Информационные аспекты эксплуатации сетей логические основы технической эксплуатации сетей

Государственное бюджетное ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«Котовский промышленно-экономический техникум»

(ГБОУ ПО «КПЭт»)

ОСНОВНАЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА
СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Базовой подготовки

230000 «ИНФОРМАТИКА И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА»

230111 Компьютерные сети

ПМ.03 Эксплуатация объектов сетевой инфраструктуры

МДК 03.01.ЭКСПЛУАТАЦИЯ ОБЪЕКТОВ СЕТЕВОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема: «Анализ логических аспектов эксплуатации сетевой инфраструктуры»

 

Выполнил студент группы КС 2-4:

Ерохина Ирина

Руководитель: Л.В. Трунова, преподаватель высшей квалификационной категории

Котово,
2016

 

 

задание

Содержание

 

Введение

Темой моей курсовой работы стал процесс анализа логических аспектов эксплуатации сетевой инфраструктуры. Сеть Интернет представляет собой глобальное объединение компьютерных сетей и информационных ресурсов, принадлежащих множеству различных людей и организаций. Это объединение является децентрализованным, и единого общеобязательного свода правил (законов) пользования сетью Интернет не установлено.

Актуальность темы определяется тем, что технологической основой информационного общества является Глобальная информационная инфраструктура, которая должна обеспечить возможность доступа к информационным ресурсам каждого жителя планеты, а также создать условия для формирования глобальной сетевой экономики, и выработки общих культурных средств поведения в информационных пространств.

Цель исследования: Выработать рекомендации по совместному использованию информационных ресурсов глобальной информационной инфраструктуры.

Объект исследования: Глобальная информационная инфраструктура.

Предмет исследования: Логические аспекты сетевой инфраструктуры.

Метод исследования: Анализ логических аспектов. Поиск и обработка знаний о предмете исследования будет вестись с помощью учебных материалов, указанных в списке литературы и ресурсов сети Интернет.

Задачи:

1. Физические аспекты эксплуатации сетей понятие и виды телекоммуникационной сети.

2. Информационные аспекты эксплуатации сетей логические основы технической эксплуатации сетей.

 

Первый этап-анализ предметной областиили этап концептуального проекти­рования. На этапе концептуального проектирования осуществляется сбор, анализ и редактирование требований к данным.

Первым этапом проектирования БД любого типа является анализ предметной об­ласти, который заканчивается построением информационной структуры (концепту­альной схемы). На данном этапе анализируются запросы пользователей, выбираются информационные объекты и их характеристики, которые предопределяют содержа­ние проектируемой БД. На основе проведенного анализа структурируется предметная область. Анализ предметной области не зависит от программной и технической сред, в которых будет реализовываться БД.

Анализ предметной области целесообразно разбить на три фазы:

1) анализ требований и информационных потребностей;

2) выявление информационных объектов и связей между ними;

3) построение модели предметной области и проектирование схемыБД.

Рассмотрим каждую фазу данного этапа проектирования подробно. Анализ концептуальных требований и информационных потребностей.

На этапе анализа концептуальных требований и информационных потребностей необходимо выполнить:

1) анализ требований пользователей к базе данных (концептуальных требований);

2) выявление имеющихся задач по обработке информации, которая должна быть представлена в базе данных (анализ приложений),

3) выявление перспективных задач (перспективных приложений);

4) документирование результатов анализа.

 

Информационные аспекты эксплуатации сетей логические основы технической эксплуатации сетей.

Современные ТКС — это высокоскоростные цифровые системы передачи данных на оптическом кабеле с высоким уровнем ПО, рассчитанные на техническую эксплуатацию (ТЭ) в соответствии с современной концепцией контроля и управления. Данная концепция предполагает, что ТЭ первичной сети оператора представляет собой совокупность методов и алгоритмов технического обслуживания (ТО), обеспечивающих организацию и поддержание в требуемых пределах установленных норм любых ОСИС. Основной целью ТО является минимизация случаев возникновения и влияния отказов на работоспособность каждого объекта ТЭ, входящего в состав ОСИС.

Рисунок 1.3. Схема взаимодействия объекта с интерфейсом ТЭ.

