Технології та устатковання телекомунікаційних мереж підприємств

Традиційно вважалося, що саме застосування певної мережевої технології сегменту LAN визначає топологію його фізичних і логічних зв'язків. У якості варіантів розглядалися:

” загальна шина ” (Ethernet, ARCnet), ” кільце ” (Token Ring, FDDI), “зірка” (Ethernet). Проте, з переходом на комутовану топологію, стало можливим, шляхом кросування портів комунікаційного обладнання, реалізувати будь-яку з перерахованих вище топологій тільки на фізичній топології “зірка” (або “ієрархічна зірка”).

Подальшим кроком розвитку технологій сегментів LAN стала поява ієрархії швидкостей комутованої Ethernet (Ethernet, FE, GE, 10GE), яка стала провідною серед технологій цього рівня.

Комунікаційне устатковання – комутатори Ethernet мають очевидні переваги, оскільки працюють зі швидкістю протоколу та забезпечують тим самим високі швидкості передавання в мережі. Однак, мають і певні недоліки: комутатори можуть працювати тільки в мережах з топологією “дерево” (у разі відсутності циклів) і вони прозорі для широкомовних кадрів. Неможливість організації в топологіях “дерево” обхідних напрямків (резервних шляхів) не дає змогу вирішувати проблему надійності мережі, а безперешкодне поширення широкомовного трафіку може істотно перевантажувати магістральні зв'язки.

Подолання зазначених недоліків комутаторів стало можливим завдяки долученню їм інтелектуальних функцій, а саме:

• підтримку алгоритму “покривного дерева ”, що дає змогу автоматично знаходити новий варіант топології “дерево” у разі відмов комутаторів або ліній зв'язку в мережі з циклами, а отже, забезпечувати відмовостійкість мережі;

• підтримку механізму транкових з'єднань, що уможливлює поєднання кілька ліній зв'язку в один канал (транкові з'єднання) підвищеної пропускної спроможності. Це є актуальним для окремих особливо завантажених магістральних зв'язків;

• підтримку технології віртуальних локальних мереж.

Алгоритм побудови покривного дерева (Spanning Tree Algorithm, STA) детально розглядається у п. 6.4. Зараз ми лише зосередим увагу на основній специфікації ITU-T, яка містить протокол, що реалізує алгоритм STA. Це – стандарт IEEE 802.1D.

Протокол STA знаходить конфігурацію покривного дерева в три етапи. На першому етапі визначається кореневий комутатор, на другому – кореневі порти, на третьому – призначені порти сегментів.

Єдиним недоліком зазначеного протоколу є те, що в мережах з великою кількістю комутаторів час визначення нової активної конфігурації “дерево” в мережі може виявитися досить тривалим. Існують численні нестандартні версії STA, які дають змогу скоротити цей час за рахунок ускладнення алгоритму, наприклад, специфікація IEEE 802.1w.

Транки – це з'єднання між двома комунікаційними пристроями, які утворюються логічним об'єднанням фізичних портів заздалегідь передбачених надлишкових зв'язків у загальний логічний канал з єдиним логічним портом. При цьому не тільки збільшується пропускна здатність з'єднання, а й підвищується його надійності. У разі відмови одного з зв'язків агрегованого з'єднання, трафік перерозподіляється між рештою ліній. Стандартний спосіб створення транкового з'єднання описано в специфікації IEEE 802.3ad.

Використання транків є дуже зручним, коли підвищення швидкості передавання потрібним є не у всій мережі, а на окремих ділянках, наприклад, у лінії, яка з’єднує комутатор з сервером, потік звернень до якого є досить інтенсивним. Транк використовують як для зв'язків між комп'ютером і комутатором, так і для зв'язків між портами комутаторів.

Агрегований канал може бути утворений не тільки між двома сусідніми комутаторами, але й розподілятися між портами декількох комутаторів. Для автоматичного повідомлення про приналежність фізичного порту до певного агрегованого порту використовують спеціальний протокол керування агрегуванням ліній зв'язку (Link Control Aggregation Protocol, LCAP).

Методи агрегування зв'язків мають певні обмеженням: вони вимагають наявності надлишкової кількості портів у з'єднувальних пристроях.

Технологія віртуальних локальних мереж (Virtual LAN, VLAN) дає змогу в мережі, побудованій на комутаторах, створювати сегменти, трафіки яких повністю ізолюються один від одного. Це досягається шляхом логічного конфігурування комутаторів мережевим адміністратором і не вимагає зміни фізичної структури мережі.

