Лабораторная работа №2.

Цель работы: овладение навыками работы в Microsoft Office Visio, планирование и проектирование компьютерной сети.

Процесс построения (проектирования) сети представляет собой упрощенное моделирование не наступившей действительности и включает в себя следующие основные этапы:

1. Анализ задач, для решения которых создается сеть, а также определение объема финансирования проекта.

2. Проектирование физической структуры – этап, на котором анализируются начальные условия и создается детальный проект физической организации сети.

3. Проектирование инфраструктуры – этап, на котором определяются протоколы взаимодействия, используемые службы, политика безопасности и т.п. — т.е. логическая организация сети.

4. Развертывание – этап, связанный с прокладкой линий связи, установкой и настройкой оборудования.

Этап анализа является одним из важнейших, поскольку определяет все остальные решаемые задачи: как физическую структуру сети, так и логическую. Именно на данном этапе выступает основное различие компьютерных сетей.

На этапе проектирования решаются следующие задачи:

1. На основе определенных целевых требований к сети определяется необходимый состав оборудования и, прежде всего, компьютеров: количество, характеристики и т.д.

2. Определяется физическое расположение рабочих мест и определяются этажи и аудитории, которые будут охватываться сетью. При решении этой задачи должна учитываться принципиальная возможность прокладки линий связи к рабочим местам/помещениям.

3. Исходя из решаемых задач, стоимости и расположения, определяется тип физических линий связи, соединяющих рабочие места, состав и расположение коммуникационного оборудования (например, концентраторов).

4. Определяется способ подключения к Интернету: выбирается провайдер – организация, обеспечивающая подключение организации к сети Интернет. При выборе провайдера учитываются факторы: характеристики возможных физических соединений с провайдером, требования к оборудованию и необходимое дополнительное оборудование, начальная стоимость подключения, стоимость эксплуатации подключения, технологические ограничения подключения (невозможность использования некоторых служб).

5. Исходя из технических требований, определяется узел проектируемой сети, который будет являться шлюзом для подключения к Интернету и определяется место его расположения. При этом учитывается удобство физического соединения шлюза с проектируемой сетью и удобство подведения физических линий для подключения к Интернету.

Общий алгоритм, описывающий процесс построения сети:

1. Определение исходных данных.

– определение целей использования сети;

– определение требований к сети;

– характеристики используемого оборудования (компьютеры, сетевое оборудование, принтеры, модемы и др.);

– характеристика сетевого ПО (операционные системы, серверное ПО, антивирусное ПО);

– примерная схема здания в котором планируется строить сеть.

2. Проектирование сети.

– способ сегментирования и объединения сегментов (определение необходимых сегментов оборудования для их формирования);

– выбор типа кабеля (как правило выбирается неэкранированная витая пара);

– определение активных устройств (модемы, маршрутизаторы и т.п.);

– выбор программного обеспечения (серверные и клиентские ОС, серверное программное обеспечение и т.п.);

– разработка схемы сети (указываются узлы сети и длины соединительных кабелей).

3. Определение стоимости.

– анализ основных направлений затрат;

– составление примерной сметы затрат.

4. Примерный план проведения работ.

5. Развертывание сети.

При создании новой сети желательно учитывать следующие факторы:

– требуемый размер сети (в настоящее время, в ближайшем будущем и по прогнозу на перспективу);

– структура, иерархия и основные части сети (по подразделениям предприятия, а также по комнатам, этажам и зданиям предприятия); основные направления и интенсивность информационных потоков в сети (в настоящее время, в ближайшем будущем и в дальней перспективе); характер передаваемой по сети информации;

– технические характеристики оборудования (компьютеров, адаптеров, кабелей, репитеров, концентраторов, коммутаторов);

– возможности прокладки кабельной системы в помещениях и между ними, а также меры обеспечения целостности кабеля;

– обслуживание сети и контроль ее безотказности и безопасности;

– требования к программным средствам по допустимому размеру сети, скорости, гибкости, разграничению прав доступа, стоимости, по возможностям контроля обмена информацией и т.д. (например, если предполагается использование одного ресурса многими пользователями, то следует использовать серверную ОС);

– необходимость подключения к другим сетям (например, глобальным);

– имеющиеся компьютеры и их программное обеспечение, а также периферийные устройства (принтеры, сканеры и т.д.).

При выборе размера (под размером сети в данном случае понимается как количество объединяемых в сеть компьютеров, так и расстояния между ними) и структуры сети необходимо учитывать:

– количество компьютеров (следует оставлять возможность для дальнейшего роста количества компьютеров в сети);

– требуемую длину линий связи сети (например, если расстояния очень большие, может понадобиться использование дорогого оборудования).

– способы объединения частей сети (для объединения частей сети могут использоваться репитеры, репитерные концентраторы, коммутаторы, мосты и маршрутизаторы, причем в ряде случаев стоимость этого объединительного оборудования может даже превысить стоимость компьютеров, сетевых адаптеров и кабеля;

Возможность масштабирования (например, лучше приобретать коммутаторы или маршрутизаторы с количеством портов, несколько большим, чем требуется в настоящий момент).

Пример. Пусть небольшое предприятие занимает три этажа, на каждом по пять комнат, и включает в себя три подразделения, по три группы. В этом случае можно построить сеть таким образом (рис. 1):

Рабочие группы занимают по 1–3 комнаты, их компьютеры объединены между собой репитерными концентраторами. Концентратор может использоваться один на комнату, один на группу или один на весь этаж. Концентратор целесообразно расположить в помещении, в которое имеет доступ минимальное количество сотрудников.

Подразделения занимают отдельный этаж. Все три сети рабочих групп каждого подразделения объединяются коммутатором, а для связи с сетями других подразделений используется маршрутизатор. Коммутатор вместе с одним из концентраторов лучше поместить в отдельной комнате.

Общая сеть предприятия включает три сегмента сетей подразделений, объединенных маршрутизатором. Этот же маршрутизатор может использоваться для подключения к глобальной сети.

Серверы рабочих групп располагаются в комнатах рабочих групп, серверы подразделений – на этажах подразделений.

Рис. 1. Структура сети предприятия (С – серверы рабочих групп, РК – репитерные концентраторы, Ком – коммутаторы)

При выборе сетевого оборудования надо учитывать множество факторов, в частности:

– уровень стандартизации оборудования и его совместимость с наиболее распространенными программными средствами;

– скорость передачи информации и возможность ее дальнейшего увеличения;

– возможные топологии сети и их комбинации (шина, пассивная звезда, пассивное дерево);

– метод управления обменом в сети (CSMA/CD, полный дуплекс или маркерный метод);

– разрешенные типы кабеля сети, максимальную его длину, защищенность от помех;

– стоимость и технические характеристики конкретных аппаратных средств (сетевых адаптеров, трансиверов, репитеров, концентраторов, коммутаторов).

В настоящее время для организации локальных сетей в подавляющем большинстве случаев используется неэкранированная витая пара UTP. Более дорогие варианты на основе экранированной витой пары, оптоволоконного кабеля или беспроводных соединений применяются на предприятиях, где в этом существует действительно острая необходимость. Например, оптоволокно может использоваться для связи между удаленными сегментами сети без потери скорости.

При выборе сетевого программного обеспечения (ПО) надо, в первую очередь, учитывать следующие факторы:

– какую сеть поддерживает сетевое ПО: одноранговую, сеть на основе сервера или оба этих типа;

– максимальное количество пользователей (лучше брать с запасом не менее 20%);

– количество серверов и возможные их типы;

– совместимость с разными операционными системами и компьютерами, а также с другими сетевыми средствами;

– уровень производительности программных средств в различных режимах работы;

– степень надежности работы, разрешенные режимы доступа и степень защиты данных;

– какие сетевые службы поддерживаются;

– стоимость программного обеспечения, его эксплуатации и модернизации.

Еще до установки сети необходимо решить вопрос об управлении сетью. Даже в случае одноранговой сети лучше выделить для этого отдельного специалиста (администратора), который будет иметь всю информацию о конфигурации сети и распределении ресурсов и следить за корректным использованием сети всеми пользователями. Если сеть большая, то одним сетевым администратором уже не обойтись, нужна группа, возглавляемая системным администратором.

После установки и запуска сети решать эти вопросы, как правило, слишком поздно.

При проектировании следует определить возможные направления финансовых затрат (к данному этапу проектирования необходимые предпосылки для решения этой задачи уже имеются):

– дополнительные компьютеры и обновление существующих компьютеров. Необязательное направление затрат: при достаточном количестве и качестве существующих компьютеров их обновление не требуется (или требуется в минимальном объеме – например, для установки более современных сетевых карт); в одноранговой сети не нужен (хотя и желателен) также специальный файл-сервер.

– сетевые аппаратные средства (кабели и все, что необходимо для организации кабельной системы, сетевые принтеры, активные сетевые устройства – повторители, концентраторы, маршрутизаторы и т.д.).

– сетевые программные средства, прежде всего, сетевая ОС на необходимое число рабочих станций (с запасом).

– оплата работы приглашенных специалистов при организации кабельной системы, установке и настройке сетевой ОС, при проведении периодической профилактики и срочного ремонта. Необязательное направление затрат: для небольших сетей со многими из этих работ может и должен справляться штатный сетевой администратор (возможно, с помощью других сотрудников данного предприятия).

Спроектировать компьютерную сеть (собрать исходные данные; выбрать: размер и структуру сети, оборудование, сетевые программные средства; спроектировать кабельную систему; рассчитать примерную стоимость оборудования) в соответствии с № варианта.

Контрольные вопросы:

1.Какие этапы включает процесс построения сети?

2. Классификация локальных вычислительных сетей?

3. Базовые технологии локальных сетей?

4. Топология локальной вычислительной сети?

5.Маршрутизатор, коммутатор?

6.Плюсы и минусы Microsoft Office Visio?

Статьи к прочтению:

Этапы проектирования локальных сетей

Введение

Современное общество вступило в постиндустриальную эпоху, которая характеризуется тем, что информация стала важнейшим ресурсом развития экономики и общества. В русле общего развития высоких технологий основной вклад в информатизацию всех сфер жизни вносят компьютерные технологии.

Одну из характерных черт нынешнего этапа развития информационных технологий можно определить словами "объединение" или "интеграция". Объединяются аналоговое и цифровое, телефон и компьютер, объединяются в одном потоке речь, данные, аудио- и видеосигналы, объединяются в единой технологии техника и искусство (мультимедиа и гипермедиа). Оборотной стороной этого процесса является «разделение» или «коллективное использование» (sharing). Неотъемлемой частью этого процесса является развитие компьютерных сетей.

