Однако общие подходы к проектированию локальных компьютерных сетей все-таки могут быть сформулированы, некоторые полезные принципы такого проектирования предлагаются и с успехом используются.
На рис. 1 приведена примерная последовательность этапов и варианты выбора при проектировании локальной сети. Вообще, проблема выбора одного из многочисленных вариантов при проектировании ЛС является основной для данного раздела. Выбор затрудняет необходимость учета множества требований, а также настойчивая, порой агрессивная реклама отдельных решений. Последнее часто относится к новейшим вариантам сетевого оборудования и/или программного обеспечения, отнюдь не самым доступным по цене и не всегда имеющим значительные преимущества по техническим характеристикам перед опробованными вариантами.
Рис. 1 Примерная последовательность этапов и варианты выбора при проектировании ЛС
Цель данной статьи состоит в том, чтобы сформулировать объективные критерии выбора конкретных решений при проектировании ЛС.
Исходные данные
При создании новой сети желательно учитывать следующие факторы:
- Требуемый размер сети (в настоящее время, в ближайшем будущем и по прогнозу на перспективу).
- Структура, иерархия и основные части сети (по подразделениям предприятия, а также по комнатам, этажам и зданиям предприятия).
- Основные направления и интенсивность информационных потоков в сети (в настоящее время, в ближайшем будущем и в дальней перспективе).
- Характер передаваемой по сети информации (данные, оцифрованная речь, изображения), который непосредственно сказывается на требуемой скорости передачи.
- Технические характеристики оборудования (компьютеров, адаптеров, кабелей, репитеров, концентраторов, коммутаторов) и его стоимость.
- Возможности прокладки кабельной системы в помещениях и между ними, а также меры обеспечения целостности кабеля.
- Обслуживание сети и контроль ее работоспособности и безопасности.
- Требования к программным средствам по допустимому размеру сети, скорости, гибкости, разграничению прав доступа, стоимости, по возможности контроля обмена информацией и т.д.
- Необходимость подключения к глобальным или к другим локальным сетям.
Вполне возможно, что после изучения всех факторов выяснится, что можно обойтись без сети, избежав тем самым довольно больших затрат на аппаратуру и программное обеспечение, установку, эксплуатацию, поддержку и ремонт сети, зарплату обслуживающему персоналу.
Сеть, по сравнению с автономными компьютерами, порождает множество дополнительных проблем. От простейших механических (компьютеры, подключенные к сети, трудность перемещения с места на место) до сложных информационных (необходимость контролировать совместно используемые ресурсы, предотвращать заражение сети вирусами). К тому же пользователи сети уже не так независимы, как пользователи автономных компьютеров, поэтому стоит соблюдать определенные правила, подчиняться установленным требованиям, которым их необходимо научить.
Наконец, сеть остро ставит вопрос о безопасности информации, ведь с любого компьютера сети можно считать данные с общих сетевых дисков. Защитить один компьютер или даже несколько одиночных гораздо проще, чем целую сеть. Поэтому приступать к установке сети целесообразно только тогда, когда без сети работа становится невозможной, непроизводительной, когда ее отсутствие сдерживает развитие дела.
В начале проектирования сети необходимо провести полную "инвентаризацию" имеющихся компьютеров и их программного обеспечения, а также периферийных устройств (принтеров, сканеров…). При организации сети это позволит исключить ненужное дублирование, а также поставить задачи модернизации, как аппаратных, так и программных средств. Кроме того, следует уделить внимание наличию встроенной сетевой карты или сетевого контроллера, а также типу поддерживаемых ими сетевых стандартов. Из сопроводительной документации к компьютеру или после вскрытия системного блока можно и нужно определить число и тип свободных слотов (разъемов) расширения, а также максимальную мощность блока питания. Это необходимо для оценки возможности установки в компьютер новых плат.
