Локальні та глобальні мережі

Вид материала

Реферат

Содержание 2. Локальні мережі. Мал. 1 Оригінальна схема Меткалфа Розширення локальних мереж. Мал.2 Три локальні мережі, об’єднані хабом Мал.3 Три локальні мережі, сполучені мостом Мал.4 Обробка пакетів мостами, маршрутизаторами і хостами 3. Регіональні мережі. 4. Великі (глобальні) мережі. 5. Моніторинг. Управління мережею.

Подобный материал:

• Назва модуля: Інформаційні системи в менеджменті Код модуля, 40.82kb.
• Урок Тема : Локальні мережі, 56.29kb.
• 1. Обчислювальні й локальні мережі та системи, 246.94kb.
• Лист завдання, 301.64kb.
• План вступ Поняття комп'ютерних мереж Види комп'ютерних мереж > Способи пiдключення, 526.2kb.
• Комплекс з курсу глобальні ринки для студентів денної та заочної форм навчання, 629.29kb.
• Схематичний план офісу 24 2 Розрахунок мережі 24 Опис розробленої мережі, 443.76kb.
• "Глобальні проблеми людства", 193.61kb.
• Концепція української національної мережі трансферу технологій, 92.48kb.
• Лекція 8 "Інформатика та комп'ютерна техніка" Тема Глобальні мережі. Співдружність, 82.93kb.

Київський національний університет імені Тараса Шевченка

Факультет кібернетики


Реферат

НА ТЕМУ:

Локальні та глобальні мережі.

Управління мережею.


Студента 5 курсу

кафедри ОМ

Євдіна Євгена


Викладач

Бойко Б.І.


Київ - 2006

Зміст

1. Вступ..............................................................................................3
   
2. Локальні мережі. Розширення локальних мереж.......................4
   
3. Регіональні мережі........................................................................9
   
4. Великі (глобальні) мережі..........................................................10
   
5. Моніторинг. Управління мережею............................................11
   
6. Література....................................................................................13
   

1. Вступ. Мережа - це два або більше пристрої, що можуть обмінюватися даними, принаймні один з яких є комп’ютером. Ці пристрої можуть знаходитися на різній відстані один від одного від декількох метрів до багатьох кілометрів. Мережа дозволяє сумісне використання, або розподілення, файлів, ресурсів і програм.

Розподіл файлів означає те, що мережа дозволяє користуватися файлами декільком користувачам. Є два способи представлення файлів: передача файлів з комп’ютера на комп’ютер та відправка файлів на проміжний пункт, де вони будуть знаходитись до того часу, поки їх не забере інший користувач.

Розподіл ресурсів - це установка певних пристроїв, наприклад, диску чи принтеру таким чином, щоб всі комп’ютери в мережі могли ними користуватися.

Розподіл програм - використання програми, що знаходиться на спільному диску мережі.

Існуючі на сьогодні мережі досить відрізняються за принципами взаємодії, характеристикам і рівнем запропонованих послуг. Це пов’язано як з реальними потребами замовників, так і з розвитком мережевих архітектур.

За ступенем охоплення території і користувачів можна здійснити наступну класифікацію: глобальні мережі спільного використання, регіональні мережі і локальні обчислювальні мережі.

Глобальні мережі спільного користування виставляють наступні вимоги:

• наявність могутньої і гнучкої системи адресації, що дозволяє визначити велику кількість користувачів;
  
• висока ефективність передачі корисної інформації;
  
• використання складних протоколів маршрутизації.
  

Регіональні мережі призначені для об’єднання групи користувачів, наприклад жителів деякого міста і можуть носити глобальний або локальний характер.

Локальні обчислювальні мережі призначені для організації взаємодії обмеженої групи користувачів, що використовують спеціальні протоколи з спрощеним механізмом маршрутизації, адміністрування, передачі даних.

2. Локальні мережі. Локальна мережа (Local Area Network, LAN)- це комп'ютерна мережа, географічно сконцентрована в одній будівлі або в комплексі будівель. Ознаками, що виділяють локальну мережу від, наприклад, великої мережі (WAN) – це значно вища швидкість передачі даних, невелика територія та відсутність потреби у виділених телекомунікаційних лініях.

У 80-і роки і на початку 90-х популярними були два класи технологій локальних мереж. Перший клас технологій складався з локальних мереж Ethernet (стандарту IEEE 802.3), у яких застосовується протокол довільного доступу. Другий клас локальних мереж заснований на протоколах передачі маркера, до яких відносяться мережі типу Token ring (маркерне кільце), також відомі як мережі стандарту IEEE 802.5, і протокол FDDI (Fiber Distributed Data Interface — розподілений інтерфейс передачі даних по волоконно-оптичних каналах). В останні роки Wi-Fi (сімейство стандартів IEEE 802.11), бездротова локальна мережа почала використовуватися в додаток або як заміна Ethernet.

Розглянемо локальні мережі з передачею маркера. Ці мережі не витримали конкуренцію з технологією Ethernet і в даний час значно поступаються їм по популярності. Проте слід сказати декілька слів про мережі типу Token ring, щоб на прикладі продемонструвати технологію передачі маркера, а також дати уявлення про історичну перспективу. У мережах типу Token ring є N вузлів локальної мережі (хости і маршрутизатори) сполучені в кільце прямими лініями зв'язку. Порядок передачі маркера визначається топологією маркерного кільця. Вузол отримує маркер, передає кадр, після чого посилає маркер далі. Таким чином, маркер обходить все кільце, завдяки чому створюється віртуальний широкомовний канал. Вузол, що передає кадр, відповідає за видалення кадру з кільця. Протокол FDDI був розроблений для великих локальних мереж з лініями великої протяжності, а також для так званих регіональних мереж (Metropolitan Area Network, MAN). В більших локальних мережах (поширених на декілька кілометрів) дозволяти кадру повертатися до вузла, що послав його, після того, як кадр досяг вузла, якому він призначався, неефективно. У протоколі FDDI кадр з кільця видаляє вузол-одержувач. (Строго кажучи, FDDI не є широкомовним каналом в чистому вигляді, оскільки кадр, що передається, отримує не кожен вузол.).

Розглянемо тепер технологію Ethernet. Ця технологія популярна на ринку локальних мереж. У 80-і роки і на початку 90-х технології Ethernet доводилося конкурувати з безліччю альтернативних технологій локальних мереж, включаючи мережі Tоken ring, FDDI і АТМ. Деяким з цих технологій вдалося на декілька років захопити частину ринку. Але технологія Ethernet, розроблена в середині 70-х, продовжує своє зростання і розвиток, а останніми роками вона міцно зайняла домінуюче положення на ринку. Навіть, якщо комп’ютер підключається до мережі через Wi-Fi, майже всі Wi-Fi прилади використовують Ethernet для підключення до решти мережі. Значення Ethernet у локальних мережах так само велике, як і значення Інтернету в глобальних мережах.



Мал. 1 Оригінальна схема Меткалфа


Оригінальна локальна Ethernet - мережа була придумана Бобом Меткалфом і Девідом Боггсом в середині 70-х. Показана на мал.1 схема привела до появи стандарту 10Base5 Ethernet, у який входив інтерфейсний кабель, що сполучав адаптер Ethernet (тобто інтерфейс) із зовнішнім приймачем. Ethernet базувався на ідеї зв’язку комп’ютерів через єдиний коаксіальний кабель, який виконував роль транзитного середовища. Використовуваний метод був дещо схожим на методи радіопередач. Шлях, яким комп’ютери розподіляли канал відомий як протокол множинного доступу з контролем несучої та виявленням колізій (CSMA/CD). Цей протокол дозволяє в кожний момент часу лише один сеанс передачі в логічному сегменті мережі. При появі двох і більше сеансів передачі одночасно, виникає колізія, яка фіксується станцією, що ініціює передачу. Станція аварійно зупиняє процес і очікує закінчення поточного сеансу передачі, а потім знову намагається повторити передачу.

Сьогодні Ethernet-мережа існує в різних видах і формах. Топологією локальної Ethernet-мережі може бути шина або зірка. Як фізичний носій в локальних мережах Ethernet застосовуються коаксіальний кабель, мідна кручена пара, оптоволокно. Крім того, стандартами локальної Ethernet-мережі підтримується передача даних на швидкостях 10 Мбіт/с, 100 Мбіт/с, 1 Гбіт/с і навіть 10 Гбіт/с.

Розширення локальних мереж. Багато організацій, включаючи корпорації, університети, школи, складаються з різних підрозділів, у кожного з яких, як правило, є власна локальна Ethernet-мережа. Зрозуміло, цим організаціям необхідно мати можливість об'єднувати свої окремі локальні мережі в єдину мережу, тобто розширювати локальну мережу.

Ми розглянемо три різні пристрої, призначені для з'єднання локальних мереж, — це хаби, мости і комутатори. Сьогодні ці три пристрої набули широкого поширення.

Простий спосіб об'єднання локальних мереж полягає у використанні хаба. Отримавши біт по одному інтерфейсу, хаб просто передає цей біт по всіх інших інтерфейсах. Оскільки хаби оперують не кадрами, а бітами, вони є пристроями першого, фізичного рівня. Хаби є нічим іншим, як повторювачами (пристроями, що отримують сигнал з одного кабелю і передають його на інший), яким додані деякі функції управління мережею.

На мал.2 показаний приклад об'єднання в єдину мережу трьох локальних мереж, що відносяться до трьох факультетів університету. У кожного з трьох факультетів є локальна Ethernet – мережа стандарту 10BaseT, що надає мережевий доступ викладачам, співробітникам і студентам факультету. Кожен хост факультету сполучений з хабом факультету двоточковою лінією. Четвертий хаб, що називається магістральним, забезпечує об'єднання локальних мереж трьох факультетів. Така схема називається схемою багатоланкових хабів, оскільки хаби організовані в ієрархічну структуру. Можна створити подібну ієрархічну структуру з кількістю ланок більше двох, наприклад, перша ланка — для кафедр, друга — для факультетів і, нарешті, третя — для університету в цілому. Багатоланкову структуру також можна створити з локальних мереж Ethernet стандарту 10BaseT (з топологією загальної шини) з повторювачами.

В багатоланковій схемі ми називатимемо всю об'єднану мережу локальною мережею, а кожну окрему локальну мережу факультету — сегментом локальної мережі. Важливо відзначити, всі сегменти локальної мережі, представлені на малюнку, належать одному і тому ж домену колізій, тобто хаби продовжують домен колізій. Це означає, що кожного разу, коли два або більше вузлів локальної мережі одночасно почнуть передачу, ця передача приведе до колізії, і в результаті накладання сигналів, втрачаються дані.

Хоча магістральний хаб є корисним сполучним пристроєм, у нього є три серйозні недоліки. Перший і, можливо, найбільш істотний недолік полягає в тому, що при об'єднанні локальних мереж факультетів через хаб незалежні домени колізій факультетів також об'єднуються в один великий загальний домен. Другий недолік полягає в тому, що якщо різні факультети використовують різні технології Ethernet, то подібне об'єднання локальних мереж через хаб може виявитися неможливим. Наприклад, якщо на одному



Мал.2 Три локальні мережі, об’єднані хабом

факультеті встановлена мережа 10BaseT, а на решті факультетів — мережі стандарту 100BaseT, тоді об'єднати мережі всіх факультетів без буферизації кадрів в точці з'єднання неможливо. Оскільки хаби є повторювачами і не буферизують кадри, вони не можуть сполучати сегменти локальних мереж, що працюють на різних швидкостях. Третій недолік полягає в тому, що в кожній технології Ethernet (10Вазе2, 10BaseT, 100BaseT і т. д.) є свої обмеження на максимальну допустиму кількість вузлів в домені колізій, максимальна відстань між двома хостами домену колізій і на максимальне допустиме число ланок в багатоланковій схемі. В результаті ці обмеження накладаються і на сумарну кількість хостів в багатоланковій локальній мережі, і на її географічні розміри.

На відміну від хабів, що є пристроями фізичного рівня, мости працюють з Ethernet- кадрами і таким чином є пристроями другого, канального рівня. Насправді, мости (а також їх найближчі родичі, Ethernet- комутатори) є комутатори пакетів, що переправляють і фільтрують кадри за допомогою LAN-адрес одержувачів. Коли кадр потрапляє в інтерфейс мосту, міст не копіює кадр на решту всіх інтерфейсів, як хаб, а перевіряє адресу одержувача другого рівня, що міститься в кадрі, і намагається переправити кадр по інтерфейсу, що веде до одержувача.

Варіант з'єднання локальних мереж трьох факультетів за допомогою моста показаний на мал.3. Три числа поряд з мостом позначають номери інтерфейсів мосту. Ми називатимемо всю об'єднану мережу локальною мережею, а локальну мережу кожного факультету — сегментом локальної мережі. Проте на відміну від багатоланкової схеми, показаної на мал.3, в даному випадку кожен сегмент локальної мережі є ізольований домен колізій.

За допомогою мостів можна вирішити безліч проблем, що виникають при використанні хабів. По-перше, мости забезпечують зв'язок між різними факультетами, зберігаючи при цьому домени колізій кожного факультету ізольованими. По-друге, за допомогою мостів можна об'єднувати технологічно різнотипні локальні мережі, наприклад Ethernet- мережі з швидкостями 10 Мбіт/с і 100 Мбіт/с. Міст також дозволяє з'єднати стару і повільну локальну мережу з новою і швидкою лінією зв'язку. По-третє, у разі




Мал.3 Три локальні мережі, сполучені мостом

мостів зникає обмеження на розміри об'єднаної мережі. Теоретично мости дозволяють створити локальну мережу, що покриває всю планету. Проте створення дуже великих мереж за допомогою одних тільки мостів як сполучних пристрої небажано. Великі мережі повинні містити також і маршрутизатори.

Маршрутизатори – комутатори пакетів з проміжним зберіганням, що здійснюють просування пакетів за допомогою адрес мережевого рівня. Хоча міст також є комутатором пакетів з проміжним зберіганням, він принципово відрізняється від маршрутизатора тим, що для просування пакетів міст використовує LAN-адреси. Таким чином, маршрутизатор є комутатор пакетів третього, мереженого рівня, а міст – комутатор пакетів другого рівня.

Маршрутизатор використовує таблицю маршрутизації і адресу отримувача, яка знаходиться в пакетах даних для подальшої передачі даних. Виділяючи цю інформацію, він визначає за таблицею маршрутизації шлях, по котрому необхідно передати дані і направляє пакет по цьому маршруту. Якщо в таблиці маршрутизації немає описаного маршруту, пакет відкидається.

Маршрутизатори допомагають зменшити навантаження мережі за допомогою розділення доменів колізій і доменів широкомовлення, а також фільтрації пакетів.

Порівняємо мости і маршрутизатори. Мости є само налагоджуваними приладами, а для роботи маршрутизаторів і сполучених з ними хостів необхідно знати IP-адреси. Мости можуть підтримувати відносно високі швидкості обробки (фільтрації і просування) пакетів. Як видно з схеми, показаної на мал.4, мости повинні обробляти пакети тільки до рівня 2, тоді як маршрутизаторам доводиться проглядати їх до рівня 3. З іншого боку, протокол зв’язного дерева обмежує ефективну топологію сполученої мостами мережі тільки самим зв’язним деревом. Це означає, що всі кадри повинні передаватися тільки по зв’язному дереву навіть якщо існують коротші (але віртуально відключені) маршрути від відправника до одержувача. Крім того, застосування алгоритму зв’язного дерева приводить до того, що весь трафік концентрується на лініях, що входять до зв’язного дерева, коли його можна було б розподілити між всіма лініями зв'язку, наявними в мережі. Маршрутизатори використовують мережевий адресний простір, що є ієрархічний (на відміну від плоского адресного простору локальної мережі) і тому пакети в нормальних умовах не зациклюються, навіть за наявності в мережі надмірних шляхів. (Хоча при невірно конфігурованих таблицях маршрутизації зациклення можливе). Таким чином, маршрути пакетів не обмежені зв’язним деревом і пакети можуть пересуватися від відправника до одержувача за оптимальними маршрутами. Мости, на відміну від маршрутизаторів, не обмежують доменів широкомовлення. Тобто ділянки мережі, в якій кожен пристрій може передавати данні всім пристроям, що приєднані, використовуючи адресу другого рівня.





Мал.4 Обробка пакетів мостами, маршрутизаторами і хостами


Отже, враховуючи переваги і недоліки мостів і маршрутизаторів, які сполучні пристрої слід використовувати для об'єднання локальних мереж організації? Як правило, невеликі мережі, які містять декілька сот хостів, складаються з невеликої кількості сегментів. Для таких невеликих мереж достатньо мостів, оскільки вони локалізують трафік і збільшують сумарну пропускну спроможність, не вимагаючи налаштування IP-адрес. Проте мережі великих розмірів, що складаються з тисяч хостів, як правило, крім мостів повинні містити і маршрутизатори. Маршрутизатори забезпечують стійкішу ізоляцію трафіку, стримують широкомовні шторми, а також ефективніше використовують маршрути між хостами в мережі.


3. Регіональні мережі. Регіональні мережі (Metropolitan Area Network, MAN) –великі комп’ютерні мережі, що зазвичай покривають місто. Вони будуються на бездротовій інфраструктурі, або за допомогою оптоволоконних кабелів. MAN більш оптимізована до великих відстаней чим LAN. Регіональна мережа може належати і підтримуватися однією організацією, але зазвичай використовується багатьма користувачами і організаціями. Для цієї мережі використовувалися технології: ATM, FDDI and SMDS, але на сьогодні вони замінюються основаними на Ethernet технологіями (Metro Ethernet).

Подвійна магістраль з розподіленою чергою (DQDB, Distributed Queue Dual Bus) – стандарт регіональної мережі, записаний в IEEE 802.6. Використання DQDB дозволяє створювати сіті довжиною до 160 кілометрів і швидкістю передачі даних від 34 до 155 Мбіт/с. Використовується алгоритм доступу, що називається розподіленою комутацією пакетів (QPSX queued-packet distributed-switch). Дві одно-направлені шини, непов’язані одна з одною, сформовані з послідовності з’єднань точка-точка. Для введення даних в шину використовується технологія дротового АБО, таким чином знеструмлення однієї станції не призводить до відмови всього сегменту мережі. Станція утворює чергу, для передачі даних в мережу в порядку слідування заявок. І передає дані по одній, чи по іншій шині в залежності від місце знаходження адресата.

Як регіональні мережі починалися MAE West, MAE East (точки обміну заходу і сходу США) і Sohonet медіа-сіть.


4. Великі (глобальні) мережі. Глобальна мережа (Wide Area Network, WAN) охоплює значну географічну область, часто цілу країну або, навіть, континент. Найбільшою і найвідомішою глобальною мережею є Інтернет. WAN слугує для з’єднання локальних мереж, які з'єднуються комунікаційними підмережами, званими скорочено просто підмережи. Хости локальних мереж зазвичай є власністю клієнтів (тобто просто клієнтськими комп'ютерами), тоді як комунікаційною підмережею найчастіше володіє і управляє телефонна компанія або постачальник послуг Інтернету. Завданням підмережі є передача повідомлень від однієї локальної сітки (або хоста) до іншої.

WAN часто будуються за допомогою виділених ліній, при кожному з кінців якої роутер (маршрутизатор) приєднується до локальної мережі з одного боку і до хабу в WAN з іншого. Проте виділені лінії дуже дорогі і мережі будуються за допомогою більш дешевих технологій комутацій каналів і комутацій пакетів.

Мережа з комутацією каналів – вид телекомунікаційної мережі, у якій між двома вузлами мережі повинне бути встановлене з'єднання (канал), перш ніж вони почнуть будь-який обмін інформацією. Це з'єднання протягом усього сеансу обміну інформацією може використовуватися тільки вказаними двома вузлами. Після завершення обміну з'єднання має бути відповідним чином розірване.

Перевагами такої мережі є висока стабільність параметрів каналу у часі та відсутність необхідності в передачі службової інформації після встановлення з’єднання. Проте комутація каналів вважається недостатньо ефективним способом комутації, бо канальна ємність частково витрачається на підтримання з’єднань, що встановлені, але (в даний момент) не використовуються.

Альтернативною комутацією є комутація пакетів, при якій інформація розділяється на окремі пакети, які передаються в мережі незалежно один від одного. В загальному випадку, хост, що відправляє повідомлення, розбиває послідовність на пакети, кожен з яких має свій порядковий номер. Пакети один за іншим прямують в лінію зв'язку і окремо передаються по мережі. Приймаючий хост збирає пакети в початкове повідомлення і передає процесу. Просування потоку пакетів наочно показане на мал.5. У деяких мережах шлях всіх пакетів даного повідомлення є строго визначеним. У інших мережах шлях пакетів може прокладатися незалежно. Рішення про вибір маршруту приймається на локальному рівні. Коли пакет приходить на маршрутизатор А, саме останній вирішує, куди його перенаправити — на В або на С. Метод ухвалення рішення називається алгоритмом маршрутизації. Їх існує величезна множина.




Мал.5 Потік пакетів від відправляючого процесу до того, що приймає


5. Моніторинг. Управління мережею. Розглянемо тепер деякі терміни, що пов’язані з мережею.

Терміном моніторинг мережі називають роботу системи, яка виконує постійний нагляд за комп’ютерною мережею в пошуках повільних чи несправних систем і яка, при виявленні збоїв, повідомляє про них мереженому адміністратору за допомогою різних засобів оповіщення. Ця задачі є підмножиною задач управління мережею.

Система моніторингу мережі виконує нагляд за мережею в пошуках проблем, які викликані перенавантаженими і/або несправними серверами, іншими пристроями або мережевими з’єднаннями.

Наприклад, для того, щоб виявити стан веб-сервера, програма, що виконує моніторинг, може періодично відправляти запит на HTTP на отримання сторінки; для поштових серверів можна відправляти повідомлення по SMTP та отримувати по IMAP або POP3. Невдалі запити (наприклад, в тому випадку, коли з’єднання не може бути встановлене, воно завершається по тайм-ауту, або коли повідомлення не було доставлене) зазвичай викликають реакцію зі сторони системи моніторингу. Реакцією може бути відправлення сигналу тривоги системному адміністратору; автоматичне активування системи захисту від збоїв, яка одночасно виведе проблемний сервер з експлуатації, до тих пір, поки проблема не буде вирішена, та ін.

Управління комп’ютерною мережею – виконання багатьох функцій необхідних для контролю, планування, виділення, впровадження, координації та моніторингу ресурсів комп’ютерної мережі. Як правило, цей термін застосовують до великих комп’ютерних мереж, мереж зв’язку, позначаючи супроводження та адміністрування цих мереж на верхньому рівні. Воно включає в себе виконання таких функцій як початкове мережеве планування, розподіл частот, наперед визначення маршрутів трафіку для підтримки балансування навантаження, розподіл криптографічних ключів, управління конфігурацією, відмовостійкістю, безпекою, продуктивністю та обліковою інформацією.

Міжнародна організація по стандартизації описала FCAPS модель, в якій відображені ключові функції адміністрування та управління мережами:

• (F) Fault Management / Управління відмовами
  
• (C) Configuration Management / Управління конфігурацією
  
• (A) Accounting Management / Облік
  
• (P) Performance Management / Управління продуктивністю
  
• (S) Security Management / Управління безпекою
  

Компоненти Fault розв’язують задачу виявлення та усунення мережевих проблем, що ведуть обробку аварійних повідомлень системних переривань, опитування елементів системи, тестування та діагностику.

Засобами Configuration здійснюються моніторинг та контроль апаратного та програмного забезпечення мережі і будь-якої їх модифікації.

Accounting відповідає за розподіл і належне використання мережевих ресурсів.

Призначення Performance – представлення статистики роботи мережі в реальному часі, мінімізація заторів та вузьких місць, виявлення тенденцій, що складаються, та планування ресурсів для майбутніх потреб.

Security забезпечує контроль доступу, ведення журналів доступу. Захист від зовнішніх і внутрішніх зловмисників.

Визначення набору цих функцій в той чи іншій мірі реалізовані в продуктах розробників засобів адміністрування та управління.

Існує велика кількість протоколів, що забезпечують управлянні мережею та мережевими пристроями. Найбільш відомі серед них : SNMP, CMIP, WBEM, Common Information Model, Transaction Language 1, netconf і Java Management Extensions.

Системи управління мережею: HP OpenView Network Node Manager (NNM), IBM Tivoli Netview, OpenNMS, NetCracker, Infosim StableNet, NetDecision NMS.


5. Література:

1. Велихов А.В., Строчников К.С., Леонтьев Б.К. Компьютерные сети: Учебное пособие по администрированию локальных и объединенных сетей, - 2-е изд., - 2004
   
2. Компьютерные сети. 4-е изд. / Э.Таненбаум. – СПб.: Питер, 2003
   
3. Куроуз Дж., Росс К. Компьютерные сети. 2-е изд. – СПб.: Питер, 2004
   
4. www.wikipedia.org.