Компьютерные сети, по сути, являются распределенными системами. Основным признаком таких систем является наличие нескольких центров обработки данных. Компьютерные сети, называемые так же вычислительными сетями, или сетями передачи данных, являются логическим результатом эволюции двух важнейших научно-технических отраслей современной цивилизации – компьютерных и телекоммуникационных технологий. С одной стороны, сети представляют собой частный случай распределенных вычислительных систем, в которых группа компьютеров согласованно выполняет группу взаимосвязанных задач, обмениваясь данными в автоматическом режиме. С другой стороны, компьютеры и мультиплексирования данных, получившие развитии в различных телекоммуникационных системах.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) или LAN это группа персональных компьютеров или периферийных устройств, объединенных между собой высокоскоростным каналом передачи данных в расположении одного или многих близлежащих зданий. Основная задача, которая ставится при построении локальных вычислительных сетей – это создание телекоммуникационной инфраструктуры компании, обеспечивающей решение поставленных задач с наибольшей эффективностью. Существует ряд причин, для объединения отдельных персональных компьютеров в ЛВС:

Во-первых, совместное использование ресурсов позволяет нескольким ПК или другим устройствам осуществлять совместный доступ к отдельному диску (файл-серверу), дисководу DVD-ROM, принтерам, плоттерам, к сканерам и другому оборудованию, что снижает затраты на каждого отдельного пользователя.

Во-вторых, кроме совместного использования дорогостоящих периферийных устройств ЛВЛ позволяет аналогично использовать сетевые версии прикладного программного обеспечения.

В-третьих, ЛВС обеспечивает новые формы взаимодействия пользователей в одном коллективе, например работе над общим проектом.

В–четвертых, ЛВС дают возможность использовать общие средства связи между различными прикладными системами (коммуникационные услуги, передача данных и видеоданных, речи и т.д.).

Можно выделить три принципа ЛВС:

1) Открытость возможность подключения дополнительных компьютеров и других устройств, а так же линий (каналов) связи без изменения технических и программных средств существующих компонентов сети.

2) Гибкость – сохранение работоспособности при изменении структуры в результате выхода из строя любого компьютера или линии связи.

3) Эффективность обеспечение требуемого качества обслуживания пользователей при минимальных затратах.

У локальной сети есть следующие отличительные признаки:

Высокая скорость передачи данных (до 10 Гб), большая пропускная способность;

Низкий уровень ошибок передачи (высококачественные каналы передачи);

Эффективный быстродействующий механизм управления обменом данных;

Точно определенное число компьютеров, подключаемых к сети. В настоящее время трудно представить какую либо организацию без установленной в ней локальной сети, все организации стремятся модернизировать свою работу с помощью локальных сетей.

В данном курсовом проекте описано создание локальной сети на базе технологии Gigabit Ethernet, путем объединения нескольких домов, и организация выхода в Интернет.

1. Создание локальной вычислительной сети

1.1 Топологии сетей

Топология - это способ физического соединения компьютеров в локальную сеть.

Существует три основных топологии, применяемые при построении компьютерных сетей:

Топология "Шина";

Топология "Звезда";

Топология "Кольцо".

При создании сети с топологией «Шина» все компьютеры подключаются к одному кабелю (рисунок 1.1). На его концах должны быть расположены терминаторы. По такой топологии строятся 10 Мегабитные сети 10Base-2 и 10Base-5. В качестве кабеля используется Коаксиальные кабели.

Рисунок 1.1 – Топология «Шина»

Пассивная топология, строится на использовании одного общего канала связи и коллективного использования его в режиме разделения времени. Нарушение общего кабеля или любого из двух терминаторов приводит к выходу из строя участка сети между этими терминаторами (сегмент сети). Отключение любого из подключенных устройств на работу сети никакого влияния не оказывает. Неисправность канала связи выводит из строя всю сеть. Все компьютеры в сети «слушают» несущую и не участвуют в передаче данных между соседями. Пропускная способность такой сети снижается с увеличением нагрузки или при увеличении числа узлов. Для соединения кусков шины могут использоваться активные устройства - повторители (repeater) с внешним источником питания.

Топология «Звезда» предполагает подключение каждого компьютера отдельным проводом к отдельному порту устройства, называемого концентратором или повторителем (репитер), или хабом (Hub) (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 – Топология «Звезда»

Концентраторы могут быть как активные, так и пассивные. Если между устройством и концентратором происходит разрыв соединения, то вся остальная сеть продолжает работать. Правда, если этим устройством был единственный сервер, то работа будет несколько затруднена. При выходе из строя концентратора сеть перестанет работать.

Данная сетевая топология наиболее удобна при поиске повреждений сетевых элементов: кабеля, сетевых адаптеров или разъемов. При добавлении новых устройств «звезда» также удобней по сравнению с топологией общая шина. Также можно принять во внимание, что 100 и 1000 Мбитные сети строятся по топологии «Звезда».

Топология «Кольцо» активная топология. Все компьютеры в сети связаны по замкнутому кругу (рисунок 1.3). Прокладка кабелей между рабочими станциями может оказаться довольно сложной и дорогостоящей, если они расположены не по кольцу, а, например, в линию. В качестве носителя в сети используется витая пара или оптоволокно. Сообщения циркулируют по кругу. Рабочая станция может передавать информацию другой рабочей станции только после того, как получит право на передачу (маркер), поэтому коллизии исключены. Информация передается по кольцу от одной рабочей станции к другой, поэтому при выходе из строя одного компьютера, если не принимать специальных мер выйдет из строя вся сеть.

Время передачи сообщений возрастает пропорционально увеличению числа узлов в сети. Ограничений на диаметр кольца не существует, т.к. он определяется только расстоянием между узлами в сети.

Кроме приведенных выше топологий сетей широко применяются т. н. гибридные топологии: «звезда-шина», «звезда-кольцо», «звезда-звезда».

Рисунок 1.3 – Топология «Кольцо»

Кроме трех рассмотренных основных, базовых топологий нередко применяется также сетевая топология «дерево» (tree), которую можно рассматривать как комбинацию нескольких звезд. Как и в случае звезды, дерево может быть активным, или истинным, и пассивным. При активном дереве в центрах объединения нескольких линий связи находятся центральные компьютеры, а при пассивном - концентраторы (хабы).

Применяются довольно часто и комбинированные топологии, среди которых наибольшее распространение получили звездно-шинная и звездно-кольцевая. В звездно-шинной (star-bus) топологии используется комбинация шины и пассивной звезды. В этом случае к концентратору подключаются как отдельные компьютеры, так и целые шинные сегменты, то есть на самом деле реализуется физическая топология «шина», включающая все компьютеры сети. В данной топологии может использоваться и несколько концентраторов, соединенных между собой и образующих так называемую магистральную, опорную шину. К каждому из концентраторов при этом подключаются отдельные компьютеры или шинные сегменты. Таким образом, пользователь получает возможность гибко комбинировать преимущества шинной и звездной топологий, а также легко изменять количество компьютеров, подключенных к сети.

В случае звездно-кольцевой (star-ring) топологии в кольцо объединяются не сами компьютеры, а специальные концентраторы, к которым в свою очередь подключаются компьютеры с помощью звездообразных двойных линий связи. В действительности все компьютеры сети включаются в замкнутое кольцо, так как внутри концентраторов все линии связи образуют замкнутый контур. Данная топология позволяет комбинировать преимущества звездной и кольцевой топологий. Например, концентраторы позволяют собрать в одно место все точки подключения кабелей сети.

В данном курсовом проекте будет использоваться топология «звезда», которая обладает следующими преимуществами:

1. выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом;

2. хорошая масштабируемость сети;

3. лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети;

4. высокая производительность сети (при условии правильного проектирования);

5. гибкие возможности администрирования.

1.2 Кабельная система

Выбор кабельной подсистемы диктуется типом сети и выбранной топологией. Требуемые же по стандарту физические характеристики кабеля закладываются при его изготовлении, о чем и свидетельствуют нанесенные на кабель маркировки. В результате, сегодня практически все сети проектируются на базе UTP и волоконно-оптических кабелей, коаксиальный кабель применяют лишь в исключительных случаях и то, как правило, при организации низкоскоростных стеков в монтажных шкафах.

В проекты локальных вычислительных сетей (стандартных) закладываются на сегодня всего три вида кабелей:

коаксиальный (двух типов):

Тонкий коаксиальный кабель (thin coaxial cable);

Толстый коаксиальный кабель (thick coaxial cable).

витая пара (двух основных типов):

Неэкранированная витая пара (unshielded twisted pair - UTP);

Экранированная витая пара (shielded twisted pair - STP).

волоконно-оптический кабель (двух типов):

Многомодовый кабель (fiber optic cable multimode);

Одномодовый кабель (fiber optic cable single mode).

Не так давно коаксиальный кабель был самым распространенным типом кабеля. Это объясняется двумя причинами: во-первых, он был относительно недорогим, легким, гибким и удобным в применении; во-вторых, широкая популярность коаксиального кабеля привела к тому, что он стал безопасным и простым в установке.

Самый простой коаксиальный кабель состоит из медной жилы, изоляции, ее окружающей, экрана в виде металлической оплетки и внешней оболочки.

Если кабель кроме металлической оплетки имеет и слой «фольги», он называется кабелем с двойной экранизацией (рисунок 1.4). При наличии сильных помех можно воспользоваться кабелем с учетверенной экранизацией, он состоит из двойного слоя фольги и двойного слоя металлической оплетки.

Рисунок 1.4 – Структура коаксиального кабеля

Оплетка, ее называют экраном, защищает передаваемые по кабелям данные, поглощая внешние электромагнитные сигналы, называемые помехами или шумом, таким образом, экран не позволяет помехам исказить данные.

Электрические сигналы передаются по жиле. Жила – это один провод или пучок проводов. Жила изготавливается, как правило, из меди. Проводящая жила и металлическая оплетка не должны соприкасаться, иначе произойдет короткое замыкание и помехи исказят данные.

Коаксиальный кабель более помехоустойчивый, затухание сигнала в нем меньше, чем в витой паре.

Затухание – это уменьшение величины сигнала при его перемещении по кабелю.

Тонкий коаксиальный кабель – гибкий кабель диаметром около 5 мм. Он применим практически для любого типа сетей. Подключается непосредственно к плате сетевого адаптера с помощью Т-коннектора.

У кабеля разъемы называются BNC коннекторы. Тонкий коаксиальный кабель способен передавать сигнал на расстоянии 185 м, без его замедленного затухания.

Тонкий коаксиальный кабель относится к группе, которая называется семейством RG– 58. Основная отличительная особенность этого семейства медная жила.

RG 58/U – сплошная медная жила.

RG 58/U – переплетенные провода.

RG 58 C/U- военный стандарт.

RG 59 – используется для широкополосной передачи.

RG 62 – используется в сетях Archet.

Толстый коаксиальный кабель относительно жесткий кабель с диаметром около 1 см. Иногда его называют стандартом Ethernet, потому что этот тип кабеля был предназначен для данной сетевой архитектуры. Медная жила этого кабеля толще, чем у тонкого кабеля, поэтому он передает сигналы дальше. Для подключения к толстому кабелю применяют специальное устройство трансивер.

Трансивер снабжен специальным коннектором, который называется «зуб вампира» или пронзающий ответвитель. Он проникает через изоляционный слой и вступает в контакт с проводящей жилой. Чтобы подключить трансивер к сетевому адаптеру надо кабель трансивера подключить к коннектору AUI – порта к сетевой плате.

Витая пара – это два перевитых вокруг друг друга изоляционных медных провода. Существует два типа тонкого кабеля: неэкранированная витая пара (UTP) и экранированная витая пара (STP) (рисунок 1.5).

Рисунок 1.5 – Неэкранированная и экранированная витая пара

Несколько витых пар часто помещают в одну защитную оболочку. Их количество в таком кабеле может быть разным. Завивка проводов позволяет избавиться от электрических помех, наводимых соседними парами и другими источниками (двигателями, трансформаторами).

