Искусство диагностики локальных сетей

Если программы периодически работают медленно, компьютеры "зависают" или отключаются от сервера, и программисты при этом говорят, что во всем виновата сеть, а администратор сети, - что во всем виноваты программы, то эта статья адресована именно вам.

Прежде чем приступить к описанию методики выявления "скрытых дефектов", мы хотели бы определиться с терминами: что, собственно, понимается под локальной сетью, диагностикой локальной сети и какую сеть следует считать "хорошей".

Очень часто под диагностикой локальной сети подразумевают тестирование только ее кабельной системы. Это не совсем верно. Кабельная система является одной из важнейших составляющих локальной сети, но далеко не единственной и не самой сложной с точки зрения диагностики. Помимо состояния кабельной системы на качество работы сети значительное влияние оказывает состояние активного оборудования (сетевых плат, концентраторов, коммутаторов), качество оборудования сервера и настройки сетевой операционной системы. Кроме того, функционирование сети существенно зависит от алгоритмов работы эксплуатируемого в ней прикладного программного обеспечения.

Под термином "локальная сеть" мы будем понимать весь комплекс указанных выше аппаратных и программных средств; а под термином "диагностика локальной сети" - процесс определения причин неудовлетворительной работы прикладного ПО в сети. Именно качество работы прикладного ПО в сети оказывается определяющим, с точки зрения пользователей. Все прочие критерии, такие как число ошибок передачи данных, степень загруженности сетевых ресурсов, производительность оборудования и т. п., являются вторичными. "Хорошая сеть" - это такая сеть, пользователи которой не замечают, как она работает.

Основных причин неудовлетворительной работы прикладного ПО в сети может быть несколько: повреждения кабельной системы, дефекты активного оборудования, перегруженность сетевых ресурсов (канала связи и сервера), ошибки самого прикладного ПО. Часто одни дефекты сети маскируют другие. Таким образом, чтобы достоверно определить, в чем причина неудовлетворительной работы прикладного ПО, локальную сеть требуется подвергнуть комплексной диагностике. Комплексная диагностика предполагает выполнение следующих работ (этапов).

• Выявление дефектов физического уровня сети: кабельной системы, системы электропитания активного оборудования; наличия шума от внешних источников.
• Измерение текущей загруженности канала связи сети и определение влияния величины загрузки канала связи на время реакции прикладного ПО.
• Измерение числа коллизий в сети и выяснение причин их возникновения.
• Измерение числа ошибок передачи данных на уровне канала связи и выяснение причин их возникновения.
• Выявление дефектов архитектуры сети.
• Измерение текущей загруженности сервера и определение влияния степени его загрузки на время реакции прикладного ПО.
• Выявление дефектов прикладного ПО, следствием которых является неэффективное использование пропускной способности сервера и сети.

В рамках данной статьи мы рассмотрим первые четыре этапа комплексной диагностики локальной сети, а именно: диагностику канального уровня сети.

Мы не будем подробно описывать методику тестирования кабельной системы сети. Несмотря на важность этой проблемы, ее решение тривиально и однозначно: полноценно кабельная система может быть протестирована только специальным прибором - кабельным сканером. Другого способа не существует. Нет смысла заниматься трудоемкой процедурой выявления дефектов сети, если их можно локализовать одним нажатием клавиши AUTOTEST на кабельном сканере. При этом прибор выполнит полный комплекс тестов на соответствие кабельной системы сети выбранному стандарту.

Хотелось бы обратить ваше внимание на два момента, тем более что о них часто забывают при тестировании кабельной системы сети с помощью сканера.

Режим AUTOTEST не позволяет проверить уровень шума создаваемого внешним источником в кабеле. Это может быть шум от люминесцентной лампы, силовой электропроводки, сотового телефона, мощного копировального аппарата и др. Для определения уровня шума кабельные сканеры имеют, как правило, специальную функцию. Поскольку кабельная система сети полностью проверяется только на этапе ее инсталляции, а шум в кабеле может возникать непредсказуемо, нет полной гарантии того, что шум проявится именно в период полномасштабной проверки сети на этапе ее инсталляции.

При проверке сети кабельным сканером вместо активного оборудования к кабелю подключаются с одного конца - сканер, с другого - инжектор. После проверки кабеля сканер и инжектор отключаются, и подключается активное оборудование: сетевые платы, концентраторы, коммутаторы. При этом нет полной гарантии того, что контакт между активным оборудованием и кабелем будет столь же хорош, как между оборудованием сканера и кабелем. Мы неоднократно встречались со случаями, когда незначительный дефект вилки RJ-45 не проявлялся при тестировании кабельной системы сканером, но обнаруживался при диагностике сети анализатором протоколов.

В рамках предлагаемой методики мы не будем рассматривать ставшую хрестоматийной методику упреждающей диагностики сети (см. врезку "Методика упреждающей диагностики сети"). Не подвергая сомнению важность упреждающей диагностики, заметим только, что на практике она используется редко. Чаще всего (хоть это и неправильно) сеть анализируется только в периоды ее неудовлетворительной работы. В таких случаях локализовать и исправить имеющиеся дефекты сети требуется быстро. Предлагаемую нами методику следует рассматривать как частный случай методики упреждающей диагностики сети.
Организация процесса диагностики сети

Любая методика тестирования сети существенно зависит от имеющихся в распоряжении системного администратора средств. По нашему мнению, в большинстве случаев необходимым и достаточным cредством для обнаружения дефектов сети (кроме кабельного сканера) является анализатор сетевых протоколов. Он должен подключаться к тому домену сети (collision domain), где наблюдаются сбои, в максимальной близости к наиболее подозрительным станциям или серверу (см. Правило #3.3).

Если сеть имеет архитектуру с компактной магистралью (collapsed backbone) и в качестве магистрали используется коммутатор, то анализатор необходимо подключать к тем портам коммутатора, через которые проходит анализируемый трафик. Некоторые программы имеют специальные агенты или зонды (probes), устанавливаемые на компьютерах, подключенных к удаленным портам коммутатора. Обычно агенты (не путать с агентами SNMP) представляют собой сервис или задачу, работающую в фоновом режиме на компьютере пользователя. Как правило, агенты потребляют мало вычислительных ресурсов и не мешают работе пользователей, на компьютерах которых они установлены. Анализаторы и агенты могут быть подключены к коммутатору двумя способами.

При первом способе (см. Рисунок 1а) анализатор подключается к специальному порту (порту мониторинга или зеркальному порту) коммутатора, если таковой имеется, и на него по очереди направляется трафик со всех интересующих портов коммутатора.

Рисунок 1а. Зеркальный трафик со всех портов коммутатора по очереди направляется на порт коммутатора, к которому подключен анализатор протоколов.

Если в коммутаторе специальный порт отсутствует, то анализатор (или агент) следует подключать к портам интересующих доменов сети в максимальной близости к наиболее подозрительным станциям или серверу (см. Рисунок 1б). Иногда это может потребовать использования дополнительного концентратора. Согласно Правилу #3.3, данный способ предпочтительнее первого. Исключение составляет случай, когда один из портов коммутатора работает в полнодуплексном режиме. Если это так, то порт предварительно необходимо перевести в полудуплексный режим.

Рисунок 1б. Анализатор протоколов и удаленные агенты контролируют основные домены сети. Для диагностики домена сервера используется дополнительный концентратор.

На рынке имеется множество разнообразных анализаторов протоколов - от чисто программных до программно-аппаратных. Несмотря на функциональную идентичность большинства анализаторов протоколов, каждый из них обладает теми или иными достоинствами и недостатками. В этой связи мы хотели бы обратить внимание на две важные функции, без которых эффективную диагностику сети провести будет затруднительно.

Во-первых, анализатор протоколов должен иметь встроенную функцию генерации трафика (см. Правило #3.4). Во-вторых, анализатор протоколов должен уметь "прореживать" принимаемые кадры, т. е. принимать не все кадры подряд, а, например, каждый пятый или каждый десятый с обязательной последующей аппроксимацией полученных результатов. Если эта функция отсутствует, то при сильной загруженности сети, какой бы производительностью ни обладал компьютер, на котором установлен анализатор, последний будет "зависать" и/или терять кадры. Это особенно важно при диагностике быстрых сетей типа Fast Ethernet и FDDI.

Предлагаемую методику мы будем иллюстрировать на примере использования чисто программного анализатора протоколов Observer компании Network Instruments, работающего в среде Windows 95 и Windows NT. С нашей точки зрения, этот продукт обладает всеми необходимыми функциями для эффективного проведения диагностики сетей.

Итак, предположим, что прикладное программное обеспечение в вашей сети Ethernet стало работать медленно, и вам необходимо оперативно локализовать и ликвидировать дефект.
Первый этап
Измерение утилизации сети и установление корреляции между замедлением работы сети и перегрузкой канала связи.
Утилизация канала связи сети - это процент времени, в течение которого канал связи передает сигналы, или иначе - доля пропускной способности канала связи, занимаемой кадрами, коллизиями и помехами. Параметр "Утилизация канала связи" характеризует величину загруженности сети.

Канал связи сети является общим сетевым ресурсом, поэтому его загруженность влияет на время реакции прикладного программного обеспечения. Первоочередная задача состоит в определении наличия взаимозависимости между плохой работой прикладного программного обеспечения и утилизацией канала связи сети.

Предположим, что анализатор протоколов установлен в том домене сети (collision domain), где прикладное ПО работает медленно. Средняя утилизация канала связи составляет 19%, пиковая доходит до 82%. Можно ли на основании этих данных сделать достоверный вывод о том, что причиной медленной работы программ в сети является перегруженность канала связи? Вряд ли.

Часто можно слышать о стандарте де-факто, в соответствии с которым для удовлетворительной работы сети Ethernet утилизация канала связи "в тренде" (усредненное значение за 15 минут) не должна превышать 20%, а "в пике" (усредненное значение за 1 минуту) - 35-40%. Приведенные значения объясняются тем, что в сети Ethernet при утилизации канала связи, превышающей 40%, существенно возрастает число коллизий и, соответственно, время реакции прикладного ПО. Несмотря на то что такие рассуждения в общем случае верны, безусловное следование подобным рекомендациям может привести к неправильному выводу о причинах медленной работы программ в сети. Они не учитывают особенности конкретной сети, а именно: тип прикладного ПО, протяженность домена сети, число одновременно работающих станций.

Чтобы определить, какова же максимально допустимая утилизация канала связи в вашем конкретном случае, мы рекомендуем следовать приведенным ниже правилам.
Правило # 1.1.
Если в сети Ethernet в любой момент времени обмен данными происходит не более чем между двумя компьютерами, то любая сколь угодно высокая утилизация сети является допустимой.

Сеть Ethernet устроена таким образом, что если два компьютера одновременно конкурируют друг с другом за захват канала связи, то через некоторое время они синхронизируются друг с другом и начинают выходить в канал связи строго по очереди. В таком случае коллизий между ними практически не возникает.

Если рабочая станция и сервер обладают высокой производительностью, и между ними идет обмен большими порциями данных, то утилизация в канале связи может достигать 80-90% (особенно в пакетном режиме - burst mode). Это абсолютно не замедляет работу сети, а, наоборот, свидетельствует об эффективном использовании ее ресурсов прикладным ПО.

Таким образом, если в вашей сети утилизация канала связи высока, постарайтесь определить, сколько компьютеров одновременно ведут обмен данными. Это можно сделать, например, собрав и декодировав пакеты в интересующем канале в период его высокой утилизации.
Правило # 1.2.
Высокая утилизация канала связи сети только в том случае замедляет работу конкретного прикладного ПО, когда именно канал связи является "узким местом" для работы данного конкретного ПО.

Кроме канала связи узкие места в системе могут возникнуть из-за недостаточной производительности или неправильных параметров настройки сервера, низкой производительности рабочих станций, неэффективных алгоритмов работы самого прикладного ПО.

В какой мере канал связи ответственнен за недостаточную производительность системы, можно выяснить следующим образом. Выбрав наиболее массовую операцию данного прикладного ПО (например, для банковского ПО такой операцией может быть ввод платежного поручения), вам следует определить, как утилизация канала связи влияет на время выполнения такой операции.

Проще всего это сделать, воспользовавшись функцией генерации трафика, имеющейся в ряде анализаторов протоколов (например, в Observer). С помощью этой функции интенсивность генерируемой нагрузки следует наращивать постепенно, и на ее фоне производить измерения времени выполнения операции. Фоновую нагрузку целесообразно увеличивать от 0 до 50-60% с шагом не более 10%.

Если время выполнения операции в широком интервале фоновых нагрузок не будет существенно изменяться, то узким местом системы является не канал связи. Если же время выполнения операции будет существенно меняться в зависимости от величины фоновой нагрузки (например, при 10% и 20% утилизации канала связи время выполнения операции будет значительно различаться), то именно канал связи, скорее всего, ответственнен за низкую производительность системы, и величина его загруженности критична для времени реакции прикладного ПО. Зная желаемое время реакции ПО, вы легко сможете определить, какой утилизации канала связи соответствует желаемое время реакции прикладного ПО.

В данном эксперименте фоновую нагрузку не следует задавать более 60-70%. Даже если канал связи не является узким местом, при таких нагрузках время выполнения операций может возрасти вследствие уменьшения эффективной пропускной способности сети.
Правило # 1.3.
Максимально допустимая утилизация канала связи зависит от протяженности сети.

При увеличении протяженности домена сети допустимая утилизация уменьшается. Чем больше протяженность домена сети, тем позже будут обнаруживаться коллизии. Если протяженность домена сети мала, то коллизии будут выявлены станциями еще в начале кадра, в момент передачи преамбулы. Если протяженность сети велика, то коллизии будут обнаружены позже - в момент передачи самого кадра. В результате накладные расходы на передачу пакета (IP или IPX) возрастают. Чем позже выявлена коллизия, тем больше величина накладных расходов и большее время тратится на передачу пакета. В результате время реакции прикладного ПО, хотя и незначительно, но увеличивается.

Выводы. Если в результате проведения диагностики сети вы определили, что причина медленной работы прикладного ПО - в перегруженности канала связи, то архитектуру сети необходимо изменить. Число станций в перегруженных доменах сети следует уменьшить, а станции, создающие наибольшую нагрузку на сеть, подключить к выделенным портам коммутатора.
Второй этап
Измерение числа коллизий в сети.

Если две станции домена сети одновременно ведут передачу данных, то в домене возникает коллизия. Коллизии бывают трех типов: местные, удаленные, поздние.

Местная коллизия (local collision) - это коллизия, фиксируемая в домене, где подключено измерительное устройство, в пределах передачи преамбулы или первых 64 байт кадра, когда источник передачи находится в домене. Алгоритмы обнаружения местной коллизии для сети на основе витой пары (10BaseT) и коаксиального кабеля (10Base2) отличны друг от друга.

