Методы оптимизации компьютерной сети

Ланских Евгений Владимирович 1 , Шкарбан Антон Владимирович 2 , Скрипка Яна Сергеевна 3
1 Черкасский государственный технологический университет, к.т.н., доцент, кафедры компьютерных систем
2 Киевский национальный университет технологий и дизайна, студент кафедры информационно компьютерных технологий и фундаментальных дисциплин
3 Киевский национальный университет технологий и дизайна, ассистент кафедры информационно компьютерных технологий и фундаментальных дисциплин

Аннотация
Работа посвящена исследованию оптимизации производительности сетей. Целью данной работы является совершенствование сетей передачи данных на основе повышения их производительности. Исследован метод сегментации, который состоит из трех подходов: сегментирование с помощью серверов, маршрутизаторов и брандмауэров, а также с помощью виртуальных локальных машин. При сегментировании сети можно достичь высокого показателя ее производительности.

Lanskih Evgeniy Vladimirovich 1 , Shkarban Anton Vladimirovich 2 , Skrupka Yana Sergeevna 3
1 Cherkasy State Technological University, Ph.D., Associate Professor, Department of Computer Systems
2 Kiev National University of Technology and Design, student of computer technology and information fundamental disciplines department
3 Kiev National University of Technology and Design, Assistant of the Department of Information and Computer Technology fundamental disciplines department

Abstract
Work is devoted to optimizing network performance. The aim of this work is to improve data networks by improving their productivity. The method of segmentation, which consists of three approaches: segmentation using servers, routers and firewalls, as well as with local virtual machines. When segmenting the network can reach a high of productivity.

Библиографическая ссылка на статью:
Ланских Е.В., Шкарбан А.В., Скрипка Я.С. Исследование методов оптимизации производительности сетей // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 5. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2014/05/34005 (дата обращения: 12.07.2023).

Современные технологии предоставляют большой спектр возможностей для организации разных видов услуг таких как: организация электронного документооборота и ведение общего архивов документов, организация корпоративной телефонной сети, организация систем конференций; построение распределенных систем видеонаблюдения, организация удаленного доступа к файлам и серверов с базами данных и т.д.

Цель данной статьи исследование методов оптимизации сетей. От повышения оптимизации параметров сетей зависит конечно же и качество, и конкурентоспособность оператора. Итак, актуальной становится задача совершенствования сетей передачи данных на основе повышения их производительности, в частности, это касается скорости передачи данных. Что бы повысить производительность компьютерных сетей используется много методов, в частности метод сегментации.

Корпоративные сети, могут состоять как из одного, так из двух файловых серверов и рабочих станций, превратились в сложные, высоко критические среды передачи данных, в которых имеется множество серверов различных типов, а также большое количество рабочих групп, нуждающихся в связи друг с другом. В данной ситуации несегментированная сеть буде работать некорректно, что в последствии приведёт к послаблению безопасности сети, к снижению передачи данных, то есть к снижению производительности. Конечно же такая сеть не будет надежной (рисунок 1).

Рисунок 1 – Пример не сегментируемой сети

На данном изображении показано, что каждая рабочая станция имеет доступ друг к другу и к серверам. Такая настройка сети может быть и защищённой и нет, но если все рабочие станции будут обмениваться информацией одновременно, сеть будет загруженной и это приведет к снижению ее производительности.

За счет сегментирования можно повысить надежность и производительность сети так как проблема изолируется на данном участке (сегменте). Например, если любая рабочая станция выйдет из строя на собственном сегменте, то на работоспособность других машин это не повлияет.

Безопасность в сегментировании так же имеет ряд преимуществ: ограничение за пределами сегмента доступа для пользователей. В том случае, если у вас есть маршрутизатор, то вы можете определить и разрешить, каким IP – адресам или рабочим станциям давать разрешение взаимодействовать с рабочими станциями из другого сегмента. Это не решает полностью проблемы ограничения доступа пользователя данным сегментом, но позволит свести их к минимуму.

Наконец, с помощью сегментации вы можете обеспечить поддержкой необходимые, а иногда плохо заканчивающие, проекты ваших программистов. Основным при сегментации сети является получение описанных преимуществ при сохранении необходимого уровня взаимодействия между группами.

Существует три подхода сегментации сети. Первый заключается в использовании файловых серверов и приложений, второй в использовании брандмауэров и маршрутизаторов, а третий базируется на технологии виртуальных локальных сетей (ВЛС).

Для разделения большой сети на мелкие группы можно использовать метод серверов. При этом каждая группа будет иметь собственный файловый сервер. В этом случае файловый сервер будет служить посредником при общении с другими группами (рисунок 2). К примеру, каждый файловый сервер в сети может действовать аналогично, как и сервер почтового отделения, осуществляя автоматическую пересылку почты с промежуточным хранением между всеми почтовыми серверами.

Рисунок 2 – Сегментирование с помощью серверов

Нужно иметь минимум две сетевые платы на каждом сервере системы, для сегментирования сети с помощью серверов. Одна из них служит для поддержания локальной группы или же сегмента, а вторая – будет поддерживать соединение с сетью серверов. Рабочая группа может обращаться только к своему серверу, с помощью такой конфигурации. Это повлечет за собой организацию связи с различными серверами в сети. Пользователи данной рабочей группы могут через proxy иметь доступ ко всем серверам Web в сети. При этом обмен информацией происходит на прикладном уровне. К примеру, пользователи Lotus Notes могут обмениваться электронной почтой с серверами Notes; а клиент IMAP4 такой возможности не имеет, потому, что серверы Notes поддерживают только Notes и POP3.

