Что нужно знать для проектирования лвс. Курсовая работа: Проектирование локальной вычислительной сети Создание локальной. Проектирование кабельной системы ЛВС

Проектирование ЛВС — это разработка проекта коммуникационной системы, которая объединяет пользовательские рабочие станции и периферийное оборудование в пределах одного здания или помещения, относящегося к одной организации. ЛВС (локальная вычислительная сеть) актуальна для систем с двумя и более компьютерами. Чем больше оборудования в одной локальной сети, тем она сложнее в проектировании и обслуживании, но тем больше преимуществ дает:

  • быстрая и бесперебойная передача данных между компьютерами;
  • ограничение доступа к корпоративным ресурсам;
  • совместная работа с периферийными устройствами;
  • контролируемый доступ пользователей к интернету.

Обоснование проектирования ЛВС

Компьютеры, которые объединены локальной вычислительной сетью, позволяют сотрудникам совместно использовать информационные корпоративные ресурсы, периферийное оборудование и обмениваться данными. Именно ускоренная и упрощенная обработка информационных потоков — главное обоснование проектирования ЛВС на предприятии. Связанные единой сетью ПК объединяются в одно информационное пространство, в котором удобно получать доступ к ресурсам — общим папкам на емких накопителях, принтерам и другим. Количество ошибок и инцидентов потерь данных при таком способе обмена стремится к нулю при высокой скорости обмена данными в пределах сети.

Подготовка к проектированию ЛВС

Проектирование ЛВС СКС (структурированной кабельной системы) представляет собой разработку документации, в которой описывается структура сети, ее топология, расположение конечных пользовательских устройств, компьютерных розеток и характеристики оборудования для построения ЛВС.

До начала проектирования в организации собирают и анализируют такую информацию:

  • сколько единиц техники будет объединять ЛВС. Учитываются ПК, печатные устройства, АТС и другое оборудование. Это позволит рассчитать в проекте нагрузку, которую будет испытывать локальная вычислительная сеть в штатном режиме работы;
  • физические характеристики помещений, по которым будет проложена ЛВС. Учитывают площадь комнат, высоту потолков, максимальное расстояние между устройствами. От последнего параметра обратно пропорционально зависит скорость передачи данных в ЛВС;
  • расположение компонентов, которые чаще других нуждаются в сервисном обслуживании . Чем проще получить к ним доступ, тем меньше времени сеть будет недоступна и рабочий процесс не нарушится. Инженеры смогут быстро выполнить основные этапы ремонта или профилактики.

Основные принципы проектирования ЛВС — обеспечение высокой скорости и безопасности передачи данных. В зависимости от критичности этих требований инженеры-проектировщики выбирают подходящее оборудование и ОС для сервера и пользовательских устройств.

На этапе составления технических требований к будущей ЛВС выбирают подходящую топологию, которая определяет способ физического соединения устройств в пределах сети. Наиболее популярные варианты: шинная, кольцевая и звезда.

Шинная (линейная) — используется один центральный кабель, к которому подключены пользовательские GR. Этот кабель ведет к серверу (центральному компьютеру), на котором хранится общая информация, прописаны права доступа, настроен почтовый сервер.

  • Плюсы : при отключении одного устройства не нарушается работа остальных машин, простой проект ЛВС и доступная стоимость монтажа.
  • Недостатки : повреждение центрального кабеля нарушает работу сети, низкая скорость передачи данных, ограничение для применения в ЛВС с большим количеством конечных устройств.

Кольцевая — предполагает последовательное соединение устройств (одноранговая ЛВС). Топология встречается в локальных сеях, спроектированных несколько лет назад. Сегодня практически не используется, но о ней необходимо знать тем, кто изучает основы проектирования ЛВС.

  • Плюсы : низкая стоимость проектирования ЛВС и монтажа (не нужен маршрутизатор, требуется минимум кабеля).
  • Минусы : малая скорость передачи данных, при неисправности на одном участке останавливается работа всех пользовательских устройств, сложна настройка и ТО системы.

Звезда — устройства подключаются к серверу параллельно через хаб или концентратор. Это наиболее удобный способ обмена данными между ПК, принтерами и другим оборудованием. Сегодня это основной принцип подключения компьютеров в ЛВС.

  • Плюсы : гибкое масштабирование, стабильная производительность и пропускная способность, удобный монтаж и обслуживание.
  • Минусы : сильная зависимость устройств ЛВС от хаба/концентратора (если он выйдет из строя, сеть упадет), количество подключений ограничено количеством портов на хабе, большой расход кабеля, высокая стоимость вспомогательного оборудования.

Этапы проектирования ЛВС


Программы для проектирования ЛВС

Разработка проекта будущей ЛВС — сложная задача, которая требует профессиональных знаний и опыта. Но упростить эту задачу можно, в этом помогут программы для проектирования ЛВС.

  • AutoCAD — популярная система автоматизированного проектирования. Универсальная (подходит для многих сфер), но не адаптированная под проектирование ЛВС, поэтому для этой задачи у нее избыточный функционал и завышенная стоимость лицензии.
  • CAD5D — онлайн-сервис для проектирования. Поддерживает поэтажные планы, размещение абонентских устройств и ключевых узлов, создание пакета проектной документации, учитывает спецификации материалов и оборудования.
  • ZWCAD претендует на звание бюджетного аналога AutoCAD и предлагает широкий выбор инструментов для работы в двумерном и трехмерном пространстве. Позволяет организовывать элементы ЛВС в виде блоков, поддерживает параллельную работу с графикой и текстом. Для расширения базовой функциональности используются дополнительные модули.

Локальная вычислительная сеть - это понятие, знакомое многим не понаслышке. Практически каждое предприятие использует эту технологию, поэтому можно утверждать, что каждый человек так или иначе сталкивался с ней. Локальные сети существенно ускорили производственные процессы, тем самым дав резкий скачок дальнейшему их применению по всему земному шару. Все это позволяет прогнозировать дальнейший рост и развитие подобной системы передачи данных, вплоть до внедрения ЛВС на каждом, даже самом небольшом предприятии.

Понятие локальной сети

Локальная вычислительная сеть представляет собойнекое количество компьютеров, соединенных между собой специальным оборудованием, позволяющим осуществлять полноценный обмен информацией между ними. Важной особенностью этого вида передачи данных является относительно небольшая территория размещения узлов связи, то есть самих вычислительных машин.

Локальные сети не только существенно облегчают взаимодействие между пользователями, но и выполняют некоторые другие функции:

  • Упрощают работу с документацией. Сотрудники могут редактировать и просматривать файлы на своем рабочем месте. При этом надобность в коллективных собраниях и совещаниях отпадает, что экономит драгоценное время.
  • Позволяют работать над документами совместно с коллегами, когда каждый находится за своим компьютером.
  • Дают возможность доступа к приложениям, установленным на сервере, что позволяет экономить свободное пространство на установленном жестком диске.
  • Экономят пространство на жестком диске, позволяя сохранять документы на главном компьютере.

Виды сетей

Локальная вычислительная сеть может быть представлена двумя моделями: одноранговой сетью и иерархической. Различаются они способами взаимодействия узлов связи.

Одноранговая сеть основана на равноправии всех машин, а данные распределены между каждой из них. По сути, пользователь одного компьютера может получить доступ к ресурсам и информации другого. Эффективность работы одноранговой модели напрямую зависит от числа рабочих узлов, а уровень ее безопасности неудовлетворителен, что вкупе с достаточно сложным процессом управления делает такие сети не слишком надежными и удобными.

Иерархическая модель включает в себя один (или больше) главный сервер, где хранятся и обрабатываются все данные, и несколько узлов-клиентов. Этот тип сетей используется гораздо чаще первого, имея преимущество в быстродействии, надежности и безопасности. Однако скорость работы такой ЛВС во многом зависит от сервера, что при определенных условиях можно считать недостатком.

Составление технических требований

Проектирование локальной вычислительной сети представляет собой достаточно сложный процесс. Начинается он с разработки технического задания, которое следует тщательно продумать, так как недочеты в нем грозят последующими трудностями в построении сети и дополнительными финансовыми затратами. Первичное проектирование можно произвести с помощью специальных конфигураторов, которые позволят подобрать оптимальное сетевое оборудование. Особенно удобны такие программы тем, что можно исправлять различные значения и параметры непосредственно во время работы, а также составлять отчет по окончании процесса. Только после этих действий можно будет приступить к следующему этапу.

Эскизное проектирование

Этот этап заключается в сборе данных о предприятии, где планируется монтаж локально вычислительной сети, и анализе полученной информации. Определяется количество:

  • Пользователей.
  • Рабочих станций.
  • Серверных помещений.
  • Портов подключения.

Важным моментом является наличие данных о путях прокладки магистралей и планирование определенной топологии. В целом же необходимо придерживаться ряда требований, которые предъявляет стандарт IEEE 802.3. Однако, несмотря на эти правила, иногда может понадобиться произвести расчеты задержек распространения сигнала или же проконсультироваться у производителей сетевого оборудования.

Основные характеристики ЛВС

Выбирая способ размещения узлов связи, необходимо помнить об основных требованиях, предъявляемых к локальным сетям:

  • Производительности, которая сочетает в себе несколько понятий: пропускную способность, время реакции, задержку передачи.
  • Совместимости, т.е. способности подключить разное оборудование локальных вычислительных сетей и программное обеспечение.
  • Безопасности, надежности, т.е. возможности предотвращения несанкционированного доступа и полной защиты данных.
  • Масштабируемости - способности увеличения количества рабочих станций без ухудшения производительности сети.
  • Управляемости - возможности контроля главных элементов сети, профилактики и устранения проблем.
  • Прозрачности сети, заключающейся в представлении для пользователей единым вычислительным устройством.

Основные топологии локально-вычислительных сетей: достоинства и недостатки

Топология сети представляет собой физическое ее расположение, значительно влияя на основные характеристики. На современных предприятиях в основном используются три вида топологий: "Звезда", "Шина" и "Кольцо".

Топология «Звезда» является самой распространенной, имеет множество преимуществ перед остальными. Такой способ монтажа отличается высокой надежностью; если какой-либо компьютер вышел из строя (кроме сервера), на работу остальных это никак не повлияет.

Топология «Шина» представляет собой единый магистральный кабель с подключенными вычислительными машинами. Подобная организация локальной вычислительной сети экономит финансы, но не подходит для объединения большого количества компьютеров.

Топология «Кольцо» отличается низкой надежностью за счет особого расположения узлов - каждый из них соединен с двумя другими с помощью сетевых карт. Поломка одного компьютера приводит к остановке работы всей сети, поэтому такой вид топологии применяется все реже.

Рабочее проектирование сети

Локальная вычислительная сеть предприятия включает в себя также различные технологии, оборудование и кабели. Поэтому следующим этапом станет подбор всех этих элементов. Принятие решения в пользу того или иного программного либо аппаратного обеспечения определяется целью создания сети, количеством пользователей, перечнем используемых программ, размерами сети, а также ее месторасположением. В настоящее время чаще всего используются оптоволоконные магистрали, отличающиеся большой надежностью, быстродействием и доступностью.

О видах кабеля

Кабели используются в сетях для передачи сигналов между рабочими станциями, у каждого из них есть свои особенности, что необходимо учитывать при проектировании ЛВС.

  • Витая пара состоит из нескольких пар проводников, покрытых изоляцией и скрученных между собой. Невысокая цена и простота монтажа являются выгодными преимуществами, что делает такой кабель самым популярным для монтажа локальных сетей.
  • Коаксиальный кабель включает в себя два проводника, вставленных один в другой. Локальная вычислительная сеть с применением коаксиала уже не так распространена - ее заменила витая пара, однако она встречается в некоторых местах до сих пор.
  • Оптоволокно представляет собой стеклянную нить, способную переносить свет посредством его отражения от стенок. Кабель из этого материала передает данные на огромные расстояния и отличается высоким быстродействием по сравнению с витой парой и коаксиалом, однако стоит недешево.