Выбор размера и структуры сети
Под размером сети в данном случае понимается как количество объединяемых в сеть компьютеров, так и расстояния между ними. Необходимо четкое представление, сколько компьютеров (минимально и максимально) нуждается в подключении к сети. При этом необходимо оставлять возможность для дальнейшего роста количества компьютеров в сети.
Совсем не обязательно раз и навсегда включать в сеть все компьютеры предприятия. Иногда имеет смысл оставить некоторые из них автономными (из соображений безопасности информации на их дисках). Количество подключенных компьютеров сильно влияет как на производительность, так и на сложность обслуживания сети. Оно также определяет стоимость требуемых программных средств, поэтому просчеты могут иметь довольно серьезные последствия.
Требуемая длина линий связи сети также играет не маловажную роль в проектировании сети. Например, если расстояния очень большие, может понадобиться использование дорогого оборудования. К тому же с увеличением расстояния резко возрастает значимость защиты линий связи от внешних электромагнитных помех. От расстояния зависит и скорость передачи информации по сети. Целесообразно при выборе расстояний закладывать небольшой запас (хотя бы 10%) для учета непредвиденных обстоятельств. Преодолеть ограничения по длине иногда можно путем выбора структуры сети, разбиения ее на отдельные части.
Под структурой сети понимается способ разделения сети на части (сегменты), а также способ их соединения между собой. Сеть предприятия может включать в себя рабочие группы компьютеров, сети подразделений, опорные сети, средства связи с другими сетями. Для объединения частей сети могут использоваться репитеры, репитерные концентраторы, коммутаторы, мосты и маршрутизаторы. Причем в ряде случаев стоимость этого объединительного оборудования может даже превысить стоимость компьютеров, сетевых адаптеров и кабеля, поэтому выбор структуры сети исключительно важен.
В идеале структура сети должна соответствовать структуре здания или комплекса зданий предприятия. Рабочие места группы сотрудников, занимающихся одной задачей, желательно должны размещаться в одной комнате. Тогда можно компьютеры этих сотрудников объединить в единую рабочую группу и установить вблизи их комнат сервер, с которым они будут работать, а также концентратор или коммутатор, связывающий все их ПК. Точно так же рабочие места сотрудников подразделения, занимающихся комплексом близких задач, лучше расположить на одном этаже здания, что существенно упростит их объединение в сегмент и дальнейшее его администрирование.
При выборе структуры разумно оставлять возможности для дальнейшего развития сети. Это позволит при необходимости легко включить в сеть один или несколько сегментов.
Допустим, небольшое предприятие занимает три этажа, на каждом по пять комнат, и включает в себя три подразделения, по три группы. В этом случае можно построить сеть таким образом (рис. 2):
- Рабочие группы занимают по 1–3 комнаты, их компьютеры объединены между собой репитерными концентраторами. Концентратор может использоваться один на комнату, один на группу или один на весь этаж. Концентратор целесообразно расположить в помещении, в которое имеет доступ минимальное количество сотрудников.
- Подразделения занимают отдельный этаж. Все три сети рабочих групп каждого подразделения объединяются коммутатором, а для связи с сетями других подразделений используется маршрутизатор. Коммутатор вместе с одним из концентраторов лучше поместить в отдельной комнате.
- Общая сеть предприятия включает три сегмента сетей подразделений, объединенных маршрутизатором. Этот же маршрутизатор может использоваться для подключения к глобальной сети.
- Серверы рабочих групп располагаются в комнатах рабочих групп, серверы подразделений – на этажах подразделений.
Рис. 2 Структура сети предприятия (С – серверы рабочих групп, РК – репитерные концентраторы, Ком – коммутаторы)
В рассмотренной ситуации области коллизий, то есть зоны конфликта сети будут включать в себя сегменты, расположенные в комнатах каждой рабочей группы, плюс сегмент, связывающий концентратор рабочей группы с коммутатором подразделения. Всего таких областей коллизий будет девять. Именно для них необходимо проводить расчеты работоспособности сети.
