2.1 Документирование сети

Ведение документирования сети дает сетевому администратору целый ряд преимуществ. Документирование сети служит: инструментом для устранения неисправностей - в том случае, если что-нибудь идет не так как надо, документация может служить руководством при поиске и устранении неисправности; помощью в подготовке нового персонала - новый сотрудник будет скорее готов к работе, если доступна документация по тому участку работы, где ему предстоит работать; помощью для поставщиков и консультантов - услуги этих людей, как правило, весьма дороги, если им нужно знать какие-либо детали сетевой инфраструктуры,

то наличие документации позволит им выполнить свою работу быстрее, что, опять же, приводит к экономии времени. Каждая сеть имеет свои уникальные особенности, но обладает и многими общими элементами, которые должны быть включены в документацию: топология сети - обычно эта информация представляется в форме диаграмм, на которых показаны основные сетевые узлы, такие как маршрутизаторы, коммутаторы, файерволы, сервера и как они взаимосвязаны.

Принтеры и рабочие станции обычно сюда не включаются; информация о серверах - то есть, та информация, которая необходима для управления и администрирования серверами, такая как имя, функции, IP адреса, конфигурация дисков, ОС и сервис-паки, дата и место покупки, гарантия и т.д.; назначение портов коммутаторов и маршрутизаторов - сюда включается детальная информация о конфигурации WAN,

VLAN-ов; конфигурация сетевых служб -- сетевые службы, такие как DNS, WINS, DHCP, и RAS, критичны для операций в сети, следует детально описать, как они структурированы. Данную информацию всегда можно получить с серверов, но документация ее заранее в легкочитаемом формате позволяет сэкономить время; политики и профили доменов - можно ограничить возможности пользователей с

помощью Policy Editor в Windows NT. При этом существует возможность создать профили пользователей, хранимые на сервере, а не на локальной машине, если такие

возможности используются, то такая информация должна быть документирована;

критически важные приложения - необходимо включить в документацию как такие приложения поддерживаются, что бывает с ними чаще всего не так и как решать такие проблемы; Процедуры -- средство для реализации политик и могут быть достаточно обширными. В частности, политика может устанавливать, что «Сеть должна быть защищена от неавторизованных пользователей». Однако, для реализации такой политики, потребуется масса усилий. [6] Существуют процедуры для сетевых протоколов, паролей, физической безопасности и т.д. Можно также иметь отдельные процедуры для обработки проблем, о которых сообщают пользователи, и процедуры для регулярного обслуживания серверов. Как показывает практика, большинство средних предприятий, особенно государственных учреждений, используют ручной способ ведения документирования сети, т.е для них вполне достаточно списков Excel и знаний ответственного за IT специалиста. Использование специальных систем документирования сети, позволит значительно снизить риски в случае отказа компонентов или физического повреждения инфраструктуры в результате строительных работ, пожара или наводнения, внезапного увольнения или исчезновения ответственного специалиста и уменьшить время при восстановлении инфраструктуры. Система документирования инфраструктуры сети (CMS) - это интегрированная система, позволяющая хранить в едином месте и иметь удобный доступ к информации обо всех объектах сети (будь то отдельные компьютеры, соединительные кабели, системы теленаблюдения, пожарной сигнализации и т. п.) и соединениях между ними. Основной задачей современных систем документирования сети на базе программного обеспечения является достижение гибкости и точности документации, а также управление сетями при низких затратах и минимальных трудностях.

Система документирования сети хранит данные о всех пассивных (кабели, разъемы, панели переключений, распределительные шкафы) и активных (маршрутизаторы, коммутаторы, серверы, ПК, УАТС) компонентах сети, включая информацию о соединениях и их состоянии (Connectivity) в центральной реляционной базе данных (к примеру, Oracle, SQL, DB2), и визуализирует всю систему как в алфавитно-цифровой, так и в графической форме. Кроме того, основываясь на планах зданий и земельных участков, можно отобразить расположение отдельных компонентов и маршруты прокладки кабеля. Информация о компонентах и их изображения хранятся в библиотеке компонентов, которая постоянно обновляется. Многие современные системы уже предлагают клиенты Web, позволяющие получать доступ к документации по сети через Internet. Некоторые системы документирования сети даже обладают функцией обнаружения (Discovery) для автоматического выявления посредством SNMP новых активных компонентов и включения их в документацию. При наличии системы документирования сети пользователь в любое время может получить актуальный и целостный обзор всех сетевых ресурсов инфраструктуры организации.

Система документирования сети позволяет осуществлять большее (чем при обработке вручную) количество действий, необходимых для функционирования инфраструктуры сети, и при этом значительно экономит время на их выполнение. Вдобавок предотвращаются ошибки при вводе данных или их дублирование. В систему можно вводить автоматизированные процессы для изменения инфраструктуры (Change Requests) и, наконец, автоматически создавать рабочие задания. Деятельность обслуживающего персонала на местах становится намного эффективнее, за счет чего существенно упрощаются процессы обслуживания и изменения компьютерной сети.

Расчеты показали, что сокращение усилий, а соответственно, и финансовых затрат на планирование и документирование необходимых изменений в сети может достигать 90%. Согласно статистике по Network Operating Centers (NOC), около 80% всех неполадок в сети вызваны неисправностью проводки. При использовании системы документирования сети предприятия могут быстро локализовать проблемную зону и, таким образом, оперативно устранить неполадки.

Более того, посредством системы документирования сети можно планировать и организовывать избыточные маршруты передачи сигнала, с тем, чтобы в случае неполадок просто подключить их.

В настоящее время системы документирования сети используют преимущественно крупные компании, а также поставщики энергии и муниципальные предприятия, обладающие протяженной и сложной инфраструктурой ИТК.[6] Системы документирования применяют и телекоммуникационные предприятия, которые обязаны обеспечивать доступность инфраструктуры для своих клиентов и подтверждать это фактически. Все чаще делают ставку на системы документирования сети больницы и другие учреждения, в которых доступность и надежность структуры сети являются жизненной необходимостью. Для повседневной деятельности эксплуатационных организаций и владельцев зданий, предоставляющих сеть для нескольких предприятий на одной территории, системы документирования сети тоже имеют огромное значение. В качестве примера рассмотрим некоторые из подобных систем. Friendly Pinger - это удобное приложение для администрирования, мониторинга и инвентаризации компьютерных сетей. Представляет следующие возможности: визуализация компьютерной сети в красивой анимационной форме с отображением, какие компьютеры включены, а какие нет; оповещение об остановке/запуске серверов; просмотр, кто, к каким файлам обращается на компьютере по сети; автоматический сбор информации о программном и аппаратном обеспечении компьютеров в сети.

LANState - программа для администраторов и простых пользователей сетей Microsoft Windows. LANState содержит множество полезных функций для администраторов и пользователей сети.

Рис. 2.1- Карта сети

Также имеется возможность получения различной информации об удаленных компьютерах (без инсталляции серверной части на них).

Для пользователей сети: программа позволяет наглядно видеть какие компьютеры в сети включены, а какие - нет. Можно настроить сигнализацию на включение/выключение определенных компьютеров и серверов в сети, на доступность файлов и папок, на запуск web- и FTP-серверов, и на другие события.

LANState осуществляет контроль подключений к общим ресурсам и отслеживает обращения к файлам из сети. Есть возможность выяснить, кто и к каким файлам на компьютере обращается по сети, в том числе и через

административные ресурсы. Для администраторов: управление компьютерами в сети, получение разнообразной информации об удаленных компьютерах (списки пользователей, запущенные службы и приложения, установленные программы, доступ к реестру и журналу событий), удаленное администрирование, перезагрузка, включение/выключение, и т.п. Сигнализация позволяет своевременно узнать о включении/выключении компьютеров и серверов в сети, разрыве VPN-подключений изменении размеров или доступности файлов и папок. Рассмотрим процесс создания схемы локальной сети с помощью этой программы.

LANState поддерживает сканирование SNMP-устройств и может рисовать схему сети автоматически с созданием линий, соединяющих хосты. При этом номера портов коммутаторов проставляются в подписях к линиям. Для автоматического построения схемы сети: 1. SNMP должен быть включен на коммутаторах. Программа должна быть разрешена в брандмауэре для успешной работы по протоколу SNMP. 2. Запустить Мастер Создания Карты Сети. 3. Выбрать сканирование сети по диапазону IP-адресов. Указать диапазоны.

Устройства с SNMP должны находиться внутри указанных диапазонов.4. Выбрать методы сканирования и настроить их параметры. Поставить галочку рядом с опцией "Поиск устройств с SNMP..." и указать правильные community strings для подключения к коммутаторам. 5. После сканирования программа должна нарисовать схему сети. Если сканирование SNMP прошло успешно, соединения между сетевыми устройствами будут нарисованы автоматически.

Схема сети может быть выгружена в картинку, либо в схему Microsoft Visio.

Рис. 2.2 - Задание диапазона адресов

Рис.2.3 - Параметры и способы сканирования

Рис.2.4 - Укрупненная схема сети

2.2 Инструменты диагностики

Ключевой функцией инструмента диагностики является обеспечение визуального представления реального состояния сети. Традиционно поставляемые производителями инструменты визуализации 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). 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. 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. 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. 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.

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.

2.3 Методика упреждающей диагностики. Организация процесса диагностики

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, можно 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. Любая методика тестирования сети существенно зависит от имеющихся в распоряжении системного администратора средств. По мнению некоторых администраторов, в большинстве случаев необходимым и достаточным cредством для обнаружения дефектов сети является анализатор сетевых протоколов.

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%. Но сделать на основании этих данных достоверный вывод о том, что причиной медленной работы программ в сети является перегруженность канала связи нельзя. 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. Чтобы определить, какова же максимально допустимая утилизация канала связи в каждом конкретном случае, рекомендуется 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 не замедляет работу сети, а, наоборот, свидетельствует об эффективном использовании ее ресурсов прикладным ПО. Таким образом, если в сети утилизация канала связи высока, надо постараться определить, сколько компьютеров одновременно ведут обмен данными. 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.

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 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. 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, следует придерживаться следующих правил: 1. Не все измерительные приборы правильно определяют общее число коллизий в сети. 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. этап 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.

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).

4. При диагностике сети 10BaseT все коллизии должны фиксироваться как удаленные, если анализатор протоколов не создает трафика. Если администратор пассивно (без генерации трафика) наблюдает за сетью 10BaseT и физический сегмент в месте подключения анализатора (измерительного прибора) исправен, то все коллизии должны фиксироваться как удаленные. Если видны 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.

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.

Заключение