Необходимое оборудование

Сетевое оборудование локальных вычислительных сетей включает множество элементов, наиболее часто используемыми среди которых являются:

  • Концентратор или хаб. Он объединяет некоторое количество устройств в один сегмент при помощи кабеля.
  • Коммутатор . Использует специальные процессоры для каждого порта, обрабатывающие пакеты обособленно от других портов, за счет чего обладают высокой производительностью.
  • Маршрутизатор . Это устройство, принимающее решения о рассылке пакетов на основе данных о таблицах маршрутизации и некоторых правил.
  • Модем . Широко применяется в системах связи, обеспечивая контакт с другими рабочими станциями посредством кабельной или телефонной сети.

Конечное сетевое оборудование

Аппаратное обеспечение локальной вычислительной сети в обязательном порядке включает серверную и клиентскую части.

Сервер - это мощный компьютер, имеющий высокую сетевую значимость. Функции его заключаются в хранении информации, баз данных, обслуживании пользователей и обработке программных кодов. Серверы находятся в специальных помещениях с регулируемой постоянной температурой воздуха - серверных, а корпус их оснащен дополнительной защитой от пыли, случайного выключения, а также мощной охлаждающей системой. Как правило, доступ к серверу имеют только системные администраторы либо руководители предприятия.

Рабочая станция представляет собой обычную вычислительную машину, подключенную к сети, то есть ею является любой компьютер, запрашивающий услуги у главного сервера. Для обеспечения связи на таких узлах используется модем и сетевая плата. Поскольку обычно рабочими станциями используются ресурсы сервера, клиентская часть оснащена слабыми планками памяти и жесткими дисками небольшого объема.

Программное обеспечение

Оборудование локальных вычислительных сетей не сможет полноценноосуществлять свои функции без подходящего программного обеспечения. К программной части относятся:

  • Сетевые операционные системы на серверах, составляющие основу любой сети. Именно ОС управляет доступом ко всем сетевым ресурсам, координирует маршрутизацию пакетов, разрешает конфликты устройств. В таких системах имеется встроенная поддержка протоколов TCP/IP, NetBEUI, IPX/SPX.
  • Автономные ОС, управляющие клиентской частью. Ими являются обычные операционные системы, к примеру, Windows XP, Windows 7.
  • Сетевые службы и приложения. Эти программные элементы позволяют производить различные действия: просмотр удаленной документации, печать на сетевом принтере, рассылка почтовых сообщений. Традиционные службы HTTP, POP-3, SMTP, FTP и Telnet являются основой этой категории и реализуются при помощи программного обеспечения.

Нюансы проектирования локальных сетей

Проектирование локальной вычислительной сети требует долгого и неспешного анализа, а также учета всех тонкостей. Важно предусмотреть возможность роста предприятия, что повлечет за собой и увеличение масштабов локальной сети. Составлять проект необходимо таким образом, чтобы ЛВС в любой момент была готова к подключению новой рабочей станции или другого устройства, а также модернизации любого ее узла и компонента.

Не менее важны и вопросы безопасности. Кабеля, применяемые при построении сети, должны быть надежно защищены от несанкционированного доступа, а магистрали размещены вдали от потенциально опасных мест, где они могут быть повреждены - нечаянно либо умышленно. Компоненты ЛВС, размещаемые за пределами помещения, в обязательном порядке следует заземлить и надежно закрепить.

Разработка локально вычислительной сети - это достаточно трудозатратный процесс, однако при правильном подходе и проявленной должной ответственности ЛВС будет работать надежно и стабильно, обеспечивая бесперебойную работу пользователей.

ООО «Юникс» предлагает клиентам услуги по проектированию ЛВС любого уровня сложности. Создать локально вычислительную сеть необходимо, когда организации нужен общий канал передачи данных, к которому будет подключено различное офисное оборудование. Разработка таких проектов для небольших офисов не вызывает сложностей, но проектирование ЛВС предприятия – масштабная инженерная задача, требующая комплексных решений. Специалисты должны создать крупную надежную систему, с интеграцией большого количества компьютеров и другой аппаратуры, программным обеспечением с целью обеспечить грамотный монтаж ЛВС .

Первый этап в проектировании ЛВС сетей – подготовка технического задания. В данном документе содержатся все пожелания Клиента, касающиеся количества рабочих мест, распределительных пунктов, их размещения. Также учитываются особенности самой системы – например, ее категория. Основа чаще всего является комплексной – доступ к компьютерным и телефонным сетям нужен всем сотрудникам. Отсутствие технического задания сделает невозможным разработку проекта, а правильно составленное ТЗ позволит получить качественный проект по монтажу компьютерных сетей .

Специалисты нашей компании предоставляют Клиенту необходимые консультации для правильного формирования требований по техническому заданию. Если офис небольшой, от Клиента будет достаточно плана помещения, с указанием желаемого расположения элементов сети. Желательно направить данные по следующим пунктам:

  • количество и местонахождение розеток
  • пожелания по техническим нюансам работы сети
  • предполагаемое оборудование и материалы

Используя полученную информацию, Проектный отдел создает эскиз, на котором обозначает все кабельные трассы. После этого составляется смета с указанием стоимости оборудования, материалов и услуг.

Разработка проекта ЛВС для крупных организаций

Работы по проектированию ЛВС предприятия отличаются большей трудоемкостью и комплексным подходом, с учетом всех особенностей ИТ-инфраструктуры. Разрабатывается техническая документация, в которую включаются:

  • Разработка совместной работы входящих в сеть компьютеров. Формируется информационное взаимодействие устройств, учитывается используемое программное обеспечение.
  • Подготовка проекта кабельной системы. По плану здания определяются маршруты прокладки кабельных трасс, определяются места под коммутационное оборудование, по нему составляются спецификации.

Существует три основные задачи, которые должны быть выполнены при проектировании ЛВС организации:

  • разработка наиболее эффективной сетевой конфигурации
  • выбор пассивного и активного сетевого оборудования
  • обеспечение безопасности данных

Пассивное оборудование для ЛВС

В большинстве случаев проектирование ЛВС не предусматривает автоматического выбора одного вида оборудования, Клиенту предлагается несколько вариантов, основанных на его пожеланиях по стоимости и качеству. В комплекс пассивных устройств входят компьютерные розетки, кабельные каналы, шкафы для установки телекоммуникационного оборудования, патч панели. Проводится расчет портов для организации связи между узлами, протяженность кабелей и кабельных каналов, все узлы указываются на чертеже.

Активное оборудование для ЛВС

Когда топология сети сформирована, и расположение всех пассивных компонентов указано, проектирование ЛВС предприятия переходит к определению типа и численности подключаемого активного оборудования:

  • Коммутаторы. Необходимы для объединения сетевых узлов в рамках определенного сегмента или сегментов сети.
  • Маршрутизаторы. Объединяют локальную сеть и интернет в соответствии с установленными требованиями, осуществляется фильтрация трафика.

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.

Размещено на http://www.allbest.ru/

  • Введение
    • 1.6 Выбор технологий
    • Заключение

Введение

Темой моей курсовой работы стал процесс проектирования локальной вычислительной сети. Эта тема достаточно актуальна, так как она обусловлена всемирной тенденцией объединения компьютеров в сети. Компьютерная Вычислительная сеть -- это совокупность компьютеров, соединенных линиями связи. Кабелями, сетевыми адаптерами и другими коммуникационными устройствами называются линии связи. Можно сказать, что все сетевое оборудование работает под управлением прикладного программного обеспечения.

Актуальность темы определяется тем, что компьютерные сети прочно вошли в нашу жизнь. Они применяются почти во всех сферах жизни: от обучения до управления производством, от расчетов на бирже до домашней WI-FI сети. С одной стороны, они являются частным случаем распределённых компьютерных систем, а с другой - могут рассматриваться как средство передачи информации на большие расстояния, для чего в них применяются методы кодирования и мультиплексирования данных, получившие развитие в различных телекоммуникационных системах.

Цель: Спроектировать локальную вычислительную группы компьютерных классов учебного заведения.

Объект исследования: Процесс проектирования локальной вычислительной сети.

Методы исследования которые заключаются систематизация и анализа учебной и нормативно-технической литературы, а также интернет ресурса, рекомендация производителей телекоммуникационного оборудования и современных стандартов.

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

Задачи работы:

1. Теоретическое обоснование построение вычислительной локальной сети;

2. Проработка предпосылок и условий для создания вычислительной сети;

3. Создание проекта вычислительной локальной сети.

1. Теоретическое обоснование построения вычислительной локальной сети

1.1 Локальные и глобальные сети. Сети других типов классификации

Для того чтобы создать проект ЛВС необходимо прежде всего с начало в первую очередь определить чем отличается ЛВС от других типов сетей.

Локальная вычислительная сеть представляет собой систему распределенной обработки данных, охватывающую небольшую территорию (диаметром до 10 км) внутри учреждений, вузов, банков, офисов и т. д.

· PAN -- персональная сеть, предназначенная для взаимодействия различных устройств, принадлежащих одному владельцу.

· ЛВС (LAN), -- локальные сети, имеющие замкнутую инфраструктуру до выхода на поставщиков услуг. Термин "LAN" может описывать и маленькую офисную сеть, и сеть уровня большого завода. Локальные сети являются сетями закрытого типа, доступ к ним разрешён только ограниченному кругу пользователей, для которых работа в такой сети непосредственно связана с их профессиональной деятельностью.

· CAN (кампусная сеть) -- объединяет локальные сети близко расположенных зданий.

· MAN -- городские сети между учреждениями в пределах одного или нескольких городов, связывающие много локальных вычислительных сетей.

· WAN -- глобальная сеть, покрывающая большие географические регионы, включающие в себя как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства.

· Термин "корпоративная сеть" также используется в литературе для обозначения объединения нескольких сетей, каждая из которых может быть построена на различных технических, программных и информационных принципах.

По способу управления

К лиент/сервер - в них выделяется один или несколько узлов (их название - серверы), выполняющих в сети управляющие или специальные обслуживающие функции, а остальные узлы (клиенты) являются терминальными, в них работают пользователи. Сети клиент/сервер различаются по характеру распределения функций между серверами, другими словами по типам серверов. При специализации серверов по определенным приложениям имеем сеть распределенных вычислений. Такие сети отличают также от централизованных систем, построенных на мэйнфреймах;

Одноранговые - сети в них все узлы равноправны; поскольку в общем случае под клиентом понимается объект (устройство или программа), запрашивающий некоторые услуги, а под сервером - объект, предоставляющий эти услуги, то каждый узел в одноранговых сетях может выполнять функции и клиента, и сервера.

По методу доступа

Ти пичная среда передачи данных в локальных вычислительных сетях - отрезок (сегмент) коаксиального кабеля. К нему через аппаратуру окончания канала данных подключаются узлы - компьютеры и возможно общее периферийное оборудование. Поскольку среда передачи данных общая, а запросы на сетевые обмены у узлов появляются асинхронно, то возникает проблема разделения общей среды между многими узлами, другими словами, проблема обеспечения доступа к сети. Доступ к сети - взаимодействие станции (узла сети) со средой передачи данных для обмена информацией с другими станциями. Управление доступом к среде - это установление последовательности, в которой станции получают доступ к среде передачи данных. Различают случайные и детерминированные методы доступа. Среди случайных методов наиболее известен метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов.

1.2 Сравнительный анализ различных топологий сетей

На данный момент существуют способы объединение компьютеров. Способ описания конфигурации сети, схема расположения и соединения сетевых устройств характеризуется термином сетевая тополомгия.

Выделим наиболее распространенные сетевые топологии:

Шинная - локальная сеть, в которой связь между любыми двумя станциями устанавливается через один общий путь и данные, передаваемые любой станцией, одновременно становятся доступными для всех других станций, подключенных к этой же среде передачи данных.

Кольцевая - узлы связаны кольцевой линией передачи данных (к каждому узлу подходят только две линии); данные, проходя по кольцу, поочередно становятся доступными всем узлам сети;

Звездная - имеется центральный узел, от которого расходятся линии передачи данных к каждому из остальных узлов;

Иерархическая - каждое устройство обеспечивает непосредственное управление устройствами, находящимися ниже в иерархии.