Широковещательные области будут включать в себя все сегменты сети каждого подразделения плюс сегмент, связывающий коммутатор подразделения с маршрутизатором предприятия. Таких широковещательных областей будет всего три.
Если предполагаемая интенсивность обмена по проектируемой сети не достаточно велика, компьютеров не слишком много, и размеры здания позволяют, то вполне возможно обойтись без маршрутизаторов.
Тогда сети подразделений будут связаны концентраторами, а между собой они будут соединяться коммутаторами (рис. 3).
Рис. 3 Структура сети предприятия (С – серверы рабочих групп, РК – репитерные концентраторы, РКП – концентраторы подразделений)
Области коллизий в данном случае будут включать в себя все сегменты сети каждого подразделения плюс сегмент, соединяющий концентратор подразделения и коммутатор предприятия. Таких областей коллизий всего три. Для них надо проводить расчет работоспособности сети. В единственную широковещательную область войдет вся сеть предприятия.
В ситуации, когда компьютеров на предприятии немного (до 50), имеет смысл отказаться не только от маршрутизаторов, но и от коммутаторов, оставив только репитерные концентраторы. Более того, при такой малой сети и низкой интенсивности обмена вполне может оказаться подходящей сеть Ethernet на тонком коаксиальном кабеле без концентраторов или с 1–2 простейшими репитерами. Правда, в последнем случае придется компьютеры каждого сегмента разместить на одном этаже из-за ограничений на длину кабеля сегмента 10BASE2. Следует учитывать, что во вновь создаваемых сетях использование коаксиального кабеля не рекомендуется.
Конечно, такая идиллическая картина, как рассмотренная выше, наблюдается далеко не всегда. В реальности все бывает гораздо сложнее. Например, структура подразделений может вообще не соответствовать структуре комнат и этажей. Предприятие может занимать два разнесенных друг от друга помещения в одном здании или даже три—четыре удаленных здания. Тогда может понадобиться применение оптоволоконных сегментов, а структура сети при этом обычно чрезвычайно сложна, с множеством областей коллизий и широковещательных областей.
Выбор оборудования
При выборе сетевого оборудования надо учитывать множество факторов:
- уровень стандартизации оборудования и его совместимость с наиболее распространенными программными средствами;
- скорость передачи информации и возможность ее дальнейшего увеличения;
- возможные топологии сети и их комбинации (шина, пассивная звезда, пассивное дерево);
- метод управления обменом в сети (CSMA/CD, полный дуплекс или маркерный метод);
- разрешенные типы кабеля сети, максимальную его длину, защищенность от помех;
- стоимость и технические характеристики конкретных аппаратных средств (сетевых адаптеров, трансиверов, репитеров, концентраторов, коммутаторов).
Всем этим часто пренебрегают, а напрасно: заменить программное обеспечение сравнительно просто, а вот замена аппаратуры, особенно прокладка кабеля, обходится порой очень дорого, а иногда бывает просто невозможна. В первую очередь следует проанализировать применимость для рассматриваемого случая сети Ethernet, как наиболее популярной, недорогой и допускающей развитие (Fast Ethernet и Gigabit Ethernet).
Основные аргументы в пользу того или иного типа кабеля:
В наше время для организации локальных сетей в большинстве случаев используется неэкранированная витая пара UTP. Более дорогие варианты на основе экранированной витой пары, оптоволоконного кабеля или беспроводных соединений применяются на предприятиях, где в этом действительно существует необходимость. Например, оптоволокно может использоваться для связи между удаленными сегментами сети без потери скорости.
Еще одна важная задача – это выбор компьютеров. Если для рабочих станций или невыделенных серверов обычно используют те компьютеры, которые уже имеются на предприятии, то выделенный сервер желательно приобретать специально для сети. Лучше, если это будет быстродействующий специализированный компьютер-сервер, спроектированный с учетом специфических нужд сети.
