предоставление услуги “ Экспресс счет ”;
    ведение и оформление претензий.

Поступившая информация хранится на серверах, находящихся в Машинном зале ИРЦ.

Сервер 1 Tricord на базе процессора 486 (оперативная память 16 Mb, объем жесткого диска 40 Gb, ОС- Novell 3. 2)

Информация, хранимая на сервере:

справочная информация по выставлению счетов за Международные ТР и Междугородние ТР по предприятиям

массивы счетов за один год

Сервер 2 Tricord на базе процессора 486 (оперативная память 16 Mb, объем жесткого диска 2 Gb, ОС- Novell 4. 0)

    Информация, хранимая на сервере:
    печать счетов квартирного сектора
    ввод оплаты

С приходом новых технологий обмена данными, процесс обработки информации значительно ускорился и занимает намного меньше времени, нежели до этого. Следовательно, происходит увеличение обработанной информации, отсюда повышается и производительность.

Структура локально- вычислительной сети ИРЦ построена на технологии Ethernet 10 Base-T.

Что в свое время обеспечивало хорошую производительность, но со временем произошло увеличение числа абонентов, пользующихся услугами междугородней международной связи, вследствие чего возникли проблемы с сетевой архитектурой:

пользователям не хватает пропускной способности сети;
малая скорость ответа серверов на запросы;

необходим переход на более скоростное чем 10 Мбит/с выделенное соединение, без замены всего оборудования;

    обеспечение высокой надежности сети;
    удобное управление сетью;
    увеличение объема получаемой информации.

Для решения этих проблем возникла необходимость усовершенствования локально вычислительной сети ИРЦ, что и рассматривается в данном дипломном проекте.

1. 2 Анализ предложений по ее развитию.

Новый вариант построения локально-вычислительной сети информационно-расчетного центра филиала ОАО “Ростелеком”- ММТ представляет собой:

Увеличение объема памяти серверов;

Переход на более скоростную, чем Ethernet, технологию Fast Ethernet 100 Мбит/с;

Организацию Виртуальных сетей (VLAN), трафик которых на канальном уровне полностью изолирован от других узлов сети;

Осуществление Агрегирования каналов (Транкинга) используя несколько активных параллельных каналов одновременно для повышения пропускной способности и надежности сети.

В проекте нового варианта построения ЛВС ИРЦ сервера представляют собой:

Сервер 1 Hewlett Packard LH3 (оперативная память 256 Mb, объем жесткого диска 140 Gb, ОС- Novell 3. 2)

Информация, хранимая на сервере:

справочная информация по выставлению счетов за Международные ТР и Междугородние ТР по предприятиям;

    массивы счетов за пять лет;
    комплекс прикладного программного обеспечения;
    просмотр базы;
    выписка повторного счета;
    внесение оплаты;
    “экспресс счет” по предприятиям;
    ведение и оформление претензий.

Сервер 2 ALR 8200 (оперативная память 256 Mb, объем жесткого диска 50 Gb, ОС Novell 5. 0)

    Информация, хранимая на сервере:
    печать счетов квартирного сектора;
    ввод оплаты;
    ввод ярлыков коммутаторных залов;
    картотека телефонов с адресными данными.

Сервер 3 ALR 8200 (оперативная память 1 Gb, объем жесткого диска 100 Gb, ОС Windows NT)

    Информация, хранимая на сервере:
    лицевые карточки абонентов квартирного сектора;
    ведение договоров;
    печать “экспресс счета”;
    проверка задолженностей.
    1. 2. 1 Анализ совершенствования технологии Ethernet.

Основное направление совершенствования технологий локальных сетей связано с технологией Ethernet и это не удивительно.

В соответствии с данными исследовательской компании International Data Corporation (IDC)более 85% всех сетевых соединений к концу 1997 года являлись соединениями Ethernet, представляя более чем 118 миллионов присоединенных к сетям персональных компьютеров, рабочих станций и серверов. Поэтому создание высокоскоростных технологий, максимально совместимых с Ethernet, представляло собой важную задачу сетевой индустрии. Решение этой задачи сулило огромные выгоды и преимущества для сетевых пользователей, интеграторов, администраторов, эксплуатации и, естественно, для производителей.

В 1995 году комитет IEEE принял спецификацию Fast Ethernet в качестве стандарта. Сетевой мир получил технологию, с одной стороны, решающую самую болезненную проблему- нехватку пропускной способности на нижнем уровне сети, а с другой стороны, очень легко внедряющуюся в существующие сети Ethernet.