Термин "топология", или "топология сети", характеризует физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов сети.

Топология - стандартный термин, который используется профессионалами при описании основной компоновки сети. Кроме термина "топология", для описания физической компоновки используют также следующие:

Физическое расположение; компоновка;

Диаграмма;

Топология сети обуславливает ее характеристики. В частности, выбор той или иной топологии влияет:

На состав необходимого сетевого оборудования;

Характеристики сетевого оборудования;

Возможности расширения сети;

Способ управления сетью.

Чтобы совместно использовать ресурсы или выполнять другие сетевые задачи, компьютеры должны быть подключены друг к другу. Для этой цели в большинстве сетей применяется кабель.

Однако просто подключить компьютер к кабелю, соединяющему другие компьютеры, не достаточно. Различные типы кабелей в сочетании с различными сетевыми платами, сетевыми операционными системами и другими компонентами требуют и различного взаимного расположения компьютеров.

Сравнительный анализ топологий организации сетей

Сравнительный анализ проведён на основе следующих показателей:

1) Простота структурной организации. Измеряемая количеством каналов связи между узлами сети

2) Надежность. Определяется наличием узких мест, при отказе которых сеть перестает функционировать. Надежность также характеризуется наличием альтернативных путей благодаря которым при отказе отдельных каналов связь может быть установлена в обход отказавшего участка

3) Производительность сети. Определяется количеством блоков данных передаваемых по сети в единицу времени. При этом необходимо учитывать возможность снижения скорости из-за конфликтов в сети

4) Время доставки сообщений. Может измеряться не обязательно во временных единицах.

5) Стоимость топологии. Определяется как стоимостью аппаратуры, так и сложностью реализации сети.

Составим таблицу сравнения различных топологий по указанным признакам. Признаки будут оцениваться значениями от 1 до 5, причем 1 - это наилучшее значение.

Таблица 1

Сравнительный анализ топологии сетей

Простота структурной организации и стоимость - это два показателя, которые очень сильно зависят друг от друга. По количеству каналов связи наиболее простой топологий является общая шина, которая имеет только 1 канал связи. Сеть строится на основе сетевой карты. Отсутствие сложностей при добавлении новых компьютеров, также добавляет преимущества этой топологии. Таким образом, общая шина несомненно самая простая и дешевая топология. К сравнительно дешевым можно также отнести топологи звезда и дерево, что связано с малым количеством типов связей между узлами, т.е. каждый компьютер связан напрямую с центральным узлом. Далее следует топология кольцо. В ней количество каналов связи равно количеству узлов. Полносвязная топология является наиболее сложной, и дорогой, соответственно. Это делает нецелесообразным использование такой топологии при построении больших сетей. При построении глобальных сетей наибольшее распространение получила многосвязная\ячеистая топология. Она занимает промежуточное положение по этим показателям, однако альтернативы этой топологии в глобальных сетях нет, потому что такие сети не строятся с нуля, а объединяет уже существующие сети.

Надежность. По этому показателю лидером является полносвязная топология. У нее отсутствуют узкие места и имеется максимально возможное количество альтернативных путей при выходе какого-либо звена из строя. Наименее надежные топологии: общая шина, звезда и дерево. Топология кольцо занимает промежуточное положение, также как и многосвязная.

Производительность сети. Если в качестве единицы измерения производительности использовать количество пакетов, передаваемых в сети за единицу времени, то очевидно, что производительность будет тем выше, чем больше пакетов одновременно находится в сети. С увеличением числа пакетов производительность растет и при каком-то значении наступает насыщение. Насыщение обычно связано с каким-то узлом или каналом в сети, нагрузка которого приближается к 1. Поэтому при построении такой сети стараются обеспечить равную пропускную способность для всех каналов, что обеспечивает максимальную производительность для полносвязной топологии и минимальную производительность для общей шины.

Время доставки. Необходимо анализировать при условии отсутствия узких мест в сети. В этом случае время доставки напрямую связано с числом хопов, т.е. каналов связи между соседними узлами. Время доставки в 1 хоп обеспечивает полносвязная топология. Наибольшее время доставки при большом количестве узлов в сети с топологией кольцо. Наиболее сложно оценить время доставки в топологии общая шина. Это связано с тем, что шина используется всеми узами, и если для одного узла время доставки оказывается минимальным, то другие узлы ждут своей очереди, и время доставки резко увеличивается. Кроме того в топологии общей шины на время доставки оказывает влияние оказывают коллизии, т.е. столкновения пакетов.

Представленный анализ носит качественный характер и не может использоваться для количественной оценки. Решение об использовании той или иной топологии должно приниматься на основе учета всех параметров. При этом может оказаться, что более сложная топология оказывается дешевле, чем более простая.

На основе приведенного материала, было принято решение о применении топологии "звезда", так как она обладает наибольшей эффективностью из представленных.

1.3 Анализ источников стандартизация сетей. Структура стандарта IEEE 802.x

В 1980 году в институте IEEE был организован комитет 802 по стандартизации локальных сетей, в результате работы которого было принято семейство стандартов IEEE 802-х, которые содержат рекомендации по проектированию нижних уровней локальных сетей. Позже результаты работы этого комитета легли в основу комплекса международных стандартов ISO 8802-1...5. Эти стандарты были созданы на основе очень распространенных фирменных стандартов сетей Ethernet, ArcNet и Token Ring.

Стандарты семейства IEEE 802.X охватывают только два нижних уровня семи-уровневой модели OSI - физический и канальный. Это связано с тем, что именно эти уровни в наибольшей степени отражают специфику локальных сетей. Старшие же уровни, начиная с сетевого, в значительной степени имеют общие черты как для локальных, так и для глобальных сетей.

Специфика локальных сетей также нашла свое отражение в разделении канального уровня на два подуровня, которые часто называют также уровнями. Канальный уровень делится в локальных сетях на два подуровня:

Логической передачи данных (Logical Link Control, LLC);

Управления доступом к среде (Media Access Control, MAC).

Уровень MAC появился из-за существования в локальных сетях разделяемой среды передачи данных. Именно этот уровень обеспечивает корректное совместное использование общей среды, предоставляя ее в соответствии с определенным алгоритмом в распоряжение той или иной станции сети. После того как доступ к среде получен, ею может пользоваться более высокий уровень - уровень LLC, организующий передачу логических единиц данных, кадров информации, с различным уровнем качества транспортных услуг. В современных локальных сетях получили распространение несколько протоколов уровня MAC, реализующих различные алгоритмы доступа к разделяемой среде. Эти протоколы полностью определяют специфику таких технологий, как Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring, FDDI, l00VG-AnyLAN.

Уровень LLC отвечает за передачу кадров данных между узлами с различной степенью надежности, реализует функции интерфейса с прилегающим к нему сетевым уровнем. Именно через уровень LLC сетевой протокол запрашивает у канального уровня нужную ему транспортную операцию с нужным качеством.

Протоколы уровней MAC и LLC взаимно независимы - каждый протокол уровня MAC может применяться с любым протоколом уровня LLC, и наоборот.

Стандарты IEEE 802 имеют достаточно четкую структуру, указанную на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1

Сегодня комитет 802 включает следующий ряд подкомитетов, в который входят как уже упомянутые, так и некоторые другие:

802.1 - Internetworking - объединение сетей;

802.2 - Logical Link Control, LLC - управление логической передачей данных;

802.3 - Ethernet с методом доступа CSMA/CD;

802.4 - Token Bus LAN - локальные сети с методом доступа Token Bus;

802.5 - Token Ring LAN - локальные сети с методом доступа Token Ring;

802.6 - Metropolitan Area Network, MAN - сети мегаполисов;

802.7 - Broadband Technical Advisory Group - техническая консультационная группа по широкополосной передаче;

802,8 - Fiber Optic Technical Advisory Group - техническая консультационная группа по волоконно-оптическим сетям;

802.9 - Integrated Voice and data Networks - интегрированные сети передачи голоса и данных;

802.10 - Network Security - сетевая безопасность;

802.11 - Wireless Networks - беспроводные сети;

802.12 - Demand Priority Access LAN, l00VG-AnyLAN - локальные сети с методом доступа по требованию с приоритетами.

На основе выполненного анализа было принято решение использовать при проектировании локальной вычислительной сети следующий подкомитет IEEE 802.3. Спецификация данного подкомитета будут рассмотрены ниже.

1.4 Исследование элементов структурированной кабельной системы (СКС)

Кабельная система является фундаментом любой сети. Ответом на высокие требования к качеству кабельной системы стали структурированные кабельные системы.

Структурированная кабельная система представляет собой набор коммуникационных элементов - кабелей, разъемов, коннекторов, кроссовых панелей и шкафов, которые удовлетворяют стандартам и позволяют создавать регулярные, легко расширяемые структуры связей.

Структурированная кабельная система состоит из трех подсистем: горизонтальной (в пределах этажа), вертикальной (между этажами) и подсистемы кампуса (в пределах одной территории с несколькими зданиями).

Для горизонтальной подсистемы характерно наличие большого количества ответвлений и перекрестных связей. Наиболее подходящий тип кабеля - неэкранированная витая пара категории 5.

Вертикальная подсистема состоит из более протяженных отрезков кабеля, количество ответвлений намного меньше, чем в горизонтальной подсистеме. Предпочтительный тип кабеля - волоконно-оптический.

Для подсистемы кампуса характерна нерегулярная структура связей с центральным зданием. Предпочтительный тип кабеля - волоконно-оптический в специальной изоляции.

Кабельная система здания строится избыточной, так как стоимость последующего расширения кабельной системы превосходит стоимость установки избыточных элементов.

Для строительства СКС почти всегда используются коммутаторы или концентраторы. В связи с этим появляется вопрос - какое устройство использовать?

При передаче данных между компьютерами пакет содержит не только передаваемые данные, но и адрес компьютера-получателя.

Концентратор игнорирует адрес, содержащийся в пакете, и пересылает данные всем компьютерам, подключенным к нему. Пропускная способность концентратора (количество бит в секунду, которые способен передавать концентратор) делится между задействованными портами, поскольку данные передаются всем одновременно. Компьютер читает адрес, и только законный получатель принимает пакет данных (остальные компьютеры его игнорируют).

Коммутатор работает более интеллектуально -- он хранит информацию о компьютерах в памяти и знает, где находится получатель. Коммутатор передает данные порту этого компьютера и обслуживает только этот порт.

Это крайне упрощенное описание принципов работы концентраторов и коммутаторов, но оно дает общее представление о процессе. Также учтите, что здесь описан очень простой коммутатор, тогда как для мощных коммутаторов, используемых в крупных сетях, существуют более совершенные технологии.

Кстати говоря, в маршрутизаторах имеются встроенные коммутаторы, а не концентраторы. .

На основе приведенной информации было принято решение о использовании коммутаторов (свичей) при постройке сети.

1.5 Выбор кабеля. Основные типы кабелей и их характеристики

Кабели категории 1 применяются там, где требования к скорости передачи минимальны. Обычно это кабель для цифровой и аналоговой передачи голоса и низкоскоростной (до 20 Кбит/с) передачи данных.

Кабели категории 2 были впервые применены фирмой IBM при построении собственной кабельной системы. Главное требование к кабелям этой категории - способность передавать сигналы со спектром до 1 МГц.

Кабели категории 3 были стандартизованы в 1991 году, когда был разработан Стандарт телекоммуникационных кабельных систем для коммерческих зданий (EIA-568), на основе которого затем был создан действующий стандарт EIA-568A. Стандарт EIA-568 определил электрические характеристики кабелей категории 3 для частот в диапазоне до 16 МГц, поддерживающих, таким образом, высокоскоростные сетевые приложения. Кабель категории 3 предназначен как для передачи данных, так и для передачи голоса.