В сети 10Base2 передающая кадр станция определяет, что произошла локальная коллизия по изменению уровня напряжения в канале связи (по его удвоению). Обнаружив коллизию, передающая станция посылает в канал связи серию сигналов о заторе (jam), чтобы все остальные станции домена узнали, что произошла коллизия. Результатом этой серии сигналов оказывается появление в сети коротких, неправильно оформленных кадров длиной менее 64 байт с неверной контрольной последовательностью CRC. Такие кадры называются фрагментами (collision fragment или runt).

В сети 10BaseT станция определяет, что произошла локальная коллизия, если во время передачи кадра она обнаруживает активность на приемной паре (Rx).

Удаленная коллизия (remote collision) - это коллизия, которая возникает в другом физическом сегменте сети (т. е. за повторителем). Станция узнает, что произошла удаленная коллизия, если она получает неправильно оформленный короткий кадр с неверной контрольной последовательностью CRC, и при этом уровень напряжения в канале связи остается в установленных пределах (для сетей 10Base2). Для сетей 10BaseT/100BaseT показателем является отсутствие одновременной активности на приемной и передающей парах (Tx и Rx).

Поздняя коллизия (late collision) - это местная коллизия, которая фиксируется уже после того, как станция передала в канал связи первые 64 байт кадра. В сетях 10BaseT поздние коллизии часто фиксируются измерительными устройствами как ошибки CRC.

Если выявление локальных и удаленных коллизий, как правило, еще не свидетельствует о наличии в сети дефектов, то обнаружение поздних коллизий - это явное подтверждение наличия дефекта в домене. Чаще всего это связано с чрезмерной длиной линий связи или некачественным сетевым оборудованием.

Помимо высокого уровня утилизации канала связи коллизии в сети Ethernet могут быть вызваны дефектами кабельной системы и активного оборудования, а также наличием шумов.

Даже если канал связи не является узким местом системы, коллизии несущественно, но замедляют работу прикладного ПО. Причем основное замедление вызывается не столько самим фактом необходимости повторной передачи кадра, сколько тем, что каждый компьютер сети после возникновения коллизии должен выполнять алгоритм отката (backoff algorithm): до следующей попытки выхода в канал связи ему придется ждать случайный промежуток времени, пропорциональный числу предыдущих неудачных попыток.

В этой связи важно выяснить, какова причина коллизий - высокая утилизация сети или "скрытые" дефекты сети. Чтобы это определить, мы рекомендуем придерживаться следующих правил.
Правило # 2.1.

Не все измерительные приборы правильно определяют общее число коллизий в сети.

Практически все чисто программные анализаторы протоколов фиксируют наличие коллизии только в том случае, если они обнаруживают в сети фрагмент, т. е. результат коллизии. При этом наиболее распространенный тип коллизий - происходящие в момент передачи преамбулы кадра (т. е. до начального ограничителя кадра (SFD)) - программные измерительные средства не обнаруживают, так уж устроен набор микросхем сетевых плат Ethernet. Наиболее точно коллизии обнаруживают аппаратные измерительные приборы, например LANMeter компании Fluke.
Правило # 2.2.

Высокая утилизация канала связи не всегда сопровождается высоким уровнем коллизий.

Уровень коллизий будет низким, если в сети одновременно работает не более двух станций (см. Правило # 1.1) или если небольшое число станций одновременно ведут обмен длинными кадрами (что особенно характерно для пакетного режима). В этом случае до начала передачи кадра станции "видят" несущую в канале связи, и коллизии редки.
Правило # 2.3.

Признаком наличия дефекта в сети служит такая ситуация, когда невысокая утилизация канала (менее 30%) сопровождается высоким уровнем коллизий (более 5%).

Если кабельная система предварительно была протестирована сканером, то наиболее вероятной причиной повышенного уровня коллизий является шум в линии связи, вызванный внешним источником, или дефектная сетевая плата, неправильно реализующая алгоритм доступа к среде передачи (CSMA/CD).

Компания Network Instruments в анализаторе протоколов Observer оригинально решила задачу выявления коллизий, вызванных дефектами сети. Встроенный в программу тест провоцирует возникновение коллизий: он посылает в канал связи серию пакетов с интенсивностью 100 пакетов в секунду и анализирует число возникших коллизий. При этом совмещенный график отображает зависимость числа коллизий в сети от утилизации канала связи.

Долю коллизий в общем числе кадров имеет смысл анализировать в момент активности подозрительных (медленно работающих) станций и только в случае, когда утилизация канала связи превышает 30%. Если из трех кадров один столкнулся с коллизией, то это еще не означает, что в сети есть дефект.

В анализаторе протоколов Observer график, показанный на Рисунке 3, меняет цвет в зависимости от числа коллизий и наблюдаемой при этом утилизации канала связи.
Правило # 2.4.

При диагностике сети 10BaseT все коллизии должны фиксироваться как удаленные, если анализатор протоколов не создает трафика.

Если вы пассивно (без генерации трафика) наблюдаете за сетью 10BaseT и физический сегмент в месте подключения анализатора (измерительного прибора) исправен, то все коллизии должны фиксироваться как удаленные.

Если тем не менее вы видите именно локальные коллизии, то это может означать одно из трех: физический сегмент сети, куда подключен измерительный прибор, неисправен; порт концентратора или коммутатора, куда подключен измерительный прибор, имеет дефект, или измерительный прибор не умеет различать локальные и удаленные коллизии.
Правило # 2.5.

Коллизии в сети могут быть следствием перегруженности входных буферов коммутатора.

Следует помнить, что коммутаторы при перегруженности входных буферов эмулируют коллизии, дабы "притормозить" рабочие станции сети. Этот механизм называется "управление потоком" (flow control).
Правило # 2.6.
Причиной большого числа коллизий (и ошибок) в сети может быть неправильная организация заземления компьютеров, включенных в локальную сеть.

Если компьютеры, включенные в сеть не имеют общей точки заземления (зануления), то между корпусами компьютеров может возникать разность потенциалов. В персональных компьютерах "защитная" земля объединена с "информационной" землей. Поскольку компьютеры объединены каналом связи локальной сети, разность потенциалов между ними приводит к возникновению тока по каналу связи. Этот ток вызывает искажение информации и является причиной коллизий и ошибок в сети. Такой эффект получил название ground loop или inter ground noise.

Аналогичный эффект возникает в случае, когда сегмент коаксиального кабеля заземлен более чем в одной точке. Это часто случается, если Т-соединитель сетевой платы соприкасается с корпусом компьютера.

Обращаем ваше внимание на то, что установка источника бесперебойного питания не снимает описанных трудностей. Наиболее подробно данные проблемы и способы их решения рассматриваются в материалах компании APC (American Power Conversion) в "Руководстве по защите электропитания" (Power Protection Handbook).

При обнаружении большого числа коллизий и ошибок в сетях 10Base2 первое, что надо сделать, - проверить разность потенциалов между оплеткой коаксиального кабеля и корпусами компьютеров. Если ее величина для любого компьютера в сети составляет более одного вольта по переменному току, то в сети не все в порядке с топологией линий заземления компьютеров.
Третий этап
Измерение числа ошибок на канальном уровне сети.

В сетях Ethernet наиболее распространенными являются следующие типы ошибок.

Короткий кадр - кадр длиной менее 64 байт (после 8-байтной преамбулы) с правильной контрольной последовательностью. Наиболее вероятная причина появления коротких кадров - неисправная сетевая плата или неправильно сконфигурированный или испорченный сетевой драйвер.

Последнее время мы наблюдаем большое число ошибок этого типа на относительно медленных компьютерах (486/SX), работающих под Windows 95 с сетевыми платами NE2000. Причина нам неизвестна.

Длинный кадр (long frame) - кадр длиннее 1518 байт. Длинный кадр может иметь правильную или неправильную контрольную последовательность. В последнем случае такие кадры обычно называют jabber. Фиксация длинных кадров с правильной контрольной последовательностью указывает чаще всего на некорректность работы сетевого драйвера; фиксация ошибок типа jabber - на неисправность активного оборудования или наличие внешних помех.

Ошибки контрольной последовательности (CRC error) - правильно оформленный кадр допустимой длины (от 64 до 1518 байт), но с неверной контрольной последовательностью (ошибка в поле CRC).

Ошибка выравнивания (alignment error) - кадр, содержащий число бит, не кратное числу байт.

Блики (ghosts) - последовательность сигналов, отличных по формату от кадров Ethernet, не содержащая разделителя (SFD) и длиной более 72 байт. Впервые данный термин был введен компанией Fluke с целью дифференциации различий между удаленными коллизиями и шумами в канале связи.

Блики являются наиболее коварной ошибкой, так как они не распознаются программными анализаторами протоколов по той же причине, что и коллизии на этапе передачи преамбулы. Выявить блики можно специальными приборами или с помощью метода стрессового тестирования сети (мы планируем рассказать об этом методе в последующих публикациях).

Рискуя навлечь на себя праведный гнев дистрибьюторов программ сетевого управления на основе SNMP, мы осмелимся тем не менее утверждать, что степень влияния ошибок канального уровня сети на время реакции прикладного ПО сильно преувеличена.

В соответствии с общепринятым стандартом де-факто число ошибок канального уровня не должно превышать 1% от общего числа переданных по сети кадров. Как показывает опыт, эта величина перекрывается только при наличии явных дефектов кабельной системы сети. При этом многие серьезные дефекты активного оборудования, вызывающие многочисленные сбои в работе сети, не проявляются на канальном уровне сети (см. Правило # 3.8).
Правило # 3.1.

Прежде чем анализировать ошибки в сети, выясните, какие типы ошибок могут быть определены сетевой платой и драйвером платы на компьютере, где работает ваш программный анализатор протоколов.

Работа любого анализатора протоколов основана на том, что сетевая плата и драйвер переводятся в режим приема всех кадров сети (promiscuous mode). В этом режиме сетевая плата принимает все проходящие по сети кадры, а не только широковещательные и адресованные непосредственно к ней, как в обычном режиме. Анализатор протоколов всю информацию о событиях в сети получает именно от драйвера сетевой платы, работающей в режиме приема всех кадров.

Не все сетевые платы и сетевые драйверы предоставляют анализатору протоколов идентичную и полную информацию об ошибках в сети. Сетевые платы 3Com вообще никакой информации об ошибках не выдают. Если вы установите анализатор протоколов на такую плату, то значения на всех счетчиках ошибок будут нулевыми.

EtherExpress Pro компании Intel сообщают только об ошибках CRC и выравнивания. Сетевые платы компании SMC предоставляют информацию только о коротких кадрах. NE2000 выдают почти полную информацию, выявляя ошибки CRC, короткие кадры, ошибки выравнивания, коллизии.

Сетевые карты D-Link (например, DFE-500TX) и Kingstone (например, KNE 100TX) сообщают полную, а при наличии специального драйвера - даже расширенную, информацию об ошибках и коллизиях в сети.

Ряд разработчиков анализаторов протоколов предлагают свои драйверы для наиболее популярных сетевых плат.
Правило # 3.2.

Обращайте внимание на "привязку" ошибок к конкретным MAC-адресам станций.

При анализе локальной сети вы, наверное, обращали внимание, что ошибки обычно "привязаны" к определенным МАС-адресам станций. Однако коллизии, произошедшие в адресной части кадра, блики, нераспознанные ситуации типа короткого кадра с нулевой длиной данных не могут быть "привязаны" к конкретным МАС-адресам.

Если в сети наблюдается много ошибок, которые не связаны с конкретными МАС-адресами, то их источником скорее всего является не активное оборудование. Вероятнее всего, такие ошибки - результат коллизий, дефектов кабельной системы сети или сильных внешних шумов. Они могут быть также вызваны низким качеством или перебоями питающего активное оборудование напряжения.

Если большинство ошибок привязаны к конкретным MAC-адресам станций, то постарайтесь выявить закономерность между местонахождением станций, передающих ошибочные кадры, расположением измерительного прибора (см. Правила # 3.3, # 3.4) и топологией сети.
Правило # 3.3.

В пределах одного домена сети (collision domain) тип и число ошибок, фиксируемых анализатором протоколов, зависят от места подключения измерительного прибора.

Другими словами, в пределах сегмента коаксиального кабеля, концентратора или стека концентраторов картина статистики по каналу может зависеть от места подключения измерительного прибора.

Многим администраторам сетей данное утверждение может показаться абсурдным, так как оно противоречит принципам семиуровневой модели OSI. Впервые столкнувшись с этим явлением, мы также не поверили результату и решили, что измерительный прибор неисправен. Мы проверяли данный феномен с разными измерительными приборами, от чисто программных до программно-аппаратных. Результат был тот же.

Одна и та же помеха может вызвать фиксацию ошибки CRC, блика, удаленной коллизии или вообще не обнаруживаться в зависимости от взаимного расположения источника помех и измерительного прибора. Одна и та же коллизия может фиксироваться как удаленная или поздняя в зависимости от взаимного расположения конфликтующих станций и измерительного прибора. Кадр, содержащий ошибку CRC на одном концентраторе стека, может быть не зафиксирован на другом концентраторе того же самого стека.

Следствием приведенного эвристического правила является тот факт, что программы сетевого мониторинга на основе протокола SNMP не всегда адекватно отражают статистику ошибок в сети. Причина этого в том, что встроенный в активное оборудование агент SNMP всегда следит за состоянием сети только из одной точки. Так, если сеть представляет собой несколько стеков "неинтеллектуальных" концентраторов, подключенных к "интеллектуальному" коммутатору, то SNMP-агент коммутатора может иногда не видеть части ошибок в стеке концентраторов.

Подтверждение приведенного правила можно найти на серверах Web компаний Fluke (www.fluke.com) и Net3 Group (www.net3group.com).

Для выявления ошибок на канальном уровне сети измерения необходимо проводить на фоне генерации анализатором протоколов собственного трафика.

Генерация трафика позволяет обострить имеющиеся проблемы и создает условия для их проявления. Трафик должен иметь невысокую интенсивность (не более 100 кадров/с) и способствовать образованию коллизий в сети, т. е. содержать короткие (
При выборе анализатора протоколов или другого диагностического средства внимание следует обратить прежде всего на то, чтобы выбранный инструмент имел встроенную функцию генерации трафика задаваемой интенсивности. Эта функция имеется, в частности, в анализаторах Observer компании Network Instruments и NetXray компании Cinco (ныне Network Associates).
Правило # 3.5.

Если наблюдаемая статистика зависит от места подключения измерительного прибора, то источник ошибок, скорее всего, находится на физическом уровне данного домена сети (причина - дефекты кабельной системы или шум внешнего источника). В противном случае источник ошибок расположен на канальном уровне (или выше) или в другом, смежном, домене сети.
Правило # 3.6.

Если доля ошибок CRC в общем числе ошибок велика, то следует определить длину кадров, содержащих данный тип ошибок.

Как мы уже отмечали, ошибки CRC могут возникать в результате коллизий, дефектов кабельной системы, внешнего источника шума, неисправных трансиверов. Еще одной возможной причиной появления ошибок CRC могут быть дефектные порты концентратора или коммутатора, которые добавляют в конец кадра несколько "пустых" байтов.