Неэкранированная витая пара (спецификация 10 Base T) широко используется в ЛВС, максимальная длина сегмента составляет 100 м.

Неэкранированная витая пара состоит из 2х изолированных медных проводов. Существует несколько спецификаций, которые регулируют количество витков на единицу длины – в зависимости от назначения кабеля.

1) Традиционный телефонный кабель, по которому можно передавать только речь.

2) Кабель, способный передавать данные со скоростью до 4 Мбит/с. Состоит из 4х витых пар.

3) Кабель, способный передавать данные со скоростью до 10 Мбит/с. Состоит из 4х витых пар с 9-ю витками на метр.

4) Кабель, способный передавать данные со скоростью до 16 Мбит/с. Состоит из 4х витых пар.

5) Кабель, способный передавать данные со скоростью до 100 Мбит/с. Состоит из 4х витых пар медного провода.

Одной из потенциальных проблем для всех типов кабелей являются перекрестные помехи.

Перекрестные помехи – это перекрестные наводки, вызванные сигналами в смежных проводах. Неэкранированная витая пара особенно страдает от этих помех. Для уменьшения их влияния используют экран.

Кабель, экранированной витой пары (STP) имеет медную оплетку, которая обеспечивает большую защиту, чем неэкранированная витая пара. Пары проводов STP обмотаны фольгой. В результате экранированная витая пара обладает прекрасной изоляцией, защищающей передаваемые данные от внешних помех.

Следовательно, STP по сравнению с UTP меньше подвержена воздействию электрических помех и может передавать сигналы с большей скоростью и на большие расстояния.

Для подключения витой пары к компьютеру используют телефонные коннекторы RG- 45.

Рисунок 1.6 – Структура оптоволоконного кабеля

В оптоволоконном кабеле цифровые данные распространяются по оптическим волокнам в виде модулированных световых импульсов. Это относительно надежный (защищенный) способ передачи, поскольку электрические сигналы при этом не передаются. Следовательно, оптоволоконный кабель нельзя скрыть и перехватить данные, от чего не застрахован любой кабель, проводящий электрические сигналы.

Оптоволоконные линии предназначены для перемещения больших объемов данных на очень высоких скоростях, так как сигнал в них практически не затухает и не искажается.

Оптическое волокно – чрезвычайно тонкий стеклянный цилиндр, называемый жилой, покрытый слоем стекла, называемого оболочкой, с иным, чем у жилы, коэффициентом преломления (рисунок 1.6). Иногда оптоволокно производят из пластика, он проще в использовании, но имеет худшие характеристики по сравнению со стеклянным.

Каждое стеклянное оптоволокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон с отдельными коннекторами. Одно из них служит для передачи сигнала, другой для приема.

Передача по оптоволоконному кабелю не подвержена электрическим помехам и ведется с чрезвычайно высокой скоростью (в настоящее время до 100Мбит/сек, теоретически возможная скорость – 200000 Мбит/сек). По нему можно передавать данные на многие километры.

В данном курсовом проекте будет использованна «Витая пара» категории 5Е и «Оптоволоконный кабель».

1.3 Технология сети Gigabit Ethernet

При организации взаимодействия узлов в локальных сетях основная роль отводится протоколу канального уровня. Однако для того, чтобы канальный уровень мог справиться с этой задачей, структура локальных сетей должна быть вполне определенной, так, например, наиболее популярный протокол канального уровня - Ethernet - рассчитан на параллельное подключение всех узлов сети к общей для них шине - отрезку коаксиального кабеля. Подобный подход, заключающийся в использовании простых структур кабельных соединений между компьютерами локальной сети, соответствовал основной цели, которую ставили перед собой разработчики первых локальных сетей во второй половине 70-х годов. Эта цель заключалась в нахождении простого и дешевого решения для объединения нескольких десятков компьютеров, находящихся в пределах одного здания в вычислительную сеть.

Данная технология потеряла свою практичность, так как сейчас в локальные сети объединяются не десятки, а сотни компьютеров находящихся не только в разных зданиях, но и в разных районах. Поэтому выбираем более высокую скорость и надежность передачи информации. Эти требования выполняются технологией Gigabit Ethernet 1000Base-T.

Gigabit Ethernet 1000Base-T, основана на витой паре и волоконно-оптическом кабеле. Поскольку технология Gigabit Ethernet совместима с 10 Mbps и 100Mbps Ethernet, возможен легкий переход на данную технологию без инвестирования больших средств в программное обеспечение, кабельную структуру и обучение персонала.

Технология Gigabit Ethernet – это расширение IEEE 802.3 Ethernet, использующее такую же структуру пакетов, формат и поддержку протокола CSMA/CD, полного дуплекса, контроля потока и прочее, но при этом предоставляя теоретически десятикратное увеличение производительности.

CSMA/CD (Carrier-Sense Multiple Access with Collision Detection – множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий) – технология множественного доступа к общей передающей среде в локальной компьютерной сети с контролем коллизий. CSMA/CD относится к децентрализованным случайным методам. Он используется как в обычных сетях типа Ethernet, так и в высокоскоростных сетях (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet).

Так же называют сетевой протокол, в котором используется схема CSMA/CD. Протокол CSMA/CD работает на канальном уровне в модели OSI.

Характеристики и области применения этих популярных на практике сетей связаны именно с особенностями используемого метода доступа. CSMA/CD является модификацией «чистого» Carrier Sense Multiple Access (CSMA).

Если во время передачи фрейма рабочая станция обнаруживает другой сигнал, занимающий передающую среду, она останавливает передачу, посылает jam signal и ждет в течение случайного промежутка времени (известного как «backoff delay» и находимого с помощью алгоритма truncared binary exponential backoff), перед тем как снова отправить фрейм.

Обнаружение коллизий используется для улучшения производительности CSMA с помощью прерывания передачи сразу после обнаружения коллизии и снижения вероятности второй коллизии во время повторной передачи.

Методы обнаружения коллизий зависят от используемого оборудования, но на электрических шинах, таких как Ethernet коллизии могут быть обнаружены сравнением передаваемой и получаемой информации. Если она различается, то другая передача накладывается на текущую (возникла коллизия) и передача прерывается немедленно. Посылается jam signal, что вызывает задержку передачи всех передатчиков на произвольный интервал времени, снижая вероятность коллизии во время повторной попытки.

1.4 Аппаратное обеспечение

Выбору аппаратного обеспечения нужно уделить особое внимание, немалую роль играет возможность расширения системы и простота ее модернизации, поскольку именно это позволяет обеспечить требуемую производительность не только на текущий момент времени, но и в будущем.

Наибольший интерес представляет максимальный объем оперативной памяти, который можно использовать на данном сервере, возможность установки более мощного процессора, а так же второго процессора (если планируется использование операционной системы, поддерживающей двухпроцессорную конфигурацию). Немаловажным так же остается вопрос о том, какую конфигурацию дисковой подсистемы можно использовать на данном сервере, в первую очередь, какой объем дисков, максимальное их количество.

Несомненно, что жизненно важным параметром любого сервера является его качественное и бесперебойное питание. В связи с этим необходимо проверить наличие у сервера нескольких (хотя бы двух) блоков питания. Обычно эти два блока питания работают параллельно, т.е. при выходе из строя оного, сервер продолжает работать, получая питание от другого (исправного) блока питания. При этом должна так же быть возможность их «горячей» замены. И, само собой разумеется, необходим источник бесперебойного питания. Его наличие позволяет в случае пропадания напряжения в электросети, по крайней мере, корректно завершить работу операционной системы и включить сервер.

Высокая надежность серверов достигается путем реализации комплекса мер, касающихся как обеспечения необходимого теплообмена в корпусе, контроля температуры важнейших компонентов, слежения за рядом других параметров, так и полного или частичного дублирования подсистем.

Также необходимо уделить внимание выбору дополнительных аппаратных компонентов сети. При выборе сетевого оборудования стоит учитывать топологию сети и кабельную систему, на которой она выполнена.

· Уровень стандартизации оборудования и его совместимость с наиболее распространенными программными средствами;

· Скорость передачи информации и возможность ее дальнейшего увеличения;

· Возможные топологии сети и их комбинации (шина, пассивная звезда, пассивное дерево);

· Метод управления обменом в сети (CSMA/CD, полный дуплекс или маркерный метод);

· Разрешенные типы кабеля сети, максимальную его длину, защищенность от помех;

· Стоимость и технические характеристики конкретных аппаратных средств (сетевых адаптеров, трансиверов, репитеров, концентраторов, коммутаторов).

Минимальные требования к серверу:

CPU AMD Athlon64 X2 6000+ 3,1ГГц;

Сетевые адаптеры Dual NC37H с сетевой картой TCP/IP Offload Engine;

ОЗУ 8 Гб;

HDD 2x500 Гб Seagate Barracuda 7200 об/мин.

1.5 Программное обеспечение

Программное обеспечение вычислительных сетей состоит из трех составляющих:

1) автономных операционных систем (ОС), установленных на рабочих станциях;

2) сетевых операционных систем, установленных на выделенных серверах, которые являются основой любой вычислительной сети;

3) сетевых приложений или сетевых служб.

В качестве автономных ОС для рабочих станций, как правило, используются современные 32-разрядные операционные системы – Windows 95/98, Windows 2000, Windows XP, Windows VISTA.

В качестве сетевых ОС в вычислительных сетях применяются:

ОС NetWare фирмы Novell;

Сетевые ОС фирмы Microsoft (ОС Windows NT, Microsoft Windows 2000 Server, Windows Server 2003, Windows Server 2008)

Windows Server 2008 обеспечивает три основных преимущества:

1) Улучшенный контроль

Windows Server 2008 позволяет лучше контролировать инфраструктуру серверов и сети и сконцентрироваться на решении задач первоочередной важности благодаря следующему.

Упрощенное управление ИТ-инфраструктурой с помощью новых средств, обеспечивающих единый интерфейс для настройки и мониторинга серверов и возможность автоматизации рутинных операций.

Оптимизация процессов установки Windows Server 2008 и управления ими за счет развертывания только нужных ролей и функций. Настройка конфигурации серверов уменьшает количество уязвимых мест и снижает потребность в обновлении программного обеспечения, что приводит к упрощению текущего обслуживания.

Эффективное обнаружение и устранение неполадок с помощью мощных средств диагностики, дающих наглядное представление об актуальном состоянии серверной среды, как физической, так и виртуальной.

Улучшенный контроль над удаленными серверами, например серверами филиалов. Благодаря оптимизации процессов администрирования серверов и репликации данных вы сможете лучше обслуживать своих пользователей и избавитесь от некоторых управленческих проблем.

Облегченное управление веб-серверами с помощью Internet Information Services 7.0 - мощной веб-платформы для приложений и служб. Эта модульная платформа имеет более простой интерфейс управления на основе задач и интегрированные средства управления состоянием веб-служб, обеспечивает строгий контроль над взаимодействием узлов, а также содержит ряд усовершенствований по части безопасности.

Улучшенный контроль параметров пользователей с помощью расширенной групповой политики.