Кабели категории 4 представляют собой несколько улучшенный вариант кабелей категории 3. Кабели категории 4 обязаны выдерживать тесты на частоте передачи сигнала 20 МГц и обеспечивать повышенную помехоустойчивость и низкие потери сигнала. Кабели категории 4 хорошо подходят для применения в системах с увеличенными расстояниями (до 135 метров) и в сетях Token Ring с пропускной способностью 16 Мбит/с. На практике используются редко.

Кабели категории 5 были специально разработаны для поддержки высокоскоростных протоколов. Поэтому их характеристики определяются в диапазоне до 100 МГц. Большинство новых высокоскоростных стандартов ориентируются на использование витой пары 5 категории. На этом кабеле работают протоколы со скоростью передачи данных 100 Мбит/с - FDDI, Fast Ethernet, l00VG-AnyLAN, а также более скоростные протоколы - АТМ на скорости 155 Мбит/с, и Gigabit Ethernet на скорости 1000 Мбит/с (вариант Gigabit Ethernet на витой паре категории 5 стал стандартом в июне 1999 г.). Кабель категории 5 пришел на замену кабелю категории 3, и сегодня все новые кабельные системы крупных зданий строятся именно на этом типе кабеля (в сочетании с волоконно-оптическим).

Наиболее важные электромагнитные характеристики кабеля категории 5 имеют следующие значения:

Полное волновое сопротивление в диапазоне частот до 100 МГц равно 100 Ом;

Величина перекрестных наводок NEXT в зависимости от частоты сигнала должна принимать значения не менее 74 дБ на частоте 150 кГц и не менее 32 дБ на частоте 100 МГц;

Затухание имеет предельные значения от 0,8 дБ (на частоте 64 кГц) до 22 дБ (на частоте 100 МГц);

Активное сопротивление не должно превышать 9,4 Ом на 100 м;

Емкость кабеля не должна превышать 5,6 нф на 100 м.

Все кабели UTP независимо от их категории выпускаются в 4-парном исполнении. Каждая из четырех пар кабеля имеет определенный цвет и шаг скрутки. Обычно две пары предназначены для передачи данных, а две - для передачи голоса.

Для соединения кабелей с оборудованием используются вилки и розетки RJ-45, представляющие 8-контактные разъемы, похожие на обычные телефонные разъемы. RJ-11.

Данная информация позволяет сделать вывод о том, что для построения локальной сети наиболее предпочтителен кабель UTP 5-й категории. .

1.6 Выбор технологий

1.6.1 Технология Ethernet. Методы доступа и форматы кадров технологии Ethernet

Рассмотрим, каким образом описанные выше общие подходы к решению наиболее важных проблем построения сетей воплощены в наиболее популярной сетевой технологии - Ethernet.

Сетевая технология - это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств (например, сетевых адаптеров, драйверов, кабелей и разъемов), достаточный для построения вычислительной сети. Эпитет "достаточный" подчеркивает то обстоятельство, что этот набор представляет собой минимальный набор средств, с помощью которых можно построить работоспособную сеть. Возможно, эту сеть можно улучшить, например, за счет выделения в ней подсетей, что сразу потребует кроме протоколов стандарта Ethernet применения протокола IP, а также специальных коммуникационных устройств - маршрутизаторов. Улучшенная сеть будет, скорее всего, более надежной и быстродействующей, но за счет надстроек над средствами технологии Ethernet, которая составила базис сети.

Термин "сетевая технология" чаще всего используется в описанном выше узком смысле, но иногда применяется и его расширенное толкование как любого набора средств и правил для построения сети, например, "технология сквозной маршрутизации", "технология создания защищенного канала", "технология IP-сетей".

Протоколы, на основе которых строится сеть определенной технологии (в узком смысле), специально разрабатывались для совместной работы, поэтому от разработчика сети не требуется дополнительных усилий по организации их взаимодействия. Иногда сетевые технологии называют базовыми технологиями, имея в виду то, что на их основе строится базис любой сети. Примерами базовых сетевых технологий могут служить наряду с Ethernet такие известные технологии локальных сетей как, Token Ring и FDDI, или же технологии территориальных сетей Х.25 и frame relay. Для получения работоспособной сети в этом случае достаточно приобрести программные и аппаратные средства, относящиеся к одной базовой технологии - сетевые адаптеры с драйверами, концентраторы, коммутаторы, кабельную систему и т.п., - и соединить их в соответствии с требованиями стандарта на данную технологию. Основной принцип, положенный в основу Ethernet, - случайный метод доступа к разделяемой среде передачи данных. В качестве такой среды может использоваться толстый или тонкий коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно или радиоволны (кстати, первой сетью, построенной на принципе случайного доступа к разделяемой среде, была радиосеть Aloha Гавайского университета).

В стандарте Ethernet строго зафиксирована топология электрических связей. Компьютеры подключаются к разделяемой среде в соответствии с типовой структурой "общая шина". С помощью разделяемой во времени шины любые два компьютера могут обмениваться данными. Управление доступом к линии связи осуществляется специальными контроллерами - сетевыми адаптерами Ethernet. Каждый компьютер, а более точно, каждый сетевой адаптер, имеет уникальный адрес. Передача данных происходит со скоростью 10 Мбит/с. Эта величина является пропускной способностью сети Ethernet. Изначально сеть Ethernet выглядела так (рис. 1.2)

Рисунок 1.2.

Метод доступа

Суть случайного метода доступа состоит в следующем. Компьютер в сети Ethernet может передавать данные по сети, только если сеть свободна, то есть если никакой другой компьютер в данный момент не занимается обменом. Поэтому важной частью технологии Ethernet является процедура определения доступности среды.

После того как компьютер убедился, что сеть свободна, он начинает передачу, при этом "захватывает" среду. Время монопольного использования разделяемой среды одним узлом ограничивается временем передачи одного кадра. Кадр - это единица данных, которыми обмениваются компьютеры в сети Ethernet. Кадр имеет фиксированный формат и наряду с полем данных содержит различную служебную информацию, например адрес получателя и адрес отправителя.

Сеть Ethernet устроена так, что при попадании кадра в разделяемую среду передачи данных все сетевые адаптеры одновременно начинают принимать этот кадр. Все они анализируют адрес назначения, располагающийся в одном из начальных полей кадра, и, если этот адрес совпадает с их собственным адресом, кадр помещается во внутренний буфер сетевого адаптера. Таким образом, компьютер-адресат получает предназначенные ему данные. .

Формат кадров

Существует несколько форматов Ethernet-кадра.

Первоначальный Version I (больше не применяется).

Ethernet Version 2 или Ethernet-кадр II, ещё называемый DIX-- наиболее распространена и используется по сей день. Часто используется непосредственно протоколом Интернет.

Рисунок 1. 3.Формат кадра Ethernet

Наиболее распространенный формат кадра Ethernet II

Novell -- внутренняя модификация IEEE 802.3 без LLC (Logical Link Control).

Кадр IEEE 802.2 LLC.

Кадр IEEE 802.2 LLC/SNAP.

Некоторые сетевые карты Ethernet, производимые компанией Hewlett-Packard использовали при работе кадр формата IEEE 802.12, соответствующий стандарту 100VG-AnyLAN.

В качестве дополнения Ethernet-кадр может содержать тег IEEE 802.1Q для идентификации VLAN, к которой он адресован, и IEEE 802.1p для указания приоритетности.

Разные типы кадра имеют различный формат и значение MTU.

На основе данной информации для локальной сети здания, рассматриваемой в курсовой работе, была выбрана технология Ethernet.

1.6.2 Высокоскоростные технологии компьютерных сетей: Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10G Ethernet

Все отличия технологии Fast Ethernet от Ethernet сосредоточены на физическом уровне. Уровни MAC и LLC в Fast Ethernet остались абсолютно теми же, и их описывают прежние главы стандартов 802.3 и 802.2. Поэтому рассматривая технологию Fast Ethernet, мы будем изучать только несколько вариантов ее физического уровня.

Более сложная структура физического уровня технологии Fast Ethernet вызвана тем, что в ней используются три варианта кабельных систем:

Волоконно-оптический многомодовый кабель, используются два волокна; локальный вычислительный сеть кабель

Коаксиальный кабель, давший первую сеть Ethernet, в число разрешенных сред передачи данных новой технологии Fast Ethernet не попал. Это общая тенденция многих новых технологий, поскольку на небольших расстояниях витая пара категории 5 позволяет передавать данные с той же скоростью, что и коаксиальный кабель, но сеть получается более дешевой и удобной в эксплуатации. На больших расстояниях оптическое волокно обладает гораздо более широкой полосой пропускания, чем коаксиал, а стоимость сети получается ненамного выше, особенно если учесть высокие затраты на поиск и устранение неисправностей в крупной кабельной коаксиальной системе.

Ниже на рисунке наглядно показаны отличия технологии Fast Ethernet и Ethernet друг от друга.

Рисунок 1.4.

Gigabit Ethernet.

Основная идея разработчиков Gigabit Ethernet состояла в максимальном сохранении идей технологии Ethernet при достижении скорости 1000 Mb/s, сохраняя все форматы кадров Ethernet. По-прежнему существует полудплексная версия протокола, поддерживающая метод доступа CSMA/СD. Сохраняя дешевизну решения на основе разделяемой среды позволяет применять Gigabit Ethernet в небольших рабочих группах, имеющих быстрые серверы и рабочие станции. Поддерживаются все основные виды кабелей, используемых Ethernet в Fast Ethernet волоконно-оптический, витая пара категории 5, неэкранированная витая пара.

10-Gigabit Ethernet.

Новый стандарт 10-гигабитного Ethernet включает в себя семь стандартов физической среды для LAN, MAN и WAN. В настоящее время он описывается поправкой IEEE 802.3ae и должен войти в следующую ревизию стандарта IEEE 802.3.

10GBASE-CX4 -- технология 10-гигабитного Ethernet для коротких расстояний (до 15 метров), используется медный кабель CX4 и коннекторы InfiniBand.

10GBASE-SR -- технология 10-гигабитного Ethernet для коротких расстояний (до 26 или 82 метров, в зависимости от типа кабеля), используется многомодовое волокно. Он также поддерживает расстояния до 300 метров с использованием нового многомодового волокна (2000 МГц/км).

10GBASE-LX4 -- использует уплотнение по длине волны для поддержки расстояний от 240 до 300 метров по многомодовому волокну. Также поддерживает расстояния до 10 километров при использовании одномодового волокна.

10GBASE-LR и 10GBASE-ER -- эти стандарты поддерживают расстояния до 10 и 40 километров соответственно.

10GBASE-SW, 10GBASE-LW и 10GBASE-EW -- эти стандарты используют физический интерфейс, совместимый по скорости и формату данных с интерфейсом OC-192 / STM-64 SONET/SDH. Они подобны стандартам 10GBASE-SR, 10GBASE-LR и 10GBASE-ER соответственно, так как используют те же самые типы кабелей и расстояния передачи.

10GBASE-T, IEEE 802.3an-2006 -- принят в июне 2006 года после 4 лет разработки. Использует витую пару категории 6 (максимальное расстояние 55 метров) и 6а (максимальное расстояние 100 метров).

10GBASE-KR -- технология 10-гигабитного Ethernet для кросс-плат (backplane/midplane) модульных коммутаторов/маршрутизаторов и серверов (Modular/Blade).

Компания Harting заявила о создании первого в мире 10-гигабитного соединителя RJ-45, не требующего инструментов для монтажа -- HARTING RJ Industrial 10G .

1.6.3 Локальные сети на основе разделяемой среды: технология TokenRing, технология FDDI

Разделяемая среда -- способ организации работы сети, при котором сообщение от одной рабочей станции достигает всех других при помощи одного общего канала связи.

Алгоритм доступа к разделяемой среде - главный фактор, определяющих эффективность совместного использования среды конечными узлами локальной сети. Можно сказать, что алгоритм доступа формирует "облик" технологии, позволяет отличать данную технологию от других.