Также proxy-серверы поддерживают кэширование, которое разрешает снизить трафик в сети и за счет этого повышается производительность сети. В случае proxy – сервера Web, если один пользователь запрашивает конкретную страницу, то proxy – сервер запрашивает указанный сервер, затем предоставляет результат пользователю и сохраняет копию передаваемой страницы в кэше на диске. Когда другой пользователь запрашивает ту же страницу, то proxy – сервер не открывает лишний раз страницу в Internet, а берет ее из кэша.

Маршрутизаторы и брандмауэры, функционирующие на третьем уровне модели OSI, сначала анализируют пакеты данных, а только потом передают их адресату. Такой механизм является эффективным для передачи с промежуточным хранением данных. Отличным решением для поддержки удаленного управления, видеоконференций и потокового видео есть то, что задержка на маршрутизаторах и брандмауэрах небольшая.

Обычно брандмауэры ассоциируются с обеспечением защиты в Internet, но они в равной степени применимы для внутреннего использования. Маршрутизаторы за счет ограничения доступа между сегментами предоставляют достаточную защиту для внутренних целей (рисунок 3).

Рисунок 3 – Сегментирование с помощью маршрутизаторов и брандмауэров

Брандмауэры и маршрутизаторы предотвращают конфликтные ситуации между соседними рабочими станциями. В основном трафик остается внутри сегмента, а соответствующая информация фильтруется и продвигается дальше брандмауэром или маршрутизатором. Подход на основе брандмауэров и маршрутизаторов не только для поддержки коммуникаций между сегментами в реальном времени, он еще обеспечивает дополнительную гибкость для приложений, когда они обращаются в другие сегменты.

Сложность данного подхода зависит от числа определяемых вами параметров – это есть его минусом. Для определения, какую информацию пропускать, а какую нет, вы можете задать много фильтров; сконфигурировать устройство можно так, чтобы оно обязательно проверяло отправителя, получателя, используемые протоколы и типы передаваемых пакетов. Например, если вы желаете, чтобы одна группа фильтров применялась к одной группе пользователей, а другая – ко второй, то эта задача будет посложнее. Для упрощения задачи можно использовать небольшой набор опций фильтрации.

Маршрутизаторы и брандмауэры также весьма эффективны в ограничении широковещательного трафика. К примеру, широковещательное видео является эффективным способом доставки видеоинформации, но только тогда, когда видео используется только для обучения.

Маршрутизаторы и брандмауэры могут использоваться для ограничения трафика между сегментами. Но при таком подходе будет трудно получить статистику о уровне трафика в сети. Такую информацию необходимо собирать на регулярной основе, т.е. статистика для выявления проблемы, связанных с ограниченностью пропускной способности. Эта информация позволяет выявить факт генерации больших объемов трафика одним пользователем или группой пользователей. Это сигнал для того, что сеть нужно сегментировать.

Виртуальные сети приобретают популярность из-за того, что сегменты редко бывают статичными: в силу производственных соображений, а также из-за того, что сегменты находятся в состоянии постоянного видоизменения с помощью кадровых изменений. Конфигурировать эти изменения можно вручную, переводя людей из одной группы в другую, или предоставлять членам одной группы доступ к ресурсам другой. Это довольно утомительное и трудоемкое занятие. Поэтому для решения этой задачи требуется дополнительное оборудование: маршрутизаторы и брандмауэры, т.е. потребуется дополнительное время на мониторинг и обслуживание дополнительных устройств в сети. Через что виртуальные сети являются наиболее предпочтительным способом сегментирования, особенно в крупных сетях (рисунок 4). Программное обеспечение внутри коммутатора выполняет все функции сегментирования, с помощью виртуальных сетей.

Рисунок 4 – Сегментирование с помощью виртуальных локальных сетей

На изображении показана одна большая сеть. Но даже с применением виртуальных сетей, логическая иерархия не обязательно должна соответствовать физической структуре сети. Движение трафика в коммутаторах происходит в соответствии с логическими сегментами, а не с физическими соединениями.

С помощью программного обеспечения, администратор может определить, что конкретный порт на одном коммутаторе принадлежит сети А, в то время, как соседний порт на том же коммутаторе принадлежит сети Б. В этом случае, две рабочие станции, подключенные к одному коммутатору, и находясь в разных сетях, будут работать с двумя разными файловыми серверами. Сконфигурировать виртуальные сети можно так, что общаться друг с другом напрямую эти рабочие станции не смогут. Оборудование некоторых производителей позволяет включать рабочие станции в несколько виртуальных сетей. Если кому-то из пользователей необходим доступ к нескольким сегментам, для этого используют виртуальные сети.

Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети принципы, технологии, протоколы. – СПб: Питер, 2002.-672с.
Кулаков Ю.А., Омельянский С.В. Компьютерные сети. Выбор, установка, использование и администрирование.- К.: Юниор, 2000.- 544с.
Гук М. Аппаратные средства локальных сетей. Энциклопедия.- СПб: Питер, 2001.- 576 с.
Новиков Ю.В., Карпенко Д.Г. Аппаратура локальных сетей: функции, выбор, разработка.- М.: ЭКОМ, 1998.- 288 с.
Бертсекас Д., Галлагер Р. Сети передачи данных: Пер. с англ.- М.: Мир, 1999.- 544 с.
Кульгин М. Технологии корпоративных сетей. Энциклопедия – СПб: Питер, 2002.- 704 с.

Источник