22
может привести к существенному повышению объемов широковещательного
трафика, в сравнении с аналогами.
Протокол соответствует сразу ряду уровней распространенной
модели OSI. Для обеспечения процесса взаимодействия используемых
сетевых интерфейсов задействованы канальный и физический уровни. В
пределах первого уровня для выполнения функций по управлению
процессами кодирования и адресации данных задействуются подуровни LLC
и MAC. Для обеспечения необходимого уровня надежности передачи
данных, подтверждение события успешного приема отправленных пакетов,
установки и завершения сеанса связи задействованы транспортный и
сеансовый уровни [40].
Как уже было упомянуто выше, главным недостатком протокола
является невозможность маршрутизации. Используемые технические
средства не способны перенаправить передаваемый сетевой пакет NetBEUI в
другую сеть, т.к. фрейм не несет в себе информации, позволяющей
идентифицировать конкретные подсети. Дополнительным недостатком
данного протокола является отсутствие поддержки программного
обеспечения для сетевого анализа передаваемых данных, кроме
предложенных компанией Microsoft программных решений.
3. Стек протоколов TCP/IP (управления передачей/протокол
Интернета) – наиболее популярный в настоящее время стек протоколов,
используемый для организации доступа к данным в ЛВС и глобальной сети
Интернет.
4-й уровень данного протокола соответствует канальному и
физическому уровням OSI модели. Он не регламентируется в TCP/IP, однако
поддерживает все совремнные стандарты организации физического и
канального уровня. Для ЛВС реализована поддержка технологий Ethernet,
FDDI, Token Ring, Fast Ethernet, и других. Для глобальных сетей существует
поддержка протоколов соединений по типу "точка-точка" (Р2Р), SLIP, PPP,
различные протоколы территориально распределенных сетей с коммутацией
23
пакетов и другие. Создана специальная спецификация, которая позволяет
идентифицировать и обозначить использование технологии ATM для
использования его в качестве базы канального уровня. Благодаря этому
практически любую перспективную технологию можно включить в данный
стек посредством разработки соответствующего набора RFC, который
осуществляет идентификацию способа инкапсуляции передаваемых пакетов
IP в соотвествующие кадры [33].
3-й уровень протокола предназначен для организации межсетевого
взаимодействия, позволяет осуществлять передачу сетевых пакетов на базе
применения различных транспортных процедур ЛВС, распределенных
территориальных сетей, линий ораганизации специальной связи и др [41].
В качестве базового протокола сетевого уровня в TCP/IP применяется
IP-протокол, предназначенный изначально для осуществления передачи
пакетов в составных компьютерных сетях, включающих в свой состав
большое число ЛВС, объединенных различными связями. В связи с этим IP
эффективно функционирует в ЛВС со сложной топологией, благодаря
адекватности использования всех подсистем и экономному использованию
возможностей передачи данных в имеющихся линиях связи. IP представляет
собой дейтаграммный тип протокола, который не требует гарантированной
доставки пакетов до конечного узла назначения.
2й уровень называется основным, на нем происходит работа протокола
управления передачей TCP и производится задействование протокола
дейтаграмм пользователя UDP .
TCP необходим для обеспечения надежного процесса передачи
сообщений между различными удаленными процессами посредством
создания виртуальных соединений.
UDP реализует передачу различных прикладных программных пакетов
на базе дейтаграммного подхода, аналогично IP протоколу, выполняя
функции связующего элемента между непосредственно сетевым и
прикладными процессами.
24
1-й уровень называется прикладным. В состав TCP/IP входит ряд
протоколов и сервисов данного уровня, в частности: FTP, telnet, SMTP, (для
организации работы электронной почты), различные гипертекстовые сервисы
доступа (WWW) и некоторые другие [42].
Среди наиболее значимых достоинств стека протоколов TCP/IP,
необходимо отметить такие основные аспекты:
используется в большом колличестве ЛВС и в глобальных сетях, что
обуславливает его универсальность и гибкость в сфере сетевых
коммуникаций;
поддержка работы данного протокола обспечивается подавляющим
большинством имеющихся на рынке сетевых устройств;
практически все современные СОС применяют TCP/IP в роли
основного протокола передачи данных;
реализовано большое число диагностических программных средств
и анализаторов передаваемого трафика, в том числе бесплатных решений;
высокая популярность в профессиональной сфере среди
специалистов по ЛВС [43].
1.3. Назначение и классификация сетевых устройств
Доступом к ЛВС часто называют процесс взаимодействия узла сети с
соответствующей средой передачи данных для осуществления обмена
информацией с активными станциями. Управление процессом доступа к
среде представляет собой процедуру установки некоторой
последовательности, в рамках которой станции получают полный доступ к
имеющейся среде передачи данных. Практически любую сложную ЛВС
обслуживает значительно число устройств, обеспечивающих ее
функционирование в рамках разработанной топологии. Рассмотрим далее
наиболее распространенные из них.