В технологии Ethernet применяется очень простой алгоритм доступа, позволяющий узлу сети передавать данные в те моменты времени, когда он считает, что разделяемая среда свободна. Простота алгоритма доступа определила простоту и низкую стоимость оборудования Ethernet. Негативным атрибутом алгоритма доступа технологии Ethernet являются коллизии, то есть ситуации, когда кадры, передаваемые разными станциями, сталкиваются друг с другом в общей среде. Коллизии снижают эффективность разделяемой среды и придают работе сети непредсказуемый характер.

Первоначальный вариант технологии Ethernet был рассчитан на коаксиальный кабель, который использовался всеми узлами сети в качестве общей шины. Переход на кабельные системы на витой паре и концентраторах (хабах) существенно повысил эксплуатационные характеристики сетей Ethernet.

В технологиях Token Ring и FDDI поддерживались более сложные и эффективные алгоритмы доступа к среде, основанные на передаче друг другу токена -- специального кадра, разрешающего доступ. Однако чтобы выжить в конкурентной борьбе с Ethernet, этого преимущества оказалось недостаточно.

Технология Token Ring (802.5)

Сети Token Ring, так же как и сети Ethernet, характеризует разделяемая среда передачи данных, которая в данном случае состоит из отрезков кабеля, соединяющих все станции сети в кольцо. Кольцо рассматривается как общий разделяемый ресурс, и для доступа к нему требуется не случайный алгоритм, как в сетях Ethernet, а детерминированный, основанный на передаче станциям права на использование кольца в определенном порядке. Это право передается с помощью кадра специального формата, называемого маркером или токеном (token).

Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями - 4 и 16 Мбит/с. Смешение станций, работающих на различных скоростях, в одном кольце не допускается.

Технология Token Ring является более сложной технологией, чем Ethernet. Она обладает свойствами отказоустойчивости. В сети Token Ring определены процедуры контроля работы сети, которые используют обратную связь кольцеобразной структуры - посланный кадр всегда возвращается в станцию - отправитель.

Для контроля сети одна из станций выполняет роль так называемого активного монитора. Активный монитор выбирается во время инициализации кольца как станция с максимальным значением МАС-адреса, Если активный монитор выходит из строя, процедура инициализации кольца повторяется и выбирается новый активный монитор. Чтобы сеть могла обнаружить отказ активного монитора, последний в работоспособном состоянии каждые 3 секунды генерирует специальный кадр своего присутствия. Если этот кадр не появляется в сети более 7 секунд, то остальные станции сети начинают процедуру выборов нового активного монитора.

FDDI

Технология FDDI - оптоволоконный интерфейс распределенных данных - это первая технология локальных сетей, в которой средой передачи данных является волоконно-оптический кабель. Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring, развивая и совершенствуя ее основные идеи. Разработчики технологии FDDI ставили перед собой в качестве наиболее приоритетных следующие цели:

Повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мбит/с;

Повысить отказоустойчивость сети за счет стандартных процедур восстановления ее после отказов различного рода - повреждения кабеля, некорректной работы узла, концентратора, возникновения высокого уровня помех на линии и т. п.;

Максимально эффективно использовать потенциальную пропускную способность сети как для асинхронного, так и для синхронного (чувствительного к задержкам) трафиков.

Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Наличие двух колец - это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI, и узлы, которые хотят воспользоваться этим повышенным потенциалом надежности, должны быть подключены к обоим кольцам.

В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля только первичного (Primary) кольца, этот режим называется режимом Thru - "сквозным" или "транзитным". Вторичное кольцо (Secondary) в этом режиме не используется.

В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется со вторичным вновь образуя единое кольцо. Этот режим работы сети называется Wrap, то есть "свертывание" или "сворачивание" колец. Операция свертывания производится средствами концентраторов и/или сетевых адаптеров FDDI. Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются в одном направлении (на диаграммах это направление изображается против часовой стрелки), а по вторичному - в обратном (изображается по часовой стрелке). Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями. .

1.7 Анализ спецификаций физической среды Fast Ethernet

Спецификации физической среды стандарта 802.3z

В стандарте 802.3z определены следующие типы физической среды:

Одномодовый волоконно-оптический кабель;

Многомодовый волоконно-оптический кабель 62,5/125;

Многомодовый волоконно-оптический кабель 50/125;

Двойной коаксиал с волновым сопротивлением 75 Ом.

Многомодовый кабель

Для передачи данных по традиционному для компьютерных сетей многомодовому волоконно-оптическому кабелю стандарт определяет применение излучателей, работающих на двух длинах волн: 1300 и 850 нм. Применение светодиодов с длиной волны 850 нм объясняется тем, что они намного дешевле, чем светодиоды, работающие на волне 1300 нм, хотя при этом максимальная длина кабеля уменьшается, так как затухание многомодового оптоволокна на волне 850 м более чем в два раза выше, чем на волне 1300 нм. Однако возможность удешевления чрезвычайно важна для такой в целом дорогой технологии, как Gigabit Ethernet.

Для многомодового оптоволокна стандарт 802.3z определил спецификации l000Base-SX и l000Base-LX.

В первом случае используется длина волны 850 нм (S означает Short Wavelength, короткая волна), а во втором - 1300 нм (L - от Long Wavelength, длинная волна).

Для спецификации l000Base-SX предельная длина оптоволоконного сегмента для кабеля 62,5/125 оставляет 220 м, а для кабеля 50/125 - 500 м. Очевидно, что эти максимальные значения могут достигаться только для полнодуплексной передачи данных, так как время двойного оборота сигнала на двух отрезках 220 м равно 4400 bt, что превосходит предел 4095 bt даже без учета повторителя и сетевых адаптеров. Для полудуплексной передачи максимальные значения сегментов оптоволоконного кабеля всегда должны быть меньше 100 м. Приведенные расстояния в 220 и 500 м рассчитаны для худшего по стандарту случая полосы пропускания многомодового кабеля, находящегося в пределах от 160 до 500 МГц/км. Реальные кабели обычно обладают значительно лучшими характеристиками, находящимися между 600 и 1000 МГц/км. В этом случае можно увеличить длину кабеля до примерно 800 м.

Одномодовый кабель

Для спецификации l000Base-LX в качестве источника излучения всегда применяется полупроводниковый лазер с длиной волны 1300 нм.

Основная область применения стандарта l000Base-LX - это одномодовое оптоволокно. Максимальная длина кабеля для одномодового волокна равна 5000 м.

Спецификация l000Base-LX может работать и на многомодовом кабеле. В этом случае предельное расстояние получается небольшим - 550 м. Это связано с особенностями распространения когерентного света в широком канале многомодового кабеля. Для присоединения лазерного трансивера к многомодовому кабелю необходимо использовать специальный адаптер. .

2. Создание проекта вычислительной локальной сети

При создании локальной вычислительной сети предполагается, что:

1. Трафик каждого класса изолирован от других.

2. Имеется три компьютерных класса в первом: пять компьютеров; во втором - одиннадцать компьютеров; в третьем - три компьютера.

3. Удалённость от места подключения составляет: 1-87 метров; 2-74 метра; 3-74 метра.

4. Сеть является одноранговой со скоростью 100 мб/с, без выхода к интернету.

Стоимость реализации проекта

Таблица 2

Затраты на приобретение сетевого оборудования

Оборудование

Характеристики

Количество

Сетевая карта

COM-3CSOHO100Tx Office Connect Fast Ethernet PCI 10\100 Base-TX

Коммутатор

COM-3C16471 SS 3 Baseline 2024 24*10\100TX

Коннектор

Антивирус

Операционная система

Таблица 3

Конфигурация компьютеров рабочей группы

Тип компьютера

Рабочая станция

Материнская плата

FM2 AMD A75 MSI FM2-A75MA-P33

Процессор

AMD Athlon II X2 250

Видеоадаптер

Встроен в МП

Сетевая карта

10/100/1000Mbps PCI Adapter, 32 bit, WOL, Jumbo, Retail

Блок питания

430 Watt ATX Power Supply

Жесткий диск

HDD Seagate 80Gb , 7200rpm, SATA-II, 8mb cache

INWIN C602 Black/Silver Middle ATX 430W (20+4pin, 12cm fan)

Клавиатура

Sven 330, Silver

A4-Tech MOP-59, red Optical, Mini, USB+PS/2, Roll

Итого:18550*19=352450

Общая стоимость проекта ЛВС без учета затрат на выполнения монтажных работ составило 548777 рублей.

Заключение

В ходе выполнения курсовой работы получены практические и теоретические навыки проектирование вычислительной локальной сети. Во время выполнения курсовой работы создана локальная сеть компьютерных классов учебного заведения.

Исследованы рекомендации производителей телекоммуникационного оборудования, основы стандартов, определены требования к создаваемой системе и, как результат, разработан проект локальной вычислительной сети (ЛВС) условного предприятия.

В курсовой работе представлены необходимые расчеты, рисунки и схемы, спецификация оборудования и материалов, необходимых для построения ЛВС.

Стоимость оборудования и программного обеспечения для сети в общей сложности составила 196327 рублей, а стоимость аппаратного обеспечения компьютеров составила 352450 рублей.

Список источников и литературы

1. В.Г. Олифер. Н.А. Олифер Компьютерные сети, принципы, технологии, протоколы 4-е издание 2010. - глава 2 стр. 55,3 стр. 103,5 стр. 139.

2. Пескова С.А., Кузин А.В., Волков А.Н. Сети и телекоммуникации (3-е изд.) 2008 стр. 232

4. Интернет - ресурс Lulu.ts6.ru. Режим доступа http.// 1.20.htm

5. Таненбаум Э., Уэзеролл Д. Компьютерные сети. 5-е издание 2012

6. Таненбаум Э. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. / Э. Таненбаум. - СПб.: Питер, 2007.

7. Максимов Н.В. Компьютерные сети: Учебное пособие [Текст] / Н.В. Максимов, И.И. Попов - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. - стр. 109-111

8. Компьютерные сети. Учебный курс [Текст] / Microsoft Corporation. Пер. с анг. - М.: "Русская редакция" ТОО "Channel Trading Ltd.", 1998. -стр. 258.

9. Крейг Закер Компьютерные сети БХВ-Петербург, 2001 стр. 7, 253, 234

10. Кэти Айвенс Компьютерные сети Питер 2006 стр. 29.

11. www.ieeer8.org

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

    Понятие компьютерных сетей, их виды и назначение. Разработка локальной вычислительной сети технологии Gigabit Ethernet, построение блок-схемы ее конфигурации. Выбор и обоснование типа кабельной системы и сетевого оборудования, описание протоколов обмена.

    курсовая работа , добавлен 15.07.2012

    Особенности локальной вычислительной сети и информационной безопасности организации. Способы предохранения, выбор средств реализации политики использования и системы контроля содержимого электронной почты. Проектирование защищенной локальной сети.

    дипломная работа , добавлен 01.07.2011

    Обзор существующих принципов построения локальных вычислительных сетей. Структурированные кабельные системы (СКС), коммутационное оборудование. Проект локальной вычислительной сети: технические требования, программное обеспечение, пропускная способность.

    дипломная работа , добавлен 25.02.2011

    Аналитический обзор технологий локальных вычислительных сетей и их топологий. Описание кабельных подсистем для сетевых решений и их спецификаций. Расчет локальной вычислительной системы на соответствие требованиям стандарта для выбранной технологии.

    дипломная работа , добавлен 28.05.2013

    Особенности проектирования и модернизация корпоративной локальной вычислительной сети и способы повышения её работоспособности. Физическая структура сети и сетевое оборудование. Построение сети ГУ "Управление Пенсионного фонда РФ по г. Лабытнанги ЯНАО".

    дипломная работа , добавлен 11.11.2014

    Основные возможности локальных вычислительных сетей. Потребности в интернете. Анализ существующих технологий ЛВС. Логическое проектирование ЛВС. Выбор оборудования и сетевого ПО. Расчёт затрат на создание сети. Работоспособность и безопасность сети.

    курсовая работа , добавлен 01.03.2011

    Построение информационной системы для автоматизации документооборота. Основные параметры будущей локальной вычислительной сети. Схема расположения рабочих станций при построении. Протокол сетевого уровня. Интеграция с глобальной вычислительной сетью.