При большой доле ошибок CRC в общем числе ошибок целесообразно выяснить причину их появления. Для этого ошибочные кадры из серии надо сравнить с аналогичными хорошими кадрами из той же серии. Если ошибочные кадры будут существенно короче хороших, то это, скорее всего, результаты коллизий. Если ошибочные кадры будут практически такой же длины, то причиной искажения, вероятнее всего, является внешняя помеха. Если же испорченные кадры длиннее хороших, то причина кроется, вероятнее всего, в дефектном порту концентратора или коммутатора, которые добавляют в конец кадра "пустые" байты.

Сравнить длину ошибочных и правильных кадров проще всего посредством сбора в буфер анализатора серии кадров с ошибкой CRC.
Правило # 3.7.

Таблица1 систематизирует причины ошибок и коллизий для этапов 2 и 3

Причина ошибок	Локальные коллизии	Удаленные коллизии	Поздние коллизии	Короткий кадр	Длинный кадр	Jabber	Oшибка CRC
Дефектная сетевая плата	>5% при U	>5% при U	Есть	Есть	Есть	Есть	Есть
Дефектный драйвер платы				Есть	Есть	Есть	Есть
Дефектный концентратор, повторитель, трансивер	>5% при U	>5% при U	Есть			Есть	Есть
Неправильное подключение активного оборудования	>5% при U	>5% при U	Есть			Есть
Слишком длинный кабель			Есть				Есть
Более 4 повторителей или объединенных в каскад концентраторов			Есть
Неправильное заземление компьютеров или коаксиального кабеля	>5% при U	>5% при U	Есть			Есть	Есть
Дефекты кабельной системы и пассивного оборудования	>5% при U	>5% при U	Есть			Есть	Есть
Источник шума рядом с кабельной системой	>5% при U	>5% при U	Есть			Есть	Есть
Примечание. U - утилизация канала связи

Если вы впервые диагностируете свою сеть и в ней наблюдаются проблемы, то не следует ожидать, что в вашей сети дефектен только один компонент.

Наиболее надежным способом локализации дефектов является поочередное отключение подозрительных станций, концентраторов и кабельных трасс, тщательная проверка топологии линий заземления компьютеров (особенно для сетей 10Base2).

Если сбои в сети происходят в непредсказуемые моменты времени, не связанные с активностью пользователей, проверьте уровень шума в кабеле с помощью кабельного сканера. При отсутствии сканера визуально убедитесь, что кабель не проходит вблизи сильных источников электромагнитного излучения: высоковольтных или сильноточных кабелей, люминесцентных ламп, электродвигателей, копировальной техники и т. п.
Правило # 3.8.

Отсутствие ошибок на канальном уровне еще не гарантирует того, что информация в вашей сети не искажается.

В начале данного раздела уже упоминалось, что влияние ошибок канального уровня на работу сети сильно преувеличено. Следствием ошибок нижнего уровня является повторная передача кадров. Благодаря высокой скорости сети Ethernet (особенно Fast Ethernet) и высокой производительности современных компьютеров, ошибки нижнего уровня не оказывает существенного влияния на время реакции прикладного ПО.

Мы очень редко встречались со случаями, когда ликвидация только ошибок нижних (канального и физического) уровней сети позволяла существенно улучшить время реакции прикладного ПО. В основном проблемы были связаны с серьезными дефектами кабельной системы сети.

Значительно большее влияние на работу прикладного ПО в сети оказывают такие ошибки, как бесследное исчезновение или искажение информации в сетевых платах, маршрутизаторах или коммутаторах при полном отсутствии информации об ошибках нижних уровней. Мы употребляем слово "информация", так как в момент искажения данные еще не оформлены в виде кадра.

Причина таких дефектов в следующем. Информация искажается (или исчезает) "в недрах" активного оборудования - сетевой платы, маршрутизатора или коммутатора. При этом приемо-передающий блок этого оборудования вычисляет правильную контрольную последовательность (CRC) уже искаженной ранее информации, и корректно оформленный кадр передается по сети. Никаких ошибок в этом случае, естественно, не фиксируется. SNMP-агенты, встроенные в активное оборудование, здесь ничем помочь не могут.

Иногда кроме искажения наблюдается исчезновение информации. Чаще всего оно происходит на дешевых сетевых платах или на коммутаторах Ethernet-FDDI. Механизм исчезновения информации в последнем случае понятен. В ряде коммутаторов Ethernet-FDDI обратная связь быстрого порта с медленным (или наоборот) отсутствует, в результате другой порт не получает информации о перегруженности входных/выходных буферов быстрого (медленного) порта. В этом случае при интенсивном трафике информация на одном из портов может пропасть.

Опытный администратор сети может возразить, что кроме защиты информации на канальном уровне в протоколах IPX и TCP/IP возможна защита информации с помощью контрольной суммы.

В полной мере на защиту с помощью контрольной суммы можно полагаться, только если прикладное ПО в качестве транспортного протокола задействует TCP или UDP. Только при их использовании контрольной суммой защищается весь пакет. Если в качестве "транспорта" применяется IPX/SPX или непосредственно IP, то контрольной суммой защищается лишь заголовок пакета.

Даже при наличии защиты с помощью контрольной суммы описанное искажение или исчезновение информации вызывает существенное увеличение времени реакции прикладного ПО.

Если же защита не установлена, то поведение прикладного ПО может быть непредсказуемым.

Помимо замены (отключения) подозрительного оборудования выявить такие дефекты можно двумя способами.

Первый способ заключается в захвате, декодировании и анализе кадров от подозрительной станции, маршрутизатора или коммутатора. Признаком описанного дефекта служит повторная передача пакета IP или IPX, которой не предшествует ошибка нижнего уровня сети. Некоторые анализаторы протоколов и экспертные системы упрощают задачу, выполняя анализ трассы или самостоятельно вычисляя контрольную сумму пакетов.

Вторым способом является метод стрессового тестирования сети.

Выводы. Основная задача диагностики канального уровня сети - выявить наличие повышенного числа коллизий и ошибок в сети и найти взаимосвязь между числом ошибок, степенью загруженности канала связи, топологией сети и местом подключения измерительного прибора. Все измерения следует проводить на фоне генерации анализатором протоколов собственного трафика.

Если установлено, что повышенное число ошибок и коллизий не является следствием перегруженности канала связи, то сетевое оборудование, при работе которого наблюдается повышенное число ошибок, следует заменить.

Если не удается выявить взаимосвязи между работой конкретного оборудования и появлением ошибок, то проведите комплексное тестирование кабельной системы, проверьте уровень шума в кабеле, топологию линий заземления компьютеров, качество питающего напряжения.
Какие параметры необходимо отслеживать при диагностике сети?
Методика упреждающей диагностики сети
Методика упреждающей диагностики заключается в следующем. Администратор сети должен непрерывно или в течение длительного времени наблюдать за работой сети. Такие наблюдения желательно проводить с момента ее установки. На основании этих наблюдений администратор должен определить, во-первых, как значения наблюдаемых параметров влияют на работу пользователей сети и, во-вторых, как они изменяются в течение длительного промежутка времени: рабочего дня, недели, месяца, квартала, года и т. д.

Наблюдаемыми параметрами обычно являются:

• параметры работы канала связи сети - утилизация канала связи, число принятых и переданных каждой станцией сети кадров, число ошибок в сети, число широковещательных и многоадресных кадров и т. п.;
• параметры работы сервера - утилизация процессора сервера, число отложенных (ждущих) запросов к диску, общее число кэш-буферов, число "грязных" кэш-буферов и т. п.

Зная зависимость между временем реакции прикладного ПО и значениями наблюдаемых параметров, администратор сети должен определить максимальные значения параметров, допустимые для данной сети. Эти значения вводятся в виде порогов (thresholds) в диагностическое средство. Если в процессе эксплуатации сети значения наблюдаемых параметров превысят пороговые, то диагностическое средство проинформирует об этом событии администратора сети. Такая ситуация свидетельствует о наличии в сети проблемы.

Наблюдая достаточно долго за работой канала связи и сервера, вы можете установить тенденцию изменения значений различных параметров работы сети (утилизации ресурсов, числа ошибок и т. п.). На основании таких наблюдений администратор может сделать выводы о необходимости замены активного оборудования или изменения архитектуры сети.

В случае появления в сети проблемы, администратор в момент ее проявления должен записать в специальный буфер или файл дамп канальной трассы и на основании анализа ее содержимого сделать выводы о возможных причинах проблемы.
Источник : Библиотека IT специалиста

http://inform.p-stone.ru/libr/nets/monitor/data/public14/#p1

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

• ВВЕДЕНИЕ 3
• 1 Диагностика локальных сетей 5
• 1.1 Актуальность создания и использования средств и систем 5
• 1.2 Инструменты диагностики 14
• 2 Техническое и информационное обеспечение технологий и средств диагностики 19
• 2.1.1 Сетевые анализаторы 19
• 2.2.2 Кабельные сканеры 19
• 2.2.3 Тестеры кабельных систем 20
• 2.3 Анализаторы протоколов 28
• 2.4 Общая характеристика протоколов мониторинга 32
• 2.4.1 Протокол SNMP 32
• 2.3.2 Агенты RMON 35
• 2.5 Обзор популярных системы управления сетями 41
• 3 Организация диагностики компьютерной сети 46
• 3.1 Документирование сети 49
• 3.2 Методика упреждающей диагностики 57
• 3.2 Организация процесса диагностики 58
• 4 Экономическая часть 79
• 4.1 Расчет капитальных затрат на создание технико-программного обеспечения 79
• 4.1.1 Расчёт затрат на оборудование 80
• 4.1.2 Расчёт затрат на создание ТПО 81
• 4.2 Расчет годовой экономии от автоматизации управленческой 86
• деятельности 86
• 4.2.1 Расчет годовой экономии 86
• 4.2.2 Расчет себестоимости выполнения управленческих операций в ручном варианте 87
• 4.2.3 Расчет себестоимости выполнения управленческих операций в автоматизированном варианте 89
• 4.3 Расчет годового экономического эффекта применительно к 94
• источнику получения экономии 94
• 4.4 Расчет коэффициента экономической эффективности и срока окупаемости капиталовложений 94
• 5 Охрана труда 96
• 5.1 Обеспечение электробезопасности 96
• 5.2 Анализ опасных и вредных производственных факторов 99
• 5.3 Требования к организации рабочего места и режима труда. 101
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ 104
• Список ссылок 106

ВВЕДЕНИЕ

Информационная инфраструктура современного предприятия представляет собой сложнейший конгломерат разномасштабных и разнородных сетей и систем. Чтобы обеспечить их слаженную и эффективную работу, необходима управляющая платформа корпоративного масштаба с интегрированными инструментальными средствами. Однако до недавнего времени сама структура индустрии сетевого управления препятствовала созданию таких систем - «игроки» этого рынка стремились к лидерству, выпуская продукты ограниченной области действия, использующие средства и технологии, не совместимые с системами других поставщиков.

Сегодня ситуация меняется к лучшему - появляются продукты, претендующие на универсальность управления всем разнообразием корпоративных информационных ресурсов, от настольных систем до мэйнфреймов и от локальных сетей до ресурсов Сети. Одновременно приходит осознание того, что управляющие приложения должны быть открыты для решений всех поставщиков .

Актуальность данной работы обусловлена тем, что в связи с распространением персональных компьютеров и созданием на их основе автоматизированных рабочих мест (АРМ) возросло значение локальных вычислительных сетей (ЛВС), диагностика которых, является объектом нашего исследования. Предметом исследования являются основные методы организации и проведения диагностики современных компьютерных сетей.

"Диагностика локальной сети" - процесс (непрерывного) анализа состояния информационной сети. При возникновении неисправности сетевых устройств фиксируется факт неисправности, определяется ее место и вид. Сообщение о неисправности передается, устройство отключается и заменяется резервным.

Сетевой администратор, на которого чаще всего ложатся функции по проведению диагностики, должен начинать изучать особенности своей сети уже на фазе ее формирования т.е. знать схему сети и подробное описание конфигурации программного обеспечения с указанием всех параметров и интерфейсов. Для оформления и хранения этой информации подойдут специальные системы документирования сети. Используя их, системный администратор, будет заранее знать все возможные «скрытые дефекты» и «узкие места» своей системы, для того, чтобы в случае возникновения нештатной ситуации знать, с чем связана проблема с оборудованием или программным обеспечением, повреждена программа или к ошибке привели действия оператора.

Сетевому администратору следует помнить, что с точки зрения пользователей качество работы прикладного программного обеспечения в сети оказывается определяющим. Все прочие критерии, такие как число ошибок передачи данных, степень загруженности сетевых ресурсов, производительность оборудования и т. п., являются вторичными. "Хорошая сеть" - это такая сеть, пользователи которой не замечают, как она работает.

1 Диагностика локальных сетей

1.1 Актуальность создания и использования средств и систем

Несмотря на множество приемов и инструментов обнаружения и устранения неполадок в корпоративных сетях, «почва под ногами» сетевых администраторов все еще остается достаточно зыбкой. Корпоративные сети все чаще включают волоконно-оптические и беспроводные компоненты, наличие которых делает бессмысленным применение традиционных технологий и инструментов, предназначенных для обычных медных кабелей. Вдобавок к нему при скоростях свыше 100 Мбит/с традиционные подходы к диагностике зачастую перестают работать, даже если средой передачи является обычный медный кабель. Однако, возможно, наиболее серьезным изменением в корпоративных сетевых технологиях, с которым пришлось столкнуться администраторам, стал неизбежный переход от сетей Ethernet с разделяемой средой передачи к коммутируемым сетям, в которых в качестве коммутируемых сегментов часто выступают отдельные серверы или рабочие станции.

Правда, по мере осуществления технологических преобразований некоторые старые проблемы решились сами собой. Коаксиальный кабель, в котором выявить электротехнические неисправности всегда было труднее, чем в случае витой пары, становится редкостью в корпоративных средах. Сети Token Ring, главной проблемой которых была их несхожесть с Ethernet (а вовсе не слабость в техническом отношении), постепенно заменяются коммутируемыми сетями Ethernet. Порождающие многочисленные сообщения об ошибках протоколов сетевого уровня протоколы, такие, как SNA, DECnet и AppleTalk, замещаются протоколом IP. Сам же стек протоколов IP стал более стабильным и простым для поддержки, что доказывают миллионы клиентов и миллиарды страниц Web в Internet. Даже закоренелым противникам Microsoft приходится признать, что подключение нового клиента Windows к Internet существенно проще и надежнее установки применявшихся ранее стеков TCP/IP сторонних поставщиков и отдельного программного обеспечения коммутируемого доступа.

