logo
Диплом

Глава 2. Изучение тонкостей построения локальной сети и настройки сетевого оборудования.

Аппаратное обеспечение является основой ЛВС и определяет вычислительную мощность ЛВС в целом. Все аппаратное обеспечение можно разделить на вычислительные установки, кабельное, каналои сетеобразующее, периферийное и дополнительное оборудование.

Вычислительные установки (далее ВУ) служат для выполнения основных вычислительных задач, т.е. задач по хранению и обработке информации. Вычислительные установки можно разделить на две большие группы: серверы и рабочие станции.

Серверы Сервер (Server) – это вычислительная установка, которая служит преимущественно для совместного использования его информационно-вычислительных ресурсов, к которым относятся, прежде всего, центральный процессор или процессоры (например, если это SMP-система), оперативная и внешняя память (прежде всего, жесткие диски). Основные требования к современному серверу: Масштабируемость (Scalability) – возможность наращивания мощности ВУ (количество и быстродействие процессоров, объем оперативной и внешней памяти) для пропорционального увеличения скорости и плотности (определенное количество запросов в единицу времени) обработки запросов, а также объемов хранимой информации. Отказоустойчивость (Intolerance) – возможность системы полностью восстанавливать свою работоспособность при аппаратных сбоях и высокая доступность (High Level of Availability) – возможность системы продолжать обслуживание запросов при аппаратных сбоях. Обеспечивается дублированием (Duplexing) основных аппаратных компонентов ВУ, чаще всего выходящих из строя (обычно имеющих механические части): источников питания; вентиляторов; жестких дисков, а также избыточностью (Redundancy) хранящейся информации. Управляемость (Manageability) – возможность удаленного управления, сбора сведений о работе подсистем сервера. Обеспечивается специальными программно-аппаратными комплексами, разрабатываемыми и поставляемыми производителями серверов (Compaq Insite Manager, Digital ServerWorks, IBM NetFinity). Для обеспечения отказоустойчивости и высокой доступности в современных серверах используются следующие технологии и компоненты: Горячая замена компонент (Hot Swapping) – позволяет менять компоненты аппаратного обеспечения, не отключая электропитания от ВУ. Есть решения для жестких дисков, источников питания, вентиляторов и плат расширения. ОЗУ с хранением избыточной информации: память с паритетом (Parity Checking) – обеспечивается обнаружение однократных ошибок в ОЗУ; ECC-память (Enhanced Correction Code – улучшенный код коррекции), обеспечивается исправление однократных ошибок и обнаружение двукратных ошибок в ОЗУ. Массивы независимых резервных дисков (Redundant Array of Independent Disks / RAID). Применяются как в корпоративных серверах, так и серверах масштаба рабочей группы для обеспечения отказоустойчивости внешней памяти. Классификация по способу исполнения: Аппаратный RAID. Существует две реализации: 1) в виде хост-адаптера – вместо SCSI-адаптера шина со SCSIдисками подключается к RAID-адаптеру; 2) SCSI-to-SCSI – такой RAID является обычным SCSIустройством с точки зрения SCSI-адаптера, при этом можно организовать более емкую внешнюю память, являющуюся отказоустойчивой. Программный RAID. Реализуется системным ПО на уровне ядра ОС. 15 Классификация по принципу функционирования: RAID0 – разделение; RAID1 – зеркалирование (дублирование) данных; RAID3 – разделение данных с избыточностью (с выделенным диском четности); RAID5 – разделение данных с избыточностью (с равноправными дисками, т.е. информация о четности размыта по дискам). Кластерные технологии (Clustering). Кластер – это объединение двух и более ВУ (точнее, пары «процессор+оперативная память»), называемых узлами кластера, для работы с общей внешней памятью. При выходе из строя одного из узлов кластера, остальные узлы кластера берут на себя нагрузку по обслуживанию клиентских подключений. Для клиентов кластер выглядит как один узел сети. Типичный сервер масштаба предприятия:

Рабочая станция (Workstation) – это вычислительная установка, которая преимущественно используется как индивидуальное рабочее место пользователя ИВС и служит точкой входа в ИВС. Основные требования к рабочей станции: Удобство работы (Convenience) – обеспечивается прежде всего установкой и поддержкой высокоскоростной графической подсистемой ввода/вывода (графическая плата, монитор, мышь). Управляемость (Managability) – обеспечивается ПО, разрабатываемым и поставляемым производителями рабочих станций, а также независимыми производителями (Intel LANDesk ClientManager, Digital ClientWorks).