2) Повышенная гибкость

Перечисленные ниже возможности Windows Server 2008 позволяют создавать гибкие и динамичные центры данных, которые отвечают непрерывно меняющимся потребностям компании.

Встроенные технологии для виртуализации на одном сервере нескольких операционных систем (Windows, Linux и т. д.). Благодаря этим технологиям, а также более простым и гибким политикам лицензирования сегодня можно без труда воспользоваться преимуществами виртуализации, в том числе экономическими.

Централизованный доступ к приложениям и беспрепятственная интеграция удаленно опубликованных приложений. Кроме того, нужно отметить возможность подключения к удаленным приложениям через межсетевой экран без использования VPN - это позволяет быстро реагировать на потребности пользователей, независимо от их местонахождения.

Широкий выбор новых вариантов развертывания.

Гибкие и функциональные приложения связывают работников друг с другом и с данными, обеспечивая таким образом наглядное представление, совместное использование и обработку информации.

Взаимодействие с существующей средой.

Развитое и активное сообщество для поддержки на всем протяжении жизненного цикла.

3) Улучшенная защита

Windows Server 2008 усиливает безопасность операционной системы и среды в целом, формируя надежный фундамент, на котором вы сможете развивать свой бизнес. Защита серверов, сетей, данных и учетных записей пользователей от сбоев и вторжений обеспечивается Windows Server за счет следующего.

Усовершенствованные функции безопасности уменьшают уязвимость ядра сервера, благодаря чему повышается надежность и защищенность серверной среды.

Технология защиты сетевого доступа позволяет изолировать компьютеры, которые не отвечают требованиям действующих политик безопасности. Возможность принудительно обеспечивать соблюдение требований безопасности является мощным средством защиты сети.

Усовершенствованные решения по составлению интеллектуальных правил и политик, улучшающих управляемость и защищенность сетевых функций, позволяют создавать регулируемые политиками сети.

Защита данных, которая разрешает доступ к ним только пользователям с надлежащим контекстом безопасности и исключает потерю в случае поломки оборудования.

Защита от вредоносных программ с помощью функции контроля учетных записей с новой архитектурой проверки подлинности.

Повышенная устойчивость системы, уменьшающая вероятность потери доступа, результатов работы, времени, данных и контроля.

Для пользователей локальных вычислительных сетей большой интерес представляет набор сетевых служб, с помощью которых он получает возможность просмотреть список имеющихся в сети компьютеров, прочесть удаленный файл, распечатать документ на принтере, установленном на другом компьютере в сети или послать почтовое сообщение.

Реализация сетевых служб осуществляется программным обеспечением (программными средствами). Файловая служба и служба печати предоставляются операционными системами, а остальные службы обеспечиваются сетевыми прикладными программами или приложениями. К традиционным сетевым службам относятся: Telnet, FTP, HTTP, SMTP, POP-3.

Служба Telnet позволяет организовывать подключения пользователей к серверу по протоколу Telnet.

Служба FTP обеспечивает пересылку файлов с Web-серверов. Эта служба обеспечивается Web-обозревателями (Internet Explorer, Mozilla Firefox, Opera и др.)

HTTP - служба, предназначенная для просмотра Web-страниц (Web-сайтов), обеспечивается сетевыми прикладными программами: Internet Explorer, Mozilla Firefox, Opera и др.

SMTP, POP-3 - службы входящей и исходящей электронной почты. Реализуются почтовыми прикладными программами: Outlook Express, The Bat и др.

Так же на сервере необходима антивирусная программа. ESET NOD32 Smart Security Business Edition является новым интегрированным решением, предоставляющим комплексную защиту серверов и рабочих станций для всех типов организаций.

Данное решение включает функции антиспама и персонального файервола, которые могут использоваться непосредственно на рабочей станции.

ESET NOD32 Smart Security Business Edition обеспечивает поддержку файловых серверов Windows, Novell Netware и Linux/FreeBSD и их защиту от известных и неизвестных вирусов, червей, троянских и шпионских программ, а также других интернет-угроз. В решении существует возможность сканирования по доступу, по запросу и автоматическое обновление.

Решение ESET NOD32 Smart Security Business Edition включает компоненту ESET Remote Administrator, обеспечивающее обновление и централизованное администрирование в корпоративных сетевых средах или глобальных сетях. Решение обеспечивает оптимальную производительность систем и сетей при одновременном снижении потребляемой пропускной способности. Решение обладает функциональными возможностями и гибкостью, в которых нуждается любая компания:

1) Установка на сервер. Версия для корпоративных клиентов ESET NOD32 Smart Security может быть установлена как на сервер, так и на рабочие станции. Это особенно важно для компаний, стремящихся к поддержке своей конкурентоспособности, так как серверы уязвимы для атак не менее, чем обычные рабочие станции. Если серверы не будут защищены, один вирус может повредить всю систему.

2) Удаленное администрирование. С помощью программы ESET Remote Administrator можно контролировать и администрировать программное решение по безопасности из любой точки мира. Особую важность этот фактор имеет для компаний, распределенных географически, а также для системных администраторов, предпочитающий удаленную форму работы или находящихся в разъездах.

Возможность «Зеркала». Функция зеркала ESET NOD32 позволяет ИТ-администратору ограничить полосу пропускания сети путем создания внутреннего сервера обновлений. В результате у рядовых пользователей нет необходимости выходить в Интернет для получения обновлений, что не только позволяет экономить ресурсы, но также сокращает общую уязвимость информационной структуры.

1.6 Краткий план сети

Таблица 1.1 – Краткая сводка оборудования

2 Физическое построение локальной сети и организация выхода в интернет

2.1 Сетевое оборудование

2.1.1 Активное оборудование

В данном курсовом проекте будет использовано следующее оборудование:

Коммутатор D-link DGS-3200-16;

Коммутатор D-link DGS-3100-24;

Маршрутизатор D-link DFL-1600;

Конвертер 1000 Mbit/s D-Link DMC-810SC;

Сервер IBM System x3400 M2 7837PBQ.

Рисунок 2.1 – Коммутатор D-link DGS-3200-16

Общие характеристики

Тип устройства коммутатор (switch)

есть

Количество слотов для дополнительных

интерфейсов 2

Управление

Консольный порт есть

Web-интерфейс есть

Поддержка Telnet есть

Поддержка SNMP есть

Дополнительно

Поддержка IPv6 есть

Поддержка стандартов Auto MDI/MDIX, Jumbo Frame, IEEE 802.1p (Priority tags), IEEE 802.1q (VLAN), IEEE 802.1d (Spanning Tree), IEEE 802.1s (Multiple Spanning Tree)

Размеры (ШxВxГ) 280 x 43 x 180 мм

Количество портов 16 x Ethernet 10/100/1000

коммутатора Мбит/сек

32 Гбит/сек

Размер таблицы MAC адресов 8192

Маршрутизатор

IGMP v1

Рисунок 2.2 – Коммутатор D-link DGS-3100-24

Общие характеристики

Тип устройства коммутатор (switch)

Возможность установки в стойку есть

Количество слотов для дополнительных интерфейсов 4

Управление

Консольный порт есть

Web-интерфейс есть

Поддержка Telnet есть

Поддержка SNMP есть

Дополнительно

Поддержка стандартов Auto MDI/MDIX, Jumbo Frame, IEEE 802.1p (Priority tags), IEEE 802.1q (VLAN), IEEE 802.1d (Spanning Tree), IEEE 802.1s (Multiple Spanning Tree)

Размеры (ШxВxГ) 440 x 44 x 210 мм

Вес 3.04 кг

Дополнительная информация 4 комбо-порта 1000BASE-T/SFP

Количество портов 24 x Ethernet 10/100/1000

коммутатора Мбит/сек

Поддержка работы в стеке есть

Внутренняя пропускная способность 68 Гбит/сек

Размер таблицы MAC адресов 8192

Маршрутизатор

Протоколы динамической маршрутизации IGMP v1

Рисунок 2.3 – Маршрутизатор D-link DFL-1600

Общие характеристики

Тип устройства маршрутизатор (router)

Управление

Консольный порт есть

Web-интерфейс есть

Поддержка Telnet есть

Поддержка SNMP есть

Дополнительно

Поддержка стандартов IEEE 802.1q (VLAN)

Размеры (ШxВxГ) 440 x 44 x 254 мм

Дополнительная информация 6 настраиваемых пользователем портов Gigabit Ethernet

Количество портов 5 x Ethernet 10/100/1000

коммутатора Мбит/сек

Маршрутизатор

Межсетевой экран (Firewall) есть

NAT есть

DHCP-сервер есть

Протоколы динамической

маршрутизации IGMP v1, IGMP v2, IGMP v3, OSPF

Поддержка VPN-туннелей есть (1200 туннелей)

Рисунок 2.4 - Конвертер 1000 Mbit/s D-Link DMC-805G

Общие характеристики

· Один канал преобразования среды передачи между 1000BASE-T и 1000BASE-SX/LX (SFP mini GBIC трансивер);

· Совместимость со стандартами IEEE 802.3ab 1000BASE-T, IEEE802.3z 1000BASE-SX/LX Gigabit Ethernet;

· Индикаторы состояния на передней панели;

· Поддержка LLCF (Link Loss Carry Forward, Link Pass Through);

· Поддержка режима дуплекса и автосогласования для оптического порта;

· DIP переключатель для настройки Fiber (auto/manual), LLR (Enable/Disable);

· Поддержка LLR (Link Loss Return) для порта FX;

· Использование как отдельного устройства или установка в шасси DMC-1000;

· Мониторинг состояния дуплекс/канал для обоих типов сред через управляющий модуль DMC-1002 при установке в шасси DMC-1000;

· Принудительная установка режима дуплекса, LLR on/off для FX, порты on/off через управляющий модуль DMC-1002 шасси DMC-1000;

· Передача данных на скорости канала;

· Горячая замена при установке в шасси;

Размеры 120 x 88 x 25 мм

Вес 305 г.

Рабочая температура От 0° до 40° C

Температура хранения От -25° до 75° C

Влажность От 10% до 95 без образования конденсата

Рисунок 2.5 - Сервер IBM System x3400 M2 7837PBQ

Характеристики сервера

Процессор Intel Xeon Quad-Core

Серия E5520

Частота процессора 2260 MHz

Количество процессоров 1 (+1 опционально)

Частота системной шины 1066 МГц

Кэш второго уровня (L2C) 8 Mb

Чипсет Intel 5500

Объем оперативной памяти 12 Gb

Макисмальная оперативная память 96 Gb

Слоты под оперативную память 12

Тип оперативной памяти DDR3

Чипсет видео Встроенный

Размер видеопамяти 146 Mb

Количество жестких дисков 3

Размер жесткого диска 0 Gb

Максимальное количество дисков 8

Контроллер жестких дисков M5015

Оптические приводы DVD±RW

Сетевой интерфейс 2x Gigabit Ethernet

Внешние порты ввода-вывода 8хUSB ports (six external, two internal), dual-port

Тип монтажа Tower

Тип блока питания 920 (х2) Вт

Максимальное количество

блоков питания 2

Размеры 100 х 580 х 380 мм

Вес 33 кг

Гарантия 3 года

Дополнительная информация Клавиатура + Мышь

Дополнительные комплектующие (заказываются отдельно) Сервера IBM System x3400 M2 7837PBQ

2.1.2 Пассивное оборудование

Пассивное оборудование составляет физическую инфраструктуру сетей (коммутационные панели, розетки, стойки, монтажные шкафы, кабели, кабель-каналы, лотки и т.п.). От качества исполнения кабельной системы во многом зависит пропускная способность и качество каналов связи, поэтому для тестирования физических носителей данных должно применяться сложное и дорогостоящее оборудования под управлением квалифицированного персонала в этой области.