1. Коммутатор (КМР), представляет собой сетевое устройство,
реализованное в концентратора, функционирующего в режиме
25
высокоскоростного мультипортового моста, в который интегрирован
механизм управления, позволяющий организовать процесс
широковещательного сегментирования сети. Это делает возможным
выделение полосы пропускания к хостам ЛВС. Использование КМР
увеличивает уровень пропускной способности ЛВС посредством
равномерного распределения значений полосы пропускания между
приложениями и пользователями [44]. КМР позволяют избежать
возникновения физических ограничений, которые могут возникнуть по
причине совместной эксплуатации концентратора, т.к. они логически
структурируют пользователей и порты всей организации.
2. Маршрутизатор (МРТ), представляет собой сетевое устройство,
которые позовляет реализовать протокол сетевого уровня, что является
необходимым при объединении отдельных фрагментов сети в общую ЛВС.
Внутренний состав конкретной сети не является принципиальным при
рассмотрении отдельного сетевого протокола. К каждому МРТ можно
присоединить сразу несколько типов сетей.
В современных составных сетях с различными топологиями часто
может существовать сразу несколько альтернативных маршрутов, которые
могут быть использованы для передачи соотвествующих пакетов между
конечными хостами. Задача подбора нужных маршрутов из всех возможных
решается посредством использования маршрутизаторов для соотвествующих
хостов [45].
МРТ представляет некоторую последовательность маршрутов, которые
пакету необходимо пройти при движении от отправителя до итогового
пункта назначения.
МРТ выбирает оптимальный маршрут на базе представления об
активной конфигурации ЛВС и критерия выбора маршрута. Чаще всего в
роли критерия выступает период прохождения пакетом маршрута, который в
ЛВС часто совпадает с длиной маршрута, которая исчисляется в количестве
пройденных узлов. В глобальных компьютерных сетях дополнительно
26
учитывается время передачи отдельного пакета по каждой активной линии
связи.
Router работает как мост, но для фильтрации трафика он использует не
адрес сетевой карты компьютера, а информацию о сетевом адресе который
содержится в передаваемом пакете. По этому адресу Router находит в общей
таблице маршрутизации требуемый путь, по которому необходимо
отправить пакет (на нужный компьютер). Модель работы 4-х портового МРТ
приведена на рисунке 4..
Рисунок 4 – Модель работы 4-х портового маршрутизатора
3. Брандмауэр или межсетевой экран (БРМ), представляет собой
физическое или программное обеспечение для организации требуемого
уровня безопасности сети, осуществляющее процесс мониторинга
исходящего и входящего сетевого трафика, а также управления процессом
блокировки или пропуска данных на базе использования установленного
набора правил.
27
БРМ бывают разных типов, рассмотрим далее наиболее популярные из
них.
Прокси-сервер (ПС), используется в качестве шлюза между сетями
для работы конкретного программного приложения. ПС часто выполняют
функции кэширования и защиты доступа к контенту, способствует закрыть
прямые подключения к хосту вне пределов ЛВС. В ряде случаев это
способно оказать отрицательнее влияние на уровень пропускной способности
и производительности установленных приложений.
БРМ с контролем состояния сеансов подзволяет обеспечить процесс
пропуска или блокировки сетевого трафика с учетом его текущего состояния,
протокола и порта. Осуществляет процесс мониторинга активности, начиная
с момента открытия текущего соединения и до его закрытия. Решения о
применении фильтрации принимаются на базе правил, определяемых
администратором или текущего контекста (информация, которая была
получена из пакетов, которые принадлежат этому соединению) [50].
UTM БРМ, его устройство сочетает функции контроля состояния
текущих сеансов, предотвращение возможных вторжений и
сканирование/поиск вирусов. В ряде случаев включены функции активации
дополнительных служб или управления облаком. Ключевыми
преимуществами являются простота и удобство в использовании.
NGFW с активной защитой от угроз. Данные БРМ сочетают в себе ряд
функций NGFW с возможностями оперативного поиска устранения
различных угроз безопасности.
БРМ позволяют [54]:
посредством полного учета контекста определять ресурсы,
наибольшим образом подверженные риску взлома;
оперативно реагировать на различные атаки посредством
применения методов интеллектуальной автоматизации уровня безопасности,
устанавливающих использование групповых политик и динамическую
регулировку защиты;
28
с более высоким уровнем надежности осуществлять поиск
подозрительной деятельности установленных программных
пакетов, применяя методы корреляции событий в ЛВС.
4. Средств коммуникаций (СКМ). В качестве СКМ чаще всего
применяется витая пара, оптоволоконные линии и коаксиальный кабель.
Коаксиальный кабель (КА) представляет собой радиочастотный кабель
для осуществления передачи высокочастотных сигналов различного
характера. КА включает в свой состав нескольких проводников, разделенных
между собою специальным диэлектриком. Внешний проводник выполняет
функции защиты передачи сигнала от внешних наводок, дополнительно
препятствуя излучению сигнала, передающемуся от кабеля. В середине
кабеля расположен проводник, изготавливаемый из меди, омедненной стали
или алюминия [56].
КА, в сравнении с другими типами средств коммуникаций, существуют
такие преимущества [57]:
Возможно применение для передачи разнородных сигналов,
например, речи, радио, аналоговых данных, телевидения и видео.