Легкость внедрения Fast Ethernet объясняется следующими факторами:

Общий метод доступа позволяет использовать в сетевых адаптерах Fast Ethernet до 80% микросхем адаптеров Ethernet;

Драйверы также содержат большую часть кода для адаптеров Ethernet, а отличия вызваны новым методом кодирования данных на линии (4B/5B или 8B/6T) и наличием полнодуплексной версии протокола;

Формат кадра остался прежним, что дает возможность анализаторам протоколов применять к сегментам Fast Ethernet те же методы анализа, что и для сегментов Ethernet, лишь механически повысив скорость работы.

Отличия Fast Ethernet от Ethernet сосредоточены в основном на физическом уровне. Разработчики стандарта Fast Ethernet учли тенденции развития структурированных кабельных систем.

Они реализовали физический уровень для всех популярных типов кабелей, входящих в стандарты на структурированные (такие как EIA/TIA 568A) и реально выпускаемые кабельные системы.

Существует три варианта физического уровня Fast Ethernet:

100Ваsе-ТХдля двух парного кабеля на неэкранированной витой паре UTP Category 5 (или экранированной витой паре STP Туре1);

100Ваsе-Т4 для четырех парного кабеля на неэкранированной витой паре UTP Category 3, 4, 5; 100Ваsе-FХ для многомодового оптоволоконного кабеля.

При использовании двух концентраторов расстояние между ними не может превышать 5—10 метров. Так что существование 2-х устройств мало что дает, кроме увеличения количества портов - расстояние между компьютерами сегмента от добавления второго концентратора практически не изменяется.

В разделяемом сегменте Fast Ethernet нет возможности обеспечить какие-либо преимущества при обслуживании трафика приложений реального времени. Любой кадр получает равные шансы захватить среду передачи данных в соответствии с логикой алгоритма CSMA/CD.

Коммутируемый вариант Fast Ethernet позволяет увеличить связи между узлами, работающими в полнодуплексном режиме и использующими многомодовый оптоволоконный кабель, до 2 км.

У технологии Fast Ethernet есть несколько ключевых свойств, которые определяют области и ситуации ее эффективного применения.

К этим свойствам относятся:

большая степень преемственности по отношению к классическому 10-мегабитному Ethernet;

высокая скорость передачи данных - 100 Мбит/с;

возможность работать на всех основных типах современной кабельной проводки –UTP Category 5, UTP Category 3, STP Tуре 1, многомодовом оптоволокне.

Наличие многих общих черт у технологий Fast Ethernet и Ethernet дает простую общую рекомендацию. Fast Ethernet, следует применять в тех организациях и в тех частях сетей, где до этого широко применялся 10-мегабитный Ethernet. Однако сегодняшние условия или же ближайшие перспективы требуют более высокой пропускной способности в таких частях сетей. При этом сохраняется весь опыт обслуживающего персонала, привыкшего к особенностям и типичным неисправностям сетей Ethernet. Кроме того, можно по-прежнему использовать средства анализа протоколов, работающие с агентами MIB-II, RMON MIB и привычными форматами кадров.

В семействе Ethernet технология Fast Ethernet занимает промежуточное положение между Ethernet 10 Мбит/с и Gigabit Ethernet.

Поэтому в крупной локальной сети, в которой оправдано создание трех уровней иерархии сетевых устройств, технологии Fast Ethernet отведен средний уровень сетей отделов. Но это, конечно, не исключает ее применения и на нижних этажах, в сетях рабочих групп, причем не только для подключения серверов, но и быстрых рабочих станций.

При использовании агрегированных транковых соединений, обеспечивающих скорости N x 100 Мбит/с, технология Fast Ethernet может применяться и для создания магистральных связей в сетях масштаба здания и даже кампуса.

Преимущественная область применения разделяемых сегментов Fast Ethernet достаточно ясна.

Это объединение близко расположенных друг от друга компьютеров, трафик которых имеет ярко выраженный пульсирующий характер с большими, но редкими всплесками.

Большие всплески хорошо передаются незагруженным каналом 100 Мбит/с, а редкое их возникновение приводит к возможности

совместного использования канала без частого возникновения коллизий. Типичным примером такого трафика является трафик файлового сервиса, электронной почты, сервиса печати, Коммутируемые сегменты Ethernet 10 Мбит/с могут предоставить каждому узлу гарантированные 10 Мбит/с, но не больше. Так что для тех случаев, когда важно изредка предоставлять конечному узлу больше 10 Мбит/с, разделяемые сегменты Fast Ethernet оказываются предпочтительным решением.

Выходит, что переход от технологии Ethernet 10 Мбит/с к технологии Fast Ethernet 100 Мбит/с все таки необходим.

Структура существующей локально- вычислительной сети ИРЦ ОАО “Ростелеком ММТ базируется, в основном, на концентраторах разделяемого Ethernet 10 Base-T и на коммутаторе BayStack 301 на 22 порта 10 Base-T и 2 порта Fast Ethernet 100 Base-TX.