2.2 Расчет кабельной системы

2.2.1 Расчет длины оптоволоконного кабеля основной магистрали

В курсовом проекте необходимо соединить 4 дома. Т.к. заданные этажи 5й, 12й и 14й, то целесообразнее вести главный оптоволоконный кабель по воздушным коммуникациям.

Для подвески основной магистрали между столбами и зданиями используется специальный самонесущий оптоволоконный кабель, который имеет центральный силовой элемент (ЦСЭ) и стальной трос. Оптимальное расстояние между опорами крепления кабеля от 70 до 150 метров.

Рисунок 2.5 – Расположение домов

Таблица 2.1 – Расчет длины оптоволоконного кабеля основной магистрали

Участок кабеля	Длина, м	Количество сегментов	Длина с запасом, м
1-2	105	1	136,5
2-3	75	1	97,5
3-4	190	1	247
4-5	100	1	130
5-6	75	1	97,5
Всего			708,5

2.2.2 Расчет длины витой пары

Для прокладки кабеля по этажам используются кабельные стояки. В подъездах. В подъездах кабель можно не упаковывать, т.к. в подъездах не так грязно и угрозы резкого перепада температуры и загрязнения минимальны.

Витая пара от коммутатора на крыше до нужного этажа идет по стояку без всякой защиты, от электрического щитка до квартиры, как в кабельных каналах, так и без них, просто прикрепленная к стене скобами.

Сервер и маршрутизатор располагается в доме № 2 на 5-м этаже 3-го подъезда в герметичной комнате с постоянным поддержанием температуры не более 30о С.

Таблица 2.2 – Расчет длины витой пары в домах

	Расстояние от коммутатора до отверстия в							Кол-во кабе-ля на квар-тиру, м				Дли-на с запас-ом, м
2	52	55	58	63	56	51	48	15	4	7	1952	2537,6
5	34	30	38	28	26	-	-	15	4	5	924	1201,2
7	42	45	48	53	46	41	38	15	4	7	1672	2173,6
8	34	30	38	28	26	-	-	15	5	5	1155	1501,5
											5703	7413,9

2.3 Логическая структуризация сети

При работе коммутатора среда передачи данных каждого логического сегмента остается общей только для тех компьютеров, которые подключены к этому сегменту непосредственно. Коммутатор осуществляет связь сред передачи данных различных логических сегментов. Он передает кадры между логическими сегментами только при необходимости, то есть только тогда, когда взаимодействующие компьютеры находятся в разных сегментах.

Деление сети на логические сегменты улучшает производительность сети, если в сети имеются группы компьютеров, преимущественно обменивающиеся информацией между собой. Если же таких групп нет, то введение в сеть коммутаторов может только ухудшить общую производительность сети, так как принятие решения о том, нужно ли передавать пакет из одного сегмента в другой, требует дополнительного времени.

Однако даже в сети средних размеров такие группы, как правило, имеются. Поэтому разделение ее на логические сегменты дает выигрыш в производительности - трафик локализуется в пределах групп, и нагрузка на их разделяемые кабельные системы существенно уменьшается.

Коммутаторы принимают решение о том, на какой порт нужно передать кадр, анализируя адрес назначения, помещенный в кадре, а также на основании информации о принадлежности того или иного компьютера определенному сегменту, подключенному к одному из портов коммутатора, то есть на основании информации о конфигурации сети. Для того, чтобы собрать и обработать информацию о конфигурации подключенных к нему сегментов, коммутатор должен пройти стадию "обучения", то есть самостоятельно проделать некоторую предварительную работу по изучению проходящего через него трафика. Определение принадлежности компьютеров сегментам возможно за счет наличия в кадре не только адреса назначения, но и адреса источника, сгенерировавшего пакет. Используя информацию об адресе источника, коммутатор устанавливает соответствие между номерами портов и адресами компьютеров. В процессе изучения сети мост/коммутатор просто передает появляющиеся на входах его портов кадры на все остальные порты, работая некоторое время повторителем. После того, как мост/коммутатор узнает о принадлежности адресов сегментам, он начинает передавать кадры между портами только в случае межсегментной передачи. Если, уже после завершения обучения, на входе коммутатора вдруг появится кадр с неизвестным адресом назначения, то этот кадр будет повторен на всех портах.

Мосты/коммутаторы, работающие описанным способом, обычно называются прозрачными (transparent), поскольку появление таких мостов/коммутаторов в сети совершенно не заметно для ее конечных узлов. Это позволяет не изменять их программное обеспечение при переходе от простых конфигураций, использующих только концентраторы, к более сложным, сегментированным.

Существует и другой класс мостов/коммутаторов, передающих кадры между сегментами на основе полной информации о межсегментном маршруте. Эту информацию записывает в кадр станция-источник кадра, поэтому говорят, что такие устройства реализуют алгоритм маршрутизации от источника (source routing). При использовании мостов/коммутаторов с маршрутизацией от источника конечные узлы должны быть в курсе деления сети на сегменты и сетевые адаптеры, в этом случае должны в своем программном обеспечении иметь компонент, занимающийся выбором маршрута кадров.

За простоту принципа работы прозрачного моста/коммутатора приходится расплачиваться ограничениями на топологию сети, построенной с использованием устройств данного типа - такие сети не могут иметь замкнутых маршрутов - петель. Мост/коммутатор не может правильно работать в сети с петлями, при этом сеть засоряется зацикливающимися пакетами и ее производительность снижается.

Для автоматического распознавания петель в конфигурации сети разработан алгоритм покрывающего дерева (Spanning Tree Algorithm, STA). Этот алгоритм позволяет мостам/коммутаторам адаптивно строить дерево связей, когда они изучают топологию связей сегментов с помощью специальных тестовых кадров. При обнаружении замкнутых контуров некоторые связи объявляются резервными. Мост/коммутатор может использовать резервную связь только при отказе какой-либо основной. В результате сети, построенные на основе мостов/коммутаторов, поддерживающих алгоритм покрывающего дерева, обладают некоторым запасом надежности, но повысить производительность за счет использования нескольких параллельных связей в таких сетях нельзя.

2.4 IP-адресация в сети

Существует 5 классов IP-адресов – A, B, C, D, E. Принадлежность IP-адреса к тому или иному классу определяется значением первого октета (W). Ниже показано соответствие значений первого октета и классов адресов.

Таблица 2.3 – Диапазон октетов классов IP адресов

IP-адреса первых трех классов предназначены для адресации отдельных узлов и отдельных сетей. Такие адреса состоят из двух частей – номера сети и номера узла. Такая схема аналогична схеме почтовых индексов – первые три цифры кодируют регион, а остальные почтовое отделение внутри региона.

Преимущества двухуровневой схемы очевидны: она позволяет, во-первых, адресовать целиком отдельные сети внутри составной сети, что необходимо для обеспечения маршрутизации, а во-вторых – присваивать узлам номера внутри одной сети независимо от других сетей. Естественно, что компьютеры, входящие в одну и ту же сеть должны иметь IP-адреса с одинаковым номером сети.

IP-адреса разных классов отличаются разрядностью номеров сети и узла, что определяет их возможный диапазон значений. Следующая таблица отображает основные характеристики IP-адресов классов A,B и C.

Таблица 2.4 – Характеристики IP – адресов классов А, В и С

Например, IP-адрес 213.128.193.154 является адресом класса C, и принадлежит узлу с номером 154, расположенному в сети 213.128.193.0.

Схема адресации, определяемая классами A, B, и C, позволяет пересылать данные либо отдельному узлу, либо всем компьютерам отдельной сети (широковещательная рассылка). Однако существует сетевое программное обеспечение, которому требуется рассылать данные определенной группе узлов, необязательно входящих в одну сеть. Для того чтобы программы такого рода могли успешно функционировать, система адресации должна предусматривать так называемые групповые адреса. Для этих целей используются IP-адреса класса D. Диапазон адресов класса E зарезервирован и в настоящее время не используется.

Наряду с традиционной десятичной формой записи IP-адресов, может использоваться и двоичная форма, отражающая непосредственно способ представления адреса в памяти компьютера. Поскольку IP-адрес имеет длину 4 байта, то в двоичной форме он представляется как 32-разрядное двоичное число (т.е. последовательность из 32 нулей и единиц). Например, адрес 213.128.193.154 в двоичной форме имеет вид 11010101 1000000 11000001 10011010.

Протокол IP предполагает наличие адресов, которые трактуются особым образом. К ним относятся следующие:

1) Адреса, значение первого октета которых равно 127. Пакеты, направленные по такому адресу, реально не передаются в сеть, а обрабатываются программным обеспечением узла-отправителя. Таким образом, узел может направить данные самому себе. Этот подход очень удобен для тестирования сетевого программного обеспечения в условиях, когда нет возможности подключиться к сети.

2) Адрес 255.255.255.255. Пакет, в назначении которого стоит адрес 255.255.255.255, должен рассылаться всем узлам сети, в которой находится источник. Такой вид рассылки называется ограниченным широковещанием. В двоичной форме этот адрес имеет вид 11111111 11111111 11111111 11111111.

3) Адрес 0.0.0.0. Он используется в служебных целях и трактуется как адрес того узла, который сгенерировал пакет. Двоичное представление этого адреса 00000000 00000000 00000000 00000000

Дополнительно особым образом интерпретируются адреса:

Схема разделения IP-адреса на номер сети и номер узла, основанная на понятии класса адреса, является достаточно грубой, поскольку предполагает всего 3 варианта (классы A, B и C) распределения разрядов адреса под соответствующие номера. Рассмотрим для примера следующую ситуацию. Допустим, что некоторая компания, подключающаяся к Интернет, располагает всего 10-ю компьютерами. Поскольку минимальными по возможному числу узлов являются сети класса C, то эта компания должна была бы получить от организации, занимающейся распределением IP-адресов, диапазон в 254 адреса (одну сеть класса C). Неудобство такого подхода очевидно: 244 адреса останутся неиспользованными, поскольку не могут быть распределены компьютерам других организаций, расположенных в других физических сетях. В случае же, если рассматриваемая организация имела бы 20 компьютеров, распределенных по двум физическим сетям, то ей должен был бы выделяться диапазон двух сетей класса C (по одному для каждой физической сети). При этом число "мертвых" адресов удвоится.

Для более гибкого определения границ между разрядами номеров сети и узла внутри IP-адреса используются так называемые маски подсети. Маска подсети – это 4-байтовое число специального вида, которое используется совместно с IP-адресом. "Специальный вид" маски подсети заключается в следующем: двоичные разряды маски, соответствующие разрядам IP-адреса, отведенным под номер сети, содержат единицы, а в разрядах, соответствующих разрядам номера узла – нули.

Использование в паре с IP -адресом маски подсети позволяет отказаться от применения классов адресов и сделать более гибкой всю систему IP-адресации.