Простота установки, монтажа и подключения.
Доступная цена.
Поддержка передачи высокочастотных приложений на расстояния
до 400-500 метров на частоте до 4000 Гц.
Широкая полоса пропускания частот.
Надежные характеристики для поддерживаемых диапазонов
рабочих частот.
Не высокий уровень затухания сигнала.
Однако, существует и ряд недостатков применения КА, к наиболее
значимым из котороых относятся [58]:
Хрупкость и подверженность износу при оказании прямого
воздействия со стороны окружающей среды (солнце, влага).
29
Необходимо наличие специальных инструментов для
осуществления подключения кабеля к устройствам.
Трудоемкость прокладки толстых КА при соединении их в общий
пуче, в случае необходимости подключения через проводку для кабелей.
Коннекторы для кабеля являются дорогостоящими и сложными в
монтаже.
Ограниченность полосы пропускания.
Современные оптоволоконные кабели (ОПК) производятся из стекла,
что обеспечивает низкие потери сигнла и высокую пропускную способность
сигнала, а также низкую погрешность искажения. Стандартная
оптоволоконная система пересылки данных между исходником и
приемником состоит из: оптического передатчика (ОП), оптоволоконного
кабеля (ОВК) и оптического приемника (ОПР).
ОП преобразует поступающий электрический сигнал (непрерывный
или дискретный) в световой сигнал. Источником такого света выступает
светодиод или твердотельный лазер. На практике применяются источники
света, обаладающие длиной волны около 900, 1300 и 1600 нанометров.
ОПК включает в состав одно или несколько волокон из стекла, которые
функционирую в качестве волноводов. Конструктивно, ОПК схож с
электрическим, однако для реализации необходимых функций содержит
элементы защиты светодиодов, расположенных внутри. Соединение таких
кабелей различной длины осуществляется посредство использования
разъемных и неразъемных соединителей.
ОПР осуществляет преобразование светового сигнала в некую копию
исходного электрического сигнала. На практие чувствительным элементом
ОПР является PIN-фотодиод или лавинный фотодиод.
Оптоволоконные системы передачи данных имеют ряд преимуществ
над КА и стандартными медными проводами [60]:
способны транспортировать передавать большое число информации
с высокой степенью достоверности, на высокой скорости, на далекое
30
расстояние. ОПК наиболее удобны для отправки и получения
последовательных цифровых данных.
ОПК игнорирует различные внешние помехи, в том числе грозовые
разряды, т.к. в основе принципа передачи данных не задействовано
электричество. В связи с этим ОПК можно располагать рядом с
высоковольтным электрооборудованием, т.е. прокладывать параллельно
силовым линиям. При применении таких систем, благодаря этому, не
формируются паразитные петли заземления.
т.к. ОПК производится из стекла, он не является восприимчивым к
воздействию ряда химических веществ, агрессивных и вызывающих
коррозию. В связи с этим ОПК часто проводят в грунте, а также применяют
на химических производствах в корродирующей атмосфере.
носителем данных ОПК является световые потоки, в связи с чем при
нарушении целостности кабеля не возникают искры или замыкания.
Подобные линии целесообразно использовать в взрывоопасных атмосферах,
т.к. возгорании при повреждении также не будет.
как многожильный, так и одиночный ОПК обладают существенно
меньшей толщиной, по сравнению с КА и медными кабелями с аналогичной
пропускной способностью. ОПК более прост в монтаже и прокладке на
различной глубине.
ОПК лучше всего подходят для обеспечения защищенных систем
транспортирования данных. Несанкционированное подключение к ОПК
является технически сложным может быстро диагностировано.
Оптическое волокно не генерирует вокруг себя электромагнитного
излучения, его сложно идентифицировать.
Наиболее популярнфм кабельным соединением является двухжильное
витое соединение, которое часто называют “витой парой” (ВП). ВП
позволяет осуществлять передачу информации со скоростью до 100 Мбит/с,
но существенным недостатком данного СК является незащищенность от
помех.
31
По сравнению с ОПК и КА, использование ВП обладает рядом
существенных преимуществ:
ВП тонкий, гибкий и простой в обжимке коннекторов.
Обладает наименьшей стоимостью, по сравнению с аналогами.
ВП наиболее удобен и целесообразен для использования в офисах
или в рабочих группах, для которых характерым является отсуствие
электромагнитных помех [56].
При этом ВП обладает рядом недостатков, а именно:
значительное воздействие электромагнитных наводок, находящихся
извне;
высокая вероятность утечки данных;
высокая степень затухания передаваемого сигнала;
проводники ВП подвержены так называемому поверхностному
эффекту, который заключается в том, что при высоком значении частоты
тока, он вытесняется из середины проводника, что способствует снижению
площади проводника, задействованной для передачи и дополнительному
ослаблению сигнала [59].
Выводы по главе 1
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).
Проведен анализ преимуществ и недостатков наиболее популярных на
практике линий связи, коаксиального, оптоволоконного кабелей и витой
пары.