Требования к серверу:
- Максимально быстрый процессор. Типичная величина тактовой частоты процессора для сервера сейчас составляет 2—3 ГГц. Для больших сетей применяют и многопроцессорные серверы.
- Большой объем оперативной памяти. Типичный объем оперативной памяти сервера сейчас составляет 512 Мбайт—20 Гбайт. Большой объем памяти сервера даже важнее быстродействия процессора, так как позволяет эффективно использовать кэширование дисковой информации, храня в памяти копии тех областей диска, с которыми производится наиболее интенсивный обмен.
- Быстрые жесткие диски большого объема. Типичная величина объема диска сервера сейчас составляет 150—500 Гбайт. Дисководы должны быть совместимы с сетевой операционной системой. Широко применяют SCSI-дисководы, которые быстрее традиционных IDE-дисководов. В серверах часто предусматривают возможность "горячей" замены дисков (без выключения питания сервера), что очень удобно.
- Специализированные серверы уже содержат в своем составе сетевые адаптеры с оптимальными характеристиками. Если в качестве сервера используется обычный персональный компьютер, то сетевой адаптер для него надо выбирать наиболее быстродействующий.
- Видеомониторы, клавиатуры и мыши не являются обязательными принадлежностями сервера, так как сервер, как правило, никогда не работает в режиме обычного компьютера.
Если есть возможность выбора компьютеров для рабочих станций, то стоит проанализировать целесообразность применения бездисковых рабочих станций (с загрузкой операционной системы через сеть). Это сразу снизит стоимость сети в целом или позволит при тех же затратах купить более качественные компьютеры: с быстрыми процессорами, с хорошими мониторами, с большой оперативной памятью. Правда, в настоящее время использование бездисковых компьютеров считается не самым лучшим решением. Ведь в этом случае всю информацию компьютер получает через сеть и передает в сеть, что может вызвать чрезмерную загрузку сети. В идеале значительная часть всех информационных потоков (не менее 80%) должна оставаться внутри компьютера, а к сетевым ресурсам обращения должны быть только в случае действительной необходимости.
При отказе от использования гибких дисков на каждом компьютере сети можно существенно повысить ее устойчивость к вирусам и несанкционированному доступу к данным. Дисковод гибкого диска вполне может быть только на одной рабочей станции сегмента или даже всей сети. Причем эта рабочая станция должна контролироваться администратором сети. Она может быть расположена в отдельной комнате вместе с концентраторами, коммутаторами, маршрутизаторами.
Для любой сети крайне критична ситуация перебоев в системе электропитания. Несмотря на то, что многие сетевые программные средства применяют специальные меры против этого, как и против других отказов аппаратуры, проблема очень серьезная. Иногда отключение питания может полностью и надолго вывести сеть из строя.
В идеале защищенными от отключения питания должны быть все серверы сети. Проще всего этого добиться, если сервер в сети всего один. Источник бесперебойного питания при сбое питания переходит на питание подключенного компьютера от аккумулятора и подает специальный сигнал компьютеру, который за короткое время завершает все текущие операции и сохраняет данные на диске. При выборе источника бесперебойного питания надо, прежде всего, обращать внимание на максимальную мощность, которую он обеспечивает, и на время поддержания им номинального уровня напряжения. Стоимость устройства довольно высока, поэтому целесообразно один источник бесперебойного питания применять для двух-трех серверов.
Наиболее устойчивы к отказам питания ноутбуки. Встроенный аккумулятор и низкое потребление энергии обеспечивают их нормальную работу без внешнего питания в течение одного-двух часов и даже более. Если еще учесть низкий уровень излучений и высокое качество изображения мониторов этих компьютеров, то стоит всерьез рассмотреть возможность использования ноутбуков в качестве рабочих станций, а вероятно, и не слишком мощного, невыделенного сервера. Тем более что многие ноутбуки имеют встроенные сетевые адаптеры довольно неплохого качества. Особенно удобно применение ноутбуков в одноранговых сетях с множеством серверов. Применение внешних источников бесперебойного питания в подобных случаях становится чересчур дорогим удовольствием.