Так, например, маска 255.255.255.240 (11111111 11111111 11111111 11110000) позволяет разбить диапазон в 254 IP-адреса, относящихся к одной сети класса C, на 14 диапазонов, которые могут выделяться разным сетям.

Для стандартного деления IP-адресов на номер сети и номер узла, определенного классами A, B и C маски подсети имеют вид:

Таблица 2.5 – Маски подсети классов А, В и С

Класс	Двоичная форма	Десятичная форма
	11111111 00000000 00000000 00000000	255.0.0.0
	11111111 11111111 00000000 00000000	255.255.0.0
	11111111 11111111 11111111 00000000	255.255.255.0

Поскольку каждый узел сети Интернет должен обладать уникальным IP-адресом, то, безусловно, важной является задача координации распределения адресов отдельным сетям и узлам. Такую координирующую роль выполняет Интернет Корпорация по распределению адресов и имен (The Internet Corporation for Assigned Names and Numbers, ICANN).

Естественно, что ICANN не решает задач выделения IP-адресов конечным пользователям и организациям, а занимается распределением диапазонов адресов между крупными организациями-поставщиками услуг по доступу к Интернету (Internet Service Provider), которые, в свою очередь, могут взаимодействовать как с более мелкими поставщиками, так и с конечными пользователями. Так, например функции по распределению IP-адресов в Европе ICANN делегировал Координационному Центру RIPE (RIPE NCC, The RIPE Network Coordination Centre, RIPE - Reseaux IP Europeens). В свою очередь, этот центр делегирует часть своих функций региональным организациям. В частности, российских пользователей обслуживает Региональный сетевой информационный центр "RU-CENTER".

В данной сети распределение IP-адресов производится с помощью протокола DHCP.

Протокол DHCP предоставляет три способа распределения IP-адресов:

1) Ручное распределение. При этом способе сетевой администратор сопоставляет аппаратному адресу (обычно MAC-адресу) каждого клиентского компьютера определенный IP-адрес. Фактически, данный способ распределения адресов отличается от ручной настройки каждого компьютера лишь тем, что сведения об адресах хранятся централизованно (на сервере DHCP), и поэтому их проще изменять при необходимости.

2) Автоматическое распределение. При данном способе каждому компьютеру на постоянное использование выделяется произвольный свободный IP-адрес из определенного администратором диапазона.

3) Динамическое распределение. Этот способ аналогичен автоматическому распределению, за исключением того, что адрес выдается компьютеру не на постоянное пользование, а на определенный срок. Это называется арендой адреса. По истечении срока аренды IP-адрес вновь считается свободным, и клиент обязан запросить новый (он, впрочем, может оказаться тем же самым).

IP-адреса в курсовом проекте взяты класса B и имеют маску 225.225.0.0. Выдаются протоколом DHCP с привязкой к МАС-адресу во избежание нелегальных подключений.

Таблица 2.6 – Назначение подсетей

Номер дома	Число подъездов	Номер этажа	Адрес подсети
2	4	5
5	4	4
7	4	10
8	5	11

2.5 Организация выхода в Интернет через спутник

2.5.1 Виды спутникового Интернета

Двухсторонний спутниковый Интернет подразумевает приём данных со спутника и отправку их обратно также через спутник. Этот способ является очень качественным, так как позволяет достигать больших скоростей при передаче и отправке, но он является достаточно дорогим и требует получения разрешения на радиопередающее оборудование (впрочем, последнее провайдер часто берет на себя).

Односторонний спутниковый Интернет подразумевает наличие у пользователя какого-то существующего способа подключения к Интернету. Как правило, это медленный и/или дорогой канал (GPRS/EDGE, ADSL-подключение там, где услуги доступа в Интернет развиты плохо и ограничены по скорости и т. п.). Через этот канал передаются только запросы в Интернет. Эти запросы поступают на узел оператора одностороннего спутникового доступа (используются различные технологии VPN-подключения или проксирования трафика), а данные, полученные в ответ на эти запросы, передают пользователю через широкополосный спутниковый канал. Поскольку большинство пользователей в основном получает данные из Интернета, то такая технология позволяет получить более скоростной и более дешевый трафик, чем медленные и дорогие наземные подключения. Объем же исходящего трафика по наземному каналу (а значит и затраты на него) становится достаточно скромным (соотношение исходящий/входящий примерно от 1/10 при веб-серфинге, от 1/100 и лучше при загрузке файлов).

Естественно, использовать односторонний спутниковый Интернет имеет смысл тогда, когда доступные наземные каналы слишком дорогие и/или медленные. При наличии недорого и быстрого «наземного» Интернета спутниковый Интернет имеет смысл как резервный вариант подключения, на случай пропадания или плохой работы «наземного».

2.5.2 Оборудование

Ядро спутникового Интернета. Осуществляет обработку данных, полученных со спутника, и выделение полезной информации. Существует множество различных видов карт, но наиболее известны карты семейства SkyStar. Основными отличиями DVB-карт на сегодняшний день является максимальная скорость потока данных. Также к характеристикам можно отнести возможность аппаратного декодирования сигнала, программную поддержку продукта.

Существуют два типа спутниковых антенн:

· офсетные;

· прямофокусные.

Прямофокусные антенны представляют собой «блюдце» с сечением в виде окружности; приемник расположен прямо напротив его центра. Они сложнее офсетных в настройке и требуют подъёма на угол спутника, из-за чего могут «собирать» атмосферные осадки. Офсетные антенны за счёт смещения фокуса «тарелки» (точки максимального сигнала), устанавливаются практически вертикально, и потому проще в обслуживании. Диаметр антенны выбирается в соответствии с метеоусловиями и уровнем сигнала необходимого спутника.

Конвертер выполняет роль первичного преобразователя, который преобразовывает СВЧ-сигнал со спутника в сигнал промежуточной частоты. В настоящее время большинство конвертеров адаптировано к длительным воздействиям влаги и УФ-лучей. При выборе конвертера, в основном, следует обратить внимание на шумовой коэффициент. Для нормальной работы стоит выбирать конвертеры со значением этого параметра в промежутке 0,25 - 0,30 dB.

Для реализации двухстороннего способа к искомому оборудованию добавляется передающая карта и передающий конвертер.

2.5.3 Программное обеспечение

Существует два взаимодополняющих подхода к реализации ПО для спутникового интернета.

В первом случае DVB-карта используется как стандартное сетевое устройство (но работающие только на приём), а для передачи используется VPN-туннель (многие провайдеры используют PPTP («Windows VPN»), либо OpenVPN на выбор клиента, в некоторых случаях используется IPIP-туннель), есть и другие варианты. При этом в системе отключается контроль заголовков пакетов. Запросный пакет уходит на туннельный интерфейс, а ответ приходит со спутника (если не отключить контроль заголовков, система посчитает пакет ошибочным (в случае Windows - не так)). Данный подход позволяет использовать любые приложения, но имеет большую задержку. Большинство доступных в СНГ спутниковых провайдеров (SpaceGate (Ителсат), PlanetSky, Raduga-Internet, SpectrumSat) поддерживают данный метод.

Второй вариант (иногда используется совместно с первым): использование специального клиентского ПО, которое за счёт знания структуры протокола позволяет ускорять получение данных (например, запрашивается веб-страница, сервер у провайдера просматривает её и сразу, не дожидаясь запроса, посылает и картинки с этой страницы, считая, что клиент их все равно запросит; клиентская часть кеширует такие ответы и возвращает их сразу). Такое программное обеспечение со стороны клиента обычно работает как HTTP и Socks-прокси. Примеры: Globax (SpaceGate + другие по запросу), TelliNet (PlanetSky), Sprint (Raduga), Slonax (SatGate).

В обоих случаях возможно «расшаривание» трафика по сети (в первом случае иногда даже можно иметь несколько разных подписок спутникового провайдера и разделять тарелку за счёт особой настройки машины с тарелкой (требуется Linux или FreeBSD, под Windows требуется программное обеспечение сторонних производителей)).

Некоторые провайдеры (SkyDSL) в обязательном порядке используют своё программное обеспечение (выполняющее роль и туннеля, и прокси), часто также выполняющие клиентский шейпинг и не дающее расшаривать спутниковый интернет между пользователями (также не дающие возможности использовать в качестве ОС что либо отличное от Windows).

2.5.4 Преимущества и недостатки

Можно выделить следующие плюсы спутникового Интернета:

· стоимость трафика в часы наименьшей загрузки емкости

· независимость от наземных линий связи (при использовании GPRS или WiFi в качестве запросного канала)

· большая конечная скорость (приём)

· возможность просмотра спутникового ТВ и «рыбалки со спутника»

· возможность свободного выбора провайдера

Недостатки:

· необходимость покупки специального оборудования

· сложность установки и настройки

· в общем случае более низкая надежность по сравнению с наземным подключением (большее количество компонентов, необходимых для бесперебойной работы)

· наличие ограничений (прямая видимость спутника) по установке антенны

· высокий ping (задержка между отсылкой запроса и приходом ответа). В некоторых ситуациях это критично. Например при работе в интерактивном режиме Secure Shell и X11 а также во многих многопользовательских онлайновых системах (та же SecondLife не может вообще работать через спутник, шутер Counter Strike,Call of Duty - работает с проблемами и т. п.)

· при наличии хотя бы псевдоанлимитных тарифных планов (вроде «2000 рублей за 40 Gb на 512 кбит/с дальше - анлим но 32 кбит/c» - ТП Актив-Мега, ЭрТелеком, Омск) наземный интернет уже становится дешевле. При дальнейшем развитии кабельной инфраструктуры стоимость наземного трафика будет стремиться к нулю, при этом стоимость спутникового трафика жестко ограничена себестоимостью запуска спутника и её снижения не планируется.

· при работе через некоторых операторов у вас будет не российский IP-адрес (SpaceGate украинский, PlanetSky - кипрский, SkyDSL - Германский) в результате чего сервисы, которые используют для каких-то целей (например, пускаем только из РФ) определение страны пользователя, будут работать некорректно.

· программная часть - не всегда "Plug and Play", в некоторых (редких) ситуациях могут быть сложности и тут все зависит от качества техподдержки оператора.

В курсовом проекте будет использоваться двусторонний спутниковый интернет. Это позволит достигать высоких скоростей передачи данных и качественную передачу пакетов, но повысит расходы на реализацию проекта.

3. Безопасность при работе на высоте

Работами на высоте считаются все работы, которые выполняются на высоте от 1,5 до 5 м от поверхности грунта, перекрытия или рабочего настила, над которым производятся работы с монтажных приспособлений или непосредственно с элементов конструкций, оборудования, машин и механизмов, при их эксплуатации, монтаже и ремонте.

К работам на высоте допускаются лица, достигшие 18 лет, имеющие медицинское заключение о допуске к работам на высоте, прошедшие обучение и инструктаж по технике безопасности и получившие допуск к самостоятельной работе.

Работы на высоте должны выполняться со средств подмащивания (лесов, подмостей, настилов, площадок, телескопических вышек, подвесных люлек с лебедками, лестниц и других аналогичных вспомогательных устройств и приспособлений), обеспечивающих безопасные условия работы.

Все средства подмащивания, применяемые для организации рабочих мест на высоте, должны находиться на учете, иметь инвентарные номера и таблички с указанием даты проведенных и очередных испытаний.