Технологія VLAN, таким чином, забезпечує вирішення проблеми бар'єрів на шляху широкомовного трафіку, оскільки весь трафік (зокрема широкомовний) вузлів, які належать одній віртуальній мережі, на канальному рівні повністю ізольований від інших вузлів мережі. Це означає, що передавання кадрів між різними віртуальними мережами на основі адреси канального рівня є неможливим, незалежно від типу адреси – унікальної, групової або широкомовної.

Водночас усередині віртуальної мережі кадри передаються за технологією комутації, тобто лише на той порт, який пов'язаний з адресою призначення кадру. Віртуальні мережі можуть перетинатися, якщо один або декілька комп'ютерів входять до складу більш ніж однієї віртуальної мережі. Таким чином віртуальна мережа утворює домен широкомовного трафіку (broadcast domain).

Базові правила побудови віртуальних локальних мереж визначено стандартом IEEE 802.1Q та не залежать від протоколу канального рівня, який підтримує комутатор.

Використовуючи технології VLAN в мережі підприємства, одночасно можна вирішувати такі завдання:

• підвищувати загальну корисну пропускну спроможність мережі за рахунок локалізації широкомовного трафіку в окремих сегментах VLAN;

• забезпечувати можливість гнучкого формування сегментів мережі з некомпактнорозташованих вузлів на програмованій основі, а не шляхом їх фізичного переміщення або перекомутації на крос-панелях;

• ізольовувати мережі одну від іншої для керування правами доступу користувачів.

Створюючи віртуальні мереж на основі одного комутатора, зазвичай, використовують механізм групування в мережі портів комутатора (рис. 12.2), за яким кожен порт приписують до тієї чи іншої віртуальної мережі.

Кадр, що надійшов від порту, який належить, наприклад, віртуальній мережі 1, ніколи не буде передано порту, який не належить цій віртуальній мережі. Порт можна приписати до декількох віртуальних мереж, хоча у практиці так роблять рідко (зникає ефект повної ізоляції мереж).

Групування портів для одного комутатора – найбільш логічний спосіб утворення VLAN, оскільки віртуальних мереж, побудованих на основі одного комутатора, не може бути більше, ніж портів. Однак групування портів погано працює в мережах, побудованих на декількох комутаторах.

Рисунок 12.3 ілюструє проблему, що виникає в процесі створення віртуальних мереж на основі декількох комутаторів, які підтримують техніку групування портів.

Якщо вузли будь-якої віртуальної мережі під’єднано до різних комутаторів, то для з'єднання комутаторів кожної такої мережі необхідно виділити свою пару портів. У іншому випадку, якщо комутатори пов'язуються тільки однією парою портів, інформацію про належність кадру до тієї чи іншої віртуальної мережі в процесі передавання з комутатора в комутатор буде втрачено. Таким чином, комутатори з групуванням портів потребують для свого з'єднання портів стільки, скільки віртуальних мереж вони підтримують. Порти та кабелі використовуються у такому способі дуже марнотратно. Крім того, для з'єднання віртуальних мереж через маршрутизатор для кожної віртуальної мережі виділяється окремий кабель і окремий порт маршрутизатора, що також призводить до додаткових витрат.

Другий спосіб утворення віртуальних мереж засновано на групуванні МАС-адрес. У цьому випадку потрібно позначати номерами віртуальних мереж усі МАС-адреси, які є в таблицях кожного комутатора. Групування МАС-адрес у віртуальну мережу на кожному комутаторі позбавляє від необхідності їх поєднання декількома портами, тому що в цьому випадку МАС-адреса є міткою віртуальної мережі.

Оскільки в мережі існує численність вузлів, цей спосіб вимагає від адміністратора виконання великої кількості ручних операцій. Однак він є більш гнучким для побудови віртуальних мереж на основі декількох комутаторів, ніж спосіб групування портів.

Описані два підходи засновано тільки на доповненні інформацією адресних таблиць моста, в них відсутня можливість вбудовувати (долучати) інформацію про належність кадру до віртуальної мережі в кадр, який передається.