выставление счетов за междугородние и международные телефонные переговоры по предприятиям

выставление счетов за междугородние и международные телефонные переговоры по квартирному сектору

    проверка задолженности абонентов
    предоставление услуги “ Экспресс счет ”
    ведение и оформление претензий
    и т. пр.

Поступившая информация хранится на серверах, находящихся в Машинном зале ИРЦ.

Структура локально- вычислительной сети ИРЦ построена на технологии Ethernet 10 Base-T.

необходим переход на более скоростное чем 10 Мбит/с выделенное соединение, без замены всего оборудования;

    обеспечение высокой надежности сети;
    удобное управление сетью
    увеличение объема получаемой информации

Для решения этих проблем возникла необходимость усовершенствования локально вычислительной сети ИРЦ, что и рассматривается в данном дипломном проекте.

Переход на более скоростную, чем Ethernet, технологию Fast Ethernet 100 Мбит/с;

В проекте нового варианта построения ЛВС ИРЦ сервера представляют собой:

справочная информация по выставлению счетов за Международные ТР и Междугородние ТР по предприятиям

    массивы счетов за пять лет
    +
    комплекс прикладного программного обеспечения
    просмотр базы
    выписка повторного счета
    внесение оплаты
    “экспресс счет” по предприятиям
    ведение и оформление претензий

Сервер 2 ALR 8200 (оперативная память 256 Mb, объем жесткого диска 50 Gb, ОС Novell 5. 0)

    Информация, хранимая на сервере:
    печать счетов квартирного сектора
    ввод оплаты
    +
    ввод ярлыков коммутаторных залов
    картотека телефонов с адресными данными

Сервер 3 ALR 8200 (оперативная память 1 Gb, объем жесткого диска 100 Gb, ОС Windows NT)

    Информация, хранимая на сервере:
    лицевые карточки абонентов квартирного сектора
    ведение договоров
    печать “экспресс счета”
    проверка задолженностей
    Что же дает нам совершенствование технологии Ethernet?

Легкость внедрения Fast Ethernet объясняется следующими факторами:

Общий метод доступа позволяет использовать в сетевых адаптерах Fast Ethernet до 80% микросхем адаптеров Ethernet;

При создании сегментов Fast Ethernet с разделяемой средой нужно использовать концентраторы. При этом максимальный диаметр сети колеблется от 136 до 205 метров, а количество концентраторов в сегменте ограничено одним или двумя, в зависимости от их типа. При использовании двух концентраторов расстояние между ними не может превышать 5—10 метров. Так что существование 2-х устройств мало что дает, кроме увеличения количества портов - расстояние между компьютерами сегмента от добавления второго концентратора практически не изменяется.

В семействе Ethernet технология Fast Ethernet занимает промежуточное положение между Ethernet 10 Мбит/с и Gigabit Ethernet. Поэтому в крупной локальной сети, в которой оправдано создание трех уровней иерархии сетевых устройств, технологии Fast Ethernet отведен средний уровень - сетей отделов. Но это, конечно, не исключает ее применения и на нижних этажах, в сетях рабочих групп, причем не только для подключения серверов, но и быстрых рабочих станций. При использовании агрегированных транковых соединений, обеспечивающих скорости N x 100 Мбит/с, технология Fast Ethernet может применяться и для создания магистральных связей в сетях масштаба здания и даже кампуса.

Что же касается разделяемых сегментов Fast Ethernet, то они конкурируют по стоимости и возможностям с коммутируемыми сегментами Ethernet 10 Мбит/с. При наличии 10 рабочих станций в сегменте и в том, и в другом случаях каждой рабочей станции достается в среднем по 10 Мбит/с. Преимущественная область применения разделяемых сегментов Fast Ethernet достаточно ясна. Это объединение близко расположенных друг от друга компьютеров, трафик которых имеет ярко выраженный пульсирующий характер с большими, но редкими всплесками.

Большие всплески хорошо передаются незагруженным каналом 100 Мбит/с, а редкое их возникновение приводит к возможности совместного использования канала без частого возникновения коллизий. Типичным примером такого трафика является трафик файлового сервиса, электронной почты, сервиса печати, Коммутируемые сегменты Ethernet 10 Мбит/с могут предоставить каждому узлу гарантированные 10 Мбит/с, но не больше. Так что для тех случаев, когда важно изредка предоставлять конечному узлу больше 10 Мбит/с, разделяемые сегменты Fast Ethernet оказываются предпочтительным решением.

Выходит, что переход от технологии Ethernet 10 Мбит/с к технологии Fast Ethernet 100 Мбит/с все таки необходим.

