ПРОБЛЕМЫ  ЛОКАЛЬНЫХ  ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ  СЕТЕЙ

Бондарев  Евгений  Сергеевич

магистрант  1  курса,  кафедра  систем  управления  и  компьютерных  систем  БГТУ  «ВОЕНМЕХ»  им.  Д.Ф.  Устинова, 
РФ,  г.  Санкт-Петербург

E-mail:  nortte@ya.ru

Гущин  Артем  Николаевич

научный  руководитель,  канд.  техн.  наук,  доцент,  доцент  кафедры  систем  управления  и  компьютерных  систем  БГТУ  «ВОЕНМЕХ»  им.  Д.Ф.  Устинова, 
РФ,  г.  Санкт-Петербург

Обслуживая  или  проектируя  локальные  вычислительные  сети  [1,  c.  2],  зачастую  возникают  проблемы  и  трудности,  связанные  с  особенностями  различных  протоколов  и  их  взаимодействий.  Для  того  чтобы  произвести  наиболее  полный  анализ,  рассмотрим  базовую  эталонную  модель  взаимосвязи  открытых  систем  (OSI)  [2,  c.  2]  «снизу-вверх»,  от  первого  уровня  (физический  уровень)  до  верхнего  уровня  (прикладной  уровень).

Необходимо  отметить,  что  смежные  уровни  модели  OSI  являются  тесно  связанными,  а  при  интерпретировании  модели  OSI  на  конкретные  стеки  протоколов,  некоторые  уровни  могут  объединяться.

Физический  уровень  обеспечивает  передачу  потока  битов  по  физической  среде  через  какие-либо  сетевые  интерфейсы.  Основные  проблемы  данного  уровня  связаны  с  физическими  показателями  сигнала  (включая  внешние  воздействия  на  сигнал)  и  с  нагрузкой  на  сеть  с  точки  зрения  интенсивности  сигналов.  Рассматривая  беспроводные  сети,  среди  внешних  воздействий  можно  выделить  как  промышленные  помехи  (излучение  от  бытовых  и  прочих  приборов),  так  и  помехи  от  других  точек  доступа,  вещающих  в  том  же  диапазоне.

Канальный  уровень  (уровень  звена  данных)  обеспечивает  передачу  кадра  между  узлами.  В  его  задачи  входят  поддержание  связи  на  канальном  уровне  между  логическими  объектами  сетевого  уровня  и  предоставление  доступа  к  среде  для  передачи  данных.  В  некоторых  интерпретациях  модели  OSI  явно  выделяют  подуровень  доступа  к  среде  MAC  [4,  с.  106].

На  подуровне  доступа  к  среде  происходит  адресация  каждого  узла  своим  физическим  адресом  (MAC-адрес)  и  предоставление  доступа  к  среде  для  передачи  кадра.  Таким  образом,  среди  проблем  данного  уровня  можно  выделить  проблемы,  связанные  с  требованием  к  уникальности  физических  адресов  в  сети  и  отсутствию  логических  петель,  а  также  проблемы  распределения  канала  [4,  с.  282].  Также  на  данном  уровне  работают  сетевые  мосты  и  коммутаторы,  которые  являются  основополагающими  устройствами  для  организации  сетей.  При  работе  с  коммутаторами,  важны  их  технические  показатели  –  важно  избегать  «узких  мест»,  когда  узлы  могут  предоставить  большую  скорость,  чем  может  предоставить  коммутатор,  а  также  для  уменьшения  дополнительной  задержки  при  передаче  данных,  возникающей  при  принятии  решения.  В  беспроводных  сетях  стоит  отдавать  предпочтение  точкам  доступа,  поддерживающие  технологию  Multi-user  MIMO,  которая  позволяет  осуществлять  передачу  данных  нескольким  клиентам  по  нескольким  каналам  связи.

Канальный  уровень  отвечает  за  управление  потоком  передачи  данных  и  контроль  ошибок,  но  во  многих  стеках  протоколов  за  это  отвечают  другие  уровни  модели.  Это  вызвано  тем,  что  в  настоящее  время  количество  ошибок  проводных  сетей  заметно  сократилось,  и  намного  проще  обеспечивать  контроль  ошибок  на  транспортном  уровне,  например,  метод  скользящего  окна  в  протоколе  TCP.  В  методе  скользящего  окна  для  лучшей  производительности  необходимо  правильно  определить  тайм-аут  и  размер  окна  [3,  с.  567].  В  беспроводных  сетях  IEEE  802.11,  напротив,  управление  потоком  и  контроль  ошибок  реализуется  на  подуровне  доступа  к  среде,  например,  CSMA/CA.  Подытожив,  суть  проблемы  остается  общей  –  важно  правильно  подобрать  размер  кадра,  время  ожидания  квитанции  и  алгоритм  для  коррекции  ошибок.

