32
ГЛАВА 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ,
ВЫБОР ПРОГРАММНЫХ И АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ
2.1 Этапы проектирования компьютерных сетей
Прежде чем приступать к построению сети любого размера необходимо
составить проект будущей сети. Сам процесс проектирования сети можно
разделить на несколько основных этапов показанных на рис.8.
Рисунок 8 - Основные этапы проектирования сети.
2.1.1 Сбор исходных данных
После принятия решения о начале проектирования сети первым этапом
становится сбор данных об уже имеющейся на предприятии инфраструктуре и
оборудовании. Также на этом этапе формируются требования к проектируемой
сети и отдельным её компонентам. Первым фактором, на который следует
обратить внимание является размер требуемой сети, который необходимо
рассчитывать у счетом дальнейшего роста предприятия. Затем требуется
определиться с требованиями к структуре проектируемой сети, например будет
ли структура сети отражать организационную или же физическую структуру
33
организации. Также следует обратить внимание на направление и
интенсивность информационных потоков организации, характер передаваемых
по сети данных. Этот параметр напрямую определит необходимую пропускную
способность и вычислительную мощность ключевых узлов сети. Затем следует
собрать сведения о технических характеристиках уже имеющегося
оборудования и определиться с требованиями к приобретаемому. После этого
рассматриваются возможности прокладки кабельной сети в помещениях, а
также возможности применяя беспроводной связи. Следует также
сформировать требования по отказоустойчивости сетевой инфраструктуры
предприятия. Определившись с физическими требованиями сети, следует
обратить внимание на потребности в программном обеспечении как
пользовательском, так и административном, установить требования к
управлению и ограничению прав доступа пользователей. Затем
рассматриваются возможности подключения к глобальным или другим
локальным сетям если таковые имеются. На финальном этапе сбора сведений
потребуется переделиться с требованиями к стоимости оборудования и
программного обеспечения.
По итогам первого этапа формируют техническое задание на
проектирование сети в котором следует изложить вышеуказанные требования.
2.1.2 Выбор размера и структуры сети
По завершении формирования технического задания наступает этап
выбора размера и структуры сети. Под размером сети в данном контексте
понимается как общее количество компьютеров и другого оборудования,
объединяемого в сеть, так и физическое расстояние между ними. При
определении размера будущей сети следует обязательно оставлять
возможность для дальнейшего роста количества подключенных к сети
34
устройств. Рекомендуется рассчитывать задел для роста равный 20-50
процентам от уже запланированного количества устройств.
Длинна линий связи играет существенную роль в структуре будущей
сети. В первую очередь следует учитывать технические ограничения,
накладываемые на длину линий связи. Например максимальная длина кабеля
рекомендуемая для Fast Ethernet и Gigabit Ethernet использующего в качестве
среды передачи неэкранированную витую пару (100BASE-T, 1000BASE-T)
составляет 100 метров, при значительном превышении этой длинны возможно
существенное снижение качества связи и потеря пропускной способности.
Наличие электромагнитных помех может также существенно повлиять на
фактическую длину кабеля, потребовать использования дополнительного
экранирования или же привести к отказу от витой пары в качестве среды
передачи данных в пользу оптоволоконных линии связи.
Разбиение сети на отдельные части (сегменты) может помочь преодолеть
технические ограничения и упростить построение и администрирование сети.
Способ, которым сеть разделяется на сегменты называют структурой сети. Для
объединения сегментов в современных сетях используются такие устройства
как коммутаторы и маршрутизаторы. В теории желательно чтобы структура
сети повторяла структуру здания или группы зданий, в которых расположена
организация, а рабочие места сотрудников, выполняющих схожие функции,
располагались в одном или смежных помещениях. Такая сегментация
существенно упрощает администрирование сети, но, к сожалению, далеко не
всегда достижима на практике. Если физическое сегментирование сети не
может отразить административные потребности, то возможно следует
рассмотреть использование технологии VLAN (Virtual Local Area Network –
англ. Виртуальная локальная сеть) которая позволяет группировать узлы сети
независимо от физической структуры сети. В офисных сетях чаще всего
используются VLAN работающие по стандартам IEEE 802.1Q.
35
Для упрощения разработки структуры сети как правило используют
«Иерархическую модель сети» впервые предложенную кампанией Cisco. В
иерархической млели (рис.9) сеть делится на три уровня, каждый из которых
специализируется на решении собственных задач.
Рисунок 9 - Иерархическая модель сети
Ядро сети обеспечивает высокоскоростные высоконагруженные
средства маршрутизации и коммутации для перемещения пакетов между
устройствами уровня распространения в разных регионах сети. Коммутаторы и
маршрутизаторы на уровне ядра, как правило, являются самыми мощными, с
точки зрения пропускной способности, на предприятии. Сетевые устройства на
36
уровне ядра оперируют высокоскоростными соединениями, такими как 10
Gigabit Ethernet.