    ГЛАВА 2.
    2. 1. Разработка структуры ЛВС и определение состава
    используемых программно-аппаратных средств.

Локально- вычислительная сеть информационно-расчетного центра филиала ОАО “Ростелеком”- ММТ в новом варианте построения отличается от старого варианта, рисунок 2. 1.

Необходимость построения нового варианта локально- вычислительной сети возникла из-за проблем возникших в старой сетевой архитектуре:

пользователям не хватает пропускной способности сети;
малая скорость ответа серверов на запросы;

необходимость перехода на более скоростное чем 10 Мбит/с выделенное соединение, без замены всего оборудования;

обеспечение высокой надежности сети;
удобное управление сетью

Вследствие этих проблем новый вариант построения локально-вычислительной сети информационно-расчетного центра филиала ОАО “Ростелеком”- ММТ представляет из себя:

Переход на более скоростную, чем Ethernet, технологию Fast Ethernet 100 Мбит/с; Организацию Виртуальных сетей (VLAN), трафик которых на канальном уровне полностью изолирован от других узлов сети;

Технология Fast Ethernet является эволюционным развитием классической технологии Ethernet. Ее основными достоинствами являются:

увеличение пропускной способности сегментов сети до 100 Мб/c; сохранение метода случайного доступа Ethernet;

сохранение звездообразной топологии сетей и поддержка традиционных сред передачи данных - витой пары.

Указанные свойства позволяют осуществлять постепенный переход от сетей 10Base-T - наиболее популярного на сегодняшний день варианта Ethernet - к скоростным сетям, сохраняющим значительную преемственность с хорошо знакомой технологией: Fast Ethernet не требует коренного переобучения персонала и замены оборудования во всех узлах сети.

Сегодня все чаще и чаще возникают повышенные требование к пропускной способности каналов между клиентами сети и серверами. Это происходит по разным причинам:

повышение производительности клиентских компьютеров;
увеличение числа пользователей в сети;

появление приложений, работающих с мультимедийной информацией, которая хранится в файлах очень больших размеров;

увеличение числа сервисов, работающих в реальном масштабе времени. Отличия Fast Ethernet от Ethernet сосредоточены на физическом уровне.

    Ошибка! Неизвестный аргумент ключа.
    Рис. 2. 1. 1 Отличия стека протоколов 100Base-T от 10Base-T
    Структура физического уровня.

Для технологии Fast Ethernet разработаны различные варианты физического уровня, отличающиеся не только типом кабеля и электрическими параметрами импульсов, как это сделано в технологии 10 Мб/с Ethernet, но и способом кодирования сигналов и количеством используемых в кабеле проводников. Поэтому физический уровень Fast Ethernet имеет более сложную структуру, чем классический Ethernet.

    Ошибка! Неизвестный аргумент ключа.
    Рис 2. 1. 2 Структура физического уровня Fast Ethernet
    Физический уровень состоит из трех подуровней:
    Уровень согласования (reconciliation sublayer);

Независимый от среды интерфейс (Media Independent Interface, MII); Устройство физического уровня (Physical layer device, PHY). Устройство физического уровня (PHY) обеспечивает кодирование данных, поступающих от MAC-подуровня для передачи их по кабелю определенного типа, синхронизацию передаваемых по кабелю данных, а также прием и декодирование данных в узле-приемнике.

Интерфейс MII поддерживает независимый от используемой физической среды способ обмена данными между MAC-подуровнем и подуровнем PHY.

Этот интерфейс аналогичен по назначению интерфейсу AUI классического Ethernet за исключением того, что интерфейс AUI располагался между подуровнем физического кодирования сигнала (для любых вариантов кабеля использовался одинаковый метод физического кодирования - манчестерский код) и подуровнем физического присоединения к среде, а интерфейс MII располагается между MAC-подуровнем и подуровнями кодирования сигнала, которых в стандарте Fast Ethernet три - FX, TX и T4.

2. 1. 2 Организация Виртуальных сетей (VLAN)

Виртуальные локальные сети стали сегодня основным механизмом структуризации локальных сетей, построенных на коммутаторах. В коммутируемой структуре без физических границ виртуальные локальные сети позволяют использовать привычные методы построения маршрутизируемых сетей, но на новой, более гибкой программируемой основе.

Коммутаторы (имеются в виду классические коммутаторы второго уровня) могут повысить пропускную способность сети, но не могут создать надежные барьеры на пути ошибочного и нежелательного трафика. Классическим примером такого трафика может служить трафик, создаваемый широковещательными пакетами некорректно работающего узла. Можно привести и другие ситуации, когда трафик нужно отфильтровывать по соображениям защиты данных от несанкционированного доступа.