Сетевой  уровень  обеспечивает  разработку  маршрута  доставки  пакетов  между  узлами.  Различают  два  противоположных  способа  организации  передачи  данных  –  при  помощи  дейтаграмм  (без  установления  соединения)  и  виртуальных  каналов  (с  установлением  соединения).  Несмотря  на  то,  что  дейтаграммная  система  является  преобладающей  в  настоящий  момент,  некоторые  задачи,  например,  связанные  с  VPN  и  задачи,  где  качество  обслуживания  и  избегание  заторов  являются  критическими  показателями,  использование  виртуального  канала  будет  более  выгодно.  Задача  определения  маршрутов  является  сложным  алгоритмом,  и  реализуется  множеством  способов,  каждый  из  которых  имеет  свои  преимущества  и  недостатки  [4,  с.  392].  При  интенсивном  трафике  пакеты  можно  маркировать,  что  позволяет  назначать  приоритеты  для  разных  типов  пакетов.  Для  обеспечения  требуемых  параметров  сети  применяются  различные  сервисные  модели  QoS  [3,  с.  603],  которые  реализуются  различными  протоколами. 

Транспортный  уровень  обеспечивает  доставку  дейтаграмм/сегментов  от  узла  к  узлу.  Он  уже  был  частично  рассмотрен  в  канальном  уровне  и  представляет  механизм  передачи  на  более  высоком  уровне.  Среди  проблем  данного  уровня  можно  выделить  вопрос  размера  дейтаграммы,  времени  ожидания  квитанции  и  алгоритм  для  коррекции  ошибок.

Все  последующие  уровни  работают  с  данными,  которые  уже  получили  узлы,  и  они  являются  по  сути  «клиентскими»  уровнями,  и  проблематика  каждого  уровня  будет  своей  для  каждой  из  задач.  Ввиду  этого,  их  рассмотрение  без  конкретных  примеров  является  невозможным.

Рассмотрев  основные  проблемы  сетевых  взаимодействий,  можно  выявить  проблемы  с  точки  зрения  проектирования  сетей.  Проектируя  сети  необходимо  определить  характеристики  сети  такие  как:

• функциональное  назначение;
• сетевая  логическая  топология;
• сетевая  физическая  топология;
• топология  информационных  потоков.

При  определении  функционального  назначения  сети  требуется  определить  цели,  которая  будет  решать  данная  сеть  как  способ  коммуникации  с  другими  устройствами.  Особенно  интересно  рассмотреть  вопрос  классификации  личностных  целей  использования  сетью  (личная  необходимость,  рабочая  необходимость,  потребность  в  резервном  канале  и  т.  д.).  Зная  решаемые  задачи,  можно  определить  архитектуру  (отношение  узлов  друг  к  другу)  проектируемой  сети. 

Вопрос  логической  топологии  необходимо  рассматривать  совместно  c  физическими  решениями,  которые  будут  использоваться.  Существует  множество  классических  логических  топологий,  таких  как  шина,  кольцо  и  звезда.  У  каждой  из  них  есть  свои  преимущества  и  недостатки,  и  чаще  всего  используют  производные  и  смешанные  топологии.  Многие  топологические  решения  основаны  на  особенностях  и  преимуществах  той  или  иной  среды  передачи  данных  (беспроводная,  проводная)  и  от  выбора  конкретного  протокола  и/или  технологии,  обеспечивающую  передачу.  Подобрать  подходящий  сетевой  интерфейс  в  зависимости  от  среды  и  поставленных  целей  и  требований  представляется  непростой  задачей  в  силу  того,  что  не  существует  единой  классификации  всех  используемых  технологий,  которая  бы  позволяла  однозначно  определить  наиболее  подходящий  вариант.  Как  следствие,  не  существует  подробной  классификации  всевозможных  логических  топологий  по  целям  использования,  быстродействию,  надежности  и  прочим  параметрам.  Ввиду  этого,  классификация  в  вопросах  сетевых  технологий  крайне  востребована  и  будет  полезна  для  разных  категорий  пользователей.  Выбрав  наиболее  подходящую  технологию,  удобно  использовать  моделирование  сетей  для  наглядного  выявления  нужных  показателей  сети  (быстродействие,  нагрузка  на  канал,  надежность  и  т.  д.). 

Подводя  итог,  можно  определить,  что  помимо  проблем,  которые  возникают  в  силу  особенностей  каждого  из  уровней  модели  OSI,  существует  проблема,  связанная  с  недостатком  формализации  и  классификации  всевозможных  технологий  для  обеспечения  передачи  данных,  и  как  следствие  отсутствие  наиболее  полной  классификации  всевозможных  топологий.

Список  литературы:

1. ГОСТ  29099-91.  Сети  вычислительные  локальные.  Термины  и  определения.  Введ.  с  01.01.1993.  М.:  Стандартинформ,  2005  –  14  с.
2. ГОСТ  Р  ИСО/МЭК  7498-1-99.  Информационная  технология.  Взаимосвязь  открытых  систем.  Базовая  эталонная  модель.  Часть  1.  Базовая  модель.  Введ.  с  01.01.2000.  М.:  Стандартинформ,  2006  –  112  с.
3. Олифер  В.Г.,  Олифер  Н.А.,  Компьютерные  сети.  Принципы,  технологии,  протоколы:  Учебник  для  вузов.  4-е  изд.  СПб.:  «Питер»,  2010  –  994  с.
4. Таненбаум  Э.,  Уэзеролл  Д.,  Компьютерные  сети.  5-е  изд.  СПб.:  «Питер»,  2012  –  959  с.