13
состоящие из заголовка и группы бит. Также одной из задач канального уровня
является проверка доступности среды передачи.
Канальный уровень обеспечивает корректность передачи каждого кадра,
помещая специальную последовательность бит в начало и конец каждого кадра.
Это позволяет осуществить возможность выделить кадр из потока, а в самом
кадре формируется (вычисляется) контрольная сумма. Ее основная задача -
фиксировать изменение каждого бита передаваемой информации.
Канальный уровень может не только обнаруживать ошибки, но и
исправлять их за счёт повторной передачи повреждённых кадров [10]. В
локальных сетях протоколы канального уровня используются компьютерами,
мостами (bridge), коммутаторами, маршрутизаторами. В компьютерах функции
канального уровня реализуются совместными усилиями сетевых адаптеров и их
драйверов [8].
Таким образом, внутри «сети» доставка данных обеспечивается
канальным уровнем, доставкой данных между «сетями» занимается сетевой
уровень.
Сообщения сетевого уровня принято называть пакетами. На сетевом
уровне используется понятие «номер сети» при организации доставки пакета. В
этом случае - адрес получателя состоит из номера «сети» и номера компьютера
в этой «сети» [8]. «Сети» соединяются между собой специальными
устройствами, называемыми маршрутизаторами.
Маршрутизатор – устройство, которое собирает информацию обо всех
соседних соединениях, топологии межсетевых соединений и на основе этой
информации пересылает пакеты сетевого уровня в сеть назначения [6]. Чтобы
передать сообщение от отправителя из одной сети, к получателю в другой сети,
необходимо совершить некоторое количество транзитных передач (хопов, hops)
между сетями, каждый раз выбирая подходящий маршрут. Последовательность
маршрутизаторов, через которые проходит пакет называют маршрут пакета.
Главной задачей сетевого уровня является проблема выбора наилучшего
пути, маршрута [6].
14
На сетевом уровне определяется два вида сетевых протоколов.
Существуют протоколы обмена маршрутной информацией. Также, в основном,
это протоколы, которые относятся к определению правил передачи пакетов с
данными конечных узлов, в частности, от узла к маршрутизатору, от
маршрутизатора к маршрутизатору, от маршрутизатора к узлу, и именно эти
протоколы обычно имеют в виду, когда говорят о протоколах сетевого уровня.
Протоколы сетевого уровня реализуются программными и аппаратными
средствами маршрутизаторов, а со стороны ПК - программным модулем ОС.
Пакеты могут быть искажены или утеряны на пути от отправителя к
получателю. Некоторые приложения имеют собственные средства обработки
ошибок, но существуют и такие, которые изначально работают с надежным
соединением. Транспортный уровень обеспечивает приложениям или верхним
уровням модели OSI — прикладному и сеансовому — передачу данных с той
степенью надежности, которая им требуется [6].
Все протоколы, начиная с транспортного уровня и выше, реализуются
программными средствами конечных узлов сети — компонентами их
операционных систем. В качестве примера транспортных протоколов можно
привести протоколы TCP и UDP стека TCP/IP [8].
Протоколы четырех нижних уровней обобщенно называют сетевым
транспортом или транспортной подсистемой, так как они полностью решают
задачу транспортировки сообщений с заданным уровнем качества в составных
сетях с произвольной топологией и различными технологиями. Остальные три
верхних уровня решают задачи предоставления прикладных сервисов.
Сеансовый уровень обеспечивает управление диалогом: фиксирует, какая
из сторон является активной в настоящий момент, предоставляет средства
синхронизации. Последние позволяют вставлять контрольные точки в длинные
передачи, чтобы в случае отказа можно было вернуться назад к последней
контрольной точке, а не начинать все сначала. На практике немногие
приложения используют сеансовый уровень. Он редко реализуется в виде
15
отдельных протоколов, но функции этого уровня часто объединяют с функциями
прикладного уровня и реализуют в одном протоколе [6].
Представительный уровень имеет дело с формой представления
передаваемой по сети информации, не меняя при этом ее содержания. За счет
этого уровня представления информация, которая передается прикладным
уровнем некоторой системы, всегда понятна прикладному уровню другой
системы. С помощью средств этого уровня протоколы прикладных уровней
могут преодолеть синтаксические различия в представлении данных или же
различия в кодах символов, например в кодах ASCII и EBCDIC. На этом уровне
может выполняться шифрование и дешифрование данных, благодаря чему
секретность обмена данными обеспечивается сразу для всех прикладных служб
[8].
Прикладной уровень — это, по сути, просто набор разнообразных
протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к
разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры или гипертекстовые Web-
страницы, а также организуют совместную работу. Например с помощью
протокола электронной почты. Единица данных, которой оперирует прикладной
уровень, обычно называется сообщением (message). Прикладной уровень —
набор всех сетевых сервисов, которые предоставляет система конечному
пользователю: идентификация, проверка прав доступа, принт- и файл-сервис,
почта, удаленный доступ и др. [8].
16
1.3 Организация взаимодействия устройств в вычислительной сети
Следует рассмотреть подробнее, как происходит передача данных в
компьютерной сети. В сети передача данных может осуществляться в
определённых режимах – симплексном, полудуплексном и дуплексном.
Симплексный режим (Simplex) предполагает одновременную передачу
данных только в одну сторону по общему каналу, в обратном направлении
передача невозможна. Таким методом пользуются в основном при передаче
сигнала по телевидению или радио, где много приёмников сигнала и один
источник.
Полудуплексный режим (Half Duplex) предполагает обмен данными между
устройствами по одному каналу связи в любом направлении, но с
разделением по времени, то есть в каждый момент времени данные могут
передаваться только в оном направлении. Если два или более устройства
начнут передавать данные одном направлении, то возникнет ошибка
передачи – коллизия. Коллизией называется столкновение двух или более
кадров в сети, в результате которого они теряются или искажаются. Таким
образом, устройства в сети не имеют возможности правильно принять
передаваемую информацию, и отправка данных должна быть осуществлена
заново, что существенно снижает производительность. В качестве примера
полудуплексного режима можно привести разговор по рации двух человек,
когда каждый может в один момент или слушать, или говорить.
Дуплексный режим (Full Duplex) предполагает обмен информацией
одновременно в двух направлениях с использованием двух каналов связи для
одного устройства – принимающего и передающего. Такой механизм
используется преимущественно для передачи данных между двумя
устройствами, ведь появление коллизий не может возникнуть. В качестве
примера дуплексного режима можно привести разговор по телефону между
двумя абонентами, когда оба могут и говорить, и слушать одновременно. [7]
17
Существуют следующие способы организации обработки передаваемых
данных и взаимодействия пользователей и устройств в сети: равноправные
(одноранговые) сети и сети типа «клиент / сервер».
В равноправных сетях каждый участник сети – компьютер, или рабочая
станция – имеют одинаковые права и управляются самостоятельно. Это значит,
что только владелец ПК может изменить на нем настройки, предоставить доступ
к файлам, хранящимся на этом компьютере, или принтеру. Это вызывает
огромные трудности в администрировании сети, ведь одноранговая сеть
является крайне неуправляемой с точки зрения системного администратора, и
чем больше участников сети, тем более этот факт заметен. [5] Для настройки,
например, операционной системы, антивируса, офисных программ понадобится
личное присутствие системного администратора возле каждого компьютера,
либо управление с помощью программ удаленного доступа к ПК, что
увеличивает срок работ. Данный тип сетей применим к офисам малого размера
и с небольшим количеством подключений, либо к домашним сетям.
Достоинствами ее являются простота и дешевизна, так как нет
надобности закупать дорогое сетевое и серверное оборудование, а также иметь в
штате сотрудников собственного системного администратора. Другим
достоинством, в отличие от сети на основе сервера, является независимость
работы сети от работоспособности других узлов. Пример такой сети показан на
рисунке 6:
18
Рисунок 6 – Пример одноранговой сети
В данном дипломном проекте будет использована сеть типа «клиент /
сервер» (сеть с выделенным сервером, иерархическая сеть). Особенности этого
типа сети состоят в том, что в сети выделяется один или несколько специальных
высокомощных компьютеров с серверной операционной системой – серверов.
Они обычно обладают широкими возможностями для управления всей
инфраструктуры в целом – имеют возможности по управлению например,
доступом к определенным ресурсам или хранят информацию, которую могут
использовать все ПК в сети. На управляющий сервер обычно добавляется роль
“Active Directory”, после чего он называется контроллером домена. Доменная
структура на сегодняшний день самый удобный и распространенный вид
организации работы в вычислительной сети. Использование доменной
структуры имеет ряд преимуществ, среди которых:
контролируемое подключение к локальной сети путем
использования учетной записи пользователя;
высокая скорость и производительность сети
полный контроль над участниками сети;
мощная система управления правами доступа;
контролируемая организация доступа к общим ресурсам;
система архивирования;
настраиваемые политики работы в локальной сети;
19
автоматическая установка необходимых пакетов обновления
системы и программных продуктов;
корпоративная антивирусная защита локальной сети
продвинутые средства мониторинга сети, легкая расширяемость.
Из недостатков организации взаимодействия устройств в сети типа
«клиент / сервер» стоит упомянуть зависимость сети от работоспособности
контроллера домена, ведь поскольку компьютер, являющийся контроллером
домена – центральный компонент сети, от него зависит работа всей локальной
сети в целом. Нужно уделять достаточно внимания его отказоустойчивости и по
возможности, создать вторичный контроллер домена на резервном компьютере
– это повышает затраты на создание и обслуживание сети, а также существует
необходимость в постоянном системном администраторе. Схема сети типа
«клиент / сервер» показана на рисунке 7:
Рисунок 7 – Пример сети с выделенным сервером
Как правило, инфраструктура офисов выглядит следующим образом: у
каждого сотрудника имеется персональный компьютер, которые объединены в
единую сеть с помощью кабеля витая пара.
Кабели объединены сетевым устройством – коммутатором, к которому
также подключен сервер данной организации, основная обязанность которого –
организация работы пользователей в единой сети, предоставление доступа к
20
сетевым ресурсам, например, принтерам или общим папкам. Доступ в Интернет
осуществляется путем другого специально сконфигурированного сетевого
устройства – маршрутизатора, также подключенного к коммутатору.
Какие возможности дает корпоративная сеть?
В первую очередь, это единое информационное пространство. Единая
офисная сеть, связывающая все компьютеры, дает возможность сделать работу
компании более эффективной. Обмен информацией, передача данных,
оформление различной документации становятся более быстрыми и удобными.
Например, доступ к файлам, базам данных, архивам, подключение печатающим
устройствам и т.п. организуется дистанционно.
В список преимуществ можно включить следующие пункты:
Процесс работы становится прозрачнее для самих работников и
руководства;
Возможность качественно и оперативно контролировать работу;
Внутренний доступ ко всем базам данных, документации и отчетности
осуществляется быстро и просто;
Компьютерная сеть существенно экономит затраты (в т.ч. за счет
Интернета) на междугородние, международные звонки, почту и
курьерские услуги.
Глава 2. Построение локальной вычислительной сети
2.1 Анализ требований инфраструктуры
На сегодняшний день мир компьютерных технологий широк и
разнообразен. С переходом различных предприятий и организаций к способу
ведения деятельности, связанному, а чаще всего – основанному на
информационных технологиях автоматизируется деятельность организаций,
упрощается рабочий процесс, улучшаются показатели работоспособности, а
также появляется огромный потенциал оптимизирования деятельности
компании за счет правильной разработки IT-инфраструктуры, грамотного
подбора оборудования, определения важных и нужных технологий, с которыми
будет работать сеть компании. Необходимые условия для работы такой
инфраструктуры – правильная ее настройка, грамотная поддержка,
возможность гибкой модернизации, а так же возможность защиты информации
и ее восстановления в аварийных ситуациях.
Многофункциональные центры – государственный проект, созданный с
целью повышения качества и доступности государственных услуг, открытости
и прозрачности для общества, повышения эффективности деятельности
органов исполнительной власти, а так же помощи гражданам и юридическим
лицам в оплате коммунальных услуг, государственных пошлин, оформлении
документов, пенсионных удостоверений и накоплений, и пр.
Такие центры используют автоматизированную информационную
систему, основными принципами построения которой являются: обеспечение
информационной безопасности и защиты персональных данных и
взаимодействие с внешними информационными системами в соответствии с
требованиями законодательства.
Для построения новой сетевой инфраструктуре предлагается
приобрести оборудование производителя Cisco Systems, что обеспечит
создание гибкой, надёжной современной мультисервисной сети.
В соответствии с темой на данный дипломный проект инфраструктура
сети разрабатывается на основе проводной сети, в которой каждый компьютер
22
соединяется проводом неэкранированная витая пара (англ. unshielded twisted
pair, UTP) с коммутатором. Наиболее подходящей топологией для данного
варианта является топология «звезда». Как компьютеры будут соединяться
проводом, так и беспроводная точка доступа будет независимо подключена к
коммутатору с помощью кабеля.
Преимущества данного вида топологии заключаются в возможности
легко подключить новый ПК, имеется возможность централизованного
управления сетевыми каналами и точками доступа, а также, что немало важно,
сеть устойчива к неисправностям отдельных ПК и к разрывам соединения
отдельных ПК.
Недостатки же могут быть следующими: так как у нас единственный
объект управления сетью, его отказ повлиять на работу всей сети. К тому же, в
проводных сетях недостатком будет являться большой расход кабеля для
подключения каждого ПК. Нельзя только проигнорировать неизбежную потерю
скорости беспроводной сети с подключением каждого нового устройства. Эту
проблему можно решить несколькими способами:
1) ограничение на количество подключений к одной точке
2) ограничение потребляемой скорости для каждого устройства.
Основная технология, используемая в построении компьютерных сетей –
Ethernet. Витая пара – в настоящее время наиболее распространённый сетевой
проводник. По структуре он напоминает многожильный телефонный кабель,
имеет 8 медных проводников, перевитых друг с другом, хорошую плотную
изоляцию из поливинилхлорида. Обеспечивает высокую скорость соединения -
100 мегабит/с (Около 10-12 Мб/Сек) или при использовании гигабитного
оборудования достижимы скорости до 1000 Мбит.
Существует неэкранированная (UTP) и экранированная (STP) витая пара,
помимо обычной изоляции у второго типа витой пары существует защитный
экран, по структуре и свойствам напоминающий фольгу. При соответствующем
заземлении экранированная витая пара обеспечивает отличную защиту от
электромагнитных помех. Перед тем как выбирать витую пару, нужно