Кроме перечисленных проблем проектировщику сети приходится решать задачи, связанные с выбором сетевых адаптеров, репитеров, концентраторов, коммутаторов и маршрутизаторов. Стоит отметить, что производительность сети и ее надежность определяются самым низкокачественным ее компонентом. При покупке дорогих концентраторов или коммутаторов, не стоит экономить, например, на сетевых адаптерах. Верно и обратное. Желательно, чтобы все компоненты оборудования максимально полно соответствовали друг другу.
Выбор сетевых программных средств
К сожалению, в процессе проектирования сети совершенно невозможно выделить те проблемы, которые должны быть решены в начале, и те, которые можно отложить на самый конец. Выбор программных средств не стоит считать чем-то второстепенным, совершенно не влияющим на размер и структуру сети и на характеристики требуемого оборудования. Поэтому принимать решение о том, какие программные средства надо использовать или хотя бы к какому классу они должны принадлежать, необходимо в самом начале проектирования.
При выборе сетевого программного обеспечения (ПО) надо учитывать:
- Какую сеть поддерживает сетевое ПО: одноранговую, сеть на основе сервера или оба этих типа;
- Максимальное количество пользователей (лучше брать с запасом не менее 20%);
- Количество серверов и возможные их типы;
- Совместимость с разными операционными системами и компьютерами, а также с другими сетевыми средствами;
- Уровень производительности программных средств в различных режимах работы;
- Степень надежности работы, разрешенные режимы доступа и степень защиты данных;
- Какие сетевые службы поддерживаются;
- Стоимость программного обеспечения, его эксплуатации и модернизации.
Всегда есть соблазн использовать самый совершенный продукт, ведь он популярен и, следовательно, оптимален. Тем не менее, лучше устоять, так как с ним, возможно, сложнее обращаться, да и цена у него выше. Вполне вероятно, что для задач предприятия может подойти простая одноранговая сеть, не требующая специального администрирования и покупки дорогого сервера.
Очень важно еще до установки сети решить вопрос об управлении сетью. Даже в случае одноранговой сети лучше выделить для этого отдельного администратора, который будет иметь всю информацию о конфигурации сети и распределении ресурсов и следить за корректным использованием сети всеми пользователями. Если сеть большая, то одним сетевым администратором уже не обойтись, нужна группа, возглавляемая системным администратором. После установки и запуска сети решать эти вопросы, как правило, слишком поздно.
Только после всего перечисленного можно переходить к установке выбранного программного обеспечения, если, конечно, таковое требуется. Следует заметить, что в большинстве случаев непосредственно установкой программных средств занимаются работники специализированных компьютерных фирм. Но принимать решение, о том, что нужно конкретному предприятию, должны все-таки те, кто будет с этой сетью работать в дальнейшем.
Затем необходимо провести конфигурирование сети, то есть задать ее логическую конфигурацию, настроить на работу в конкретных условиях. В обязанности системного администратора сети, который осуществляет контроль и управление входит:
- Создание групп пользователей различного назначения;
- Определение прав доступа пользователей;
- Обучение новых пользователей и оперативная помощь в случае необходимости;
- Контроль дискового пространства всех серверов сети;
- Защита и резервное копирование данных, борьба с компьютерными вирусами;
- Модернизация программного обеспечения и сетевой аппаратуры;
- Настройка сети для получения максимальной производительности.
Системный администратор, как правило, получает максимальные права по доступу ко всем сетевым ресурсам и служебным программам. Все остальные пользователи в идеале не должны замечать сети: просто у них появляются новые диски, расположенные на файл-серверах, новые принтеры, сканеры, модемы, программы, специально ориентированные на сеть.