Уровень распределения — это интеллектуальный уровень в
трехслойной модели. На уровне распространения управляются политики
маршрутизации, фильтрации и QoS. Устройства уровня распространения также
часто управляют отдельными соединениями WAN для филиалов. Этот слой
также называется слоем рабочей группы.
Уровень доступа служит для подключения конечных узлов к сети
предприятия. Устройства уровня доступа обычно являются коммутационными
платформами и изредка могут предоставлять услуги маршрутизации.
Традиционно разработчики руководствуется принципом «минимальная
стоимость за порт» при проектировании сети уровня доступа. Этот принцип
подразумевает объем инвестиций, которые предприятие должно сделать для
каждого выделенного Ethernet-порта. Этот слой также называется уровнем
рабочего стола, поскольку он фокусируется на подключении клиентских узлов,
таких как рабочие станции к сети.
Руководствуясь иерархической моделью, составляют примерный план
физической структуры сети, который уточняется на последующих этапах
планирования.
2.1.3 Выбор оборудования
После формирования плана структуры сети наступает этап подбора
оборудования. На этом этапе необходимо определить какие конкретные
устройства будут образовывать узлы сети, какими характеристиками они
должны обладать для обеспечения выполнения условий технического задания.
При выборе сетевого оборудования, в первую очередь, следует
обратить внимание на ряд таких факторов:
37
Уровень соответствия оборудования стандартам и совместимость с
другим оборудованием.
Скорость передачи информации и возможность её последующего
увеличения.
Разрешенные типы кабеля, их максимальная протяженность и уровень
помехозащищённости.
Стоимость оборудования, а также стоимость его обслуживания.
Также важным промежуточным этапом при выборе оборудования служит
этап подбора типа кабеля и сопутствующего оборудования, которые будут
использоваться в проектируемой сети. Как правило современные офисные сети
строятся на основе кабеля пятой категории, состоящего из четырех витых пар
(UTP Cat.5). Этот кабель доступен по цене и прост в монтаже, подходит для
использования в сетях, работающих по стандартам Fast Ethernet и Gigabit
Ethernet. Однако в случае присутствия электромагнитных помех, вызываемых
наличием поблизости линей электропередач, силового электрического
оборудования и источников радиоволн, скорость передачи данных может
существенно снижаться из-за увеличения количества ошибок передачи. Если
влияния электромагнитных помех нельзя избежать полностью применяют
экранированный кабель пятой категории с экраном из фольги (FTP),
оплеточным экраном (STP) или комбинацией обоих (SFTP).
В тех случаях, когда расстояние между узлами сети превышает
максимальную рекомендуемую длину для витой пары (100м.) например, когда
офис занимает насколько этажей в здании или несколько зданий, следует
рассмотреть возможность прокладки оптоволоконного кабеля. На
сегодняшний день применяется два основных вида волоконно-оптических
кабелей одномодовый (SM) и многомодовый (MM). Оба типа обладают своими
преимуществами и недостатками, но в офисных сетях как правило применяется
38
многомодовый кабель так как он обладает большей пропускной способностью
по сравнению с одномодовый хотя и уступает ему в максимальной дальности
передачи данных.
Также на этапе выбора оборудования побирается серверное и клиентское
оборудование которое будет служить в качестве конечных узлов сети. Серверы
подбирают с учетом планируемой вычислительной нагрузки и той роли
которую они будут выполнять в сети. Клиентские рабочие станции должны
соответствовать требованиями планируемого к использованию программного
обеспечения. Для экономии средств также можно рассмотреть применение
бездисковых рабочих станций в качестве клиентского оборудования, так как
они обладают значительно меньшей стоимостью и просты в обслуживании и
администрировании. Однако следует учитывать, что бездисковые стации
предъявляют повышенные требования к стабильности и пропускной
способности сети.
В завершении этапа подбора оборудования формируется полный
физический план будущей сети с указанием всех точек установки подобранного
оборудования, а также схемой укладки кабелей.
2.1.4 Выбор сетевых программных средств
Этап подбора программных средств проходит параллельно с этапами
выбора структуры сети и подбора оборудования, так как существенно влияет на
каждый из них. Основными факторами, влияющими на выбор сетевого ПО
являются:
Поддерживаема программы обеспечением архитектура: одноранговая сет
или клиент-сервер.
Максимальное количество пользователей.
Количество требуемых серверов, сервисов и их типы.
Совместимость с различными ОС.
39
Производительность конкретного ПО.
Механизмы обеспечения отказоустойчивости.
