5.3.6 Служби та застосування бездротових обчислювальних мереж [2]
Бездротові ЛКМ надають користувачам швидкий і відносно недорогий спосіб доступу до Інтернету за допомогою єдиного підключення, наприклад через кабельний модем або лінію DSL. Завдяки наявності в аеропортах і готелях точок підключення, сумісних зі стандартом 802.11b, які подорожують можуть одержати високошвидкісний доступ до Інтернету за допомогою своїх дорожніх комп'ютерів / ноутбуків. Тепер в університетах і студентських містечках при використанні бездротових ЛКМ для обслуговування навчання та аудиторій адміністратор мережі може встановити електронне обладнання в будь-якому зручному місці. Раніше така «розкіш» була пов'язана із значними витратами праці і часу, оскільки потрібно було прокладати і підключати безліч кабелів, які потім необхідно було прикріплювати до підлоги і піклуватися про те, щоб їх не пошкодили. Тепер можна сміливо сказати, що можливі сфери застосування бездротових ЛКМ обмежуються лише уявою розробників.
Розділ 6 Проектування і адміністрування комп’ютерних мережах.
Лекція 17. Вимоги до комп’ютерних мереж: достовірність передачі даних; своєчасність доставки даних; об’єми переданих даних; пріоритетність даних; швидкість передачі даних (TRIB); роботоспроможність мережі та її компонентів; оптимальна довжина блоку даних. Мережеві пристрої: пристрої спільного доступу; аналогові мости; заміна модемам; мости: комутатори; маршрутизатори; шлюзи; з’єднання. Петлевий контроль. Пристрої тестування. Feline- програма. Програмні аналізатори КМ (TokenVision, EtherVision).
Лекція 18. Протоколи SNMP, SNMPv2, SNMPv3 та віддалений моніторинг. Архітектура, дерево ім’я, стандарт RMON для КМ Ethernet та Token-Ring. Програма Foundation Maneger.
Тема 6.1 Вимоги до комп’ютерних мереж та методи проектування.
6.1.1 Вимоги до комп’ютерних мереж: [2]
Ефективна робота КМ багато в чому залежить від того, наскільки грамотно вона спроектована і як налагоджене її адміністрування. Під терміном «проектування мережі» мається на увазі вибір її топології, середовища передачі даних, а також комунікаційних засобів, яка задовольняють вимогам до мережі.
Розглянемо принципи побудови мереж, пристрої, необхідні для підтримки їх ефективної роботи, а також питання, пов'язані з адміністрування. Багато функцій адміністратора, такі як планування та облік фінансових витрат, пов'язаних з обслуговуванням мережі, аналогічні виконуваним в інших сферах діяльності. Тому не будемо їх роззглядати, а розглянемо більш спеціалізовані теми, у тому числі вимоги, пред'явлені до КМ, методи досягнення її високої продуктивності і окупності, мережеві пристрої і їх взаємодію один з одним, пристрої та методи тестування, а також локалізацію несправностей та відновлення роботи тієї чи іншої служби.
Будь - яка мережа, незалежно від її складності, може стати частиною великої мережі, тому почнемо з опису принципів побудови простих мереж типу «точка-точка», а потім перейдемо до технологій побудови та адміністрування більш складних мереж.
Вимоги до мережі.
Одним з факторів, який при проектуванні мережі доводиться враховувати перш за все, є термін окупності. Причому, оцінюючи окупність, слід приймати до уваги не тільки вартість обладнання та ПЗ, але і втрати, які може понести організація при відсутності мережі або ненадійною її роботі. Наприклад, ЛКМ зазвичай виправдовує себе, якщо швидкість, з якою службовці організації обмінюються даними, дозволяє з максимальною віддачею використовувати дороге устаткування і час працівників з погодинною оплатою праці. В іншій ситуації головним фактором, який реабілітує витрати на мережеві пристрої, може стати надійність передачі даних, оскільки збитки організації у разі збою мережі можуть у декілька разів перевищити її вартість.
Якби вартість не мала такого значення, більшість КМ представляли б собою численні окремі канали типу «точка-точка». Якщо канал «точка-точка» здатний передавати дані на високій швидкості, його грунтовно завантажити роботою, це буде найбільш ефективний спосіб виконання конкретної задачі, пов'язаної з інтенсивним обміном даними.
Багато додатків через недостатній обсяг (низький трафік) або недостатню цінність переданих даних не в змозі виправдати вартість виділених для них каналів. Іноді в таких випадках можна з допомогою мультиплексорів або інших мережевих пристроїв об'єднати на певній ділянці канали передачі даних з декількох джерел в один потік. Ці технології дозволяють підвищити віддачу від застосування мережі, проте з додаванням обладнання знижується її надійність і збільшується час, необхідний для пошуку і виправлення неполадок.
Можна сказати, що стосовно до проектування мережі професіоналізм полягає в умінні відшукати компроміс між її вартістю і такими чинниками, як надійність, захист, а також швидкість передачі даних і своєчасна їх доставка (якщо додатки чутливі до затримок). Термін «задовільна мережа» означає, що знайдений компроміс влаштовує користувача / організацію, що замовили розробку мережі і оплачують всі витрати.
Достовірність передачі даних. При обговоренні правильності (точності) передачі даних розглядалися питання, пов'язані з виявленням та виправленням виникших при цьому помилок. Слід зазначити, що крім додатків, в яких помилки неприпустимі, існує досить багато «невибагливих» у цьому сенсі додатків. Наприклад, якщо в повідомленні електронної пошти деякі слова будуть передані з описками, в більшості випадків це не позначиться на його сприйнятті і трактуванні. Однак будь-який обмін даними при здійсненні фінансових угод, безумовно, вимагає дуже високого рівня точності.
Своєчасність доставки даних визначається кількома чинниками: обсягом переданих даних, важливістю і пріоритетністю інформації, середньою швидкістю безпомилкової передачі даних і надійністю мережі. Розглянемо детально кожен з цих факторів.
Обсяг переданих даних. Очевидно, що крім вартості оренди виділеної лінії на вибір швидкості передачі мають самий безпосередній вплив обсяг переданих даних та їх пріоритетність. У деяких ситуаціях обсяг даних, які підлягають передачі може бути настільки великим, що простіше і дешевше записати їх на якийсь носій інформації (компакт-диск / флеш пам’ять ) і відвезти до пункту призначення. При невеликих обсягах даних цілком задовольним рішенням може стати їх передача на невисокій швидкості з використанням звичайної телефонної лінії.
Пріоритетність даних. Як правило, важливість і пріоритетність переданих даних прямо пропорційна кількості параметрів, що перевіряються при передачі, і частоті перевірок. Є гарна приказка: «Ціна відповідає якості», яка цілком застосовується до мережі, оскільки для реалізації вдалих рішень часто потрібно викласти велику суму. Однак у багатьох сферах такі витрати достатньо швидко окупають себе. Наприклад, якщо на підприємстві з повною комп’ютеризацією виробничих процесів відбудеться збій мережі, це може коштувати компанії більш ніж 10 000 грн. на годину. У таких випадках надійність роботи мережі, своєчасне тестування і вміле її адміністрування, а також дублювання найважливіших ділянок мережі набувають надзвичайну важливість.
Визначаючи пріоритетність переданих даних, потрібно враховувати багато факторів: характеристики обладнання, загальну вартість рішення, а також деякі суб'єктивні обставини. Припустимо, спочатку передбачалось, що передача даних від банкомату в центральний комп'ютерний комплекс банку буде здійснюватися протягом 1 с. А оскільки малоймовірно, що клієнт стане міняти банк, коли затримка між запитом і відповіддю зросте до 5 с, то проектувальник мережі може вибрати меншу пріоритетність даних і меншу швидкість передачі, якщо це призведе до економії коштів. Коли ж мова йде про мережу для фірми, службовці якої протягом дня виконують масу запитів, то затримка в 5 с. призведе до серйозної втрати продуктивності праці. Як бачите, проектувальнику мережі постійно доводиться шукати компроміси і враховувати навіть такі нюанси, як психологія клієнтів банку.
Швидкість передачі даних. Термін «швидкість передачі даних», який більш відомий як «швидкість передачі бітів інформації» (Transfer Rate of Information Bits, TRIB), по суті, представляє собою середню швидкість безпомилкової передачі призначених для користувача даних (без урахування заголовків пакетів і повторно переданих пакетів).
Працездатність мережі визначається трьома факторами: часом доступу, часом між збоями (Mean Time Between Faihires, MTBF) і середнім часом, необхідним для відновлення нормального обслуговування (Меаn Time to Restore Service, MTRS). При роботі з приватними лініями і постійними віртуальними мережами час доступу не має вирішального значення, проте при використанні комутованого доступу або віртуальних викликів час витрачений на встановлення з'єднання, може власне перевищити час передачі даних (при невеликому їх обсязі). Під MTBF мається на увазі середній час між серйозними збоями. Якщо частота збоїв досить висока, величина TRIB буде малою, навіть коли з'єднання залишиться встановленим. MTRS може являти собою як час, що витрачається на часткове відновлення мережі (наприклад, на підключення зарезервної лінії), так і час, який витрачається на повідновлення мережі, якщо недоступні будь-які альтернативні варіанти.
Працездатність КМ. Знаючи MTBF і MTRS, можна обчислити коефіцієнт готовності кожного мережевого пристрою (модему, лінії передачі, маршрутизатора і т. п.):
А = (1 - MTRS / MTBF) 
100
Припустимо, потрібно розрахувати коефіцієнт готовності маршрутизатора, про який відомо, що протягом двох років він може зламатися один раз і при цьому на його ремонт потрібно 48 годин. З урахуванням того, що один день складається з 24 год, а один рік - з 365 днів, маршрутизатор може без поломок пропрацювати 17520 годин. Отже, його коефіцієнт готовності становить
А = (1 - 48 / 17 520) 100 = 99,72%
Знаючи коефіцієнт готовності кожного з пристроїв мережі, можна розрахувати загальний коефіцієнт її готовності. Наприклад, якщо ділянка мережі включає два маршрутизатора, з'єднаних магістраллю Т1, а коефіцієнти готовності кожного з цих пристроїв рівний A1 А2 і А3, то коефіцієнт готовності цього участка мережі As можна розрахувати за формулою
As = A1 А2 А3
Як зазначалося раніше, TRIB - це швидкість передачі бітів інформації. Проте більш точне визначення цього поняття звучить так: кількість бітів інформації, прийнятих пристроєм обробки або приймачем, розділене на час, який витрачено на прийом цих бітів (з урахуванням часу, витраченого на повторне пересилання пошкоджених пакетів).
Через наявність при передачі даних сплесків і спадів навантаження, значення TRIB представляє собою середнє значення швидкості передачі за певний період. Перш за все TRIB залежить від пропускної здатності каналу, однак на його значення в більшій чи меншій мірі впливають і інші фактори. Наприклад, якщо при передачі даних по каналу багато пакетів виявляються пошкодженими, подальше зростання швидкості передачі може призвести до такого збільшенння числа пошкоджених пакетів, що швидкість прийому непошкоджених пакетів зменшиться до нуля.
Значення TRIB майже завжди менше швидкості передачі бітів через послідовний інтерфейс. (Хоча в деяких удосконалених системах, застосовуючих стиснення даних, TRIB може бути більше цієї швидкості за рахунок того, що передаючі біти несуть більший обсяг інформації.) Двома іншими факторами, що впливають на TRIB, є перевантаження КМ і затримки при передачі . Вони, у свою чергу, залежать від систем шифрування, способу обсягів постачання даних в блоки і використовуваних протоколів. Якщо, згідно з протоколом, перед відправкою нового блоку потрібно отримання відправником підтвердження про прийом одержувачем попереднього блоку даних, в знаменник, зазначений у наведеному вище визначенні TRIB, слід додати час затримки, зв’язаний з підтвердженням факту прийому. У деяких випадках величина TRIB може сильно залежати від довжини блоку і затримок. Крім зазначених вище, на TRIB впливають такі чинники:
Передані біти даних, які не належать до «корисного навантаження» пакетів. Ними можуть бути: біти, призначені для керування потоком даних при асинхронній передачі (стартові та стопові біти); біти контролю парності (у разі передачі символів коду ASCII); надлишкові нулі (при використанні протоколу SDLC / HDLC); біти заповнення, застосовані засобами систем телеобробки даних для заповнення неповних блоків даних, якщо такі є.
Символи потоку повідомлень, також не є «корисним навантаженням». Залежно від використаного протоколу канального рівня ці символами можуть бути: символи синхронізації або позначки; символи адреси; керуючі символи (STX, АСК і т.д.) або байти; символи, використані для виявлення помилок (ВСР / FCS); символи забезпечення прозорості (DLE) і заповнюючі символи.
Службові повідомлення. Це повідомлення, в яких, знову-таки, відсутнє «корисне навантаження». Вони передаються у відповідності з канальним протоколом під час сеансу обміну, а саме при ініціалізації обміну, встановленні та розриві з'єднання, опитуванні і т. д. Якщо сеанс обміну даними триває досить довго, при визначенні TRIB біти цих сполучень не враховуються.
Затримка для надання каналу (carrier turn-on delay). Так називається проміжок часу між запитом на передачу даних, поступившим з терміналу, і підтвердженням можливості передачі, отриманих від модему. Даний показник враховується тільки під час роботи з перемикаючим середовищем передачі, в якій не забезпечується одночасне пересилання даних у двох напрямках зі швидкістю, підтримуваною модемом. Цей показник також застосуємо до віддалених (другорядних) РС, а іноді і до всіх РС багатоточкової мережі. Величина затримки, яка може становити від 1 до 5·10 мс, програмується при установці модему. При цьому враховуються рекомендації виробника модему, зазначені для кожного конкретного типу каналу і певної швидкості передачі даних.
Затримка при проходженні сигналу через модем. Всі синхронні модеми, які працюють в каналах мовного діапазону, при отриманні/передачі даних поміщають їх у буфер. У залежності від швидкості передачі затримка на модемі може становити від 2 до 10 мс.
Час поширення сигналу. Швидкість поширення сигналів супутників зв'язку і сигналів оптичного діапазону, переданих по ВОК, дорівнює швидкості поширення світла в даному середовищі. Електричні сигнали, яккі передаються по кабелях, мають меншу швидкість поширення. Підраховано, що для проходження 240 км магістрального каналу сигналу потрібно 1 мс. Крім того, багато місцевих телефонних систем при передачі / прийомі даних поміщають їх в буфері, в результаті чого на кожному кінці каналу сигнал затримується ще на 6 мс. Отже, при передачі пакету даних в одну сторону загальна затримка становитиме 12 + (відстань у км) / 240 мс. У залежності від координат (широти і довготи), на яких знаходяться геостаціонарні супутники і наземні станції супутникового зв'язку, відстань, яку проходить сигналом між станцією А, супутником і станцією Б, може складати ≈ 72405 ÷ 80450 км. Враховуючи те, що і на супутниках, і на станціях, дані поміщаються в буфери, а також беручи до уваги затримки, які виникають при проходженні сигналу від станції супутникового зв'язку до комп'ютера користувача, час поширення сигналу в одну сторону можна вважати рівним 350 мс.
Затримка, пов'язана з буферизацією даних. Більшість пристроїв, використовуваних у мережах зі складною конфігурацією, перед передачею даних в наступну КМ або канал поміщають отримані групи бітів в буфери. Такими пристроями є мультиплексори, концентратори, маршрутизатори, віддалені мости, а також комунікаційні пристрої інших типів. У залежності від кількості бітів, які розміщені в буфері і довжині каналу в деяких системах значення затримки, пов'язане з буферизацією даних, може перевищувати сумарну величину всіх інших затримок, які виникають при передачі. Зазвичай у специфікаціях пристроїв виробники вказують величину затримки, пов'язану з буферизацією даних.
Час, що витрачається на виконання обчислень, та інші затримки. Як правило, час виконання обчислень, пов'язаних з обробкою даних, при визначенні TRIB не враховується. Однак час, необхідний для перевірки цілісності отриманих пакетів і складання відповіді, повинно бути враховано в TRIB, оскільки вважається, що ця затримка пов'язана з виконанням комунікаційних функцій. Крім того, для систем, які дозволяють передавати між підтвердженнями кілька блоків даних, потрібно враховувати, що такі блоки відокремлюються один від одного за допомогою заповнення бітами або паузами, які можна трактувати як затримку.
Частота помилок. Якщо при передачі об'єднаних в блоки даних частота помилок невелика, TRIB можна обчислити таким чином: спочатку приймається, що помилки не виникають взагалі, а потім значення TRIB коригується, виходячи з реальної кількості помилок - відсотка блоків, отриманих з помилками (Block Error Rate , BLER). Наприклад, якщо помилки містяться в 1% отриманих блоків (тобто BLER = 1%), це означає, що 1% всіх блоків повинен бути переданий повторно, що приведе до зменшення TRIB на 1% [2].
Оптимальна довжина блоку. Залежність величини TRIB від довжини блоку при незмінності інших факторів проілюстрована на рис. 6.1. При використанні маленьких блоків, значення TRIB виявляється невисоким, оскільки біти блоку, які не є «корисним навантаженням», складають значну частину його обсягу. Коли ж блоки дуже великі, величина TRIB також далека від максимально можливої, так як в цьому випадку висока вірогідність пошкодження блоків на шляху до пункту призначення, що призводить до їх повторної передачі. Очевидно, оптимальна довжина блоку (СД), при використанні якого забезпечується максимальне значення TRIB, знаходиться десь посередині між гранично малим і гранично великим розмірами.
Рис. 6.1. Оптимальна довжина блоку, при якому значення TRIB максимальне
Крім того, при виборі розміру блоку слід враховувати наступні чинники: при невисокій частоті помилок СД може приймати дуже великі значення. Таке збільшення розміру блоку буває ефективним у інтерактивних системах передачі даних, коли швидка відповідь більш важлива, ніж пропускна здатність КМ; обсяг пам'яті на терміналі може виявитися недостатнім для обробки блоків, які мають розмір СД; за допомогою програм-утиліт, фактично виконується об'єднання даних в блоки, навряд чи вдасться забезпечити створення блоків, розмір яких в точності збігався б з оптимальним.
Оскільки при кожній зміні частоти помилок або тривалості затримки нове значення оптимального розміру блоку буде відрізнятися від попереднього, підібрати розмір блоку таким, щоб він був оптимальним для всіх ситуацій (тобто за будь-яких комбінацій різних факторів), неможливо.
З усього сказаного вище можна зробити висновок: проектувальник КМ повинен знати всі нюанси процесу передачі даних і залежності між різними факторами, які визначають швидкість передачі. Це дозволить йому грамотно розрахувати TRIB і бути впевненим, що обрана ним комбінація факторів виявиться найкращою для всіх ситуацій.