Как бы многочисленные современные технологии ни затрудняли выявление неполадок и управление производительностью сетей, ситуация могла бы оказаться еще тяжелее, если бы технология АТМ получила широкое распространение на уровне ПК. Свою положительную роль сыграло и то, что в конце 90-х, не успев получить признание, были отвергнуты и некоторые другие высокоскоростные технологии обмена данными, включая Token Ring с пропускной способностью 100 Мбит/с, 100VG-AnyLAN и усовершенствованные сети ARCnet. Наконец, в США был отклонен очень сложный стек протоколов OSI (который, правда, узаконен рядом правительств европейских стран).

Рассмотри некоторые актуальные проблемы, возникающие у сетевых администраторов предприятий.

Иерархическая топология корпоративных сетей с магистральными каналами Gigabit Ethernet и выделенными портами коммутаторов на 10 или даже 100 Мбит/с для отдельных клиентских систем, позволила увеличить максимальную пропускную способность, потенциально доступную пользователям, как минимум в 10--20 раз. Конечно, в большинстве корпоративных сетей существуют узкие места на уровне серверов или маршрутизаторов доступа, поскольку приходящаяся на отдельного пользователя пропускная способность существенно меньше 10 Мбит/с. В связи с этим замена порта концентратора с пропускной способностью 10 Мбит/с на выделенный порт коммутатора на 100 Мбит/с для конечного узла отнюдь не всегда приводит к значительному увеличению скорости. Однако если учесть, что стоимость коммутаторов в последнее время снизилась, а на большинстве предприятий проложен кабель Категории 5, поддерживающий технологию Ethernet на 100 Мбит/с, и установлены сетевые карты, способные работать на скорости 100 Мбит/с сразу после перезагрузки системы, то становится ясно, почему так нелегко сопротивляться искушению модернизации. В традиционной локальной сети с разделяемой средой передачи анализатор протоколов или монитор может исследовать весь трафик данного сегмента сети.

Рисунок 1.1 - Традиционная локальная сеть с разделяемой средой передачи и анализатором протоколов

Хотя преимущество коммутируемой сети в производительности иногда почти не заметно, распространение коммутируемых архитектур имело катастрофические последствия для традиционных средств диагностики. В сильно сегментированной сети анализаторы протоколов способны видеть только одноадресный трафик на отдельном порту коммутатора, в отличие от сети прежней топологии, где они могли тщательно исследовать любой пакет в домене коллизий. В таких условиях традиционные инструменты мониторинга не могут собрать статистику по всем «диалогам», потому что каждая «переговаривающаяся» пара оконечных точек пользуется, в сущности, своей собственной сетью.

Рисунок 1.2 - Коммутируемая сеть

В коммутируемой сети анализатор протоколов в одной точке может «видеть» только единственный сегмент, если коммутатор не способен зеркально отображать несколько портов одновременно.

Для сохранения контроля над сильно сегментированными сетями производители коммутаторов предлагают разнообразные средства для восстановления полной «видимости» сети, однако на этом пути остается немало трудностей. В поставляемых сейчас коммутаторах обычно поддерживается «зеркальное отображение» портов, когда трафик одного из них дублируется на ранее незадействованный порт, к которому подключается монитор или анализатор.

Однако «зеркальное отображение» обладает рядом недостатков. Во-первых, в каждый момент времени виден только один порт, поэтому выявить неполадки, затрагивающие сразу несколько портов, очень непросто. Во-вторых, зеркальное отражение может привести к снижению производительности коммутатора. В-третьих, на зеркальном порту обычно не воспроизводятся сбои физического уровня, а иногда даже теряются обозначения виртуальных локальных сетей. Наконец, во многих случаях не могут в полной мере зеркально отображаться полнодуплексные каналы Ethernet.

Частичным решением при анализе агрегированных параметров трафика является использование возможностей мониторинга агентов mini-RMON, тем более что они встроены в каждый порт большинства коммутаторов Ethernet Хотя агенты mini-RMON не поддерживают группу объектов Capture из спецификации RMON II, обеспечивающих полнофункциональный анализ протоколов, они тем не менее позволяют оценить уровень использования ресурсов, количество ошибок и объем многоадресной рассылки.

Некоторые недостатки технологии зеркального отображения портов могут быть преодолены установкой «пассивных ответвителей», производимых, например, компанией Shomiti. Эти устройства представляют собой заранее устанавливаемые Y-коннекторы и позволяют отслеживать с помощью анализаторов протокола или другого устройства не регенерированный, а реальный сигнал.

Следующей актуально проблемой, является проблема с особенностями оптики. Администраторы корпоративных сетей обычно используют специализированное оборудование диагностики оптических сетей только для решения проблем с оптическими кабелями. Обычное стандартное программное обеспечение управления устройствами на базе SNMP или интерфейса командной строки способно выявить проблемы на коммутаторах и маршрутизаторах с оптическими интерфейсами. И только немногие сетевые администраторы сталкиваются с необходимостью проводить диагностику устройств SONET.

Что касается волоконно-оптических кабелей, то причин для возникновения возможных неисправностей в них существенно меньше, чем в случае медного кабеля. Оптические сигналы не вызывают перекрестных помех, появляющихся от того, что сигнал одного проводника индуцирует сигнал на другом -- этот фактор наиболее усложняет диагностическое оборудование для медного кабеля. Оптические кабели невосприимчивы к электромагнитным шумам и индуцированным сигналам, поэтому их не требуется располагать подальше от электромоторов лифтов и ламп дневного света, т. е. из сценария диагностики все эти переменные можно исключить.

Сила сигнала, или оптическая мощность, в данной точке на самом деле является единственной переменной, которую требуется измерить при поиске неисправностей в оптических сетях. Если же можно определить потери сигнала на всем протяжении оптического канала, то можно будет идентифицировать практически любую проблему. Недорогие дополнительные модули для тестеров медного кабеля позволяют проводить оптические измерения.

Предприятиям, развернувшим крупную оптическую инфраструктуру и самостоятельно ее обслуживающим, может понадобиться приобрести оптический временный рефлектометр (Optical Time Domain Reflecto-meter, OTDR), выполняющего те же функции для оптического волокна, что и рефлектометр для медного кабеля (Time Domain Reflectometer, TDR). Прибор действует подобно радару: он посылает импульсные сигналы по кабелю и анализирует их отражения, на основании которых он выявляет повреждения в проводнике или какую-либо другую аномалию, и затем сообщает експерту, в каком месте кабеля следует искать источник проблемы.

Хотя различные поставщики кабельных соединителей и разъемов упростили процессы терминирования и разветвления оптического волокна, для этого по-прежнему требуется некоторый уровень специальных навыков, и при разумной политике предприятие с развитой оптической инфраструктурой вынуждено будет обучать своих сотрудников. Как бы хорошо ни была проложена кабельная сеть, всегда существует возможность физического повреждения кабеля в результате какого-либо неожиданного происшествия.

При диагностике беспроводных локальных сетей стандарта 802.11b также могут возникнуть проблемы. Сама по себе диагностика, столь же проста, как и в случае сетей Ethernet на базе концентраторов, так как беспроводная среда передачи информации разделяется между всеми обладателями клиентских радиоустройств. Компания Sniffer Technologies первой предложила решение для анализа протоколов таких сетей с пропускной способностью до 11 Мбит/с, и впоследствии большинство лидирующих поставщиков анализаторов представили аналогичные системы.

В отличие от концентратора Ethernet с проводными соединениями, качество беспроводных клиентских соединений далеко от стабильного. Микроволновые радиосигналы, используемые во всех вариантах локальной передачи, слабы и порой непредсказуемы. Даже небольшие изменения положения антенны могут серьезно сказаться на качестве соединений. Точки доступа беспроводной локальной сети снабжаются консолью управления устройствами, и это часто более действенный метод диагностики, чем посещение клиентов беспроводной сети и наблюдение за пропускной способностью и условиями возникновения ошибок с помощью портативного анализатора.

Хотя проблемы синхронизации данных и установки устройств, возникающие у пользователей персональных цифровых секретарей (PDA), более естественно соответствуют задачам группы технической поддержки, а не обязанностям сетевого администратора, нетрудно предвидеть, что в недалеком будущем многие такие устройства превратятся из отдельных вспомогательных средств, дополняющих ПК, в полноправных сетевых клиентов.

Как правило, операторы корпоративных беспроводных сетей будут (или должны) препятствовать развертыванию чрезмерно открытых систем, в которых любой пользователь, находящийся в зоне действия сети и обладающий совместимой интерфейсной картой, получает доступ к каждому информационному кадру системы. Протокол безопасности беспроводных сетей WEP (Wired Equivalent Privacy) обеспечивает аутентификацию пользователей, гарантию целостности и шифрование данных, однако, как это обычно случается, совершенная система безопасности осложняет анализ причин сетевых неполадок. В защищенных сетях с поддержкой WEP специалисты по диагностике должны знать ключи или пароли, защищающие информационные ресурсы и контролирующие доступ в систему. При доступе в режиме приема всех пакетов анализатор протоколов сможет видеть все заголовки кадров, но содержащаяся в них информация без наличия ключей будет бессмысленной.

При диагностировании туннелированных каналов, которые многие производители называют виртуальными частными сетями с удаленным доступом, возникающие проблемы аналогичны имеющим место при анализе беспроводных сетей с шифрованием. Если трафик не проходит через туннелированный канал, то причину неисправности определить нелегко. Это может быть ошибка аутентификации, поломка на одной из оконечных точек или затор в общедоступной зоне Internet. Попытка использования анализатора протоколов для выявления высокоуровневых ошибок в туннелированном трафике будет пустой тратой сил, потому что содержание данных, а также заголовки прикладного, транспортного и сетевого уровней зашифрованы. Вообще, меры, принимаемые в целях повышения уровня безопасности корпоративных сетей, обычно затрудняют выявление неисправностей и проблем производительности. Межсетевые экраны, proxy-серверы и системы выявления вторжений могут дополнительно осложнить локализацию неполадок.

Таким образом, проблема диагностики компьютерных сетей является актуальной и в конечном счете, диагностирование неисправностей является задачей управления. Для большинства критически важных корпоративных систем, проведение продолжительных восстановительных работ не допустимо, поэтому единственным решением будет использование резервных устройств и процессов, способных взять на себя необходимые функции немедленно после возникновения сбоев. На некоторых предприятиях сети всегда имеют дополнительный резервный компонент на случай сбоя основного, т. е. n х 2 компонентов, где n -- количество основных компонентов, необходимое для обеспечения приемлемой производительности. Если среднее время восстановления (Mean Time To Repair, MTTR) достаточно велико, то может понадобиться еще большая избыточность. Дело в том, что время устранения неисправности предсказать нелегко, а значительные затраты в течение непредсказуемого периода восстановления являются признаком плохого управления.

Для менее важных систем резервирование может оказаться экономически неоправданным, и в этом случае будет целесообразно вкладывать средства в наиболее эффективные инструменты (и в обучение персонала), чтобы максимально ускорить процесс диагностики и устранения неисправностей на предприятии. Кроме того, поддержку определенных систем можно доверить сторонним специалистам, либо привлекая их на предприятие по контракту, либо пользуясь возможностями внешних центров обработки данных, либо обращаясь к провайдерам услуг по сопровождению приложений (Application Service Providers, ASP) или провайдерам услуг управления. Помимо затрат наиболее значительным фактором, влияющим на решение об обращении к услугам сторонних организаций, можно считать уровень компетентности собственного персонала. Сетевые администраторы должны решить, не является ли некоторая конкретная функция настолько тесно связанной со специфическими задачами предприятия, что от стороннего специалиста нельзя будет ожидать более качественного выполнения работы, чем это будет сделано силами служащих компании.

Почти сразу после того, как были развернуты первые корпоративные сети, надежность которых оставляла желать лучшего, производители и разработчики выдвинули концепцию «самовосстанавливающихся сетей». Современные сети, безусловно, надежнее, чем они были в 90-х гг., но не потому, что неполадки стали самоустраняться. Ликвидация сбоев программного обеспечения и аппаратных средств современных сетей все еще требуют вмешательства человека, и в ближайшей перспективе в таком положении дел не предвидится никаких принципиальных изменений. Методы и инструменты диагностики вполне соответствуют современной практике и технологиям, но они еще не достигли такого уровня, который позволил бы значительно сэкономить время сетевых администраторов в их борьбе с неполадками сетей и дефицитом производительности.

1.2 Инструменты диагностики

Ключевой функцией инструмента диагностики является обеспечение визуального представления реального состояния сети. Традиционно поставляемые производителями инструменты визуализации приблизительно соответствуют уровням модели OSI.

Начнем рассмотрение с физического уровня. Для разрешения проблем на этом уровне, а также в электрических или оптических средах передачи данных предназначены кабельные тестеры и такие специализированные инструменты, такие как временные рефлектометры (Time Domain Reflectometers, TDRs). За более чем 15 лет интенсивного развития корпоративных локальных сетей в ответ на потребности профессиональных сетевых интеграторов в кабельных тестерах реализовано множество функций, например выполнение автоматизированных тестовых последовательностей с возможностью печати сертификационных документов на основании результатов тестирования. Хотя сети Ethernet с пропускной способностью 10 Мбит/с допускают некоторые вольности в отношении качества их прокладки, технологии 100BaseT и Gigabit Ethernet с медным кабелем намного капризнее. Как следствие, современные кабельные тестеры достаточно сложны.

В число лидирующих поставщиков кабельных тестеров входят компании Fluke Networks, Microtest, Agilent, Acterna (прежнее название WWG) и Datacom Textron.

Для диагностики проблем на физическом уровне можно использовать следующие средства:

1) Разъем-заглушку (Hardware loopback) - это разъем, замыкающий выходную линию на входную, что позволяет компьютеру передавать данные самому себе. Разъем-заглушка используется при диагностике оборудования.

2) Расширенный тестер кабеля (Advanced cable tester; Cable tester) - специальное средство позволяющее вести мониторинг трафика сети и отдельного компьютера и выявлять определенные виды ошибок, неисправный кабель или сетевую плату.

3) Рефлектометр (Time-domain reflectometer) - устройство, предназначенное для выявления дефектов в кабельных линиях локационным (рефлектометрическим) методом. Рефлектометр посылает по кабелю короткие импульсы и обнаруживает и классифицирует разрывы, короткие замыкания и другие дефекты, также измеряет длину кабеля и его волновое сопротивление и выдает результаты на экран.

4) Тоновый генератор (Tone generator) - прибор, генерирующий в кабеле переменный или непрерывный тоновый сигнал, по которому тоновый определитель проверяет целостность и качество кабеля. Тоновый определитель - прибор, определяющий целостность и качество кабеля, на основе анализа сигналов, испускаемых тоновым генератором.

5) Цифровой вольтметр (Digital voltmeter) - электронное измерительное устройство общего назначения. Вольтметр позволяет измерять напряжение тока, проходящего через резистор, и определять целостность сетевых кабелей.

Для решения проблем канального, сетевого и транспортного уровней традиционным инструментом, который используется сетевыми администраторами, являются анализаторы протоколов (Protocol analyzer). Эти средства занимаются сбором статистики о работе сети и определением частоты ошибок и позволяют отслеживать и записывать состояния объектов сети. Часто имеют в своем составе встроенный рефлектометр.