Механизмы обеспечения конфиденциальности информации.
Стоимость приобретения, эксплуатации и модернизации.
Также на этом этапе формируется логическая конфигурация будущей
сети, определяются группы пользователей и предоставляемые им полномочия.
При определении будущих полномочий пользователей администраторов и
приложений пользуются принципом наименьших привилегий.
Принцип наименьших привилегий (PoLP, также известный как
принцип минимальной привилегии или принцип наименьших полномочий)
требует, чтобы на отдельном уровне абстракции вычислительной среды
каждый модуль (например, процесс, пользователь или программа) должны
иметь доступ только к информации и ресурсам, которые необходимы для
выполнения их прямых функций. Использование PoLP при проектировании
конфигурации сети обуславливает следующие преимущества:
Улучшенная стабильность системы. Когда код ограничен в объеме
изменений, которые он может внести в систему, легче проверить его возможные
действия и взаимодействия с другими приложениями. На практике, например,
приложения, работающие с ограниченными правами, не будут иметь доступа
для выполнения операций, которые могут привести к сбою в работе компьютера
или неблагоприятно повлиять на другие приложения, работающие в одной и
той же системе.
Улучшенная безопасность системы. Когда код ограничен в рамках
общесистемных действий, которые он может выполнить, уязвимости в одном
приложении не могут использоваться для получения доступа к остальной части
системы. Например, выполнение ПО в стандартном пользовательском режиме
40
дает клиентам повышенную защиту от непреднамеренного повреждения
системы, вызванного вредоносными программами.
Простота развертывания. В общем, чем меньше привилегий требуется
для приложения, тем проще его развертывать в более крупной среде.
На этапе подбора программных средств также следует вбирать средства
резервного копирования, которые планируется использовать в сети, определить
какие данные подлежат резервному копированию, их объем, а также, по
возможности, составить расписание операций резервного копирования.
В итоге по завершении всех этапов проектирования сети у разработчика
на руках остается пакет документов, который полностью описывает будущую
сеть. Руководствуясь этими документами можно приступать к развертыванию
сети, установке оборудования и программного обеспечения, применению
конфигурации.
2.2 Выбор сетевого оборудования офисных сетей
В данном разделе будут рассмотрены различные устройства,
используемые для построения офисных сетей. Эти устройства можно разделить
на три группы: коммуникационное оборудование, серверное оборудование и
клиентское оборудование. К первой группе принадлежат маршрутизаторы и
коммутаторы, они выполняют задачи транспортировки данных между
конечными узлами сети. К серверному оборудованию можно отнести сами
серверы и системы хранения данных – их задача предоставление своих
ресурсов в общее пользование клиентам в сети. К клиентскому оборудованию
можно отнести непосредственно рабочие станции, а также другое оборудование
с которым взаимодействуют пользователи.
2.2.1 Коммутаторы
41
Сетевой коммутатор — это компьютерное сетевое устройство, которое
соединяет устройства вместе в компьютерной сети, используя коммутацию
пакетов для приема, обработки и пересылки данных на целевое устройство.
Сетевой коммутатор представляет собой многопортовый сетевой мост, который
использует аппаратные адреса для обработки и пересылки данных на канальном
уровне (уровень 2) модели OSI. Некоторые коммутаторы также могут
обрабатывать данные на сетевом уровне (уровень 3) путем дополнительного
включения функций маршрутизации. Такие коммутаторы широко известны как
коммутаторы уровня 3 или многоуровневые коммутаторы.
Коммутаторы Ethernet используют классическую технологию,
называемую прозрачным мостом. Прозрачный мост соединяет один или
несколько сегментов ЛВС, так что конечные системы в разных сегментах сети
могут прозрачно взаимодействовать друг с другом. Конечная система
отправляет кадр в пункт назначения, не зная, является ли место назначения
локальным. Прозрачные мосты названы так потому, что их присутствие
незаметно для конечных систем. Чтобы узнать, как пересылать кадры,
прозрачный мост прослушивает все кадры и определяет, какие станции
находятся на каких сегментах. Коммутатор узнает местоположение устройств,
просматривая адрес источника в каждом кадре. На основе этой информации
коммутатор формирует таблицу переключения также известную как, таблица
MAC-адресов. Когда сетевой кадр прибывает на коммутатор, тот
просматривает адрес назначения в кадре и сравнивает его с записями в таблице
переключения. Если коммутатор узнал, где находится станция назначения
(просмотрев исходные адреса в предыдущих кадрах), он может переслать кадр
на правильный порт. Прозрачный мост посылает кадры с неизвестным адресом
назначения и все кадры многоадресной / широковещательной передачи из
каждого порта (исключая тот порт, на который был получен кадр).