Коммутаторы внесли в решение проблемы "объединения-разъединения" новый механизм - технологию виртуальных сетей(Virtual LAN, VLAN).

С появлением этой технологии отпала необходимость образовывать изолированные сегменты физическим путем - его заменил программный способ, более гибкий и удобный.

Виртуальной сетъю (VLAN)называется группа узлов сети, трафик которой в том числе и широковещательный, на канальном уровне полностью изолирован от других узлов сети. Это означает, что передача кадров между разными виртуальными сегментами на основании адреса канального уровня невозможна, независимо от типа адреса - уникального, группового или широковещательного. В то же время внутри виртуальной сети кадры передаются по технологии коммутации, то есть только на тот порт, который связан с адресом назначения кадра.

Виртуальные сети - это логическое завершение процесса повышения гибкости механизма сегментации сети, первоначально выполняемого на физически раздельных сегментах. При изменении состава сегментов (переход пользователя в другую сеть, дробление крупных сегментов) при таком подходе приходится производить физическую пере коммутацию разъемов на передних панелях повторителей или в кроссовых панелях.

Поэтому в больших сетях это превращается в постоянную и обременительную работу, которая приводит к многочисленным ошибкам в соединениях.

Промежуточным этапом совершенствования технологии сегментации стали много сегментные повторители. В наиболее совершенных моделях таких повторителей приписывание отдельного порта к любому из внутренних сегментов производится программным путем, обычно с помощью удобного графического интерфейса. Программное приписывание порта сегменту часто называют статической или конфигурационной коммутацией.

Однако решение задачи изменения состава сегментов с помощью повторителей накладывает некоторые ограничения на структуру сети. Количество сегментов такого повторителя обычно невелико, поэтому выделить каждому узлу свой сегмент, как это можно сделать с помощью коммутатора, нереально. По этой причине сети, построенные на основе повторителей с конфигурационной коммутацией, по-прежнему основаны на разделении среды передачи данных между большим количеством узлов. Следовательно, они обладают гораздо меньшей производительностью по сравнению с сетями, построенными на основе коммутаторов.

При использовании технологии виртуальных сетей в коммутаторах одновременно решаются две задачи:

повышение производительности в каждой из виртуальных сетей, так как в нее не заходит широковещательный трафик других виртуальных сетей;

изоляция сетей друг от друга для управления правами доступа пользователей и создания защитных барьеров на пути нежелательного трафика.

Технология виртуальных сетей признается многими специалистами вторым по важности технологическим новшеством в локальных сетях после появления коммутаторов.

Для связи виртуальных сетей в интерсеть требуется привлечение сетевого уровня. Он может быть реализован в отдельном маршрутизаторе или работать в составе коммутатора, если это коммутатор третьего уровня.

Собственно, виртуальные сети и нужны для того, чтобы создать логическую структуру подсетей, являющуюся основой для работы маршрутизатора.

Технология образования и работы виртуальных сетей с помощью коммутаторов долгое время не была стандартизована, хотя она и реализуется достаточно давно и поддерживается широким спектром моделей коммутаторов разных производителей. Положение изменилось в 1998 году с принятием стандартов IEEE 802. 1 p/Q, однако фирменные версии VLAN еще будут некоторое время существовать в локальных сетях.

Фирменные технологии VLAN одного производителя, как правило, не совместимы с фирменными технологиями других производителей. Поэтому долгое время виртуальные сети создавались на оборудовании одного производителя.

Способы построения виртуальных сетей можно разбить на несколько основных схем:

    использование номеров подсетей сетевого уровня;
    группировка портов;
    группировка МАС-адресов;
    группировка протоколов сетевого уровня;
    использование номеров VCI/VPI технологии АТМ;

добавление к кадрам канального уровня меток виртуальных сетей.

Все способы, за исключением первого, решают проблему создания виртуальных сетей на канальном уровне и поэтому не зависят от протоколов, работающих в сети на верхних уровнях.

Использование для создания VLAN номеров подсетей сетевого уровня требует, чтобы во всех узлах сети работал какой-либо протокол сетевого уровня, например, IР, IРХ или Арр1е Та1k, причем один и тот же. В этом случае концепция виртуальной сети полностью совпадает с пониманием этого термина на сетевом уровне, то есть виртуальная сеть IР является подсетью IР, а виртуальная сеть IРХ - подсетью IРХ. Такой подход требует и от коммутаторов обязательной поддержки сетевого протокола. Это пока еще не стало повсеместным явлением "чистые" коммутаторы 2 уровня по-прежнему широко применяются в сетях.

Поэтому при стандартизации техники VLAN разработчики пошли по другому пути. Они разработали механизмы создания VLAN за счет средств только канального уровня.