Типичная рабочая станция:

Помимо общеизвестного стандарта на рабочие станции Personal Computer (PC), впервые предложенного компанией IBM и альтернативного стандарта Macintosh, предложенного компанией Apple, сегодня появились новые спецификации: NetPC и Network Computer. Основной целью выдвижения этих спецификаций явилось желание упростить сопровождение рабочих станций ИВС и реализовать сетецентрический подход в организации ИВС и управлении ресурсами ИВС. Новые спецификации призваны также стандартизовать функции удаленной загрузки, удаленного запуска, установки и настройки компонент программного обеспечения. 1.1.2. Кабельное оборудование Совместное использование ресурсов ИВС подразумевает прежде всего физическую связанность этих ресурсов. Кабельное оборудование (или кабельная система) представляет собой те самые «веревки», которые связывают воедино разрозненные ВУ и другое оборудование ИВС (см. далее). Кабельное оборудование представлено кабелями различных типов, а также специальными розетками и вилками для подключения кабельных сегментов друг к другу и к сетевому оборудованию. 17 Распространенные типы кабелей: Коаксиальный кабель (Coaxial Cable) – представляет собой изолированную медную жилу, помещенную в медную оплетку, покрытую гибкой изоляционной оболочкой. Используется для построения сети по топологии «шина».

Для согласования используются резисторы в виде «терминаторов». В частности, для сетей на базе технологии Ethernet применяются терминаторы с сопротивлением 50 Ом. С коаксиальным кабелем используются специализированные T-коннекторы для стыковки сегментов кабельной системы и подключения к ВУ. Достоинства: наружная оплетка должна быть хорошо заземлена, разрыв любой части сетевого кабеля приводит к выходу из строя всего сегмента сети. Недостатки: простота и дешевизна развертывания (не требуется коммутационное оборудование). Кабель на основе «витых пар» (Twisted Pairs Cable) – представляет собой изолированные медные провода, попарно скрученные и заключенные в гибкую оболочку. Существует неизолированный (UTP) и изолированный (STP) варианты данного типа кабеля. В последнем случае скрученные пары проводов заключаются в медную оплетку, которая заземляется. Характеризуется так называемой категорией, в частности, для сетей на базе технологии Ethernet допускается использование кабеля категории 3 и выше. С кабелем данного типа используются вилки и розетки стандарта RJ-45. Используется для построения сети по топологии «звезда». Чаще всего применяется для подключения ВУ к коммутационному оборудованию, а также для каскадного соединения элементов коммутационного оборудо-вания. Достоинства: повышенная защищенность, не требует заземления кабеля (справедливо для UTP), простота локализации неполадок в сети, легкость наращивания без остановки работы сети. Недостатки: большие расходы кабеля, дополнительные расходы на коммутационное оборудование. Оптоволоконный кабель (Fiber Optical Cable) – представляет собой стеклянную жилу – «световод», заключенную в гибкую оболочку. Используется для построения сети по топологии «точка-точка». Применяется для построения магистралей, т.е. создания каналов 18 связи между удаленными частями сети, а также для подключения серверов. Существуют две разновидности данного кабеля: – многомодовый оптоволоконный кабель – допускается передача нескольких пучков света – «мод» – по одному световоду, при этом обеспечивается дальность связи до 2 км; – одномодовый оптоволоконный кабель – вследствие меньшего диаметра световода возможна передача только одного пучка света, при этом обеспечивается дальность связи до 80 км (теоретически возможная). Достоинства: повышенная защищенность, не требуется заземление кабеля, способность обеспечивать связь на больших расстояниях. Недостатки: сложность прокладки и монтажа, дорогое оконечное оборудование.

Каналом сетеобразующее оборудование (или просто «сетевое оборудование») – это оборудование для сопряжения кабельной системы ИВС с ВУ, а также различных частей кабельной системы. Каналообразующее оборудование обеспечивает функции канального уровня модели OSI для организации сети, а сетеобразующее – функции канального и сетевого уровня модели OSI. Сетевое оборудование можно разделить на две группы: Оконечное оборудование. К оконечному оборудованию относятся сетевые платы и модемы, которые устанавливаются в ВУ и обеспечивают подключение ВУ к сети.

К коммутационному оборудованию относятся концентраторы, мосты и коммутаторы, маршрутизаторы, которые служат для связи частей кабельной системы в единую сетевую инфраструктуру. Оконечное оборудование Рассмотрим далее каждый вид оконечного сетевого оборудования отдельно: Сетевая плата (Network Interface Card) – служит для поключения отдельно стоящей ВУ к ЛВС. Различают сетевые платы по типу реализуемой технологии передачи данных: Ethernet, FastEthernet, 19 Token-Ring и т.д.; по типу поддерживаемого слота расширения: ISA, EISA, MicroChannel, PCI; по типу поддерживаемого кабеля: TP, Coax, Combo (TP&Coax). Модем (Modem) – служит для подключения отдельно стоящей ВУ к ГВС. Различают модемы по типу генерируемого сигнала: аналоговые (Analog), цифровые (ISDN, xDSL); по типу используемой среды передачи: кабельные модемы и радиомодемы; по типу поддерживаемых стандартов: V.90, V.34, V.32, V.22 и т.д.; по варианту исполнения: внутренние (устанавливаются в слот расширения и имеют встроенный последовательный порт) и внешние (подключаются к имеющемуся последовательному порту ВУ). Коммутационное оборудование Рассмотрим далее каждый вид коммутационного сетевого оборудования отдельно: Концентратор служит для:

Концентраторы различаются по типу поддерживаемой технологии передачи данных: Ethernet, FastEthernet, Token-Ring, а также характеризуются количеством имеющихся портов, т.е. гнезд для подключения кабельных сегментов. Концентраторы относятся к каналообразующему оборудованию. Мост/коммутатор служит для:

Мосты и коммутаторы также относятся к каналообразующему оборудованию. (!) Суммарный объем трафика не может превысить пропускной способности коммутатора. Проблема потери коммутатором пакетов связана с коллизиями на выходном порту коммутатора. Существует несколько правил, решающих проблему потери пакетов: 1) Для сглаживания трафика на входящих портах необходимо использовать буферную память, которая будет сглаживать восходящие пики входящего трафика. В насыщенных сетях рекомендуется использовать коммутаторы с настраиваемой буферной памятью большого объема. 2) Некоторые коммутаторы могут предупреждать потерю пакетов, включая механизм создания искусственных коллизий на портах, создающих львиную долю трафика. Данная технология работает только для сетей Ethernet. 3) При организации сети на базе коммутаторов необходимо следить, чтобы «выходные порты» имели пропускную способность с запасом (100Mb – в магистраль против 10Mb для портов-клиентов; 1Гб – магистраль против 100Mb для портов-клиентов).

Маршрутизатор – обеспечивает физическую связь нескольких ЛВС и маршрутизацию пакетов между ЛВС, а также поддержку различных технологий и топологий организации сети. Маршрутизаторы относятся к сетеобразующему оборудованию. Возможности большинства современных коммутаторов и маршрутизаторов ограничиваются ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТЬЮ самой сети. Если для связи аппаратного обеспечения ИВС используются модемы и маршрутизаторы, и компоненты ИВС разнесены в пространстве, то комплекс аппаратных средств ИВС будем называть глобальной вычислительной сетью (ГВС), в противном случае – локальной вычислительной сетью.

Периферийное оборудование – это оборудование, расширяющее функциональные возможности ВУ (прежде всего функциями ввода/вывода). Периферийное оборудование подключается прямо к ВУ посредством специализированных интерфейсов, либо посредством каналом сетеобразующего оборудования. Включает мониторы, клавиатуры, мыши, принтеры, сканеры, дисковые массивы и т. п. Монитор – устройство для вывода (отображения) информации в реальном масштабе времени. Принтер – устройства для вывода информации путем создания твердых (бумажных) копий электронных документов. Последнее время наметилась тенденция использовать сетевые принтеры – принтеры, напрямую подключенные к сети, а не через порт ВУ. Клавиатура и мышь – традиционные устройства для ввода информации с использованием графического интерфейса ОС. Сканер – устройство для ввода информации с документов методом анализа и распознавания. Примеры специализированных интерфейсов: PC-Video, Mac-Video, AT-Keyboard, PS/2 Keyboard, RS-232C (через последовательный порт), Centronix (через параллельный порт), PS/2 Mouse, USB, SCSI. Специализированные серверы Для совместного использования некоторых категорий периферийного оборудования (прежде всего, принтеров), а также некоторых специфических ресурсов (внешняя память на CD-ROM), разрабатываются ВУ, ориентированные на обслуживание указанных функций. Такие ВУ называются специализированными серверами. В специализированных серверах применяется встроенное ПО (в том числе, встроенные ОС), обеспечивающее реализацию соответствующих функций. Примеры специализированных серверов: Сервер CD-ROM или дисковый массив – ВУ, к которой подключено большое количество накопителей CD-ROM или обычных жестких дисков. Используется как хранилище справочной и другой информации. Совместимы со службами совместного использования ресурсов файловой системы сетей NetWare и Microsoft Network. 22 Cервер печати – ВУ, в которую на микропрограммном уровне встроена поддержка функции сервиса печати, совместимого с Novell Netware, Windows NT/LAN Manager или UNIX LPR/LPD. Такой подход разгружает универсальный сервер рабочей группы или предприятия, а также значительно увеличивает производительность сервиса печати. Факс-сервер – функции отправки и приема факсимильных сообщений встраиваются на микропрограммном уровне в ВУ и обеспечивается доступ к данному сервису с любой рабочей станции сети. Иногда интегрируется с сервером печати.

Дополнительное оборудование – оборудование, необходимое для более эффективной и надежной работы основного оборудования ИВС. Включает прежде всего источники бесперебойного питания (далее ИБП), а также анализаторы сети, датчики состояния окружающей среды и т.п. Источники бесперебойного питания Источник бесперебойного питания (ИБП, UPS) – устройство, которое обеспечивает в течение некоторого времени бесперебойную работу основного оборудования сети в случае сбоев электропитания. Существуют два подхода к защите оборудования от неисправностей электропитания, предусматривающих использование ИБП: Централизованный подход – все компьютерное оборудование подключено к одному мощному ИБП, который постоянно работает и обеспечивает это оборудование электропитанием в течение достаточно продолжительного периода времени в случае сбоев. Подход на основе распределенной схемы защиты электропитания – каждый узел сети (рабочая станция, сервер, маршрутизатор и т.д.) подключается при необходимости к отдельному ИБП, который и обеспечивает некоторое время работу узла сети в случае сбоев в электропитании. 23 Классификация ИБП Любой ИБП с точки зрения преобразования входного электрического сигнала можно отнести к одному из следующих типов: On-line – считается, что только ИБП данного типа гарантируют защиту от всех нарушений в линиях силового питания. Подходят для зашумленных, ненадежных линий силового питания. Схема содержит два преобразователя. Первый превращает переменное нестабильное напряжение линии в постоянное, второй вырабатывает из постоянного напряжения, поступающего с выхода первого выпрямителя и с аккумуляторных батарей, переменное синусоидальное, которое непрерывно подается на нагрузку. Если параметры напряжения линии выходят за пределы допустимого, то первый преобразователь просто отключается и переход на полное питание от батарей происходит без всякой задержки. Достоинства: позволяет фильтровать помехи во всем частотном диапазоне, обеспечивает на выходе чистое синусоидальное напряжение с номинальными параметрами) Недоcтатки: за качество питания приходится платить повышенным выделением тепловой энергии, сложностью электрических схем и, как следствие, потенциальным снижением надежности и более высокой стоимостью. Off-line – выходное напряжение такого ИБП равно входному, если параметры питающей сети находятся в допустимых пределах. При выходе напряжения за допустимые пределы включается инвертор, преобразующий постоянное напряжение батарей в переменное. Время переключения – 4 мс, что вполне приемлемо, так как встроенные в ВУ импульсные источники питания допускают прерывание питающего напряжения не более чем на 40–50 мс. Источники питания ВУ также содержат шумовой фильтр, подавитель выбросов и стабилизатор напряжения, что допускает 15%-е отклонение входного напряжения от номинального. Рекомендуется использовать в электросетях с редкими сбоями преимущественно типа Blockout (полное пропадание электропитания). Line-interactive – занимает промежуточное положение между online и off-line ИБП. Содержит байпас – устройство, отвечающее за интеллектуальное переключение (среднее время переключения – 50 мкс) потребителей с входной линии на батареи путем постоянного анализа переменного напряжения на входе. Позволяет менять выходное напряжение в гораздо меньших пределах по сравнению с 24 большими перепадами входного за счет использования режимов SmartBoost и SmartTrim (терминология, использующаяся в ИБП компании APC). Рекомендуется использовать в электросетях с частыми и продолжительными отклонениями напряжения питания, например в промышленной зоне. Требования к ИБП серверных комнат:

Наличие развитой системы оповещения – о нарушении работы в электросети система должна оповестить администратора всеми возможными способами: звуковым сигналом, предупреждением по локальной сети, вызовом на пейджер, автонабором номера телефона при установленном и подключенном к телефонной линии модеме;

Управляемость – с любой рабочей станции сети с помощью программы клиента можно наблюдать за состоянием ИБП и получать от него сигналы предупреждения; дополнительно – поддержка ИБП простого протокола сетевого управления (Simple Network Management Protocol, SNMP). Поддержка нескольких серверов на один ИБП – мощные ИБП должны обладать возможностью подключения нескольких серверов и при сбоях питания обеспечивать корректное завершение работы ОС на всех ВУ. Масштабируемость – возможность увеличить мощность ИБП (обеспечивается за счет модульного строения как в APC Simmetra или MatrixUPS).

в течение 16–24 ч (в зависимости от мощности батарей).