    курсовая работа , добавлен 03.06.2013

    Проектирование локальной вычислительной сети, предназначенной для взаимодействия между сотрудниками банка и обмена информацией. Рассмотрение ее технических параметров и показателей, программного обеспечения. Используемое коммутационное оборудование.

    курсовая работа , добавлен 30.01.2011

    Назначение проектируемой локальной вычислительной сети (ЛВС). Количество абонентов проектируемой ЛВС в задействованных зданиях. Перечень оборудования, связанного с прокладкой кабелей. Длина соединительных линий и сегментов для подключения абонентов.

    реферат , добавлен 16.09.2010

    Назначение, функции и основные требования к комплексу технических и программных средств локальной вычислительной сети. Разработка трехуровневой структуры сети для организации. Выбор оборудования и программного обеспечения. Проектирование службы каталогов.

Московский Государственный Горный Университет

Кафедра Автоматизированных Систем Управления

Курсовой проект

по дисциплине «Сети ЭВМ и телекоммуникации»

на тему: «Проектирование локальной вычислительной сети»

Выполнил:

Ст. гр. АС-1-06

Юрьева Я.Г.

Проверил:

проф., д. т. н. Шек В.М.

Москва 2009

Введение

1 Задание на проектирование

2 Описание локально-вычислительной сети

3 Топология сети

4 Схема локальной сети

5 Эталонная модель OSI

6 Обоснование выбора технологии развертывания локальной сети

7 Сетевые протоколы

8 Аппаратное и программное обеспечение

9 Расчет характеристик сети

Список используемой литературы

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) представляет собой коммуникационную систему, объединяющую компьютеры и периферийное оборудование на ограниченной территории, обычно не больше нескольких зданий или одного предприятия. В настоящее время ЛВС стала неотъемлемым атрибутом в любых вычислительных системах, имеющих более 1 компьютера.

Основные преимущества, обеспечиваемые локальной сетью – возможность совместной работы и быстрого обмена данными, централизованное хранение данных, разделяемый доступ к общим ресурсам, таким как принтеры, сеть Internet и другие.

Еще одной важнейшей функцией локальной сети является создание отказоустойчивых систем, продолжающих функционирование (пусть и не в полном объеме) при выходе из строя некоторых входящих в них элементов. В ЛВС отказоустойчивость обеспечивается путем избыточности, дублирования; а также гибкости работы отдельных входящих в сеть частей (компьютеров).

Конечной целью создания локальной сети на предприятии или в организации является повышение эффективности работы вычислительной системы в целом.

Построение надежной ЛВС, соответствующей предъявляемым требованиям по производительности и обладающей наименьшей стоимостью, требуется начинать с составления плана. В плане сеть разделяется на сегменты, подбирается подходящая топология и аппаратное обеспечение.

Топологию «шина» часто называют «линейной шиной» (linear bus). Данная топология относится к наиболее простым и широко распространенным топологиям. В ней используется один кабель, именуемый магистралью или сегментом, вдоль которого подключены все компьютеры сети.

В сети с топологией «шина» (рис.1.) компьютеры адресуют данные конкретному компьютеру, передавая их по кабелю в виде электрических сигналов.

Рис.1. Топология «Шина»

Данные в виде электрических сигналов передаются всем компьютерам сети; однако информацию принимает только тот, адрес которого соответствует адресу получателя, зашифрованному в этих сигналах. Причем в каждый момент времени только один компьютер может вести передачу.

Так как данные в сеть передаются лишь одним компьютером, ее производительность зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Чем их больше, т.е. чем больше компьютеров, ожидающих передачи данных, тем медленнее сеть.

Однако вывести прямую зависимость между пропускной способностью сети и количеством компьютеров в ней нельзя. Так как кроме числа компьютеров, на быстродействие сети влияет множество факторов, в том числе:

· характеристики аппаратного обеспечения компьютеров в сети;

· частота, с которой компьютеры передают данные;

· тип работающих сетевых приложений;

· тип сетевого кабеля;

· расстояние между компьютерами в сети.

Шина - пассивная топология. Это значит, что компьютеры только «слушают» передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если один из компьютеров выйдет из строя, это не скажется на работе остальных. В активных топологиях компьютеры регенерируют сигналы и передают их по сети.

Отражение сигнала

Данные, или электрические сигналы, распространяются по всей сети - от одного конца кабеля к другому. Если не предпринимать никаких специальных действий, сигнал, достигая конца кабеля, будет отражаться и не позволит другим компьютерам осуществлять передачу. Поэтому, после того как данные достигнут адресата, электрические сигналы необходимо погасить.

Терминатор

Чтобы предотвратить отражение электрических сигналов, на каждом конце кабеля устанавливают терминаторы (terminators), поглощающие эти сигналы. Все концы сетевого кабеля должны быть к чему-нибудь подключены, например к компьютеру или к баррел-коннектору - для увеличения длины кабеля. К любому свободному - неподключенному - концу кабеля должен быть подсоединен терминатор, чтобы предотвратить отражение электрических сигналов.

Нарушение целостности сети

Разрыв сетевого кабеля происходит при его физическом разрыве или отсоединении одного из его концов. Возможна также ситуация, когда на одном или нескольких концах кабеля отсутствуют терминаторы, что приводит к отражению электрических сигналов в кабеле и прекращению функционирования сети. Сеть «падает».

Сами по себе компьютеры в сети остаются полностью работоспособными, но до тех пор, пока сегмент разорван, они не могут взаимодействовать друг с другом.

Концепция топологии сети в виде звезды (рис.2.) пришла из области больших ЭВМ, в которой головная машина получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств как активный узел обработки данных. Этот принцип применяется в системах передачи данных. Вся информация между двумя периферийными рабочими местами проходит через центральный узел вычислительной сети.

Рис.2. Топология «Звезда»

Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий (столкновений) данных не возникает. Кабельное соединение довольно простое, так как каждая рабочая станция связана с узлом. Затраты на прокладку кабелей высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии.

При расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненные кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра сети.

Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов передачи информации от одной станции к другой невысокая по сравнению с достигаемой в других топологиях.

Производительность вычислительной сети в первую очередь зависит от мощности центрального файлового сервера. Он может быть узким местом вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа всей сети. Центральный узел управления – файловый сервер реализует оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к информации. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра.

Достоинства

· Выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом;

· Хорошая масштабируемость сети;

· Лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети;

· Высокая производительность сети;

· Гибкие возможности администрирования.

Недостатки

· Выход из строя центрального концентратора обернётся неработоспособностью сети в целом;

· Для прокладки сети зачастую требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий;

· Конечное число рабочих станций, т.е. число рабочих станций ограничено количеством портов в центральном концентраторе.

При кольцевой топологии (рис.3.) сети рабочие станции связаны одна с другой по кругу, т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция 3 с рабочей станцией 4 и т.д. Последняя рабочая станция связана с первой. Коммуникационная связь замыкается в кольцо.

Рис.3. Топология «Кольцо»

Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географическое расположение рабочих станций далеко от формы кольца (например, в линию). Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посылает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Пересылка сообщений является очень эффективной, так как большинство сообщений можно отправлять «в дорогу» по кабельной системе одно за другим. Очень просто можно сделать кольцевой запрос на все станции.

Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычислительную сеть.

Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко.

Подключение новой рабочей станции требует кратко срочного выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограничения на протяженность вычислительной сети не существует, так как оно, в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями. Специальной формой кольцевой топологии является логическая кольцевая сеть. Физически она монтируется как соединение звездных топологий.

Отдельные звезды включаются с помощью специальных коммутаторов (англ. Hub – концентратор), которые по-русски также иногда называют «хаб».

При создании глобальных (WAN) и региональных (MAN) сетей используется чаще всего Ячеистая топология MESH (рис.4.). Первоначально такая топология была создана для телефонных сетей. Каждый узел в такой сети выполняет функции приема, маршрутизации и передачи данных. Такая топология очень надежна (при выходе из строя любого сегмента существует маршрут, по которому данные могут быть переданы заданному узлу) и обладает высокой устойчивостью к перегрузкам сети (всегда может быть найден маршрут, наименее загруженный передачей данных).


Рис.4. Ячеистая топология.

При разработке сети была выбрана топология «звезда» ввиду простой реализации и высокой надежности (к каждому компьютеру идет отдельный кабель).

1) FastEthernet с использованием 2 коммутаторов.(рис. 5)

2 сегмент
1 сегмент

Рис. 6. Топология FastEthernet с использованием 1 маршрутизатора и 2 коммутаторов.

4Схема локальной сети

Ниже представлена схема расположения компьютеров и протяжки кабелей по этажам (рис.7,8).


Рис. 7. Схема расположения компьютеров и прокладки кабеля на 1 этаже.

Рис. 8. Схема расположения компьютеров и прокладки кабеля на 2 этаже.

Данная схема разработана с учетом характерных особенностей здания. Кабели будут расположены под искусственным напольным покрытием, в специально отведенных для них каналах. Протяжка кабеля на второй этаж будет осуществляться через телекоммуникационный шкаф, который расположен в подсобном помещении, которое используется как серверная комната, где располагаются сервер и маршрутизатор. Коммутаторы расположены в основных помещениях в тумбах.

Уровни взаимодействуют сверху вниз и снизу вверх посредством интерфейсов и могут еще взаимодействовать с таким же уровнем другой системы с помощью протоколов.

Протоколы, использующиеся на каждом уровне модели OSI, представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Протоколы уровней модели OSI

Уровень OSI Протоколы
Прикладной HTTP, gopher, Telnet, DNS, SMTP, SNMP, CMIP, FTP, TFTP, SSH, IRC, AIM, NFS, NNTP, NTP, SNTP, XMPP, FTAM, APPC, X.400, X.500, AFP, LDAP, SIP, ITMS, ModbusTCP, BACnetIP, IMAP, POP3, SMB, MFTP, BitTorrent, eD2k, PROFIBUS
Представления HTTP, ASN.1, XML-RPC, TDI, XDR, SNMP, FTP, Telnet, SMTP, NCP, AFP
Сеансовый ASP, ADSP, DLC, Named Pipes, NBT, NetBIOS, NWLink, Printer Access Protocol, Zone Information Protocol, SSL, TLS, SOCKS
Транспортный TCP, UDP, NetBEUI, AEP, ATP, IL, NBP, RTMP, SMB, SPX, SCTP, DCCP, RTP, TFTP
Сетевой IP, IPv6, ICMP, IGMP, IPX, NWLink, NetBEUI, DDP, IPSec, ARP, RARP, DHCP, BootP, SKIP, RIP
Канальный STP, ARCnet, ATM, DTM, SLIP, SMDS, Ethernet, FDDI, Frame Relay, LocalTalk, Token ring, StarLan, L2F, L2TP, PPTP, PPP, PPPoE, PROFIBUS
Физический RS-232, RS-422, RS-423, RS-449, RS-485, ITU-T, xDSL, ISDN, T-carrier (T1, E1), модификациистандарта Ethernet: 10BASE-T, 10BASE2, 10BASE5, 100BASE-T (включает 100BASE-TX, 100BASE-T4, 100BASE-FX), 1000BASE-T, 1000BASE-TX, 1000BASE-SX

Следует понимать, что подавляющее большинство современных сетей в силу исторических причин лишь в общих чертах, приближённо, соответствуют эталонной модели ISO/OSI.

Реальный стек протоколов OSI, разработанный как часть проекта, был воспринят многими как слишком сложный и фактически нереализуемый. Он предполагал упразднение всех существующих протоколов и их замену новыми на всех уровнях стека. Это сильно затруднило реализацию стека и послужило причиной для отказа от него многих поставщиков и пользователей, сделавших значительные инвестиции в другие сетевые технологии. В дополнение, протоколы OSI разрабатывались комитетами, предлагавшими различные и иногда противоречивые характеристики, что привело к объявлению многих параметров и особенностей необязательными. Поскольку слишком многое было необязательно или предоставлено на выбор разработчика, реализации различных поставщиков просто не могли взаимодействовать, отвергая тем самым саму идею проекта OSI.