Группировка портовкоммутатора является одним из наиболее простых способов образования виртуальных сетей.

К каждому порту коммутатора приписывается номер виртуальной сети. При о6работке кадров, пришедших в коммутатор, проверяется, принадлежит ли порт назначения той же виртуальной сети, что и порт источника. Если да, то кадр передается (или подвергается дополнительной фильтрации, если коммутатор поддерживает пользовательские фильтры или механизмы профилирования трафика QoS). Этот способ не требует от администратора большой работы, и он также весьма экономичен при реализации в коммутаторах. Группировка портов плохо работает в сетях, построенных на нескольких коммутаторах. Это объясняется тем, что при переходе кадра от одного коммутатора информация о его принадлежности виртуальной сети теряется, если только коммутаторы не связаны между собой столькими портами, сколько всего имеется виртуальных сетей. Поэтому группировка портов применяется в коммутаторах совместно с другими способами поддержания виртуальных сетей, способных передавать информацию о принадлежности кадра определенной VLAN между коммутаторами.

Группировка МАС-адресовсвободна от этого недостатка, но обладает другим. Нужно помечать номерами виртуальных сетей все МАС-адреса, имеющиеся в таблицах каждого коммутатора, а это кропотливая работа, сопоставимая с программированием в машинных кодах. Коммутаторы поддерживают этот способ, но он пригоден только для небольших сетей.

Группировка протоколов сетевого уровняне предназначена для последующего объединения виртуальных сетей с помощью маршрутизаторов. Этот способ отделяет трафик одного сетевого протокола от другого для предоставления определенного качества обслуживания или направления пакетов разных протоколов по разным каналам коммутируемой сети. Последние два способа объединяет то, что они используют специальное поле для хранения номера виртуальной сети в самом кадре. Это позволяет сохранять значение метки VLAN при перемещении кадров от одного коммутатора к другому.

Использование номеров VCI/VPI технологии АТМприменяется при передаче кадров локальных сетей через коммутаторы АТМ. При этом номер виртуальной сети отождествляется с номером виртуального пути VPI/VCI, используемого для передачи трафика этой виртуальной локальной сети через сеть АТМ. Этот способ стандартизован в протоколе LANE, разработанном АТМ Forum, и поддерживается всеми производителями коммутаторов АТМ для локальных сетей. Эмулируемые локальные сети ELAN стандарта LANE представляют те же виртуальные сети, изолированные друг от друга для всех видов адресов протоколов канального уровня локальных сетей. Для эффективного объединения ELAN маршрутизаторы могут применять стандарт МРОА, который создан для сквозной маршрутизации трафика ELAN через магистраль АТМ. Для согласованного применения технологии виртуальных сетей в масштабах всей корпоративной локальной сети пограничные коммутаторы между традиционными сегментами и магистралью АТМ должны отображать VLAN, построенные на основе одного из перечисленных способов, на ELAN, и наоборот.

Добавление к кадрам канального уровня меток виртуальных сетейявляется наиболее универсальным и надежным способом сохранения информации о номере VLAN при передаче кадров между коммутаторами.

В этом способе к обычному кадру локальной сети формата Ethernet, Toking Ring или FDDI добавляется специальное поле для хранения номера виртуальной сети. Однако это требует изменения формата кадра технологии локальной сети, что не всегда удобно.

Производители коммутаторов достаточно давно применяют этот способ, но только на связях между коммутаторами. Поле, переносящее номер виртуальной сети, добавляется к кадру тогда, когда кадр передается от коммутатора к коммутатору, а при передаче кадра конечному узлу оно удаляется. При этом модифицируется протокол взаимодействия "коммутатор-коммутатор", а программное и аппаратное обеспечение конечных узлов остается неизменным.

Примеров фирменных протоколов, использующих метки VLAN в кадрах, много, но общий недостаток у них один - они не поддерживаются другими производителями. Даже у одной компании существовало несколько способов, маркировки кадров, в зависимости от используемой технологии.

Сегодня фирменные способы маркировки VLAN должны постепенно заменяться на стандартный способ, определенный в спецификациях IEEE 802. 1 p/Q, которые решают и другие актуальные задачи.

Стандарты IEEE 802. 1 p/Q, ставшие частью новой редакции стандарта работы мостов 802. 1 D-1998, направлены на поддержку техники VLAN и дифференцированного качества обслуживания в коммутируемых сетях. Эти стандарты основаны на добавлении к стандартному кадру локальной сети двухбайтового поля, несущего метку VLAN и приоритет кадра. Кроме этого, стандарты 802. 1 p/Q вводят протокол регистрации параметров конечных узлов в коммутаторах (протокол GARP). Это позволяет не динамически создавать виртуальные сети на основании данных, хранящихся в конфигурационных базах конечных узлов. С помощью протокола GARP можно регистрировать в коммутаторах не только принадлежность к группам виртуальных сетей, но и к другим динамическим группам, в первую очередь, к multicast-группам протокола IP.

2. 1. 3 Структура кадра 802. 1 Q

Спецификация 802. 1 Q определяет 12 возможных форматов инкапсуляции долнительного поля в кадры МАС-уровня. Эти форматы определяются в зависимости от трех типов кадров (Ethernet II, LLC в нормальном формате, LLC в формате Token Ring), двух типов сетей (802. 3/Ethernet или Token Ring/FDDI) и двух типов меток VLAN (неявных или явных). Имеются также определенные правила трансляции исходных кадров Ethernet или Token Ring в помеченные кадры и обратной трансляции помеченных кадров в исходные.

Поле идентификатора протокола меток (Tag Protocol Identifier, TPI)заменило поле EtherType кадра Ethernet, которое заняло место после двухбайтного поля метки VLAN.

В поле метки VLAN имеется три подполя.

Подполе Priority предназначено для хранения трех бит приоритета кадра, что позволяет определить до 8 уровней приоритетов. Однобитный признак TR Encapsulation показывает, содержат ли данные, переносимые кадром, инкапсулированный кадр формата IEEE (признак равен 1) 802. 5 или же они соответствуют типу внешнего кадра (признак равен 0).

С помощью этого признака можно туннелировать трафик сетей Token Ring на коммутируемых магистралях Ethernet.

12-битный идентификатор VLAN (VID) уникально идентифицирует VLAN, к которой относится данный кадр.

Максимальный размер кадра Ethernet увеличивается при применении спецификации IEEE 802. 1 Q не 4 байта- с 1518 байт до 1522 байт.

Рис. 2. 1. 3 Структура кадра Ethernet с полем IEEE 802. 1 Q

2. 1. 4 Обеспечение качества обслуживания в сетях на основе коммутаторов.

Коммутаторы второго и третьего уровней могут очень быстро продвигать пакеты, но это не единственное свойство сетевого оборудования, которое требуется для создания современной сети.

Сетью нужно управлять, и одним из аспектов управления является обеспечение нужного качества обслуживания (QoS).

Поддержка QoS дает администратору возможность предвидеть и контролировать поведение сети за счет приоритезации приложений, подсетей и конечных станций, или предоставлении им гарантированной пропускной способности.

Существует два основных способа поддержания качества обслуживания. Это предварительное резервирование ресурсов и предпочтительное обслуживание агрегированных классов трафика. Последний способ нашел на втором уровне основное применение. В коммутаторах второго уровня достаточно давно работает большое количество фирменных схем приоритетного обслуживания, разбивающих весь трафик на 2-3-4 класса и обслуживающих эти классы дифференцированным способом.

Сегодня рабочей группой IEEE 802. 1 разработаны стандарты 802. 1 p/Q (названные позже 802. 1D-1998), наводящие порядок в схемах приоритезации трафика и способе переноса данных о классах трафика в кадрах локальных сетей. Идеи приоритезации трафика, заложенные в стандарты 802. 1 p/Q, в основном соответствуют рассмотренной в главе схеме дифференцированных сервисов IP. Схема QoS на основе стандартов 802. 1 p/Q предусматривает

возможность задания класса обслуживания (приоритета) как конечным узлом за счет помешения в стандартный кадр 802 идентификатора виртуальной сети VID, содержащего три бита уровня приоритета, так и классификации трафика коммутаторами на основе некоторого набора признаков. Качество обслуживания может также дифференцироваться между различными виртуальными локальными сетями. В этом случае поле приоритета играет роль дифференциатора второго уровня внутри различных потоков каждой виртуальной сети.

    Нормальный трафик, доставляемый с “max. усилиями”
    Чувствительный к задержкам трафик
    Рис. 2. 1. 4 Классы обслуживания внутри виртуальных сетей.

Точная интерпретация потребностей каждого класса трафика, помеченного значением приоритета и, возможно, номером виртуальной сети, оставляется, как и в случае дифференцированных сервисов IP, на усмотрение администратора сети. В общем случае предполагается наличие в коммутаторе правил политики, в соответствии с которыми выполняется обслуживание каждого класса трафика, то есть наличия профиля трафика.

Производители коммутаторов обычно встраивают в свои устройства более широкие способы классификация трафика, чем те, которые предусмотрены в стандарте 802. 1 p/Q. Классы трафика могут отличаться МАС-адресами, физическими портами, метками 802. 1 p/Q, а в коммутаторах третьего и четвертого уровней - IP-адресами и хорошо известными номерами портов TCP/UDP.

Как только пакет поступает в коммутатор, значения его полей сравниваются с признаками, содержащимися в правилах, которые назначены для групп трафика, а затем помещаются в соответствующую очередь. Правила, связанные с каждой очередью, могут гарантировать пакетам определенное количество пропускной способности и приоритет, влияющий на величину задержки пакетов. Классификация трафика коммутатором и встраивание информации о требуемом качестве обслуживания в пакеты позволяет администраторам устанавливать политику QoS во всей корпоративной сети. Существуют следующие способы классификации трафика:

На основе портов. При назначении приоритетов индивидуальным входным портам для распространения информации о требуемом качестве обслуживания по всей коммутируемой сети используются метки приоритетов стандарта 802. 1 p/Q.

На основе меток VLAN. Это достаточно простой и весьма обобщенный способ поддержания QoS. Назначая профиль QoS виртуальным локальным сетям, можно достаточно просто управлять потоками при их объединении в магистральной линии.

На основании номеров сетей. Виртуальные сети, основанные на протоколах, могут использовать привязку профилей QoS к определенным подсетям IP, IPX и Apple Talk. Это позволяет легко отделить определенную группу пользователей и обеспечить их нужным качеством обслуживания.

По приложениям(порты ТСР/UDP). Позволяет выделить классы приложений, которым затем предоставляется дифференцированное обслуживание независимо от адресов конечных узлов и пользователей.

Необходимым условием поддержки качества обслуживания на основе номеров сетей является возможность просмотра пакетов на третьем уровне, а дифференциация по приложениям требует просмотра пакетов на четвертом уровне.

Рис. 2. 1. 5 Обслуживание различных классов трафика.

После разделения трафика на классы коммутаторы могут обеспечивать каждому классу гарантированный минимум и максимум пропускной способности, а также приоритет, определяющий обработку очереди при наличии свободной пропускной способности коммутатора. На рисунке показан пример обслуживания четырех классов трафика. Каждому из них отведен определенный минимум пропускной способности, а высокоприоритетному трафику также и максимум, чтобы этот класс трафика не мог полностью подавить менее приоритетные.

2. 1. 5 Агрегирование каналов (Транкинг).

В отличие от механизмов резервирования каналов связи и портов устройств, подобных алгоритму Spanning Tree, поддерживающих в активном состоянии только один канал из нескольких возможных, механизмы агрегирования каналов используют несколько активных параллельных каналов одновременно. Это позволяет повысить как пропускную способность, так и надежность каналов связи.

Пока еще нет стандартного протокола агрегирования каналов, хотя фирменные версии образования общего логического канала из нескольких физических связей существуют давно. Каждый производитель коммутаторов тем или иным способом реализует технику агрегирования физических каналов в один логический канал. Чаще всего это делается для магистральных портов коммутатора (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet).

Простейшая схема агрегирования каналов применяется к нескольким физическим связям “ точка- точка ”, на которых работает один и тот же протокол и которое объединяют два сетевых устройства. Агрегированный канал называют так же транком (trunk)

Trunk- устройство или канал, соединяющее две точки, каждая из которых является коммутационным центром или точкой распределения. Обычно транк работает с несколькими каналами одновременно.

Сегодня техника агрегирования используется чаще всего для каналов Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Это необходимо для повышения производительности магистральных связей до величин в 2-3, а иногда и 8 Гбит/с.

Транк рассматривается протоколами верхних уровней, в том числе и протоколом Spanning Tree, как один канал. В агрегированном канале трафик распределяется по физическим каналам для баланса их нагрузки. При обрыве одного из физических каналов трафик, который по нему передавался, быстро перенаправляется в один из работоспособных каналов.

Агрегированные соединения используются не только для объединения коммутаторов, но и для повышения скорости сетевой работы серверов.

Несколько сетевых адаптеров в этом случае имеют общий сетевой адрес ( IP или IPX ), в отличие от стандартной схемы работы мультиадаптерного компьютера. Для такой организации связей необходимо специальное программное обеспечение для драйверов сетевых адаптеров, которое обычно поставляется производителем коммутатора. Баланс нагрузки и переход на другую физическую связь происходит при агрегировании связей от сетевых адаптеров эффективней и быстрее, чем при назначении каждому сетевому адаптеру отдельного сетевого адреса.

В проекте стандарта IEEE 802. 3ad агрегированный канал рассматривается как объединение физических полнодуплексных связей “ точка-точка ” одной скорости протокола семейства Ethernet.

Для повышения надежности агрегированного канала стараются использовать связи, идущие к разным модулям или устройствам, чтобы при выходе из строя одного модуля или устройства часть физических связей транка сохранила свою работоспособность