Создаваемые группы пользователей должны по возможности совпадать с реальными группами сотрудников предприятия, занимающимися одной или близкими задачами. Каждой группе системный администратор может установить свои права доступа к сетевым ресурсам. Гораздо удобнее создать группу с установленными правами, а затем включить в нее нужных пользователей, чем определять права каждому пользователю в отдельности. В этом случае при необходимости изменения прав пользователя достаточно перевести его в другую группу. Желательно, чтобы каждой группой управлял свой сетевой администратор (если, конечно, группы достаточно большие). Для примера, сетевая ОС Windows Server 2000 позволяет создавать четыре типа групп:
- Локальные группы регистрируются на локальном компьютере;
- Глобальные группы регистрируются на главном контроллере домена;
- Специальные группы (обычно используются для внутрисистемных нужд);
- Встроенные группы делятся на три категории: администраторы, операторы и другие пользователи.
Свои права доступа можно установить и каждому пользователю в отдельности. В идеале пользователь должен иметь столько прав доступа, сколько ему действительно нужно. Если прав меньше, чем нужно, это мешает работе пользователя, требует постоянного вмешательства сетевого администратора. Если же прав больше, чем необходимо, то пользователь может вольно или невольно уничтожить или исказить ценную информацию.
Каждая сетевая операционная система или оболочка имеет свой набор разрешенных прав доступа к каталогам и файлам. Это характеризует ее гибкость, надежность, возможность развития сети.
Время от времени рекомендуется делать копии всех дисков сервера. Это позволит в случае аварии восстановить недавнее состояние сети, потеряв не слишком много данных. При этом системный администратор должен сохранить на диске рабочей станции информацию о пользователях и их правах доступа, чтобы при восстановлении сети не пришлось все это задавать заново.
Для контроля работы сети системный администратор пользуется специальными программными средствами. Современные сетевые ОС, как правило, имеют программы-утилиты, которые позволяют наблюдать в реальном времени за деятельностью процессоров, работой дисков, использованием памяти, а также сети. Анализируя параметры реального обмена в сети, можно установить такие режимы, которые обеспечивают наибольшую эффективность обмена.
Конечно, всегда надо учитывать, что производительность любой сети зависит не только от установленной аппаратуры и программных продуктов, но и от характера решаемых задач. Одна и та же сеть может прекрасно справляться, например, с задачами доступа к базе данных, но очень плохо работать с передачей динамических трехмерных полноцветных изображений. Так что при проектировании сети с самого начала желательно знать, какого характера информационные потоки предполагается обслуживать с ее помощью.
В последнее время наблюдается устойчивая тенденция к сокращению количества фирм, производящих сетевые программные средства. Выбирать в основном приходится между Novell и Microsoft, причем количество основных, базовых продуктов у обеих компаний невелико, около 2-3. Все другие фирмы либо вообще прекратили производство новых сетевых продуктов, либо их доля в рынке несравнимо меньше.
Выбирая между продуктами компаний Microsoft и Novell, необходимо иметь в виду, что традиционно преимуществами продуктов Novell (сетевые ОС NetWare) считаются:
- Более совершенная архитектура сетевой ОС;
- Универсальность и функциональная полнота программных средств;
- Большее быстродействие при данном типе аппаратуры;
- Упрощенное администрирование сети;
- Значительно более высокая защищенность от вирусов и несанкционированного доступа;
- Поддержка различных типов пользователей на разных компьютерных платформах.
Главным преимуществом продуктов Microsoft считается лучшая совместимость с пользователями на базе ОС Microsoft Windows.
Цены на новейшие продукты компаний Microsoft и Novell примерно одинаковы. Хотя, стоимость эксплуатации OC NetWare оказывается обычно заметно ниже, чем стоимость эксплуатации Windows Server.
Для небольшой сети самым простым и дешевым решением обычно оказывается операционная система Microsoft Windows XP, устанавливаемая сейчас производителями на большинство компьютеров и поддерживающая одноранговую сеть.
Впрочем, учесть все факторы в любом случае невозможно, можно только приближаться к оптимальному соответствию возможностей и потребностей.