В результате попытка OSI договориться об общих стандартах сетевого взаимодействия была вытеснена стеком протоколов TCP/IP, используемым в Интернете, и его более простым, прагматичным подходом к компьютерным сетям. Подход Интернета состоял в создании простых протоколов с двумя независимыми реализациями, требующимися для того, чтобы протокол мог считаться стандартом. Это подтверждало практическую реализуемость стандарта. Например, определения стандартов электронной почты X.400 состоят из нескольких больших томов, а определение электронной почты Интернета (SMTP) - всего несколько десятков страниц в RFC 821. Всё же стоит заметить, что существуют многочисленные RFC, определяющие расширения SMTP. Поэтому на данный момент полная документация по SMTP и расширениям также занимает несколько больших книг.

Большинство протоколов и спецификаций стека OSI уже не используются, такие как электронная почта X.400. Лишь немногие выжили, часто в значительно упрощённом виде. Структура каталогов X.500 до сих пор используется, в основном, благодаря упрощению первоначального громоздкого протокола DAP, получившему название LDAP и статус стандарта Интернета.

Свёртывание проекта OSI в 1996 году нанесло серьёзный удар по репутации и легитимности участвовавших в нём организаций, особенно ISO. Наиболее крупным упущением создателей OSI был отказ увидеть и признать превосходство стека протоколов TCP/IP.

Для выбора технологии рассмотрим таблицу сравнений технологий FDDI, Ethernet и TokenRing (таблица 2).

Таблица 2. Характеристики технологий FDDI, Ethernet, TokenRing

Характеристика FDDI Ethernet Token Ring
Битовая скорость, Мбит/с 100 10 16
Топология Двойное кольцо деревьев Шина/звезда Звезда/кольцо
Среда передачиданных Оптоволокно, неэкранированная витая пара категории 5

Толстый коаксиал, тонкий коаксиал,

Экранированная или неэкранированная витая пара, оптоволокно
Максимальная длина сети (без мостов)

(100 км на кольцо)

2500 м 40000 м
Максимальноерасстояние между узлами 2 км (не более 11 дБ потерь между узлами) 2500 м 100 м
Максимальноеколичество узлов

(1000 соединений)

1024

260 для экранированной витой пары,

72 для неэкранированной витой пары

После анализа таблицы характеристик технологий FDDI, Ethernet, TokenRing, очевиден выбор технологии Ethernet (вернее ее модификации FastEthernet), которая учитывает все требованиям нашей локальной сети. Т.к технология TokenRing обеспечивает скорость передачи данных до 16 мбит\сек, то мы ее исключаем из дальнейшего рассмотрения, а из-за сложность реализации технологии FDDI, наиболее разумно будет использовать Ethernet.

7Сетевые протоколы

Семиуровневая модель OSI является теоретической, и содержит ряд недоработок. Реальные сетевые протоколы вынуждены отклоняться от неё, обеспечивая непредусмотренные возможности, поэтому привязка некоторых из них к уровням OSI является несколько условной.

Основная недоработка OSI - непродуманный транспортный уровень. На нём OSI позволяет обмен данными между приложениями (вводя понятие порта - идентификатора приложения), однако, возможность обмена простыми дейтаграммами в OSI не предусмотрена - транспортный уровень должен образовывать соединения, обеспечивать доставку, управлять потоком и т. п. Реальные же протоколы реализуют такую возможность.

Сетевые транспортные протоколы обеспечивают базовые функции, необходимые компьютерам для коммуникаций с сетью. Такие протоколы реализуют полные эффективные каналы коммуникаций между компьютерами.

Транспортный протокол можно рассматривать как зарегистрированную почтовую службу. Транспортный протокол гарантирует, что передаваемые данные доходят до заданного адресата, проверяя получаемую от него квитанцию. Он выполняет контроль и исправление ошибок без вмешательства более высокого уровня.

Основными сетевыми протоколами являются:

NWLink IPX/SPX/NetBIOS-совместимый транспортный протокол (NWLink) - это NDIS-совместимая 32-разрядная реализация протокола IPX/SPX фирмы Novell. Протокол NWLink поддерживает два интерфейса прикладного программирования (API): NetBIOS и Windows Sockets. Эти интерфейсы позволяют обеспечить связь компьютеров под управлением Windows между собой, а также с серверами NetWare.

Транспортный драйвер NWLink представляет собой реализацию протоколов низкого уровня NetWare, таких как IPX, SPX, RIPX (Routing Information Protocol over IPX) и NBIPX (NetBIOS over IPX). Протокол IPX управляет адресацией и маршрутизацией пакетов данных внутри сетей и между ними. Протокол SPX обеспечивает надежную доставку данных, поддерживая правильность последовательности их передачи и механизм подтверждений. Протокол NWLink обеспечивает совместимость с NetBIOS за счет уровня NetBIOS поверх протокола IPX.

IPX/SPX (от англ. Internetwork Packet eXchange/Sequenced Packet eXchange) - стек протоколов, используемый в сетях Novell NetWare. Протокол IPX обеспечивает сетевой уровень (доставку пакетов, аналог IP), SPX - транспортный и сеансовый уровень (аналог TCP).

Протокол IPX предназначен для передачи дейтограмм в системах, неориентированных на соединение (также как и IP или NETBIOS, разработанный IBM и эмулируемый в Novell), он обеспечивает связь между NetWare серверами и конечными станциями.

SPX (Sequence Packet eXchange) и его усовершенствованная модификация SPX II представляют собой транспортные протоколы 7-уровневой модели ISO. Это протокол гарантирует доставку пакета и использует технику скользящего окна (отдаленный аналог протокола TCP). В случае потери или ошибки пакет пересылается повторно, число повторений задается программно.

NetBEUI - это пpотокол, дополняющий спецификацию интеpфейса NetBIOS, используемую сетевой опеpационной системой. NetBEUI фоpмализует кадp тpанспоpтного уpовня, не стандаpтизованный в NetBIOS. Он не соответствует какому-то конкpетному уpовню модели OSI, а охватывает тpанспоpтный уpовень, сетевой уpовень и подуpовень LLC канального уpовня. NetBEUI взаимодействует напpямую с NDIS уpовня MAC. Таким обpазом это не маpшpутизиpуемый пpотокол.

Транспортной частью NetBEUI является NBF (NetBIOS Frame protocol). Сейчас вместо NetBEUI обычно применяется NBT (NetBIOS over TCP/IP).

Как правило NetBEUI используется в сетях где нет возможности использовать NetBIOS, например, в компьютерах с установленной MS-DOS.

Повторитель (англ. repeater) - предназначен для увеличения расстояния сетевого соединения путем повторения электрического сигнала "один в один". Бывают однопортовые повторители и многопортовые. В сетях на витой паре повторитель является самым дешевым средством объединения конечных узлов и других коммуникационных устройств в единый разделяемый сегмент. Повторители Ethernet могут иметь скорость 10 или 100 Мбит/с (FastEthernet), единую для всех портов. Для GigabitEthernet повторители не используются.

Мост (от англ. bridge - мост) является средством передачи кадров между двумя (и более) логически разнородными сегментами. По логике работы является частным случаем коммутатора. Скорость обычно 10 Мбит/с (для FastEthernet чаще используются коммутаторы).

Концентратор или хаб (от англ. hub - центр деятельности) - сетевое устройство, для объединения нескольких устройств Ethernet в общий сегмент. Устройства подключаются при помощи витой пары, коаксиального кабеля или оптоволокна. Хаб является частным случаем концентратора

Концентратор работает на физическом уровне сетевой модели OSI, повторяет приходящий на один порт сигнал на все активные порты. В случае поступления сигнала на два и более порта одновременно возникает коллизия, и передаваемые кадры данных теряются. Таким образом, все подключенные к концентратору устройства находятся в одном домене коллизий. Концентраторы всегда работают в режиме полудуплекса, все подключенные устройства Ethernet разделяют между собой предоставляемую полосу доступа.

Многие модели хабов имеют простейшую защиту от излишнего количества коллизий, возникающих по причине одного из подключенных устройств. В этом случае они могут изолировать порт от общей среды передачи. По этой причине, сетевые сегменты, основанные на витой паре гораздо стабильнее в работе сегментов на коаксиальном кабеле, поскольку в первом случае каждое устройство может быть изолировано хабом от общей среды, а во втором случае несколько устройств подключаются при помощи одного сегмента кабеля, и, в случае большого количества коллизий, концентратор может изолировать лишь весь сегмент.

В последнее время концентраторы используются достаточно редко, вместо них получили распространение коммутаторы - устройства, работающие на канальном уровне модели OSI и повышающие производительность сети путём логического выделения каждого подключенного устройства в отдельный сегмент, домен коллизий.

Коммутатор или switch (от англ. - переключатель) Коммутатор (switch, switching hub) по принципу обработки кадров ничем не отличается от моста. Основное его отличие от моста состоит в том, что он является своего рода коммуникационным мультипроцессором, так как каждый его порт оснащен специализированным процессором, который обрабатывает кадры по алгоритму моста независимо от процессоров других портов. За счет этого общая производительность коммутатора обычно намного выше производительности традиционного моста, имеющего один процессорный блок. Можно сказать, что коммутаторы - это мосты нового поколения, которые обрабатывают кадры в параллельном режиме.

Это устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передает данные только непосредственно получателю. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.

Коммутатор работает на канальном уровне модели OSI, и потому в общем случае может только объединять узлы одной сети по их MAC-адресам. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы.

Коммутатор хранит в памяти специальную таблицу (ARP-таблицу), в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении коммутатора эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует пакеты данных, определяя MAC-адрес компьютера-отправителя, и заносит его в таблицу. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит пакет, предназначенный для этого компьютера, этот пакет будет отправлен только на соответствующий порт. Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех своих портов, и в результате трафик локализуется.

Коммутаторы подразделяются на управляемые и неуправляемые (наиболее простые). Более сложные коммутаторы позволяют управлять коммутацией на канальном и сетевом уровне модели OSI. Обычно их именуют соответственно, например Level 2 Switch или просто, сокращенно L2. Управление коммутатором может осуществляться посредством протокола Web-интерфейса, SNMP, RMON (протокол, разработанный Cisco) и т.п. Многие управляемые коммутаторы позволяют выполнять дополнительные функции: VLAN, QoS, агрегирование, зеркалирование. Сложные коммутаторы можно объединять в одно логическое устройство - стек, с целью увеличения числа портов (например, можно объединить 4 коммутатора с 24 портами и получить логический коммутатор с 96 портами).

Преобразователь интерфейсов или конвертер (англ. mediaconverter) позволяет осуществлять переходы от одной среды передачи к другой (например, от витой пары к оптоволокну) без логического преобразования сигналов. Благодаря усилению сигналов эти устройства могут позволять преодолевать ограничения на длину линий связи (если ограничения не связаны с задержкой распространения). Используются для связи оборудования с разнотипными портами.

Выпускается три типа конвертеров:

× Преобразователь RS-232 <–> RS-485;

× Преобразователь USB <–> RS-485;

× Преобразователь Ethernet <–> RS-485.

Преобразователь RS-232 <–> RS-485 преобразует физические параметры интерфейса RS-232 в сигналы интерфейса RS-485. Может работать в трех режимах приема-передачи. (В зависимости от установленного в конвертере программного обеспечения и состояния переключателей на плате конвертера).

Преобразователь USB <–> RS-485 - этот конвертер предназначен для организации интерфейса RS-485 на любом компьютере, имеющем интерфейс USB. Конвертер выполнен в виде отдельной платы, подключаемой к разъёму USB. Питание конвертера осуществляется непосредственно от порта USB. Драйвер конвертера позволяет создать для интерфейса USB виртуальный СОМ-порт и работать с ним как с обычным портом RS-485 (по аналогии с RS-232). Устройство обнаруживается сразу при подключении к порту USB.