Інші підходи використовують наявні чи додаткові поля кадру для зберігання інформації про належність кадру конкретної VLAN у процесі його переміщення між комутаторами мережі. Додаткове поле з позначкою про номер віртуальної мережі застосовують тільки тоді, коли кадр передається від комутатора до комутатора, а в процесі передавання кадру кінцевому вузлу воно видаляється. При цьому модифікується протокол взаємодії “комутатор – комутатор”, а програмне й апаратне забезпечення кінцевих вузлів залишається незмінним.

Для зберігання номера віртуальної мережі в стандарті IEEE 802.1Q передбачено додатковий заголовок. У цьому заголовку 12 біт використовуються для зберігання номера VLAN, до якої належить кадр. Ця додаткова інформація дає змогу комутаторам різних виробників створювати до 4096 загальних віртуальних мереж. Щоб кадр Ethernet не збільшувався в обсязі, під час долучування заголовка поле даних зменшується на 2 байти.

У разі застосування комутаторів 3-го рівня для створення VLAN можуть бути використані адреси мережевого рівня (IP-адреси). У цьому випадку віртуальна мережа є звичайною логічною мережею.

Технологія VLAN уможливлює вирішення спеціальних завдань щодо безпеки в мережі, а саме: керування правами доступу користувачів. Для автентифікації користувачів створюється певна чергова VLAN, до якої вважається прикріпленим будь-який користувач, який входить у мережу.

Чергова VLAN забезпечує його зв'язок з сервером автентифікації для введення імені та пароля. Для кожного користувача сервер зберігає інформацію про VLAN, доступ до яких йому дозволено. Цю інформацію сервер завантажує в комутатори, конфігуруючи таким чином різні шляхи передавання кадрів під час роботи користувача в мережі.

20. Структуровані кабельні системи. Основні положення стандартів побудови телекомунікаційних мереж підприємств.

Використання комутованої топології, яка забезпечила незалежність топології фізичних зв'язків від застосовуваної мережевої технології в сегментах LAN, дало змогу розглядати телекомунікаційні мережі будівель як самостійні об'єкти – структуровані кабельні системи.

Структурована кабельна система (СКС) є невід'ємною частиною будь-якого сучасного будинку, істотно підвищує ринкову вартість об'єкта нерухомості. Її створюють на етапі будівництва або переобладнання об’єкта під будівлю офісного типу. Офісною будівлею є будь-який будинок або його частина, основна площа якого призначена для організації робочих місць співробітників. Типовими прикладами офісних будівель є бізнес-центри, державні та фінансові установи, навчальні заклади тощо.

Сучасна СКС є устаткованням, що містить компоненти пасивного мережевого обладнання, створеного на основі відповідних стандартів. Технічний рівень елементної бази, яку застосовують для побудови СКС, задається стандартом таким чином, щоб забезпечити тривалість експлуатації кабельної системи мінімально на 10 років.

На сьогодні у світі чинними є три основні стандарти СКС:

• Американський - EIA/TIA-568-A;

• Міжнародний - ISO/IEC 11 801;

• Європейський - EN 50173.

Усі вони описують майже однакові кабельні системи.

Розрізняють ці стандарти за термінологією та нормами на параметри СКС.

У вказаних стандартах СКС визначено як кабельну систему, принцип побудови якої відповідає трьом основним ознакам: структуризації, універсальності та надлишковості.

Структуризація припускає розбивку кабельної проводки та її аксесуарів на окремі підсистеми, кожна з яких виконує певні функції й забезпечена стандартизованим інтерфейсом для зв'язку з іншими підсистемами та активним комунікаційним устаткованням. Кожна підсистема обов'язково складається з великого набору засобів перемикання, що забезпечує її високу гнучкість і можливість швидкої зміни конфігурації.

Універсальність кабельної системи полягає в тому, що її споруджують без прив'язки до будь-якої конкретної мережевої технології та будують за принципами відкритої архітектури, набір основних технічних характеристик якої зафіксовано в стандартах. У нормативних документах визначено параметри як електричних і оптичних кабельних трас кожної з підсистем, так і їх інтерфейсів.

Для з'єднання підсистем СКС між собою, а також з активним устаткованням передбачено обмежений набір шнурів з універсальними роз'ємами.

Можливість використання кабельної проводки СКС мережевою апаратурою, яка не підтримує передавання по симетричному або волоконно-оптичного кабелю, забезпечено наявністю розвиненої номенклатури адаптерів і перехідників.

Хоча ці елементи формально не потрапляють у межі чинності стандартів, розробники створюють ці вироби з урахуванням вимог СКС.

Надлишковість припускає долучення до складу СКС додаткових інформаційних розеток, кількість та розміщення яких визначають площею та топологією робочих приміщень, а не планом розміщення обладнання робочих місць співробітників і офісних меблів. Оскільки тривалість експлуатації СКС у кілька разів перевищує аналогічний показник для інших компонентів інформаційної інфраструктури будівлі, цей принцип є особливо важливим.

Для створення ефективної СКС та її експлуатації необхідними є такі умови:

• наявність каталогу продукції;

• наявність чинних стандартів, які регламентують норми й методику проектування СКС;

• можливість адміністрування СКС відповідно до стандартних процедур;

• система підготовки кадрів та забезпечення гарантії виробника.

Структуризація кабельної системи залежить від особливостей структури будівлі. Будівля складається з поверхів, а кожен поверх – з певної кількості кімнат, з'єднаних коридорами. Ієрархічний підхід до процесу створення кабельної системи в будівлі дає підстави називати її структурованою.

В основу будь-якої СКС покладено фізичну топологію “дерево”, яку називають ієрархічною зіркою. У її вузлових пунктах передбачається розміщування пасивного комутаційного устатковання, яким, зазвичай, обладнуються спеціальні технічні приміщення. Це пасивне комутаційне устатковання з'єднують між собою і з інформаційними розетками робочих місць користувачів електричними й оптичними кабелями. Усі кабелі, які входять у технічне приміщення, заводяться на комутаційне устатковання (кросові комутаційні панелі, комутаційні шафи, стійкі та ін.). Тут здійснюють усі необхідні під’єднання (зокрема, до активного комунікаційного обладнання) на етапі інсталяції СКС і перемикання в процесі поточної експлуатації мережі. Це забезпечує велику гнучкість СКС і можливість організувати на зазначеній технічної платформи будь-яку топологію мережі, передбачену стандартами мережевих технологій локальних сегментів (шина, кільце, зірка).

Мережеві технології (Token Ring, Ethernet, FDDI, ATM), під які адаптується СКС, прийнято називати застосованнями СКС.

Відповідно до міжнародного стандарту ISO/IEC 11801 у сфері СКС, усі види застосовань поділяють на класи. Для застосовань кожного класу визначають відповідний клас лінії зв'язку, який задає певні електричні характеристики лінії, необхідні для нормальної роботи застосовань відповідного й нижчого класу. Класи застосовань за стандартом ISO/IEC 11801 наведено у таблиці 12.1.

Лінії електричного зв'язку СКС повинні бути зібрані з кабелів та інших компонентів, що забезпечує якісне передавання сигналів, які генерують застосовання відповідного класу. Стандарт ISO/IEC 11801 додатково до класів ліній специфікує категорії кабелів і роз'ємів (табл. 12.2).

Категорії визначено за максимальною частотою сигналу, на яку розраховано відповідні роз'єми та кабелі. Кабелі та роз'єми більш високих категорій підтримують усі програми, які розраховано на роботу кабелів нижчих категорій.

Усій СКС також присвоюється категорія, що відповідає категорії компонентів, з яких вона виконана. Якщо СКС зібрано з компонентів різних категорій, їй присвоюється остаточна категорія, яка визначається найнижчою категорією наявних компонентів.

На рис. 12.5 подано основні підсистеми та обмеження в кабельній підсистемі, що передбачено стандартами СКС.

Відповідно до міжнародного стандарту ISO/IEC 11801 СКС містить три наступні підсистеми.

Підсистема зовнішніх магістралей складається з зовнішніх магістральних кабелів між КЗМ і КБ, комутаційного устатковання в КЗМ і КБ, до якого під’єднано зовнішні магістральні кабелі, й комутаційних шнурів і перемичок в КЗМ. Підсистема зовнішніх магістралей є тією основою, яка поєднує в єдину мережу кампусу локальні мережі будинків, розташованих на невеликій відстані один від одного. Якщо СКС налаштовують тільки в одній будівлі, то підсистема зовнішніх магістралей відсутня. У висотних будівлях підсистему зовнішніх магістралей складають також ті кабелі, які мають довжину понад 500 м, хоча вони фактично не виходять за межі будівлі.

Підсистема внутрішніх магістралей, яку ще називають вертикальною підсистемою, містить прокладені між КБ і КП внутрішні магістральні кабелі, під’єднане до них комутаційне устатковання в КБ та КП, а також частину комутаційних шнурів і перемичок в КБ. Кабелі розглянутої підсистеми фактично пов'язують між собою окремі поверхи будівлі й просторово рознесені приміщення в межах однієї будівлі.

Якщо СКС обслуговує один поверх, то підсистема внутрішніх магістралей може бути відсутньою.

Горизонтальна підсистема утворена горизонтальними кабелями між КП та інформаційними розетками (ІР), самими ІР, а також комутаційним устаткованням у КП, до якого під’єднано горизонтальні кабелі. Горизонтальна підсистема складається також зі значної частини комутаційних шнурів і перемичок в КП. У побудові горизонтальної проводки допускається використання однієї точки переходу (ТП) на тракт, у якій відбувається зміна типу кабелю, який прокладають (наприклад, перехід на плоский кабель для прокладки під килимовим покриттям з еквівалентними передавальними характеристиками).

Поділ СКС на окремі підсистеми застосовують незалежно від призначення мережі: він буде однаковим, наприклад, для кабельної системи в офісній будівлі й у виробничому комплексі.

Узагальнено-типова СКС згідно з чинними рекомендаціями міжнародних нормативно-технічних документів містить у собі такі компоненти:

• лінійно-кабельне устатковання підсистеми зовнішніх магістралей;

• комутаційне устатковання зовнішніх магістралей;

• лінійно-кабельне устатковання підсистеми внутрішніх магістралей;

• комутаційне устатковання внутрішніх магістралей;

• лінійно-кабельне устатковання горизонтальної підсистеми;

• комутаційне устатковання горизонтальної підсистеми;

• точки переходу;

• інформаційні розетки.

Використання структурованої кабельної системи, замість хаотично прокладених кабелів, забезпечує підприємству гарантовану якість циркульованого трафіку.

21. Організація файлової системи з погляду користувача і розробника. Файли і каталоги, атрибути доступу. Структура дискового простору, внутрішнє представлення об'єктів файлової системи. Способи розміщення блоків файлів на диску і відстеження їх місцеположення.

Файловая система

Как мы отмечали в разделе 2.1, понятие файла является одним из наиболее важных для ОС UNIX. Все файлы, с которыми могут манипулировать пользователи, располагаются в файловой системе, представляющей собой дерево, промежуточные вершины которого соответствуют каталогам, и листья - файлам и пустым каталогам. Примерная структура файловой системы ОС UNIX показана на рисунке 2.1. Реально на каждом логическом диске (разделе физического дискового пакета) располагается отдельная иерархия каталогов и файлов. Для получения общего дерева в динамике используется "монтирование" отдельных иерархий к фиксированной корневой файловой системе.

Замечание: в мире ОС UNIX по историческим причинам термин "файловая система" является перегруженным, обозначая одновременно иерархию каталогов и файлов и часть ядра, которая управляет каталогами и файлами. Видимо, было бы правильнее называть иерархию каталогов и файлов архивом файлов, а термин "файловая система" использовать только во втором смысле. Однако, следуя традиции ОС UNIX, мы будем использовать этот термин в двух смыслах, различая значения по контексту.

Каждый каталог и файл файловой системы имеет уникальное полное имя (в ОС UNIX это имя принято называть full pathname - имя, задающее полный путь, поскольку оно действительно задает полный путь от корня файловой системы через цепочку каталогов к соответствующему каталогу или файлу; мы будем использовать термин "полное имя", поскольку для pathname отсутствует благозвучный русский аналог). Каталог, являющийся корнем файловой системы (корневой каталог), в любой файловой системе имеет предопределенное имя "/" (слэш). Полное имя файла, например, /bin/sh означает, что в корневом каталоге должно содержаться имя каталога bin, а в каталоге bin должно содержаться имя файла sh. Коротким или относительным именем файла (relative pathname) называется имя (возможно, составное), задающее путь к файлу от текущего рабочего каталога (существует команда и соответствующий системный вызов, позволяющие установить текущий рабочий каталог).

В каждом каталоге содержатся два специальных имени, имя ".", именующее сам этот каталог, и имя "..", именующее "родительский" каталог данного каталога, т.е. каталог, непосредственно предшествующий данному в иерархии каталогов.

UNIX поддерживает многочисленные утилиты, позволяющие работать с файловой системой и доступные как команды командного интерпретатора. Вот некоторые из них (наиболее употребительные):