Недорогие анализаторы обычно создаются на основе серийно выпускаемых портативных ПК с использованием стандартных сетевых карт с поддержкой режима приема всех пакетов. Основной недостаток анализаторов протоколов, состоит в том, некоторые виды неполадок на канальном уровне для них остаются невидимыми. Кроме того, они не позволяют выявить проблемы физического уровня в электрических или оптических кабелях. Вместе с тем, со временем в анализаторах протоколов появилась возможность исследования неполадок прикладного уровня, включая транзакции баз данных.

В число лидирующих поставщиков анализаторов протоколов локальных сетей входят Network Associates/Sniffer Technologies, Shomiti, Acterna (прежнее название WWG), Agilent, GN Nettest, WildPackets и Network Instruments.

Третьим основным диагностическим инструментом наряду с кабельными тестерами и анализаторами протоколов является зонд или монитор. Монитор сети (Network monitor) - программно-аппаратное устройство, которое отслеживает сетевой трафик и проверяет пакеты на уровне кадров, собирающее информацию о типах пакетов и ошибках.

Эти устройства обычно подключаются к сети на постоянной основе, а не только в случае возникновения проблемы и функционируют в соответствии со спецификациями удаленного мониторинга RMON и RMON II. Протокол RMON описывает метод сбора статистической информации об интенсивности трафика, ошибках, а также об основных источниках и потребителях трафика. Данные RMON относятся в первую очередь к канальному уровню, тогда как в стандарте RMON II добавлена поддержка уровней с третьего по седьмой. В протоколе RMON II предусмотрена возможность сбора пакетов или кадров с сохранением их в буфер -- функция, используемая на первом этапе анализа протоколов. С другой стороны, практически любой современный анализатор протоколов собирает больше статистической информации, чем зонд RMON.

Между функциями анализаторов протоколов и зондами RMON нельзя провести четкую границу. Производители анализаторов обычно рекомендуют устанавливать агенты мониторинга и сбора данных по всей большой сети, пользователи же стремятся к тому, чтобы эти распределенные агенты были совместимы с международным стандартом RMON, а не с собственным форматом анализатора. До настоящего времени поставщики зондов RMON по-прежнему продолжают разрабатывать свои собственные протоколы для программного обеспечения декодирования и экспертного анализа, однако инструменты мониторинга и сбора данных, по всей вероятности, будут объединяться. С другой стороны поставщики анализаторов протоколов считают, что их программное обеспечение не предназначено для решения специфических задач RMON, таких, как анализ трафика и составление отчетов о производительности приложений.

Лидирующими поставщиками устройств RMON являются NetScout, Agilent, 3Com и Nortel. Кроме того, производители коммутаторов Ethernet встраивают поддержку основных функций RMON в каждый порт. Можно ожидать, что в современных условиях наиболее эффективным средством мониторинга коммутируемой сети будет использование имеющихся на каждом порте встроенных агентов mini-RMON и дополнение их возможностей системой с полной реализацией функций RMON II или анализатором протоколов с экспертным анализом.

Еще одним инструментом диагностики являются интегрированные диагностические средства. Производители диагностического оборудования объединили функции всех перечисленных традиционных инструментов в портативных устройствах для обнаружения распространенных неисправностей на нескольких уровнях OSI. Например, некоторые из этих устройств осуществляют проверку основных параметров кабеля, отслеживают количество ошибок на уровне Ethernet, обнаруживают дублированные IP-адреса, осуществляют поиск и подключение к серверам Novell NetWare, а также отображают распределение в сегменте протоколов третьего уровня.

В число лидирующих поставщиков интегрированных диагностических инструментов входят Fluke Networks, Datacom Textron, Agilent и Microtest. Компания Fluke несколько лет назад представила продукт OptiView Pro, в котором все компоненты для полномасштабной семиуровневой диагностики объединены в едином портативном устройстве. Фактически Optiview Pro представляет собой ПК под управлением ОС Windows с разъемами под платы расширения, где в дополнение к встроенному анализатору протоколов собственной разработки компании можно установить другой анализатор.

Среди программных средств диагностики компьютерных сетей, можно выделить специальные системы управления сетью (Network Management Systems) - централизованные программные системы, которые собирают данные о состоянии узлов и коммуникационных устройств сети, а также данные о трафике, циркулирующем в сети. Эти системы не только осуществляют мониторинг и анализ сети, но и выполняют в автоматическом или полуавтоматическом режиме действия по управлению сетью - включение и отключение портов устройств, изменение параметров мостов адресных таблиц мостов, коммутаторов и маршрутизаторов и т.п. Примерами систем управления могут служить популярные системы HPOpenView, SunNetManager, IBMNetView.

Средства управления системой (System Management) выполняют функции, аналогичные функциям систем управления, но по отношению к коммуникационному оборудованию. Вместе с тем, некоторые функции этих двух видов систем управления могут дублироваться, например, средства управления системой могут выполнять простейший анализ сетевого трафика.

Экспертные системы. Этот вид систем аккумулирует человеческие знания о выявлении причин аномальной работы сетей и возможных способах приведения сети в работоспособное состояние. Экспертные системы часто реализуются в виде отдельных подсистем различных средств мониторинга и анализа сетей: систем управления сетями, анализаторов протоколов, сетевых анализаторов. Простейшим вариантом экспертной системы является контекстно-зависимая help-система. Более сложные экспертные системы представляют собой так называемые базы знаний, обладающие элементами искусственного интеллекта. Примером такой системы является экспертная система, встроенная в систему управления Spectrum компании Cabletron.

2 Техническое и информационное обеспечение технологий и средств диагностики

2.1 Оборудование для диагностики и сертификации кабельных си с тем

К оборудованию данного класса относятся сетевые анализаторы, приборы для сертификации кабелей, кабельные сканеры и тестеры.

2.1.1 Сетевые анал и заторы

Сетевые анализаторы представляют собой эталонные измерительные инструменты для диагностики и сертификации кабелей и кабельных систем. В качестве примера можно привести сетевые анализаторы компании Hewlett Packard - HP 4195A и HP 8510C.

Сетевые анализаторы содержат высокоточный частотный генератор и узкополосный приемник. Передавая сигналы различных частот в передающую пару и измеряя сигнал в приемной паре, можно измерить затухание и NEXT. Сетевые анализаторы - это прецизионные крупногабаритные и дорогие (стоимостью более $20000) приборы, предназначенные для использования в лабораторных условиях специально обученным техническим персоналом.

2.2.2 Кабельные сканеры

Данные приборы позволяют определить длину кабеля, NEXT, затухание, импеданс, схему разводки, уровень электрических шумов и провести оценку полученных результатов. Цена на эти приборы варьируется от $1"000 до $3"000. Существует достаточно много устройств данного класса, например, сканеры компаний MicrotestInc., FlukeCorp., Datacom TechnologiesInc., Scope CommunicationInc. В отличие от сетевых анализаторов сканеры могут быть использованы не только специально обученным техническим персоналом, но даже администраторами-новичками.

Для определения местоположения неисправности кабельной системы (обрыва, короткого замыкания, неправильно установленного разъема и т.д.) используется метод "кабельного радара", или Time Domain Reflectometry (TDR). Суть этого метода состоит в том, что сканер излучает в кабель короткий электрический импульс и измеряет время задержки до прихода отраженного сигнала. По полярности отраженного импульса определяется характер повреждения кабеля (короткое замыкание или обрыв). В правильно установленном и подключенном кабеле отраженный импульс совсем отсутствует.

Точность измерения расстояния зависит от того, насколько точно известна скорость распространения электромагнитных волн в кабеле. В различных кабелях она будет разной. Скорость распространения электромагнитных волн в кабеле (NVP - nominal velocity of propagation) обычно задается в процентах к скорости света в вакууме. Современные сканеры содержат в себе электронную таблицу данных о NVP для всех основных типов кабелей и позволяют пользователю устанавливать эти параметры самостоятельно после предварительной калибровки.

Наиболее известными производителями компактных кабельных сканеров являются компании MicrotestInc., WaveTekCorp., Scope Communication Inc.

2.2.3 Тестеры кабельных систем

Тестеры кабельных систем - наиболее простые и дешевые приборы для диагностики кабеля. Они позволяют определить непрерывность кабеля, однако, в отличие от кабельных сканеров, не дают ответа на вопрос о том, в каком месте произошел сбой.

Существуют целые классы средств тестирования кабельных систем, появление которых стало возможным благодаря наличию четких стандартов на характеристики компонентов (TIA/EIA568), а также на процедуры и критерии тестирования кабельных линий СКС (TSB-67).

Для удобства кабельные линии разделены на категории в соответствии с их параметрами. Многие из эксплуатируемых кабельных линий относятся к Категории 3 и предназначены для телефонии и передачи данных в диапазоне частот до 16 МГц (например, 10BaseT Ethernet). Однако наибольшее распространение получили кабельные линии Категории 5, гарантирующие передачу сигнала с частотой до 100 МГц. Комитетами стандартизации закончена работа над составлением перечня более жестких требований к параметрам кабельных линий Категории 5 (улучшенная Категория 5 или 5E), Категории 6 (200-250 МГц), Категории 7 (до 600 МГц) с целью повышения надежности передачи.

Большое количество моделей выпускаемых тестеров СКС предназначено для контроля кабельных линий Категорий 3, 5 и 5E (улучшенная Категория 5). Уже появились первые тестеры для проводки Категории 6 (например, LANcat System 6 компании Datacom или OMNIScanner компании Microtest). Однако основной парк тестеров СКС сегодня все же ориентирован на анализ характеристик линий в диапазоне частот до 100-155 МГц. За исключением анализируемого диапазона частот, другие параметры этих тестеров отличаются друг от друга несущественно, так как тестирование выполняется по одним и тем же методикам. Основные отличия заключаются в характеристиках встроенных рефлектометров для проводных линий (максимальная дальность, точность, разрешение, форма представления результата), в пользовательском интерфейсе и удобстве работы, а также в наборе вспомогательных и сервисных функций.

Среди вспомогательных функций могут быть особенно, полезны следующие:

· двустороннее измерение;

· тестирование волоконно-оптических кабелей;

· карта (схема соединения) жил кабеля;

· обнаружение импульсных помех;

· мониторинг трафика ЛВС;

· составление программ тестирования;

· организация разговорного тракта между основным и удаленным модулем;

· встроенный тональный генератор для трассировки и идентификации и др.

Приведенная ниже информация позволит ознакомиться с измеряемыми параметрами кабельной линии и облегчит выбор прибора для конкретных нужд.

Основными электрическими параметрами, от которых зависит работоспособность кабельной линии, являются:

· целостность цепи (connectivity);

· характеристический импеданс (characteristic impedance) и обратные потери (return loss);

· погонное затухание (attenuation);

· переходное затухание (crosstalk);

· задержка распространения сигнала (propagation delay) и длина линии (cable length);

· сопротивление линии по постоянному току (loop resistance);

· емкость линии (capacitance);

· электрическая симметричность (balance);

· наличие шумов в линии (electrical noise, electromagnetic interference).

Рассмотрим эти характеристики подробнее

1) Целостность цепи

Основная задача этого теста - выявить ошибки монтажа соединителей или кроссировки (замыкания, обрывы, перепутанные жилы). Поскольку ошибки подобного рода на практике преобладают, то существует большое количество недорогих приборов, единственной функцией которых является только контроль целостности цепи. Однако полнофункциональные тестеры СКС, как правило, предоставляют более полную информацию о характере ошибки, вплоть до схемы соединения, по которой монтажник может точно идентифицировать дефект.

Рисунок 2.1 - Тестеры СКС

2) Характеристический импеданс (волновое сопротивление)

Поскольку передача данных ведется на высоких частотах, то немаловажную роль имеет импеданс линии, т. е. ее сопротивление переменному току заданной частоты. Роль играет не только величина сопротивления, но и его постоянство по всей линии (кабелю и соединителям) для всего диапазона рассматриваемых частот. Это объясняется тем, что сигнал, отраженный от точек с аномальным импедансом, будет накладываться на основной сигнал и искажать его.

Для кабеля из витых пар импеданс обычно составляет 100 или 120 Ом. Для линий Категории 5 импеданс нормируется для диапазона частот 1-100 МГц и должен составлять 100 Ом v15%.

Основные причины неоднородности импеданса следующие:

Нарушение шага скрутки в местах разделки кабеля около соединителей (максимальное расстояние, на которое жилы могут быть развиты при разделке, - 13 мм);

Дефекты кабеля (повышенное сопротивление жил, пониженное сопротивление изоляции, нарушение шага скрутки);

Неправильная укладка кабеля (применение скоб и хомутов для крепления, малый радиус изгиба, заломы и "барашки" из-за неправильной отмотки);

Некачественная опрессовка соединителей или использование некачественных соединителей.

Аналогичные проблемы возникают на прошедших тестирование линиях при подключении к ее розеткам некачественных (не соответствующих требованиям заданной категории) коммутационных шнуров, переходников или расщепителей линии (сплиттеров).

Оценка влияния, вносимого неоднородностями импеданса, выражается таким параметром, как обратные потери (отношение амплитуды переданного сигнала к амплитуде отраженного в дБ). Если дефект порождает в линии существенную неоднородность импеданса, то обратные потери будут малы, так как большая часть энергии сигнала будет отражена от неоднородности. Так, в случае обрыва или замыкания кабеля обратные потери будут равны 0.

Все полнофункциональные тестеры СКС имеют встроенный рефлектометр для проводных линий с цифровым или графическим отображением результата, с помощью которого место с аномальным импедансом может быть без труда локализовано. Некоторые рефлектометры позволяют вычислять обратные потери для заданного участка линии, что позволяет определить влияние имеющихся на нем неоднородностей на результирующую характеристику линии.

3) Погонное затухание (Attenuation)

Ослабление сигнала при его распространении по линии оценивается затуханием (выраженное в дБ отношение мощности сигнала, поступившего в нагрузку на конце линии, к мощности сигнала, поданного в линию). Затухание сильно увеличивается с ростом частоты, поэтому оно должно измеряться для всего диапазона используемых частот. Для кабеля категории 5 при частоте 100 Мгц затухание не должно превышать 23.6 Дб на 100 м, а для кабеля категории 3, применяемого по стандарту IEEE 802.3 10BASE-T, допустимая величина затухания на сегменте длиной 100 м не должна превышать 11,5 Дб при частоте переменного тока 10 МГц.

4) Переходное затухание

Данный параметр характеризует степень перекрестных наводок сигнала между парами одного кабеля (отношение амплитуды поданного сигнала к амплитуде наведенного сигнала в дБ). Эта характеристика имеет несколько разновидностей, каждая из которых позволяет оценить разные свойства кабеля.

При определении переходного затухания на ближнем конце линии (Near End Cross Talk, NEXT; Power Sum NEXT, PS-NEXT) подача сигнала и измерение производятся с одной стороны линии для всех частот заданного диапазона. В первом случае для проведения измерения в одной паре сигнал подается поочередно на все остальные пары. Именно это измерение и применяется для тестирования кабельных линий Категории 5. Во втором случае тестирование производится по более жестким правилам: сигнал подается сразу на все остальные пары и измеряется суммарное затухание.

Очевидно, что переходное затухание на ближнем конце линии необходимо измерять с обеих ее сторон, так как влияние дефектов на этот параметр будет тем сильнее, чем ближе они расположены к месту измерения. В новых стандартах предполагается проводить и измерение затухания на разных концах линии одновременно.

Функционирование линии будет надежным только тогда, когда переходное затухание велико, а погонное - мало, поэтому оценку качества линии очень удобно производить на основании комбинированного параметра - защищенности на дальнем конце линии (Attenuation to Crosstalk Ratio, ACR; Power Sum ACR, PS-ACR), выраженного как отношение величин погонного затухания и переходного затухания на ближнем конце линии. Фактически этот параметр показывает, насколько амплитуда принимаемого полезного сигнала выше амплитуды шумов для заданной частоты сигнала.

Однако если передача ведется по нескольким парам одновременно (например, 100Base-T4 и 100VG-AnyLAN), то в таких сетях важное значение имеет и уровень переходного затухания на дальнем конце линии (Far-End CrossTalk, FEXT). Поскольку на приемник поступает суперпозиция полезного сигнала, передаваемого по данной паре, и сигнала, наведенного на нее с другой пары, оценка качества линии производится на основании отношения величин полезного сигнала на дальнем конце линии (т. е. с учетом его затухания) и наведенного сигнала - приведенное переходное затухание на дальнем конце линии (Equal-Level Far-End Cross Talk, ELFEXT; Power Sum ELFEXT, PS-ELFEXT).

Удовлетворительное значение переходного затухания косвенно свидетельствует о симметричности линии и, следовательно, об отсутствии излучения витой парой электромагнитных и приема электромагнитных и радиопомех.

5) Задержка распространения сигнала и длина линии

Для надежной работы на высоких скоростях необходимо, чтобы задержка распространения сигнала не превышала заданную и была одинакова для всех пар кабельной линии. Измерение длины кабеля осуществляется в соответствии с принципом рефлектометрии.

Следует отметить, что некоторые системы передачи (например, 100Base-T4 и 100VG-AnyLAN) весьма чувствительны не только к абсолютному значению задержки распространения сигнала, но и к ее разнице (propagation delay skew) для различных пар одной кабельной линии. Такой перекос задержки и, как следствие, необходимость его измерения возникли после того, как некоторые производители стали выпускать кабели с различной изоляцией пар (известные как "2+2" и "3+1").

6) Уровень шумов в линии

Иногда электромагнитные и радиопомехи делают невозможной устойчивую передачу сигнала в линии. Большинство тестеров СКС позволяют измерить уровень шумов для последующего анализа и устранения их причин.

Самые распространенные шумы - это импульсные помехи от расположенного вдоль трассы мощного электрооборудования (моторов, пускорегулирующей аппаратуры, светильников дневного света и т. п.) или силовой проводки к ним. Очень часто для устранения подобной проблемы кабель достаточно переместить на несколько метров в сторону. Гораздо реже работе мешает расположенное поблизости радиопередающее оборудование. Устранение помех в этом случае потребует экранировки кабеля или его укладки в металлических каналах.

Как видно из вышесказанного, подлежащих определению параметров кабельных линий достаточно много, причем они имеют различное значение для тех или иных приложений. Однако и разнообразие приборов для их измерения не менее велико. Самый простой способ не ошибиться при выборе - исходить из потребностей вашей организации и ее планов на ближайшее будущее.

Не все рассмотренные параметры охватываются стандартами СКС. Например, TSB-67 требует для кабельных систем Категории 5 контроля четырех параметров: правильности подключения линии, длины линии, затухания сигнала, переходного затухания на ближнем конце линии. В то же время спецификации некоторых высокоскоростных систем передачи предъявляют и ряд других, более жестких требований к параметрам кабельных линий. Некоторые из них уже включены в новые стандарты, остальные будут включены в ближайшем будущем.

Если компания занимается монтажом, то лучше приобретать прибор с развитыми сервисными функциями для быстрой локализации ошибок монтажа, с возможностью сохранения результатов для последующей передачи на компьютер и формирования протоколов приемочных испытаний. Кроме того, желательно, чтобы приобретенный прибор обеспечивал возможность модернизации заложенной в нем программы в соответствии с требованиями новых стандартов. Затраты на приобретение прибора такого уровня могут оказаться высоки, но окупятся достаточно быстро.

Если же прибор приобретается для обслуживания существующей СКС, то в целях экономии можно ограничиться недорогим устройством для проверки линий СКС требованиям конкретных приложений (10BaseT, 100BaseTX, ATM 155 и т. п.), которые организация использует в настоящее время или собирается использовать в ближайшем будущем.

2. 3 Анализаторы протоколов

В ходе проектирования новой или модернизации старой сети часто возникает необходимость в количественном измерении некоторых характеристик сети таких, например, как интенсивности потоков данных по сетевым линиям связи, задержки, возникающие на различных этапах обработки пакетов, времена реакции на запросы того или иного вида, частота возникновения определенных событий и других характеристик.

Для этих целей могут быть использованы разные средства и прежде всего - средства мониторинга в системах управления сетью, которые уже обсуждались ранее. Некоторые измерения на сети могут быть выполнены и встроенными в операционную систему программными измерителями, примером тому служит компонента ОС Windows Performance Monitor. Даже кабельные тестеры в их современном исполнении способны вести захват пакетов и анализ их содержимого.

Но наиболее совершенным средством исследования сети является анализатор протоколов. Процесс анализа протоколов включает захват циркулирующих в сети пакетов, реализующих тот или иной сетевой протокол, и изучение содержимого этих пакетов. Основываясь на результатах анализа, можно осуществлять обоснованное и взвешенное изменение каких-либо компонент сети, оптимизацию ее производительности, поиск и устранение неполадок. Очевидно, что для того, чтобы можно было сделать какие-либо выводы о влиянии некоторого изменения на сеть, необходимо выполнить анализ протоколов и до, и после внесения изменения.

Анализатор протоколов представляет собой либо самостоятельное специализированное устройство, либо персональный компьютер, обычно переносной, класса Notebook, оснащенный специальной сетевой картой и соответствующим программным обеспечением. Применяемые сетевая карта и программное обеспечение должны соответствовать топологии сети (кольцо, шина, звезда). Анализатор подключается к сети точно также, как и обычный узел. Отличие состоит в том, что анализатор может принимать все пакеты данных, передаваемые по сети, в то время как обычная станция - только адресованные ей. Программное обеспечение анализатора состоит из ядра, поддерживающего работу сетевого адаптера и декодирующего получаемые данные, и дополнительного программного кода, зависящего от типа топологии исследуемой сети. Кроме того, поставляется ряд процедур декодирования, ориентированных на определенный протокол, например, IPX. В состав некоторых анализаторов может входить также экспертная система, которая может выдавать пользователю рекомендации о том, какие эксперименты следует проводить в данной ситуации, что могут означать те или иные результаты измерений, как устранить некоторые виды неисправности сети.

Несмотря на относительное многообразие анализаторов протоколов, представленных на рынке, можно назвать некоторые черты, в той или иной мере присущие всем им:

· Пользовательский интерфейс. Большинство анализаторов имеют развитый дружественный интерфейс, базирующийся, как правило, на Windows или Motif. Этот интерфейс позволяет пользователю: выводить результаты анализа интенсивности трафика; получать мгновенную и усредненную статистическую оценку производительности сети; задавать определенные события и критические ситуации для отслеживания их возникновения; производить декодирование протоколов разного уровня и представлять в понятной форме содержимое пакетов.

· Буфер захвата . Буферы различных анализаторов отличаются по объему. Буфер может располагаться на устанавливаемой сетевой карте, либо для него может быть отведено место в оперативной памяти одного из компьютеров сети. Если буфер расположен на сетевой карте, то управление им осуществляется аппаратно, и за счет этого скорость ввода повышается. Однако это приводит к удорожанию анализатора. В случае недостаточной производительности процедуры захвата, часть информации будет теряться, и анализ будет невозможен. Размер буфера определяет возможности анализа по более или менее представительным выборкам захватываемых данных. Но каким бы большим ни был буфер захвата, рано или поздно он заполнится. В этом случае либо прекращается захват, либо заполнение начинается с начала буфера.

· Фильтры. Фильтры позволяют управлять процессом захвата данных, и, тем самым, позволяют экономить пространство буфера. В зависимости от значения определенных полей пакета, заданных в виде условия фильтрации, пакет либо игнорируется, либо записывается в буфер захвата. Использование фильтров значительно ускоряет и упрощает анализ, так как исключает просмотр ненужных в данный момент пакетов.

· Переключатели - это задаваемые оператором некоторые условия начала и прекращения процесса захвата данных из сети. Такими условиями могут быть выполнение ручных команд запуска и остановки процесса захвата, время суток, продолжительность процесса захвата, появление определенных значений в кадрах данных. Переключатели могут использоваться совместно с фильтрами, позволяя более детально и тонко проводить анализ, а также продуктивнее использовать ограниченный объем буфера захвата.

· Поиск . Некоторые анализаторы протоколов позволяют автоматизировать просмотр информации, находящейся в буфере, и находить в ней данные по заданным критериям. В то время, как фильтры проверяют входной поток на предмет соответствия условиям фильтрации, функции поиска применяются к уже накопленным в буфере данным.

Подобные документы

Сущность и значение мониторинга и анализа локальных сетей как контроля работоспособности. Классификация средств мониторинга и анализа, сбор первичных данных о работе сети: анализаторы протоколов и сетей. Протокол SNMP: отличия, безопасность, недостатки.

контрольная работа , добавлен 07.12.2010


Понятие и структура компьютерных сетей, их классификация и разновидности. Технологии, применяемые для построения локальных сетей. Безопасность проводных локальных сетей. Беспроводные локальные сети, их характерные свойства и применяемые устройства.

курсовая работа , добавлен 01.01.2011


Организация частной сети. Структура незащищенной сети и виды угроз информации. Типовые удаленные и локальные атаки, механизмы их реализации. Выбор средств защиты для сети. Схема защищенной сети с Proxy-сервером и координатором внутри локальных сетей.

курсовая работа , добавлен 23.06.2011


Передача информации между компьютерами. Анализ способов и средств обмена информацией. Виды и структура локальных сетей. Исследование порядка соединения компьютеров в сети и её внешнего вида. Кабели для передачи информации. Сетевой и пакетный протоколы.

реферат , добавлен 22.12.2014


Создание компьютерных сетей с помощью сетевого оборудования и специального программного обеспечения. Назначение всех видов компьютерных сетей. Эволюция сетей. Отличия локальных сетей от глобальных. Тенденция к сближению локальных и глобальных сетей.

презентация , добавлен 04.05.2012


Теоретические основы организации локальных сетей. Общие сведения о сетях. Топология сетей. Основные протоколы обмена в компьютерных сетях. Обзор программных средств. Аутентификация и авторизация. Система Kerberos. Установка и настройка протоколов сети.

курсовая работа , добавлен 15.05.2007


Характеристика протоколов и методов реализации частных виртуальных сетей. Организация защищенного канала между несколькими локальными сетями через Интернет и мобильными пользователями. Туннель на однокарточных координаторах. Классификация VPN сетей.

курсовая работа , добавлен 01.07.2011


Компьютерные сети и их классификация. Аппаратные средства компьютерных сетей и топологии локальных сетей. Технологии и протоколы вычислительных сетей. Адресация компьютеров в сети и основные сетевые протоколы. Достоинства использования сетевых технологий.

курсовая работа , добавлен 22.04.2012


Назначение и классификация компьютерных сетей. Обобщенная структура компьютерной сети и характеристика процесса передачи данных. Управление взаимодействием устройств в сети. Типовые топологии и методы доступа локальных сетей. Работа в локальной сети.

реферат , добавлен 03.02.2009


Способы коммутации компьютеров. Классификация, структура, типы и принцип построения локальных компьютерных сетей. Выбор кабельной системы. Особенности интернета и других глобальных сетей. Описание основных протоколов обмена данными и их характеристика.

Средства, применяемые для диагностирования и мониторинга КС, можно разделить на несколько крупных классов:

- Системы управления сетью (Network Management Systems) - централизованные программные системы, построенные в соответствии с моделью TMN, которые собирают данные о состоянии узлов и коммуникационных устройств сети, а также данные о трафике, циркулирующем в сети. Эти системы не только осуществляют мониторинг и анализ сети, но и выполняют в автоматическом или полуавтоматическом режиме действия по управлению сетью - включение и отключение портов устройств, изменение параметров мостов адресных таблиц мостов, коммутаторов и маршрутизаторов и т.п. Примерами систем управления могут служить популярные системы HP OpenView, Sun NetManager, IBM NetView, Tivoli. В соответствии с рекомендациями ISO можно выделить следующие функции систем управления сетью:

Управление конфигурацией сети и именованием - состоит в конфигурировании компонентов сети, включая их местоположение, сетевые адреса и идентификаторы, управление параметрами сетевых операционных систем, поддержание схемы сети. Также эти функции используются для именования объектов.

Обработка ошибок - выявление, определение и устранение последствий сбоев и отказов в работе сети.

Анализ производительности - помогает на основе накопленной статистической информации оценивать время ответа системы и величину трафика, а также планировать развитие сети.

Управление безопасностью - включает в себя контроль доступа и сохранение целостности данных. В функции входит процедура аутентификации, проверки привилегий, поддержка ключей шифрования, управления полномочиями. К этой же группе можно отнести важные механизмы управления паролями, внешним доступом, соединения с другими сетями.

Учет работы сети - включает регистрацию и управление используемыми ресурсами и устройствами. Эта функция оперирует такими понятиями как время использования и плата за ресурсы.

- Средства управления системой (System Management ) - часто выполняют функции, аналогичные функциям систем управления, но по отношению к другим объектам. В первом случае объектом управления является программное и аппаратное обеспечение компьютеров сети, а во втором - коммуникационное оборудование. Ниже перечислены основные функции средств управления:

Учет используемых аппаратных и программных средств. Система автоматически собирает информацию об обследованных компьютерах и создает записи в базе данных об аппаратных и программных ресурсах. После этого администратор может быстро выяснить, чем он располагает и где это находится. Например, узнать о том, на каких компьютерах нужно обновить драйверы принтеров, какие ПК обладают достаточным количеством памяти и дискового пространства и т. п.

Распределение и установка программного обеспечения. После завершения обследования администратор может создать пакеты рассылки программного обеспечения - очень эффективный способ для уменьшения стоимости такой процедуры. Система может также позволять централизованно устанавливать и администрировать приложения, которые запускаются с файловых серверов, а также дать возможность конечным пользователям запускать такие приложения с любой рабочей станции сети.

Удаленный анализ производительности и возникающих проблем. Администратор может удаленно управлять мышью, клавиатурой и видеть экран любого ПК, работающего в сети под управлением той или иной сетевой операционной системы. База данных системы управления обычно хранит детальную информацию о конфигурации всех компьютеров в сети для того, чтобы можно было выполнять удаленный анализ возникающих проблем.

Примерами средств управления системой являются такие продукты, как System Management Server компании Microsoft или LANDeskManager фирмы Intel, а типичными представителями средств управления сетями являются системы HPOpenView, SunNetManager и IBMNetView.

- Встроенные системы диагностики и управления (Embedded systems) - Эти системы выполняются в виде программно-аппаратных модулей, устанавливаемых в коммуникационное оборудование, а также в виде программных модулей, встроенных в операционные системы. Они выполняют функции диагностики и управления только одним устройством, и в этом их основное отличие от централизованных систем управления. Примером средств этого класса может служить модуль управления концентратором Distributed 5000, реализующий функции автосегментации портов при обнаружении неисправностей, приписывания портов внутренним сегментам концентратора и некоторые другие. Как правило, встроенные модули управления "по совместительству" выполняют роль SNMP-агентов, поставляющих данные о состоянии устройства для систем управления .

- Анализаторы протоколов (Protocol analyzers) - Представляют собой программные или аппаратно-программные системы, которые ограничиваются в отличие от систем управления функциями мониторинга и анализа трафика в сетях, в том числе и беспроводных . Выделяют ряд критериев оценки анализаторы протоколов :

− Возможность декодирования сетевых протоколов и поддержки физических интерфейсов.

− Качество интерфейса программного обеспечения (буфер захвата, фильтры, переключатели, постфильтрационный поиск, диапазон статистических данных).

− Наличие многоканальности.

− Генерация трафика.

− Возможность интеграции с ПК.

− Размер и вес.

− Соотношение цены и предоставляемых услуг.

- Оборудование для диагностики и сертификации кабельных систем - Условно это оборудование можно поделить на четыре основные группы: сетевые мониторы, приборы для сертификации кабельных систем, кабельные сканеры и тестеры (мультиметры).

Сетевые мониторы (называемые также сетевыми анализаторами) представляют собой эталонные измерительные инструменты для диагностики и сертификации кабелей и кабельных систем. В качестве примера можно привести сетевые анализаторы компании HewlettPackard - HP 4195A и HP 8510C. Сетевые анализаторы содержат высокоточный частотный генератор и узкополосный приемник. Передавая сигналы различных частот в передающую пару и измеряя сигнал в приемной паре, можно измерить затухание и NEXT. Сетевые анализаторы - это прецизионные крупногабаритные и дорогие (стоимостью более $20"000) приборы, предназначенные для использования в лабораторных условиях специально обученным техническим персоналом.

Назначение устройств для сертификации кабельных систем непосредственно следует из их названия. Сертификация выполняется в соответствии с требованиями одного из международных стандартов на кабельные системы.

Кабельные сканеры используются для диагностики медных кабельных систем. Данные приборы позволяют определить длину кабеля, NEXT, затухание, импеданс, схему разводки, уровень электрических шумов и провести оценку полученных результатов. Цена на эти приборы варьируется от $1"000 до $3"000. Существует достаточно много устройств данного класса, например, сканеры компаний MicrotestInc., FlukeCorp., DatacomTechnologiesInc., ScopeCommunicationInc. В отличие от сетевых анализаторов сканеры могут быть использованы не только специально обученным техническим персоналом, но даже администраторами-новичками.

Тестеры предназначены для проверки кабелей на отсутствие физического разрыва. Это наиболее простые и дешевые приборы для диагностики кабеля. Они позволяют определить непрерывность кабеля, но не дают ответа на вопрос о том, в каком месте произошел сбой.

Многофункциональные устройства анализа и диагностики. В последние годы, в связи с повсеместным распространением локальных сетей возникла необходимость разработки недорогих портативных приборов, совмещающих функции нескольких устройств: анализаторов протоколов, кабельных сканеров и, даже, некоторых возможностей ПО сетевого управления. В качестве примера такого рода устройств можно привести Compas компании MicrotestInc. или 675 LANMeter компании FlukeCorp.

В связи с повсеместным распространением оптоволоконных сетей связи все большую значимость приобретают инструменты тестирования ВОЛС.

Визуальный дефектоскоп - VFL (Visual Fault Locator) может использоваться, чтобы проверить полярность, а также чтобы обнаружить недопустимые изгибы или обрыв кабеля. VFL - это мощный инфракрасный лазер, посылающий излучаемый им поток в один конец кабеля. При этом VFL определяет непрерывность, идентифицирует правильность подключения коннекторов.

Анализатор оптических потерь - OLTS (Optical Loss Test Set) включает в себя два компонента: источник света и измеритель мощности оптического сигнала. Использование средств диагностики этого типа позволяет проверить целостность волокна и проверить соответствие кабеля установленным стандартам. Многие устройства производят такое сравнение автоматически.

Третий тип устройств для тестирования оптического кабеля- это устройства сертификации оптических систем - CTS (Certifying Test Set) - усложненное OLTS. Данное оборудование может измерить и вычислить потерю сигнала, проверить полярность, определить длину кабеля, сравнить их со встроенной библиотекой стандартов, представить карту соединения. Также есть возможность сохранять всю полученную информацию для последующего переноса на компьютер, что поможет сделать глубокий анализ и составить отчет. CTS состоит из основного и нескольких удаленных устройств (в каждом конце кабеля, участвующего в тестировании), включающих в себя измеритель мощности оптического сигнала и дуальный источник длин волн.

Оптические рефлектометры OTDR (Optical Domain Reflectometer) - диагностические инструменты, которые используются, чтобы характеризовать потерю мощности оптического сигнала, посылая короткий импульс света с одного конца волокна и анализируя свет, отраженный от другого конца волокна. Регистрируя показания, OTDR определяет оптическую мощность, время прохода сигнала и отображает эти данные в виде графика. Данные устройства позволяют производить измерение элементов, входящих в сеть, включая длину частей волокна, однородность ослабления сигнала, местоположение коннекторов. Таким образом, можно визуально определить местонахождение рефлексивных событий (связи, обрывы волокна) и нерефлексивные события (соединения, недопустимые или напряженные изгибы), анализируя график, или при помощи таблицы событий, которая может быть сгенерирована устройствами OTDR.

Рис.1.3 - Оптический рефлектометр

Рефлектометр MTS 8000 - это новая мультимодульная тестовая платформа для оптоволоконных систем. В этом приборе одновременно инсталлирован рефлектометр, оптический тестер, измеритель оптической мощности, локатор визуальных дефектов, оптический микроскоп, оптическая гарнитура, OTDR. Конструктивное решение, разработанное специалистами Acterna, позволяет одновременно устанавливать в MTS 8000 большое количество сменных оптических модулей, благодаря чему пользователь получает возможность измерения всех необходимых характеристик в зависимости от типа работ. Процессор, установленный в MTS 8000 позволяет тестировать сеть по заранее предустановленным наборам тестов. Внутренняя память устройства составляет 8МБ. Новой интересной особенностью является возможность установки жесткого диска емкостью до 6 ГБ. Для удобства и возможности оперативной работы в MTS 8000 установлены накопители FDD, CD-RW, а также USB-порты.

- Экспертные системы - этот вид систем аккумулирует человеческие знания о выявлении причин аномальной работы сетей и возможных способах приведения сети в работоспособное состояние. Экспертные системы часто реализуются в виде отдельных подсистем различных средств мониторинга и анализа сетей: систем управления сетями, анализаторов протоколов, сетевых анализаторов. Простейшим вариантом экспертной системы является контекстно-зависимая help-система. Более сложные экспертные системы представляют собой так называемые базы знаний, обладающие элементами искусственного интеллекта. Примером является экспертная система анализа сети Expert Anаlysis из семейства продуктов Distributed Sniffer System .

В основе системы лежит уникальная база знаний, накопленная специалистами компании Network General с 1986 года и основанная на опыте работы с пользователями различных сетей и разработках групп Станфордского и Массачусетского университетов, а также компании Nippon Telephone and Telegraph (NTT).

Основное назначение системы - сокращение времени простоя и ликвидация узких мест сети с помощью автоматической идентификации аномальных явлений и автоматической генерации методов их разрешения. Система экспертного анализа предоставляет диагностическую информацию трех категорий:

Симптом - событие в сети, которому администратор сети должен уделить дополнительное внимание (например, физическая ошибка при обращении к узлу сети или единичная повторная передача файла). Необязательно означает возникновение частичной потери работоспособности, однако при высоком уровне периодичности требует внимания администратора.

Диагноз - неоднократное повторение симптома, требующее обязательного анализа со стороны администратора сети. Обычно диагноз описывает ситуации, характеризующие серьезные неисправности в сети (например, дублируемый сетевой адрес). На этапе диагноза происходит перевод события, приводящего к частичной потере работоспособности сети, на язык, понятный оператору и администратору.

Объяснение - контекстно-зависимое экспертное заключение системы анализа для каждого симптома или диагноза. Объяснение содержит описание нескольких возможных причин сложившейся ситуации, обоснование подобного заключения и рекомендации по их устранению.

Система автоматического анализа Expert Analysis основана на уникальной многозадачной технологии анализа пакетов, которая состоит из следующих шагов.

Циркулирующие в сети пакеты непрерывно захватываются и помещаются в кольцевой буфер захвата (первая задача).

Одновременно с этим несколько задач-анализаторов протоколов (по одной на каждое из семейств протоколов) сканируют буфер захвата и генерируют информацию в едином внутреннем формате.

Стандартизованная информация поступает на группу задач-экспертов. Каждая из этих программ является экспертом лишь в своей узкой области, например, в знании протокола взаимодействия клиента с сервером NetWare. Если эксперт находит событие, связанное с его областью интересов, он генерирует некоторый соответствующий объект (например, "пользователь Guest сервера IBSO") в объектно-ориентированной базе данных о сети, называемой BlackboardKnowledgeBase, и связывает его с соответствующими объектами более низкого уровня. В результате возникает некоторая сложная структура, отображающая все объекты сети, относящиеся к некоторому протоколу, и все возможные связи между ними на всех семи уровнях модели ISO/OSI.

Существует вторая группа задач-экспертов, постоянно анализирующая состояние базы данных и выдающих сообщения о ненормальном функционировании сети (симптомы или диагнозы). В общей сложности система ExpertAnalysis оперирует с более чем 200 различными событиями, приводящими к частичной потере работоспособности сети.

Подобная многозадачная система анализа является уникальной на рынке анализаторов, соответствует требованиям, предъявляемым к экспертным системам диагностики, ремонта и мониторинга, гарантирует достоверность поставленного диагноза. Однако рассмотренная ЭС относится к разряду дорогих систем высшего класса и, следовательно, недоступна широкому кругу пользователей.

Еще одним примером ЭС с элементами искусственного интеллекта является программа OptiView Protocol Expert , разработанная компанией Fluke Networks и являющаяся представителем семейства распределенных систем анализа и мониторинга вычислительных сетей 10/100/1000 Ethernet. Назначение системы, как и Expert Anаlysis, направлено на сокращение времени простоя и ликвидацию узких мест сети.

Все обнаруженные события рассматриваемая система классифицирует по уровням сетевой модели OSI:

Уровень приложений: Excessive ARP, Excessive BOOTP, NFS retransmission, all ICMP errors, HTTP Get Response, Slow Server Connect, Slow Server Response;

Транспортный уровень: TCP/IP checksum error, TCP/IP retransmission, TCP/IP fast retransmission, TCP/IP zero window, TCP/IP frozen window, TCP/IP long ack, TCP/IP SYN attack;

Сетевой уровень: duplicate IP or IPX address, IP TTL expiring, IP illegal source address, ISL Illegal VLAN ID, unstable MST, HSRP coup/resign;

Канальный уровень: illegal MAC source address, broadcast/multicast storms, physical errors.

Рассматриваемая система распознает широкий ряд проблем, которые могут указать на наличие скрытого дефекта или узкого места в компоненте сети, выдает сообщения об их появлении, однако не предоставляет рекомендации по ее исправлению. Таким образом, для гарантии корректности поставленного диагноза необходимым условием является высокий уровень знаний в сетевой области у пользователя данной системы. Также, высокая стоимость системы не способствует ее повсеместному внедрению в большинство вычислительных сетей.

Рис. 2.

В составе Windows XP2000 есть команда "Ping" она позволяет оправлять пакеты информации заданной длины и фиксировать время отклика удаленной системы, а так же целостность информации. Тестовая служба Ping взаимодействует напрямую с сетевой картой на уровне протокола TCP/IP, поэтому вне зависимости от того, настроены ли параметры доступа и дополнительные службы, Ping систему увидит.

Запустим командную строку "Пуск" -> "Выполнить -> "cmd".

Появиться окно консольного сеанса, по сути, старый добрый MS DOS. Затем с помощью команд CD (Change Directory) перейдите в папку system32 вашей копии Windows XP как показано на рисунке 8. Если запустить ping из Windows с помощью batcmd файла или раздела "выполнить", сразу после выполнения задачи окно программы закроется и мы не успеем увидеть результаты.

Формат команды: Ping "IP адрес удаленной системы"

Например "Ping 192.168.0.1". По умолчанию программа передает 4 пакета по 32 байт каждый, что недостаточно для объективного тестирования сети, так как система бодро отчитается об успешном результате даже при очень низком качестве сигнала. Данная команда подойдет только для того, чтобы определить, есть ли вообще связь с тем или иным узлом. Для тестирования качества связи запустите Ping со следующими параметрами.

ping.exe -l 16384 -w 5000 -n 100 192.168.0.XX.

Это обеспечит отправку 100 запросов по 16 килобайт на заданный IP адрес с интервалом ожидания в 0,5 секунды.

• 1. Если по результатам тестирования дошли все пакеты и потери составили не более 3%, сеть работает нормально.
• 2. От 3-10% - сеть по-прежнему работает, благодаря алгоритмам коррекции ошибок, однако из-за значительного числа потерянных пакетов и необходимости их повторной доставки снижается эффективная скорость сети.
• 3. Если число потерянных пакетов превышает 10-15%, необходимо принять меры по устранению неисправности, вызвавшей ухудшения качества связи.

Для получения более объективных результатов можно увеличить размер пакетов иили их число, однако это увеличит и время тестирования. Дополнительные настройки программы ping можно узнать, если запустить её с привычным справочным ключом ping /?

Причины слабого сигнала в линии и потери пакетов данных

• - Физические повреждения сетевого кабеля или его изоляции.
• - Некачественный обжим.
• - Ошибки в разводке витой пары.
• - Превышение стандартной длины сегмента.
• - Наличие мощных источников помех по ходу кабеля.
• - Некачественное восстановление поврежденных участков.
• - Более 5 коммутаторов в цепи.

Если произошел обрыв кабеля наращиваем витую пару.

Как определить, что произошел обрыв кабеля? Очень легко: сеть не будет работать, световые индикаторы сетевой карты и коммутатора погаснут (при некоторых повреждениях кабеля этого не происходит). Windows XP выдаст сообщение: "сетевой кабель не подключен". Команда Ping не получит отклика от удаленной системы. Но не спешите паниковать, может быть, кабель действительно не подключён или по каким-то причинам выключеннеисправен switch.

Если связь пропала именно из-за повреждения сетевого кабеля, то нужно его восстанавливать. Вообще, по стандартам восстановлению витая пара не подлежит. Действительно, даже самая качественная пайка или плотная скрутка изменяет волновые свойства кабеля и работать так же хорошо, как целый, он уже не будет. Весь вопрос в том, насколько сильно падает качество связи. Как показала практика - незначительно, т.е. визуально вообще ничего не меняется, а скорость связи может падать от 5 до 10%. Правда аппаратные кабель тестеры показывают вместо витой пары пятой категории третью. Конечно, по возможности кабель должны быть цельным. Но те или иные повреждения, особенно длинных отрезков сети, происходят достаточно часто и если после каждого обрыва линии прокладывать весь кабель заново, как того требуют стандарты, не хватит никаких денег и сил. Так же часто возникает ситуация, когда по тем или иным причинам не хватает длины существующего отрезка кабеля, и его нужно нарастить. Можно использовать пайку либо простую скрутку, первое предпочтительней ввиду более надёжного контакта и меньшей потери производительности. К сожалению, повреждения кабеля чаще происходят на уличных сегментах, где не всегда есть условия для проведения работ и паяльник.

Также требуется провести тестирование на нагрузочную способность, скорость. локальный сеть топология сервер

Тест на нагрузочную способность был проведен с помощью программы J.D Edwards.

Результаты тестирования следующие:

За состоянием сервера следили постоянно, но "картинку" (скриншот) получили в тот момент, когда к серверу было подключено 18 пользователей, из которых активно работали 16. Четверо были соединены с сервером, но никаких операций на нем не выполняли. В этот момент сервер уже работал с заметным "торможением" так, что это визуально ощущалось на клиентском компьютере.

Рис.3.

На рисунке 3 видно, что дисковая активность (зеленая линия) была высокой, и размер файла подкачки (синяя линия) постоянно увеличивался. При этом загрузка процессора была относительно не высокой (красная линия).

При этом используемая память превышала 3,5 Гб.

Динамику использования памяти можно увидеть на рис.4

Рис. 4.

Если посмотреть, какие процессы занимали больше всего места в памяти (рис.5 - список отсортирован по убыванию) то можно увидеть, что это ERP система (oexplore.exe).

Рис.5.

По полученным результатам был сделан вывод, что терминальный сервер может обеспечить работу в "нормальном режиме" не более 16 активно работающих пользователей. Под "нормальным режимом" понимается режим, когда не происходит заметного замедления работы клиентов по причине "торможения" терминального сервера.

В нашем случае было отмечено, что если число активных пользователей превышает 16, то сервер заметно замедляет свою работу.

Видно, что "узким местом" в работе терминального сервера является недостаток памяти - так как память используется на 100%, (зеленая линия на рис. 6), а процессор загружен в среднем на 20% (красная линия на рис.3). И, возможно, узким местом, является работа с диском.

Лекция 13 Диагностика сетей

Лекция 13

Тема: Диагностика сетей

а. Администраторы сети, которые формируют сетевую среду (подавляющее меньшинство).

б. Пользователи сети, кто вынужден эту среду осваивать и в ней жить.

Вторая категория, в силу своего численного превосходства, способна задать столько вопросов, на которые первая, даже будучи столь же многочисленной, не смогла бы ответить. Вопросы бывают простые, например: "Почему не работает электронная почта?" (хотя известно, что вторые сутки за неуплату обесточен весь вычислительный центр). Бывают и сложные: "Как уменьшить задержку отклика, если канал перегружен?"

Число компьютерных сетей увеличивается лавинообразно, растет число больших (>10 ПК) и многопротокольных сетей (802.11, 802.16, 802.17 и т.д.). По мере увеличения сети усложняется ее обслуживание и диагностика, с чем сталкивается администратор при первом же отказе. Наиболее сложно диагностировать многосегментные сети, где ПК разбросаны по большому числу помещений, далеко отстоящих друг от друга. По этой причине сетевой администратор должен начинать изучать особенности своей сети уже на фазе ее формирования и готовить себя и сеть к будущему ремонту.

При возникновении нештатной ситуации администратор должен суметь ответить на ряд вопросов:

Связана проблема с оборудованием или программным обеспечением;

Отказ вызван повреждением программы, неверным выбором конфигурации или ошибочными действиями оператора.

Сетевая диагностика - это получение и обработка информации о состоянии сети.

Документирование сети

Начинать надо с исчерпывающего документирования аппаратной и программной части сети. Администратор всегда должен иметь под рукой схему сети, отвечающую реальному положению на текущий момент, и подробное описание конфигурации программного обеспечения с указанием всех параметров (физические и IP-адреса всех интерфейсов, маски, имена ПК, маршрутизаторов, значения MTU, MSS, TTL и других системных переменных, типовые значения RTT и других параметров сети, измеренных в разных режимах.).

В пределах локальной сети поиск неисправности возможен с помощью временного деления ее на части. По мере интеграции сети в Интернет такие простые меры становятся недостаточными или недопустимыми. Но не следует пренебрегать такими простыми средствами, как проверка отсутствия обрыва или закоротки сетевого кабеля.

Следует помнить, что сетевая диагностика является основой сетевой безопасности. Только администратор, знающий все о том, что происходит в сети, может быть уверен в ее безопасности.

В лекции будет предполагаться, что сеть на физическом уровне использует стандарт Ethernet, а для межсетевой связи протокол TCP/IP (Интернет). Этим перечнем разнообразие сетевых сред не исчерпывается, но многие приемы и программные диагностические средства с успехом могут использоваться и в других случаях. Большинство из рассматриваемых программ работают в среде UNIX, но существуют их аналоги и для других ОС.

Источником диагностической информации может быть компьютер, его процессор, сетевой интерфейс, операционная система, установленная на машине, сетевые перключатели, маршрутизаторы и т.д.

При переходе на стандарты передачи 1 и тем более 10Гбит/с возникают дополнительные проблемы. Обработка таких потоков с целью диагностики может существенно замедлить работу машины. Аналогичные проблемы возникают при построении IPS/IDS-систем, а также антивирусных программ. Впрочем эта проблема становится тяжелой также из-за фантастического роста числа сигнатур (миллионы) атак и вирусов. Одним из способов решения задачи является привлечение аппаратных средств, а также организация нескольких потоков обработки, что достаточно реально для машин с несколькими процессорами.

Программные средства диагностики

В Интернет имеется немало общедоступных специализированных диагностических программных продуктов: Etherfind, Tcpdump , netwatch, snmpman, netguard, ws_watch.

Такие средства входят также и в комплекты поставки большинства стандартных сетевых пакетов для ОС MS-DOS, UNIX, Windows NT, VMS и других: ping, tracetoute, netstat, arp, snmpi, dig (venera.isi.edu /pub), hosts, nslookup, ifconfig, ripquery. Перечисленные выше диагностические программы являются необходимым инструментом для отладки программ, передающих и принимающих пакеты.

Диагностические команды ОС

Таблица 1.

Название команды Назначение

arp Отображает или модифицирует таблицу протокола ARP (преобразование IP в MAC-адреса)

chnamsv Служит для изменения конфигурации службы имен на ЭВМ (для TCP/IP)

chprtsv Изменяет конфигурацию службы печати на ЭВМ-клиенте или сервере

gettable Получает таблицы ЭВМ в формате NIC

hostent Непосредственно манипулирует записями адресного соот-ветствия ЭВМ в конфигурационной базе данных системы

hostid Устанавливает или отображает идентификатор данной ЭВМ

hostname Устанавливает или отображает имя данной ЭВМ

htable Преобразует файлы ЭВМ в формат, используемый программами сетевой библиотеки

ifconfig Конфигурирует или отображает параметры сетевых интерфейсов ЭВМ (для протоколов TCP/IP)

ipreport Генерирует сообщение о маршруте пакета на основе специфицированного маршрутного файла

iptrace Обеспечивает отслеживание маршрута движения пакетов на интерфейсном уровне для протоколов Интернет

lsnamsv Отображает информацию базы данных DNS

lsprtsv Отображает информацию из базы данных сетевой службы печати

mkhost Создает файл таблицы ПК

mknamsv Конфигурирует службу имен клиент ПК (для TCP/IP)

mktcpip Устанавливает требуемые величины для запуска TCP/IP на ЭВМ

namerslv Непосредственно манипулирует записями сервера имен для локальной программы DNS в базе данных конфигурирования системы

netstat Отображает состояние сети

no Конфигурирует сетевые опции

rmnamsv Удаляет TCP/IP службу имен из ЭВМ

rmprtsv Удаляет службу печати на машине клиента или сервере

route Служит для ручного манипулирования маршрутными таб-лицами

ruptime Отображает состояние каждой ЭВМ в сети

ruser Непосредственно манипулирует записями в трех отдельных системных базах данных, которые регулируют доступом внешних ЭВМ к программам

securetcpip Активизирует сетевую безопасность

setclock Устанавливает время и дату для ЭВМ в сети

slattach Подключает последовательные каналы в качестве сетевых интерфейсов

timedc Присылает информацию о демоне timed

trpt Выполняет отслеживание реализации протокола для TCP-сокетов

Для того чтобы диагностировать ситуацию в сети, необходимо представлять себе взаимодействие различных ее частей в рамках протоколов TCP/IP и иметь некоторое представление о работе Ethernet .

Сети, следующие рекомендациям Интернет, имеют локальный сервер имен (DNS, RFC-1912, -1886, -1713, -1706, -1611-12, -1536-37, -1183, -1101, -1034-35; цифры, напечатанные полужирным шрифтом, соответствуют кодам документов, содержащим описания стандартов), служащий для преобразования символьного имени сетевого объекта в его IP-адрес. Обычно эта машина базируется на ОС UNIX.

DNS-сервер обслуживает соответствующую базу данных, которая хранит много другой полезной информации. Многие ПК имеют SNMP-резиденты (RFC-1901-7, -1446-5, -1418-20, -1353, -1270, -1157, -1098), обслуживающие управляющую базу данных MIB (RFC-1792, -1748-49, -1743, -1697, -1573, -1565-66, -1513-14, -1230, -1227, -1212-13), содержимое которой поможет также узнать много интересного о состоянии вашей сети. Сама идеология Интернет предполагает богатую диагностику (протокол ICMP, RFC-1256, 1885, -1788, -792).

Использование протокола ICMP

Протокол ICMP используется в наиболее популярной диагностической программе ping (входит в поставку практически всех сетевых пакетов). Возможная форма вызова этой программы имеет вид:

ping <имя или адрес ЭВМ или другого объекта> [размер пакета] [число посылок]

В различных реализациях программа ping имеет много различных опций, которые позволяют измерять статистические характеристики канала (например, потери), определение задержки в канале (RTT), отображение посылаемых пакетов и получаемых откликов, а также определение маршрута до интересующего объекта. Ping используется для определения доступности сервис-провайдера и т.д.

Ниже приведен пример использования команды tracetoute, которая во многом эквивалентна ping (но базируется непосредственно на IP, используя соответствующие опции):

traceroute kirk.Bond.edu.au

Программа traceroute посылает по три пакета с нарастающими значениями TTL, если отклик на пакет не получен печатается символ *. Большие задержки (RTT) в приведенном примере определяются спутниковыми каналами связи (время распространения сигнала до спутника!).

Для того чтобы правильно реагировать на нештатные ситуации, надо хорошо представлять себе, как сеть должна работать в нормальных условиях. Для этого надо изучить сеть, ее топологию, внешние связи, конфигурацию программного обеспечения центральных серверов и периферийных ПК. Следует иметь в виду, что изменение конфигурации является обычно привилегией системного администратора и в любых сомнительных случаях нужно обращаться к нему. Неквалифицированные действия при реконфигурировании системы могут иметь катастрофические последствия.

Применение DNS для целей диагностики

Как уже отмечалось выше, одним из важнейших частей любого узла Интернет является сервер имен (DNS). Конфигурация DNS-сервера определяется тремя файлами: named.boot, named.ca и named.local. Зонная информация содержится в файле named.rev, а данные о локальном домене в файле named.hosts. Отладка, контроль и диагностика DNS-сервера осуществляется с использованием программ nslookup (или dig).

DNS-сервер весьма важный объект узла, от него зависит скорость обслуживания запросов и надежность системы в целом. Именно по этой причине помимо основного любой узел имеет несколько вторичных DNS-серверов.

Программа ifconfig служит для контроля состояния сетевых интерфейсов, их конфигурирования и проверки. С помощью этой команды интерфейсу присваивается IP-адрес, субсетевая маска и широковещательный адрес.

Применение NETSTAT

Одной из наиболее информативных команд является netstat (за исчерпы-вающим описанием опций и методов применения отсылаю к документации на ваше сетевое программное обеспечение).

Эта команда может вам дать информацию о состоянии интерфейсов на ПК, где она исполнена: netstat -i

В последнее время появилось несколько комплексных (общедоступных) пакетов диагностики (NetWatch, WS_watch, SNMPMAN, Netguard и др.). Некоторые из этих пакетов позволяют построить графическую модель тестируемой сети, выделяя цветом или с помощью вариации картинок работающие ЭВМ. Программы, использующие протокол SNMP, проверяют наличие посредством специального запроса доступность SNMP-демона, с помощью ICMP-протокола определяют работоспособность ЭВМ, после чего отображают переменные и массивы данных из управляющей базы данных MIB (если эта база имеет уровень доступа public). Это может делаться автоматически или по запросу оператора. SNMP-протокол позволяет мониторировать вариации загрузки отдельных сегментов сети пакетами UDP, TCP, ICMP и т.д., регистрируя количество ошибок по каждому из активных интерфейсов. Для решения этой задачи можно использовать соответствующую программу, которая регулярно опрашивает MIB интересующих вас ЭВМ, а полученные числа заносятся в соответствующий банк данных. При возникновении нештатной ситуации администратор сети может просмотреть вариации потоков в сегментах сети и выявить время и причину сбоя в системе. Аналогичные данные можно получить с помощью программы, переводящей интерфейс Ethernet в режим приема всех пакетов (mode=6). Такая программа допускает получение данных по всем типам пакетов, циркулирующих в данном кабельном сегменте.

Определенный интерес может представлять диагностическая программа ttcp, которая позволяет измерять некоторые характеристики TCP- или UDP-обменов между двумя узлами.

При переходе сетей в гигабитный диапазон скоростей, в частности на 10Гбит/с, возникают трудности мониторинга состояния сети.