К объектам технической эксплуатации (ОТЭ) относятся технические средства связи, являющиеся составной частью соединения в трактах и каналах передачи данных и имеющие интерфейс ТЭ для обмена сигналами контроля и управления функциями интерфейсов передачи данных (ИПД), как это показано на рис. 1.3. В соответствии с этим определением под объектом ТЭ может пониматься как отдельный комплект телекоммуникационной аппаратуры (например, синхронный мультиплексор), так и участок либо линии передачи, либо сети связи. Процесс технической эксплуатации ЛВС включает в себя:

1. измерение рабочих характеристик;

2. обнаружение отказов;

3. сигнализацию об отказах и рабочих характеристиках;

4. резервирование;

5. восстановление работоспособности;

6. проверку (после восстановления).

Рекомендуются следующие методы технического обслуживания объектов ТЭ: профилактическое ТО, выполняемое через определенные интервалы времени или в соответствии с заранее установленными критериями и направленное на своевременное предупреждение возможности появления отказа или ухудшения функционирования объектов; корректирующее ТО, выполняемое после обнаружения состояния неработоспособности объектов и направленное на его восстановление в состояние, когда параметры качества объектов находятся в пределах установленных допусков; ƒ управляемое ТО, выполняемое путем систематического применения методов анализа состояния объектов и направленное на минимизацию работ по профилактическому и корректирующему ТО. На современном этапе развития ТКС доминирующее значение приобретает управляемое ТО, которое по сравнению с профилактическим и корректирующим ТО позволяет обнаружить и устранить намечающийся отказ, а в ряде случаев — осуществить восстановление сети без прекращения связи. Современные средства профилактики ориентированы именно на применение управляемого ТО и во взаимодействии со средствами сети управления электросвязью обеспечивают ТЭ на новом качественном уровне. Наряду с объектами ТЭ также определяются вспомогательные объекты ТЭ, не выполняющие непосредственно функцию передачи сообщений, — это устройства обнаружения отказов, передачи служебных сигналов, аварийной сигнализации, сопряжения с внешней системой контроля и управления. Один или несколько объектов ТЭ с одним или несколькими вспомогательными объектами ТЭ составляют элемент сети, или сетевой элемент. Для современных средств электросвязи, эксплуатация которых основана на применении управляемого ТО, объекты ТЭ, входящие в состав сетевого элемента, являются по существу управляемыми объектами. Сетевой элемент наряду с функциями электросвязи выполняет функции формирования и обмена сигналами управления и контроля с другими сетевыми элементами и сетью управления электросвязью. В соответствии с современной концепцией ТЭ результаты анализа рабочих характеристик ОСИС, контролируемых встроенными устройствами эксплуатационного контроля, выдаются на пульт контроля либо автоматически после возникновения отказа или ухудшения качества функционирования, либо по запросу администратора службы технической эксплуатации. Цель описанных действий — снижение уровня и (или) устранение отказов. Отказы объектов ТЭ подразделяются на аномалии и дефекты. Аномалия — это расхождение между текущим значением и требуемым значением параметра объекта. Аномалия может влиять или не влиять на способность объекта выполнять требуемую функцию. Дефектом считается ограниченный перерыв способности объекта выполнять требуемую функцию. Объект может требовать или не требовать действий по ТЭ в зависимости от оценки результатов дополнительного анализа. Последовательные аномалии, вызывающие уменьшение способности объекта ТЭ выполнять свою функцию, рассматриваются в качестве дефекта.

Управляемое ТО включает в себя:

а) непрерывный эксплуатационный контроль;

б) оперативно-технический контроль;

в) операции управления и переключения на резерв.

Непрерывный эксплуатационный контроль сети является процессом, при котором аномалии и дефекты, обнаруженные в объектах ТЭ, анализируются и проверяются. Этот анализ может быть внутренним или внешним относительно объекта ТЭ. В случае внешнего анализа он может выполняться либо местными, либо централизованными средствами ТЭ.

Контроль состоит из трех непрерывно и совместно проводимых процессов:

1) контроль для выявления аномалий — кратковременный период;

2) контроль для выявления дефектов — среднесрочный период;

3) контроль ухудшения качества — долговременный период.

Для каждого процесса в сети накапливаются данные об аномалиях и о дефектах, анализ которых позволяет оценить уровень качества функционирования объекта ТЭ и классифицировать его как нормальное, ухудшенное или неприемлемое. В качестве критерия здесь выступают пороги, назначаемые заранее для каждого дефекта (аномалии). Индикация ухудшенного или неприемлемого значения рабочих параметров выдается каждый раз при превышении заданного порога. Все сигналы первичной информации от датчиков либо передаются от каждого объекта ТЭ в блок обработки, либо обрабатываются на месте. Показатели рабочих характеристик определяются на основе этой информации. Каждый из показателей рабочих характеристик обрабатывается отдельно, чтобы рассчитать величину показателя работы отдельного объекта ТЭ. Полученные данные составляют основу оперативно-технического контроля ОСИС, под которым понимается процесс определения соответствия реального состояния ОСИС обобщенным оценкам состояния объекта, указанным в технической документации. По результатам оперативно-технического контроля состояния объекта ТЭ выносится одно из следующих заключений: норма — параметры качества объекта находятся в пределах установленных допусков (приемлемое качество); предупреждение — параметры объекта находятся в пределах установленных допусков, а параметры его элементов и условия работы объекта свидетельствуют о возможности отказа объекта (приемлемое качество); повреждение — параметры качества вышли за пределы установленных допусков в результате нарушения режима работы объекта или наличия неисправности в нем, однако объект сохраняет состояние работоспособности (ухудшенное качество); авария — параметры качества вышли за пределы допусков в результате нарушения режима объекта или наличия неисправности в нем, вследствие чего наблюдается отказ объекта (неприемлемое качество). Если в процессе контроля блок «Обнаружения неправильного функционирования» обнаружил угрозу аварийной ситуации, запускается процесс обработки аварийной ситуации. Основное назначение этого блока — количественное определение уровня ошибок и принятие решения о приеме тракта в эксплуатацию. Основным критерием оценки уровня ошибок в настоящее время является измерение блочных ошибок в тракте. Блок определяется как группа следующих друг за другом битов, которые могут быть закреплены за трактом передачи данных. Каждая группа относится точно к одному блоку. Каждый компьютер имеет уникальный адрес, по которому определяется его положение в сети Интернет. В основе функционирования Интернета лежит эталонная модель взаимодействия открытых систем, называемая далее моделью OSI (Open System Interconnection), которая задает единые правила функционирования всех ТКС.

Таблица 1.3

Абонент-отправитель	Функции уровней OSI	Абонент-получатель
Уровень приложений	Поддерживает локальную ОС и связь файловых систем, предоставляя команды для пересылки файлов	Уровень приложений
Представительский уровень	Перекодирует файлы в один из стандартных форматов	Представительский уровень
Сеансовый уровень	Устанавливает сеансы связи между службами. Управляет службой логических имен. Создает контрольные точки для синхронизации.	Сеансовый уровень
Транспортный уровень	Делит данные на сегменты. Управляет потоком данных, исправляя ошибки.	Транспортный уровень
Сетевой уровень	Обеспечивает: а) соединение для каждого сеанса связи; б) межсетевой обмен датаграммами на базе маршрутизации. Определяет IP- адреса хостов	Сетевой уровень
Канальный уровень	Создает кадры и восстанавливает их из битового потока. Задает MAC-адрес. Обслуживает канал. Выявляет ошибки в физическом сегменте сети	Канальный уровень
Физический уровень	Обеспечивает доступ к каналу передачи данных, задает его характеристики (скорость обмена, механическийе параметры среды передачи и пр.)	Физический уровень
	Канала передачи данных (витая пара и пр.)

 

Подчиняясь протоколам модели OSI, данные на своем пути по сети от абонента к абоненту дважды проходят семь уровней. Этот путь указан стрелками в табл. 1.3. Здесь же приведены названия и основные функции всех уровней. Модель OSI разработали для облегчения и разделения труда инженеров сетевого оборудования и программистов, чтобы им было понятно, на каком уровне и с каким оборудованием они работают. На уровне приложений взаимодействуют приложения, поэтому данные попадают с этого уровня на следующий (представительский) уровень в формате приложений: http (сайты), FTP (файлы), IRC (чат) и др. На представительском уровне принимаются данные от уровня приложений специальной программой-клиентом, которая пере- водит их в один из стандартных форматов: для текстовых фай- лов — это форматы ASCII, EBCDIC, HTML; для звуковых файлов — MIDI, MP3, WAV и т. д. На сеансовом уровне два приложения на разных компьютерах устанавливают, поддерживают и завершают соединение, называемое сеансом, т. е. сеансовый уровень управляет проведением сеансов связи, поддерживая диалог, подобный диалогу, приведенному на рис. 1.4. Сеансовый уровень определяет, какая из сторон, когда и как долго должна осуществлять передачу данных. Сеансовый уровень, кроме того, распознает логические имена абонентов и контролирует права доступа.

Рисунок 1.4. Электронный диалог на сетевом уровне модели OSI.

Рисунок 1.5. Размещение сегментов в «скользящем окне».

Транспортный уровень обеспечивает доставку данных без ошибок, потерь и в нужной последовательности. Здесь же производится разбивка передаваемых данных на сегменты (перед отправкой) и восстановление из сегментов принимаемых данных (при приеме). Сегменты отправляются не сразу, а буферируются (накапливаются) во временном буфере, как это показано на рис. 1.5. Для контроля подтверждения доставки в протоколе транспортного уровня используется метод квитирования: при получении очередного сегмента получатель посылает отправителю служебный кадр (квитанцию), подтверждающий факт приема сегмента. Алгоритм квитирования называется «скользящее окно». В протоколе TCP это окно определено на множестве нумерованных байтов неструктурированного потока данных, поступающих с сеансового уровня и буферируемых протоколом TCP. Получающий модуль TCP отправляет посылающему модулю TCP размер «окна», равный количеству байтов, которое принимающий модуль TCP готов в настоящий момент принять. Квитанция посылается только в случае правильного приема данных. Отсутствие квитанции означает либо прием искаженного сегмента, либо потерю сегмента, либо потерю квитанции. В качестве квитанции получатель сегмента отсылает ответное сообщение (сегмент), в которое помещает число, на единицу превышающее максимальный номер байта в полученном сегменте. Это число часто называют номером очереди. На рис. 1.5 показан поток сегментов, поступающий на вход модуля TCP. В буфере модуля ТСР постоянно присутствуют сегменты, входящие в «скользящее окно», размером W (байт). Сегменты сектора S1, которые были отправлены и на которые уже пришли квитанции, удаляются из буфера. Их замещают сегменты сектора S2, которые также уже отправлены, но квитанции на них пока не получены. Третья часть потока — это сегменты сектора S3, которые пока не отправлены, но могут быть отправлены, как только до них дойдет очередь. Последняя граница указывает на начало последовательности сегментов сектора S4, ни один из которых не может быть отправлен до тех пор, пока не придет очередная квитанция и окно не будет сдвинуто вправо. Поскольку каждый байт пронумерован, легко регистрировать появление дубликатов в условиях повторной передачи кадра. Нумерация байтов в пределах сегмента идет по возрастанию. Благодаря подтверждениям и номерам очереди достигается надежность передачи и приема данных. Сетевой уровень реализует функцию маршрутизации, заключающуюся в определении кратчайшего расстояния по сети между двумя ее абонентами. Все действия на сетевом уровне выполняет так называемый IP-модуль, который размещен на сетевой карте компьютера-абонента и все действия которого подчинены IP- протоколу, описанному в стандарте Интернета RFC — 791. Понятие маршрутизации является ключевым в понимании функционирования локальных и глобальных сетей. Ее предметное описание требует предварительного ознакомления с рядом сетевых терминов. Узлом сети называется компьютер, поддерживающий IP- протокол. Узел сети может иметь один и более IP-интерфейсов, подключенных к одной или разным сетям (например, компьютер с двумя и более сетевыми картами). Каждый IP-интерфейс идентифицируется уникальным IP-адресом. IP-интерфейс — часть конфигурации сетевой платы компьютера, служащая для подключения и адресации хоста в сети (обычно через разъем 8Р8С). IP-сетью называется множество хостов (IP-интерфейсов), способных пересылать данные друг другу непосредственно (без ретрансляции через промежуточные компьютеры). IP-адреса интерфейсов одной IP-сети имеют общую часть, которая называется адресом IP-сети, или номером IP-сети, и специфическую для каждого интерфейса часть, называемую адресом, или номером, данного интерфейса в данной IP-сети. Маршрутизатор — это узел сети с несколькими IP-интерфейсами, подключенными к разным IP-сетям, осуществляющий межсетевую передачу датаграмм между абонентами. Датаграммой называется сегмент, состоящий из передаваемого сообщения и заголовков, добавляемых к нему на каждом уровне OSI, начиная с транспортного уровня. Хостами называются узлы IP-сети, не являющиеся маршрутизаторами. IP-адрес хоста или маршрутизатора является уникальным 32-битным идентификатором IP-интерфейса в Интернете. При записи IP-адреса используют точки, отделяющие восьмерки бит (так называемые октеты) друг от друга. Например, IP-адрес 10100000010100010000010110000011 записывается так: 10100000.01 010001.00000101.10000011, а сами октеты переводятся в десятичную систему счисления. Запись IP-адреса, приведенного ранее, примет вид: 160.81.5.131. (точечная десятичная система обозначений). Старшие m битов IP-адреса хоста образуют номер IP-сети. Младшие n битов IP-адреса хоста определяют номер хоста в этой сети. Ясно, что m + n = 32. Положение метки, отделяющей биты номера сети от битов номера хоста в этой сети, определяет класс данной сети. Маршрутизаторы работают с бесклассовой моделью записи IP- адресов, используя их запись в виде: a.b.c.d/n, где «a.b.c.d» — собственно IP-адрес; n — количество бит в сетевой части. Например, в IP-адресе 137.158.144.7/17 маска сети содержит 17 единиц, за которыми следуют 15 нулей: 11111111111111111.00000000000000 (1.1) Представив IP-адрес 137.158.144.7 в двоичном виде: 10001001100111101.001000000000111 (1.2) и побитно умножив (1.2) на маску сети (1.1), мы получим номер сети — левые 17 двоичных разрядов в выражении (1.2), которые для наглядности отделены здесь точкой, и номер хоста в этой сети, представленные правыми 15 битами в выражении (1.2). Запишем результат: IP-адрес 137.158.144.7/17 адресует хост 16.7 в сети 137.158.128.0/17. Маршрутизация в содержательном плане Интернет — это комбинация сетей, соединяемых с помощью маршрутизаторов. Дата грамма идет по Интернету к пункту назначения от одного маршрутизатора к другому, пока не достигает маршрутизатора, закрепленного за сетью пункта назначения. Основная функция маршрутизатора — получить пакет от одной сети и передать другой. Маршрутизатор, как минимум, соединяет две сети. Получив пакет, он решает две задачи:1) к какой сети он должен его передать;2) по какому пути.

Последнее решение основано на выборе оптимального пути, длина которого определяется метрикой — стоимостью передачи датаграммы по сети. Полное измерение конкретного маршрута равно сумме метрик сетей, которые включают в себя маршрут. Маршрутизатор выбирает маршрут с наименьшей метрикой. Метрика (например, скорость трафика в сегменте сети) вычисляется и записывается в таблицу маршрутизации, пользуясь данными которой маршрутизатор вычисляет адрес следующего маршрутизатора, лежащего на оптимальном пути для очередного передаваемого пакета. Для реализации своих функций маршрутизатор постоянно выполняет следующие действия: опрашивает своих соседей и узнает их сетевой адрес; измеряет стоимость связи с каждым из своих соседей (метрику); создает пакет, содержащий всю собранную информацию; рассылает созданный пакет всем маршрутизаторам-соседям по сети; вычисляет адрес маршрутизатора - соседа, через который проходит кратчайший путь до текущего абонента, и передает ему пакет. Рассмотрим процесс маршрутизации на примере. На рис. 1.6 представлена сеть, в состав которой входят два маршрутизатора: G1 и G2. Хосты А и В находятся в сети 1, которая соединяется с сетью 2 с помощью маршрутизатора G1. К сети 2 подключен маршрутизатор G2, соединяющий ее с сетью 3, в которой находится хост С. Возможный вариант таблицы маршрутов, находящейся в памяти сетевой карты хоста А, приведен в табл. 1.4. Колонка «Адрес шлюза» показывает, на какой адрес будут посланы пакеты, идущие в сеть назначения. Если пакеты будут идти напрямую, то указывается собственный адрес — именно в этом случае используется запись On-link, означающая, что адрес шлюза равен адресу интерфейса. Это означает, что датаграммы, адресованные хостам той же сети 1 (здесь — только одному хосту В), отправляет сам хост А, так как это его локальная сеть, а датаграммы, адресованные в лю- бую другую сеть (маршрут по умолчанию), хост А отправляет маршрутизатору G1, чтобы тот «занялся их дальнейшей судьбой». Предположим, что хост А посылает датаграмму хосту В. Сравнив адрес сети хоста В с адресом «Сеть 1» в табл. 1.4, хост А обнаружит, что хост В принадлежит той же сети 1, что и А, а из столбца «Интерфейс» — что доставка пакетов осуществляется непосредственно самим хостом А.

Рисунок 1.6. Сеть с двумя маршрутизаторами.