Преобразователь Ethernet <–> RS-485 - этот конвертер предназначен для обеспечения возможности передачи сигналов интерфейса RS-485 по локальной сети. Конвертер имеет свой IP-адрес (устанавливаемый пользователем) и позволяет осуществить доступ к интерфейсу RS-485 с любого компьютера подключенного к локальной сети и установленным соответствующим программным обеспечением. Для работы с конвертером поставляются 2 программы: Port Redirector – поддержка интерфейса RS-485 (СОМ-порта) на уровне сетевой карты и конфигуратор Lantronix, позволяющий установить привязку конвертера к локальной сети пользователя, а также задать параметры интерфейса RS-485 (скорость передачи, количество бит данных и т.д.) Конвертер обеспечивает полностью прозрачную приемо-передачу данных в любом направлении.

Маршрутиза́тор или ро́утер (от англ. router) - сетевое устройство, используемое в компьютерных сетях передачи данных, которое, на основании информации о топологии сети (таблицы маршрутизации) и определённых правил, принимает решения о пересылке пакетов сетевого уровня модели OSI их получателю. Обычно применяется для связи нескольких сегментов сети.

Традиционно, маршрутизатор использует таблицу маршрутизации и адрес получателя, который находится в пакетах данных, для дальнейшей передачи данных. Выделяя эту информацию, он определяет по таблице маршрутизации путь, по которому следует передать данные и направляет пакет по этому маршруту. Если в таблице маршрутизации для адреса нет описанного маршрута, пакет отбрасывается.

Существуют другие способы определения маршрута пересылки пакетов, когда, например, используется адрес отправителя, используемые протоколы верхних уровней и другая информация, содержащаяся в заголовках пакетов сетевого уровня. Нередко маршрутизаторы могут осуществлять трансляцию адресов отправителя и получателя (англ. NAT, Network Address Translation), фильтрацию транзитного потока данных на основе определённых правил с целью ограничения доступа, шифрование/дешифрование передаваемых данных и т. д.

Маршрутизаторы помогают уменьшить загрузку сети, благодаря её разделению на домены коллизий и широковещательные домены, а также фильтрации пакетов. В основном их применяют для объединения сетей разных типов, зачастую несовместимых по архитектуре и протоколам, например для объединения локальных сетей Ethernet и WAN-соединений, использующих протоколы DSL, PPP, ATM, Frame relay и т. д. Нередко маршрутизатор используется для обеспечения доступа из локальной сети в глобальную сеть Интернет, осуществляя функции трансляции адресов и межсетевого экрана.

В качестве маршрутизатора может выступать как специализированное устройство, так и PC компьютер, выполняющий функции простейшего роутера.

Моде́м (аббревиатура, составленная из слов мо дулятор-дем одулятор) - устройство, применяющееся в системах связи и выполняющее функцию модуляции и демодуляции. Частным случаем модема является широко применяемое периферийное устройство для компьютера, позволяющее ему связываться с другим компьютером, оборудованным модемом, через телефонную сеть (телефонный модем) или кабельную сеть (кабельный модем).

Конечное сетевое оборудование является источником и получателем информации, передаваемой по сети.

Компьютер (рабочая станция) , подключенный к сети, является самым универсальным узлом. Прикладное использование компьютера в сети определяется программным обеспечением и установленным дополнительным оборудованием. Для дальних коммуникаций используется модем, внутренний или внешний. С точки зрения сети, «лицом» компьютера является его сетевой адаптер. Тип сетевого адаптера должен соответствовать назначению компьютера и его сетевой активности.

Сервер является также компьютером, но с большими ресурсами. Это подразумевает его более высокую сетевую активность и значимость. Серверы желательно подключать к выделенному порту коммутатора. При установке двух и более сетевых интерфейсов (в том числе и модемного подключения) и соответствующего программного обеспечения сервер может играть роль маршрутизатора или моста. Серверы, как правило, должны иметь высокопроизводительную операционную систему.

В таблице 5 приведены параметры типовой рабочей станции и ее стоимость для разрабатываемой локальной сети.

Таблица 5.

Рабочая станция

Системный блок.GH301EA HP dc5750 uMT A64 X2-4200+(2.2GHz),1GB,160GB,ATI Radeon X300,DVD+/-RW,Vista Business
Компьютер Hewlett-Packard GH301EA серии dс 5750. Данный системный блок оборудован процессором AMD Athlon™ 64 X2 4200+ c частотой 2.2 ГГц, 1024 Mб оперативной памяти DDR2, жестким диском на 160 Гб, DVD-RW приводом и установленной ОС Windows Vista Business.
Цена:16 450.00 руб.
Монитор. TFT 19 “Asus V W1935
Цена:6 000,00 руб.
Устройства ввода
Мышь Genius GM-03003 172 руб.
Клавиатура 208 руб.
Общая стоимость 22 830 руб.

В Таблице 6 приведены параметры сервера.


Таблица 6.

Сервер

DESTEN Системныйблок DESTEN eStudio 1024QM
Процессор INTEL Core 2 Quad Q6600 2.4GHz 1066MHz 8Mb LGA775 OEM Материнскаяплата Gigabyte GA-P35-DS3R ATX Модульпамяти DDR-RAM2 1Gb 667Mhz Kingston KVR667D2N5/1G - 2 Жесткийдиск 250 Gb Hitachi Deskstar T7K500 HDP725025GLA380 7200RPM 8Mb SATA-2 - 2 Видеоадаптер 512MB Zotac PCI-E 8600GT DDR2 128 bit DVI (ZT-86TEG2P-FSR) Привод DVD RW NEC AD-7200S-0B SATA ЧерныйКорпус ZALMAN HD160XT BLACK.
Цена:50 882.00 руб.

Монитор. TFT 19 “Asus V W1935

Тип: ЖК Технология ЖК: TN Диагональ: 19" Формат экрана: 5:4 Макс. разрешение: 1280 x 1024 Входы: VGA Вертикальная развертка: 75 Гц Горизонтальная развертка: 81 КГц
Цена: 6 000,00 руб.
Устройства ввода
Мышь Genius GM-03003 172 руб.
Клавиатура Logitech Value Sea Grey (refresh) PS/2 208 руб.
Общая стоимость 57 262 руб.

В программное обеспечение сервера входят:

× Операционная система WindowsServer 2003 SP2+R2

× Пакетпрограмм ABBY FineReader Corporate Edition v8.0 (серверная лицензия)

× Программа для администрирования сети SymantecpcAnywhere 12 (сервер)

В программное обеспечение рабочей станции входят:

× Операционная система WindowsXPSP2

× Антивирусная программа NOD 32 AntiVirusSystem.

× Пакетпрограмм Microsoft Office 2003 (pro)

× Пакет программ ABBY FineReader Corporate Edition v8.0 (клиентская лицензия)

× Программа для администрирования сети Symantec pcAnywhere 12 (клиент)

× Пользовательские программы

Для реальных сетей важен такой показатель производительности, как показатель использования сети (networkutilization), который представляет собой долю в процентах от суммарной пропускной способности (не поделенной между отдельными абонентами). Он учитывает коллизии и другие факторы. Ни сервер, ни рабочие станции не содержат средств для определения показателя использования сети, для этого предназначены специальные, не всегда доступные из-за высокой стоимости аппаратно-программные средства типа анализаторов протоколов.

Считается, что для загруженных систем Ethernet и FastEthernet хорошим значением показателя использования сети является 30%. Это значение соответствует отсутствию длительных простоев в работе сети и обеспечивает достаточный запас в случае пикового повышения нагрузки. Однако если показатель использования сети значительное время составляет 80...90% и более, то это свидетельствует о практически полностью используемых (в данное время) ресурсах, но не оставляет резерва на будущее.

Для проведения расчетов и выводов следует рассчитать производительность в каждом сегменте сети.

Вычислим полезную нагрузку Pп:


где n – количество сегментов проектируемой сети.

P0 = 2*16 = 32Мбит/сек

Полная фактическая нагрузка Pф рассчитывается с учетом коллизий и величины задержек доступа к среде передачи данных:

, Мбит/с, (3)

где к – задержка доступа к среде передачи данных: для семейства технологий Ethernet – 0,4, для TokenRing – 0,6, для FDDI – 0,7.

Рф = 32*(1+0.4) = 44,8 Мбит/с

Т. к. фактическая нагрузка Pф > 10 Мбит/с, то, как и предполагалось ранее, данную сеть невозможно реализовать с помощью стандарта Ethernet, необходимо применить технологию FastEthernet (100 Мбит/с).

Т.к. данной в сети мы не используем концентраторы, то рассчитывать время двойного оборота сигнала не требуется.(Сигнал коллизий отсутствует)

В таблице 7 приведен итоговый расчет стоимости сети, построенной на 2 коммутаторах. (Вариант 1 ).

Таблица 6.

В Таблице 8 приведен итоговый расчет стоимости сети, построенной на 2 коммутаторах и 1 маршрутизаторе. (Вариант 2 ).

Таблица 8.

Наименование Цена за 1 ед. (руб.) Всего (руб.)
1 Вилки RJ-45 86 2 172
2 Кабель RJ-45 UTP, lev.5e 980м. 20 19 600
3 Коммутатор TrendNet N-Way Switch TEG S224 (10/100Mbps, 24 port, +2 1000Mbps Rack Mount) 2 3714 7 428
4 Маршрутизатор , Router D-Link DIR-100 1 1 250 1 250
5 Рабочая станция 40 22 830 913 200
6 Сервер Sunrise XD (Tower/RackMount) 1 57 262 57 262
Итого: 998912

В итоге получаем два варианта сети, которые не значительно отличаются по стоимости и отвечают стандартам построения сети. Первый вариант сети уступает второму варианту, в показателе надежности, даже несмотря на то, что проектирование сети по второму варианту незначительно дороже. Следовательно, наилучший вариант построения локальной сети будет вариант два – локальная сеть, построенная на 2 коммутаторах и маршрутизаторе.

Для надёжной работы и повышения производительности сети следует вносить изменения в структуру сети только с учётом требований стандарта.

Для защиты данных от вирусов необходимо установить антивирусные программы (например, NOD32 AntiVirusSystem), а для восстановления повреждённых или ошибочно удалённых данных следует использовать специальные утилиты (например, утилиты, входящие в состав пакета NortonSystemWorks).

Хотя сеть построена с запасом производительности, всё равно следует беречь сетевой трафик, поэтому с помощью программы для администрирования следить за целевым использованием внутрисетевого и интернет-трафика. Благотворно на производительности сети скажется использование служебных приложений NortonSystemWorks(таких как дефрагментация, чистка реестра, исправление текущих ошибок с помощью WinDoctor), а так же регулярной антивирусной проверки в ночное время. Также следует разделить во времени загрузку информации из другого сегмента т.е. постараться чтобы каждый сегмент обращался к другому в отведённое ему время. Установка программ, не имеющих отношения к непосредственной области деятельности компании, должна пресекаться администратором. При монтаже сети необходимо маркировать кабель, чтобы не столкнуться с трудностями при обслуживании сети.

Монтаж сети следует осуществлять через существующие каналы и короба.

Для надежной работы сети необходимо наличие сотрудника отвечающего за всю локальную сеть и занимающегося ее оптимизацией и повышением производительности.

Периферийное (принтеры, сканеры, проекторы) оборудование следует устанавливать уже после конкретного распределения обязанностей рабочих станций.

В целях профилактики следует периодически проверять целостность кабелей в секретном полу. При демонтаже оборудования следует аккуратно обращаться с оборудованием, для возможности его последующего использования.

Кроме того, необходимо ограничить доступ в серверную комнату и к тумбам с коммутаторами.

1. В.Г. Олифер, Н.А. Олифер – СПб. Питер 2004

2. http://ru.wikipedia.org/wiki/

3. В.М. Шек, Т.А. Кувашкина «Методические указания для курсового проектирования по дисциплине Сети ЭВМ и телекоммуникаций» - Москва, 2006

4. http://catalog.sunrise.ru/

5. В.М. Шек. Лекции по дисциплине «Сети ЭВМ и телекоммуникации», 2008г.

Статьи по теме: