2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................. 3
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ И ПРИНЦИПОВ РАБОТЫ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ И СЕТЕВЫХ УСТРОЙСТВ ............................. 7
1.1. Обзор специфики работы локальных вычислительных сетей .................... 7
1.2. Существующие протоколы передачи данных ............................................. 15
1.3. Назначение и классификация сетевых устройств ....................................... 24
ГЛАВА 2. АНАЛИЗ СПЕЦИФИКИ КОНФИГУРИРОВАНИЯ СЕТЕВЫХ
УСТРОЙСТВ ......................................................................................................... 33
2.1. Особенности работы компьютерных сетевых адаптеров .......................... 33
2.2. Анализ существующих программных продуктов по настройке работы
компьютерной сети ............................................................................................... 39
2.3. Обоснование выбора средств разработки для конфигурации сетевых
устройств ................................................................................................................ 50
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
КОНФИГУРАЦИИ НАСТРОЕК СЕТЕВЫХ АДАПТЕРОВ
КОМПЬЮТЕРА .................................................................................................... 60
3.1. Разработка проекта программного обеспечения......................................... 60
3.2. Разработка структуры программного продукта .......................................... 69
3.3. Разработка функциональных возможностей системы ............................... 76
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................... 96
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ............................................. 96
ПРИЛОЖЕНИЕ А. ЛИСТИНГ ФРАГМЕНТОВ ПРОГРАММНОГО КОДА
РЕАЛИЗАЦИИ .................................................................................................... 104
3
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы заключается в необходимости обеспечения
гибкой и удобной работы с сетевыми устройствами компьютера,
осуществления комплексного мониторинга состояния загруженности
компьютерной сети и отдельных ее хостов путем использования единой
программной системы с интуитивно понятным и настраеваемым
интерфейсом пользователя.
В связи с постоянным ростом числа используемых в рамках различных
предприятий компьютеров возрастает сложность их топологической связи
между собой посредством объединения в единую локальную
вычислительную сеть (ЛВС) или глобальную сеть.
Данная проблема может быть решена посредством изучения
теоретически и практических подходов и методов обеспечения целостной и
взаимосвязанной работы всех сетевых средств, устройств для
проектирования и разработки программного обеспечения в виде пакета
различных прикладных сетевых утилит, предоставляющих ряд полезных
функций по отслеживанию и модификации состояния сетевых адаптеров.
Не смотря на анализ существующих решений в данной области на
рынке программных продуктов, наблюдается острая нехватка актуальных,
удобных, легко настраиваемых под пользовательские предпочтения
программных решений, основанных на модульной архитектуре с поддержкой
быстрого дополнения системы дополнительными функциональными
возможностями.
Все вышеизложенное позволяет сделать вывод о необходимости
разработки программного обеспечения для выполнения конфигурации
настроек сетевых адаптеров компьютера.
Объектом исследования в данной работе является специфика
функционирования компьтерных сетевых устройств.
Предметом исследования являются особенности практической
4
программной реализации программного обеспечения конфигурации настроек
сетевого адаптера компьютера.
Цель исследования заключается в разработке программного
обеспечения для выполнения конфигурации настроек сетевых адаптеров
компьютера и получения необходимой информации об удаленных сетевых
хостах.
Задачи исследования:
1) Анализ особенностей и принципов работы вычислительных сетей и
сетевых устройств.
2) Анализ специфики конфигурирования сетевых устройств.
3) Анализ существующих программных продуктов по настройке
работы компьютерной сети.
4) Разработка программного обеспечения конфигурации настроек
сетевых адаптеров компьютера.
5) Разработка проекта, структуры и функциональных возможностей
системы.
Практическая значимость работы заключается в разработке
программного обеспечения для выполнения конфигурации настроек сетевых
адаптеров компьютера, позволяющего осуществлять ряд полезных сетевому
администратору функций.
Научная новизна данной работы заключается в разработке и
применении модульного подхода к формированию структуры интерфейса
программного обеспечения, основанного на концепции связи фрагментов
средствами технологии WPF.
Данная работа состоит из разделов Введение, трех основных разделов,
Заключения, Списка литературы, Приложения с программным кодом.
Проведение аналитического обзора специфики функционирования
компьютерных сетей позволило выявить ключевые аспекты и проблематику
конфигурирования сетевых устройств. Разработанное программное
обеспечение позволяет снизить затраты времени на конфигурацию настроек
5
сетевых адаптеров компьютера, а также предоставить пользователю
дополнительные возможности по просмотру информации об удаленных
сетевых хостах
В результате выполнения первой главы данной работы выполнен
анализ особенностей и принципов работы вычислительных сетей и сетевых
устройств. В рамках рассмотрения обозначенных нюансов проведен обзор
специфики работы локальных вычислительных сетей, проанализированы
основные понятия, описан процесс администрирования локальных сетей,
классифицированы наиболее популярные средства и системы реализации
данного процесса (диагностики, управления, анализа). Рассмотрены наиболее
распространенные причины нарушения работы локальных сетей и основные
топологии их построени, преимущества и недостатки использования.
Проанализированы существующие протоколы передачи данных,
Сформулированы основные требования к современным протоколам передачи
данных, обозначена и описана модель OSI. Подробно описаны принципы
функционирования протоколов IPX/SPX, NetBEUI и TCP/IP, приведены
соотвествующие графические иллюстрации демонстрации их состава.
Проведен обзор назначения и классификация сетевых программно-
аппаратных устройств, описаны принципы и назначение ряда
основополагающих средств обеспечения работы ЛВС, в частности,
коммутатора, маршрутизатора, брадмауэра и средства коммуникации.
Проведен анализ преимуществ и недостатков наиболее популярных на
практике линий связи, коаксиального, оптоволоконного кабелей и витой
пары.
В рамках второй главы данной работы приведены результаты
выполненного анализа специфики конфигурирования сетевых устройств,
описаны основные особенности работы компьютерных сетевых адаптеров,
приведена иллюстрация их структурного состава в обобщенном виде.
Проведен анализ существующих программных продуктов по настройке
работы ЛВС, описаны их ключевые преимущества и наиболее критичные с
6
точки зрения администрирования работы САД недостатки, составлена
сравнительная таблица оценок по всем рассмотренным аналогам. Проведено
обоснование выбора средств разработки для конфигурации сетевых
устройств путем анализа основных возможностей среды разработки Visual
Studio, языка написания программного кода C# и технологий разработки
пользовательского интерфейса, приведены соотвествующие графические
иллюстрации.
В рамках третьей главы данной работы осуществлено описание
основных этапов разработки программного обеспечения конфигурации
настроек сетевых адаптеров компьютера. Разработан проект созданного
программного обеспечения средствами языка UML, приведены
разработанные диаграммы вариантов использования и классов системы,
создана storyboard основных форм интерфейса. Разработана и описана
структура программного продукта, ключевые пакеты и классы реализации
функциональных возможностей. Описан порядок работы с созданным
программным обеспечением, приведены примеры проверки корректности его
работы.
При написании данной выпускной квалификационной работы
использовались научные труды 60 различных авторов, к числу наиболее
значимых следует отнести работы в области информационных сетевых
технологий таких авторов: Блинкова Ю.В., Ватаманюка А., Гребешкова
А.Ю., Карпалюка И.Т., Куызнецова А.И., Мирошниченко А.А., Куроуза Д.,
Росса К., Новожилова Е.О., Новожилова О.П. и ряда других.
7
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ И ПРИНЦИПОВ
РАБОТЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ И СЕТЕВЫХ
УСТРОЙСТВ
1.1. Обзор специфики работы локальных вычислительных сетей
ЛВС представляет собой некую совокупность компьютеров и иных
вспомогательных электронных устройств, которые позволяют обеспечить
информационный обмен между хостами сети без применения
промежуточных носителей данных на базе одного или нескольких офисных
помещений.
Узел ЛВС представляет собой некоторую совокупность средств,
которые объединены каналами связи, обеспечивая такие функции: выбора
направления передачи данных (коммутация и маршрутизация), подобные
средства часто называют узлами связи (узлами передачи данных), а также
обработки данных, такие узлы называют центрами обработки данных.
В роли узлов связи на практике широко используются различные
маршрутизаторы и коммутаторы, а в качестве центров обработки данных
чаше всего используются серверы или хосты, т.е. компьютеры, передающие
их вычислительные ресурсы пользователям локальной или глобальной сети,
их иногда называют хост-машинами.
ЛВС часто классифицируют по следующей группе признаков [1]:
уровень территориальной распространенности;
степень ведомственной принадлежности;
минимальная скорость передачи информации;
среда передачи.
Local Area Network - LAN представляет собой локальную ЛВС, которая
имеет замкнутую инфраструктуру до выхода на уровень поставщиков услуг.
LAN подразумевает широкий диапазон сетей, от офисной сети в 5 машин до
сети большого завода.
8
Ряд литературных источников предоставляет более точную оценку,
протяженность такой сети может составлять до 10 км в радиусе.
Каждый компьютер в сети может выступать только в одной
полноценной роли – сервера или рабочей станции.
Серверы предоставляют другим хостам свои ресурсы. Часто, он
является отдельным высокопроизводительным компьютером, который
бывает оснащен специальной операционной системой (Windows Server и др.),
которая может центрально управлять всей сетью.
Рабочая станция или простой хост - это компьютер обычного
пользователя, имеющий доступ к ресурсам серверов.
Термин «корпоративная ЛВС» широко используется в сетевой
литературе для обозначения некоторого аппаратно-программного
объединения ряда ЛВС, которые могут базироваться на различных
программных, технических и информационных принципах [3].
Управление ЛВС называют администрированием, которое заключается
в целенаправленном воздействии на сеть, для обеспечения и организации
процесса ее корректного функционирования по заданному шаблону.
Администрирование ЛВС включает такие процедуры:
включение и отключение каналов передачи данных, операционных
систем терминалов;
диагностика возникающих неисправностей;
сбор и анализ сетевой статистики;
подготовка отчётной, статистической ыдокументации и регламентов
конфигурации и др.
Сетевое администрирование необходимо проводить в тех случаях,
когда у администратора возникает необходимость в оперировании единым
представлением ЛВС, что часто обусловлено сложностью топологии и
иерархии ее архитектуры [4].
Для этого на практике часто осуществляется переход от управления
процессом работы отдельных устройств к проведению анализа трафика в
9
различных участках ЛВС, изменением её конфигурации и рабочих
параметров, что удобно осуществлять путем использования единой
управляющей консоли.
Все стоящие перед администратором задачи, как правило, разбиваются,
в данном случае, на две отдельные группы: контроль за функционированием
аппаратного сетевого оборудования и управление процессом работы
современной ЛВС.
Итоговой целью администрирования ЛВС является достижение
требуемых параметров ее функционирования для удовлетворения
соответствующих нужд пользователей.
Для администрирования ЛВС, существуют и используются на практике
такие средства [5]:
1. Управления сетью, представляют собой полноценные
централизованные программные комплексы, способные осуществлять сбор
данных о состоянии всех узлов, устройств сети и данные о передаваемом
трафике, который движется по ЛВС.
Подобные системы не просто отслеживают и анализируют ЛВС, но и
также выполняют в полуавтоматическом режиме различные действия по
управлению ЛВС, а именно активацию и деактивацию портов устройств,
модификацию настроек мостов и адресных таблиц и т.д.
Примерами подобных систем являются программные решения
SunNetManager, HPOpenView, IBMNetView и некоторые другие решения от
популярных вендоров на рынке.
2. Управления системой. Данные средства выполняют функции,
которые аналогичные назначению системы управления, однако применяются
по отношению к другим объектам. Объектами управления в первом случае
являются программное обеспечение и физическое (аппаратное) обеспечение
ЛВС, а во втором отдельное коммуникационное оборудование.
10
Некоторые функции данных видов систем управления дублируются, в
частности средства управления системой способны осуществлять анализ
текущего сетевого трафика [6].
3. Диагностики и управления. Данные системы реализуются в виде
соответствующих модулей, которые устанавливаются в ЛВС, а также в
форме программных модулей, которые интегрированы в операционные
системы.
Примером систем данного класса является блок управления
концентратора модели Distrebuted 5000, который выполняет функции
автосегментации имеющихся портов при детекции возможных
неисправностей, распределение портов внутренним секторам концентратора,
и ряд некоторых других.
Часто встроенные модули управления дополнительно осуществляют
некоторые функции SNMP-агентов, которые осуществляют поставку данных
о текущем состоянии одного или нескольких устройств для работы систем
управления [7].
4. Protocolanalyzers (анализаторы протоколов), которые представляют
собой отдельные или совокупные программные или гибридные системы,
ограничивающиеся функциями анализа и мониторинга трафика в ЛВС, в
отличие от систем управления, являющихся более универсальными и
дорогими.
Качественный анализатор осуществляет захват и декодирование
различных пакетов большого количества протоколов, которые используются
в ЛВС, более 30 единиц [9].
Анализаторы позволяют выполнять некоторые логические действия
для осуществления захвата передаваемых пакетов и выполняют
декодирование захваченных извне пакетов, позволяя отображать в удобной
форме для специалиста вложенность пакетов протоколов, относящихся к
разным уровням, с последующей расшифровкой содержимого полей каждого
из пакетов.
11
5. Оборудование для осуществления диагностики и сертификации
используемых кабельных систем. Данное оборудование может быть
подразделено на такие группы: средства сетевого мониторинга, кабельные
сканеры, приборы для выполнения сертификации кабельных систем и
мультиметры.
6. Экспертные системы, используемые для суммирования человеческих
знаний и опыта по выявлению причин аномальной работы ЛВС и возможных
мерах приведения ЛВС в действующее состояние.
Подобные системы реализуются в виде отдельных модулей или
подсистем средств анализа и мониторинга сетей: сетевых анализаторов и
систем управления сетями.
Простейшим вариантом такой системы является контекстная
справочная система. Более сложные системы представляют собой так
комплексы, включающие в свой состав базы знаний, которые обладают
элементами искусственного интеллекта. Подобной системой является
экспертная система, интегрированная в систему управления Spectrum
Cabletron.
Наиболее распространенные нарушения работы ЛВС это технические
сбои, отказы оборудования, внешние стихийные бедствия, побочные влияния
и ошибки. Смысл таких явлений выражается так [12]:
отказ представляет собой некоторый сбой в работе элемента ЛВС,
который может привести к невозможности осуществления им своих
ключевых функций;
сбой представляет собой временное нарушение в
функционировании отдельного элемента ЛВС, что не позволяет ему
выполнять свои функции;
ошибка представляет собой не корректное выполнение элементом
ЛВС ряда функций, возникшее вследствие постоянного или временного
изменения его состояния;