Устройство настилов и работа на случайных подставках (ящиках, бочках и т.п.) запрещается.

Контроль за состоянием средств подмащивания должен осуществляться лицами из числа ИТР, которые назначаются распоряжением по предприятию (нефтебазе).

Работники всех специальностей для выполнения даже кратковременных работ на высоте с лестниц должны обеспечиваться предохранительными поясами и, при необходимости, защитными касками.

Предохранительные пояса, выдаваемые рабочим, должны иметь бирки с отметкой об испытании.

Пользоваться неисправным предохранительным поясом или с просроченным сроком испытания запрещается.

Работа на высоте производится в дневное время.

В аварийных случаях (при устранении неполадок), на основании приказа администрации, работы на высоте в ночное время производить разрешается с соблюдением всех правил безопасности под контролем ИТР. В ночное время место работы должно быть хорошо освещено.

В зимнее время, при выполнении работ на открытом воздухе, средства подмащивания должны систематически очищаться от снега и льда и посыпаться песком.

При силе ветра 6 баллов (10-12 м/сек) и более, при грозе, сильном снегопаде, гололедице работы на высоте на открытом воздухе не разрешаются.

Нельзя самовольно перестраивать настилы, подмости и ограждения.

Электропровода, расположенные ближе 5 м от лестниц (подмостей), требуется оградить или обесточить на время выполнения работ.

Рабочие обязаны выполнять порученную работу, соблюдая требования охраны труда, изложенные в настоящей инструкции.

За нарушение требований инструкции, относящихся к выполняемой ими работе, рабочие несут ответственность в порядке, установленном Правилами внутреннего распорядка.

Одновременное производство работ в 2-х и более ярусов по вертикали запрещается.

Запрещается складывать инструмент у края площадки, бросать его и материалы на пол или на землю. Инструмент должен храниться в специальной сумке или ящике.

Запрещается подбрасывание каких-либо предметов для подачи работающему наверху. Подача должна производиться при помощи верёвок, к середине которых привязываются необходимые предметы. Второй конец верёвки должен находиться в руках у стоящего внизу работника, который удерживает поднимаемые предметы от раскачивания.

Работающий на высоте должен вести наблюдение за тем, чтобы внизу под его рабочим местом, не находились люди.

При использовании приставных лестниц и стремянок запрещается:

· работать на неукреплённых конструкциях и ходить по ним, а также перелезать через ограждения;

· работать на двух верхних ступенях лестницы;

· находиться двум рабочим на лестнице или на одной стороне лестницы-стремянки;

· перемещаться по лестнице с грузом или с инструментом в руках;

· применять лестницы со ступеньками нашитыми гвоздями;

· работать на неисправной лестнице или на ступеньках облитых скользкими нефтепродуктами;

· наращивать лестницы по длине, независимо от материала, из которого они изготовлены;

· стоять или работать под лестницей;

· устанавливать лестницы около вращающихся валов, шкивов и т.п.;

· производить работы пневматическим инструментом;

· производить электросварочные работы.

4. Экономические затраты на построение локальной сети

Данный курсовой проект подразумевает следующие экономические затраты.

Таблица 4.1 – Перечень экономических затрат*

Наименование	Единицы измерения	Кол-во	за ед. (руб.)	Сумма (руб)
Оптоволоконный кабель ЭКБ-ДПО 12	м	708,5	36	25506
Кабель FTP 4 пары кат.5e <бухта 305м> Exalan+ -	бухта	25	5890	147250
Коммутатор D-Link DGS-3200-16	шт	2	13676	27352
Коммутатор D-Link DGS-3100-24	шт	5	18842	94210
Маршрутизатор D-link DFL-1600	шт	1	71511	71511
Сервер IBM System x3400 M2 7837PBQ	шт	1	101972	101972
ИБП APC SUA2200I Smart-UPS 2200 230V	шт	2	29025	58050
Коннекторы RJ-45	Пачка(100шт)	3	170	510
Коннекторы MT-RJ	шт	16	280	4480
Шкаф серверный	шт	1	2100	2100
Шкаф для маршрутизатора	шт	1	1200	1200
Шкаф для коммутатора	шт	7	1200	8400
Конвертер D-Link DMC-805G	шт	16	2070	33120
Спутниковая антенна + DVB-карта + конвертер	шт	1	19300	19300
Скобы 6мм	Пачка (50 шт)	56	4	224
Всего				595185

Экономические затраты не включают стоимость монтажных работ. Кабели и коннекторы рассчитаны с запасом ~30%. Цены указанны на момент создания курсового проекта с учетом НДС.

Заключение

В процессе разработки курсового проекта была создана ЛВС жилого района, имеющая выход на глобальную сеть. Был сделан обоснованный выбор типа сети на основе рассмотрения множества вариантов. Предусмотрено расширение сети для ее дальнейшего роста.

При курсовом проектировании использовались IP – адреса класса В, так как в сети имеется сто одна рабочая станция. Присвоение адресов осуществлялось протоколом DHCP. В качестве адреса подсети выступал номер подъезда.

В пункте расчета необходимого количества оборудования приведены данные и расчеты используемого оборудования. Стоимость разработки составляет 611481 рублей. Все рассчитанные параметры удовлетворяют критериям работоспособности сети.

Составлен краткий план сети, где указаны все характеристики используемого оборудования. В разделе «Безопасность при работе с электроинструментом» рассмотрены правила обращения с электроинструментом и техника безопасности при работе с ним.

В целом курсовой проект содержит все необходимые данные для построения локальной вычислительной сети.

Список использованных источников

1. http://www.dlink.ru;

2. http://market.yandex.ru;

3. http://www.ru.wikipedia.org.

4. Компьютерные сети. Учебный курс [Текст] / Microsoft Corporation. Пер. с анг. – М.: «Русская редакция» ТОО «Channel Trading Ltd.», 1998. – 696с.

5. Максимов, Н.В. Компьютерные сети: Учебное пособие [Текст] / Н.В. Максимов, И.И. Попов – М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. – 336с.

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.

Инфраструктура информационных технологий, главным образом, базируется на локальной вычислительной сети, поэтому, от того насколько качественно будет спроектирована и создана локальная вычислительная сеть (ЛВС) , зависят показатели качества функционирования инфраструктуры в целом.

Специалисты ООО «Моспроект-Инжиниринг» всегда готовы выполнить для Вас проектирование ЛВС Вашего офиса, предприятия, иных объектов, что в свою очередь позволит Вам объединить в одну целую систему рабочие места, офисную технику, различные установки и элементы, включающие в себя ЭВМ и микропроцессоры.

Процесс создания ЛВС включает в себя три стадии:

Проектирование ЛВС с учетом необходимых нормативных документов, согласование проектной документации с заказчиком и с различными инстанциями (при необходимости);
- сборка, установка и объединение в единое целое элементов сети ЛВС;
- пуско-наладочные работы и передача ЛВС в пользование заказчику.
При подготовке проектной документации инженеры-проектировщики ООО «Моспроект-Инжиниринг» учитывают возможность применения в проектируемой сети ЛВС комплектующих различных производителей с мировыми именами, таких как Hyperline, Krone и других производителей.
Специалисты ООО «Моспроект-Инжиниринг» оперативно проведут все необходимые подготовительные (предпроектные) работы, а именно, выполнят обследование помещений, а при необходимости обследование прилегающей территории, инженерные изыскания, составят планы расположения рабочих мест, оргтехники, серверов, различных элементов сети и прочих приборов.
При необходимости объединения ЛВС отдельных подразделений, филиалов, строений в единую территориальную распределенную сеть, специалисты ООО «Моспроект-Инжиниринг» готовы предложить Вам и такого типа проекты, а именно - проектирование территориальных распределительных сетей. При проектировании ЛВС, по инициативе заказчика, наши специалисты предусмотрят возможность подключения к ЛВС по принципу удаленного доступа оборудования специалистов - фрилансеров, работающих удаленно, также удаленное подключение может потребоваться и штатным сотрудникам, находящихся вне офиса, например в командировках, на различных объектах или в полевых условиях. Удаленный доступ к ЛВС предусматривается с учетом норм кибербезопасности, установленных организацией заказчика.

Что представляет собой ЛВС в повседневной жизни предприятия/офиса?

ЛВС представляет собой систему высокотехнологичной, "умной" связи, объединяющую в единую целую систему персональные компьютеры, офисную технику, серверы, телефонию, системы мониторинга, охраны, учета и контроля доступа, системы управления, прочих систем и элементов, включающих в себя различные процессоры, микропроцессоры, чипы, аппараты, контроллеры, панели управления, программное обеспечение. Назначение ЛВС на предприятии, в офисе, в иных структурах заключается в безопасной, оперативной и синхронной передачи данных различного типа (текст, графика, звук, видеоизображение и другие) между персональными компьютерами и серверами, иными элементами, взаимодействующими с системой. ЛВС позволяет принимать, обрабатывать и выводить на экраны ПК различного рода информацию с подключаемых к системе агрегатов, приборов, контроллеров, пультов управления, сенсоров, датчиков, прочей аппаратуры, а также управлять ими, задавая нужные параметры. ЛВС дает возможность быстрого и безопасного доступа к базам данных, а также управления ими. ЛВС - это еще и возможность создания на ее базе почтового хостинга, то есть корпоративной почты, относительно безопасного и подконтрольного доступа персонала к внешним сетевым ресурсам (интернет).
Возможностей и достоинств ЛВС великое множество, их можно продолжать перечислять еще долго, но основные моменты, на наш взгляд, мы Вам рассказали. Однако необходимо понимать, что для корректной и бесперебойной работы системы ЛВС необходимо администрирование, и чем больше система, тем сложнее ее обслуживание. Для этой цели предусмотрены специальные программные продукты, например - операционные системы, устанавливаемые на серверы. Такие программные продукты производят многие компании с мировыми именами, такие как Microsoft, Apple и другие. Стоит отметить, что для полноценной защиты информации, необходимо правильно подобрать программы защиты и мониторинга состояния ЛВС - в подобных вопросах Вас грамотно проконсультируют специалисты ООО «Моспроект-Инжиниринг».

ЛВС состоит из множества самостоятельных, отдельных систем, а также подсистем, сегментов, модулей и элементов, назовем их для удобства - единицами ЛВС. Так вот, проектирование ЛВС представляет собой разработку как бы отдельных проектов в отношении каждой единицы ЛВС, в последствии сведенных в общий проект, по принципу «от частного проекта к общему». Множество единиц ЛВС мы проектируем сами, например отдельные системы, подсистемы, также в наших проектах мы предусматриваем необходимость или возможность применения стандартных единиц ЛВС, то есть разработки различных производителей с известными именами, речь идет о готовых модулях, серверах, процессорах, микропроцессорах, контроллерах, панелях управления, различных аппаратах, узлах и так далее, в том числе и о программном обеспечении. Специалисты компании ООО «Моспроект-Инжиниринг» помогут Вам подобрать готовые единицы ЛВС от мировых производителей, либо разработают их самостоятельно, затем выполнят общее проектирование, основываясь на выбранном.

По завершении проектных работ в отношении ЛВС, заказчик получает следующие проектные документы, а именно:

Схема, отражающая взаимодействие между электронно-вычислительными машинами ЛВС и программным продуктом
- схема, отражающая структурированную кабельную систему (СКС), иными словами - документ, включающий в свой состав графическую информацию о телефонной сети здания и прокладках ЛВС вместе с оборудованием. Графическая информация о телефонизации здания и собственно ЛВС отражена в настоящем документе в виде аппликации на плане здания (офиса, завода, магазина и т.д.). Отметим, что подготовка схемы СКС требует больших трудозатрат по сравнению с остальными работами, в связи с чем рассматривается отдельно от других работ.
Проектные работы над взаимодействием между электронно-вычислительными машинами ЛВС.
В результате составляется схема, отражающая развертывание ЛВС, иными словами, схема, на которую нанесены условные обозначения компьютеров, иной техники, с указанием инсталлированного программного продукта, а также формирующихся в этом случае потоков информации.
Проектные работы над кабельными системами ЛВС.
Формируется пакет документации, в состав которого входят документы, необходимые при проектировании ЛВС в том или ином здании.
Наименование документов, входящий в пакет, и их содержание должны строго соответствовать регламенту ГОСТ Р 21.1703-2000.
Проект ЛВС оформляется строго по рекомендациям исходящих из ГОСТ 21.101-97.
Отсутствие проекта, просто-напросто, не позволит Вам смонтировать ЛВС, если сеть охватывает большие площади, большое здание, тем более, если речь идет о группе зданий.

Наиболее важными разделами проекта ЛВС считаются:

1. Схема, отражающая структуру ЛВС;
2. Рабочая документация (графическая) - схемы, чертежи, экспликации и т.д.;
3. Классификация оборудования.
Схема, отражающая структуру ЛВС, предназначена главным образом для общей визуализации системы коммуникаций. Рабочая документация в виде графических документов предназначена для корректной сборки ЛВС. Классификация оборудования важна для формирования сметных расчетов, контрактов (договоров), актов, технических заданий на монтажные работы, иных документов, также для оформления договоров на изготовление и поставку оборудования, для осуществления общей сборки ЛВС.

РАЗРАБОТКА ПРОЕКТОВ ЛВС - ЭТО НАЧАЛЬНАЯ И НЕОБХОДИМАЯ СТАДИЯ ПО СОЗДАНИЮ НАДЕЖНОЙ ОПОРЫ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ИНФРАСТРУКТУРЫ ПРЕДПРИЯТИЯ, ОФИСА И МНОГИХ ДРУГИХ ОБЪЕКТОВ.

Специалисты компании ООО «Моспроект-Инжиниринг» всегда готовы предложить Вам множество версий проектных решений, учитывая Ваши пожелания, исходя из Ваших финансовых возможностей, а также технические характеристики Вашего помещения.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Уфимский государственный авиационный технический университет

Кроме основных компонент сеть может включать в состав блоки бесперебойного питания, резервные приборы, современные динамически распределяемые объекты и различные типы серверов (такие как файл-серверы, принт-серверы или архивные серверы).

Создавая ЛВС, разработчик стоит перед проблемой: при известных данных о назначении, перечне функций ЛВС и основных требованиях к комплексу технических и программных средств ЛВС построить сеть, то есть решить следующие задачи:

Определить архитектуру ЛВС: выбрать типы компонент ЛВС;

Произвести оценку показателей эффективности ЛВС;

Определить стоимость ЛВС.

При этом должны учитываться правила соединения компонентов ЛВС, основанные на стандартизации сетей, и их ограничения, специфицированные изготовителями компонент ЛВС.

Конфигурация ЛВС для АСУ существенным образом зависит от особенностей конкретной прикладной области. Эти особенности сводятся к типам передаваемой информации (данные, речь, графика), пространственному расположению абонентских систем, интенсивностям потоков информации, допустимым задержкам информации при передаче между источниками и получателями, объемам обработки данных в источниках и потребителях, характеристикам абонентских станций, внешним климатическим, электромагнитным факторам, эргономическим требованиям, требованиям к надежности, стоимости ЛВС и т. д.

Исходные данные для проектирования ЛВС могут быть получены в ходе предпроектного анализа прикладной области, для которой должна быть создана АСУ. Эти данные уточняются затем в результате принятия решений на этапах проектирования ЛВС и построения все более точных моделей АСУ, что позволяет в «Техническом задании на ЛВС» сформулировать требования к ней. Лучшая ЛВС - это та, которая удовлетворяет всем требованиям пользователей, сформулированным в техническом задании на разработку ЛВС, при минимальном объеме капитальных и эксплуатационных затрат.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Получение навыков выбора топологии, элементов локальной вычислительной сети, а так же расчета времени задержки сигнала.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Проектирование конфигурации ЛВС относится к этапу проектирования технического обеспечения автоматизированных систем и осуществляется на этом этапе после распределения функции автоматизированной системы по абонентским станциям ЛВС, выбора типов абонентских станций, определения физического расположения абонентских станций.

Задание на проектирование включает требования к ЛВС, указания о доступных компонентах аппаратных и программных средств, знания о методах синтеза и анализа ЛВС, предпочтения и критерии сравнения вариантов конфигурации ЛВС. Рассмотрим варианты топологии и состав компонент локальной вычислительной сети.

1. Топология ЛВС.

Топология сети определяется способом соединения ее узлов каналами связи. На практике используются 4 базовые топологии:

Звездообразная (рис. 1);

Кольцевая (рис. 2);

Шинная (рис. 3);

Древовидная (рис. 1*);

Ячеистая (рис. 4).

Топологии вычислительных сетей могут быть самыми различными, но для локальных вычислительных сетей типичными являются всего три: кольцевая, шинная, звездообразная. Иногда для упрощения используют термины - кольцо, шина и звезда.

Древовидная топология (иерархическая, вертикальная). В этой топологии узлы выполняют другие более интеллектуальные функции, чем в топологии «звезда». Сетевая иерархическая топология в настоящее время является одной из самых распространенных. ПО для управления сетью является относительно простым, и эта топология обеспечивает точку концентрации для управления и диагностирования ошибок. В большинстве случаев сетью управляет станция A на самом верхнем уровне иерархии, и распространение трафика между станциями также инициируется станцией А. Многие фирмы реализуют распределенный подход к иерархической сети, при котором в системе подчиненных станций каждая станция обеспечивает непосредственное управление станциями, находящимися ниже в иерархии. Из станции A производится управление станциями B и C. Это уменьшает нагрузку на ЛВС через выделение сегментов.

Ячеистая топология (смешанная или многосвязная). Сеть с ячеистой топологией представляет собой, как правило, неполносвязанную сеть узлов коммутации сообщений (каналов, пакетов), к которым подсоединяются оконечные системы. Все КС являются выделенными двухточечными. Такого рода топология наиболее часто используются в крупномасштабных и региональных вычислительных сетях, но иногда они применяются и в ЛВС. Привлекательность ячеистой топология заключается в относительной устойчивости к перегрузкам и отказам. Благодаря множественности путей из станции в станцию трафик может быть направлен в обход отказавших или занятых узлов.

Топология сети влияет на надежность, гибкость, пропускную способность, стоимость сети и время ответа (см. Приложение 1 ).

Выбранная топология сети должна соответствовать географическому расположению сети ЛВС, требованиям, установленным для характеристик сети, перечисленным в таблице. Топология влияет на длину линий связи.

Рис.1. Топология звезда Рис.2 Топология кольцо

https://pandia.ru/text/78/549/images/image004_82.gif" width="279" height="292 src=">

Рис. 1* Топология распределенная звезда

Рис.3 Топология

линейная шина

прозрачное" соединение нескольких локальных сетей либо нескольких сегментов одной и той же сети, имеющих различные протоколы. Внутренние мосты соединяют большинство ЛВС с помощью сетевых плат в файловом сервере. При внешнем мосте используется рабочая станция в роли сервисного компьютера с двумя сетевыми адаптерами от двух различных, однако однородных вычислительных сетей.

В том случае, когда соединяемые сети отличаются по всем уровням управления, используется оконечная система типа шлюз, в которой согласование осуществляется на уровне прикладных процессов. С помощью межсетевого шлюза соединяются между собой системы, использующие различные операционные среды и протоколы высоких уровней

9. Исходные данные к заданию

Пользователи: студенты, преподаватели, инженеры, программисты, лаборанты, техники кафедры автоматизированных систем управления УГАТУ.

Функции:

1) реализация учебного процесса на лабораторных, практических занятиях, выполнение курсового и дипломного проектирования;

2) организация учебного процесса, подготовка к проведению занятий, разработка методического обеспечения;

3) разработка программного обеспечения для работы в сети;

4) профилактика и ремонт оборудования.

Расчет стоимость оборудования ЛВС:

ЛВС должна допускать подключение большого набора стандартных и специальных устройств, в том числе: ЭВМ, терминалов, устройств внешней памяти, принтеров, графопостроителей, факсимильных устройств, контрольного и управляющего оборудования, аппаратуры подключения к другим ЛВС и сетям (в том числе и к телефонным) и т. д.

ЛВС должна доставлять данные адресату с высокой степенью надежности (коэффициент готовности сети должен быть не менее 0.96), должна соответствовать существующим стандартам, обеспечивать "прозрачный" режим передачи данных, допускать простое подключение новых устройств и отключение старых без нарушения работы сети длительностью не более 1 с; достоверность передачи данных должна быть не больше +1Е-8.

11. Перечень задач по проектированию ЛВС

11.1. Выбрать топологию ЛВС (и обосновать выбор).

11.2. Нарисовать функциональную схему ЛВС и составить перечень аппаратных средств.

11.3. Выбрать оптимальную конфигурацию ЛВС.

11.4. Произвести ориентировочную трассировку кабельной сети и выполнить расчет длины кабельного соединения для выбранной топологии с учетом переходов между этажами. Поскольку существуют ограничения на максимальную длину одного сегмента локальной сети для определенного типа кабеля и заданного количества рабочих станции, требуется установить необходимость использования повторителей.

11.5. Определить задержку распространения пакетов в спроектированной ЛВС.

Для расчетов надо выделить в сети путь с максимальным двойным временем прохождения и максимальным числом репитеров (концентраторов) между компьютерами, то есть путь максимальной длины. Если таких путей несколько, то расчет должен производиться для каждого из них.

Расчет в данном случае ведется на основании таблицы 2.

Для вычисления полного двойного (кругового) времени прохождения для сегмента сети необходимо умножить длину сегмента на величину задержки на метр, взятую из второго столбца таблицы. Если сегмент имеет максимальную длину, то можно сразу взять величину максимальной задержки для данного сегмента из третьего столбца таблицы.

Затем задержки сегментов, входящих в путь максимальной длины, надо просуммировать и прибавить к этой сумме величину задержки для приемопередающих узлов двух абонентов (это три верхние строчки таблицы) и величины задержек для всех репитеров (концентраторов), входящих в данный путь (это три нижние строки таблицы).

Суммарная задержка должна быть меньше, чем 512 битовых интервалов. При этом надо помнить, что стандарт IEEE 802.3u рекомендует оставлять запас в пределах 1 – 4 битовых интервалов для учета кабелей внутри соединительных шкафов и погрешностей измерения. Лучше сравнивать суммарную задержку с величиной 508 битовых интервалов, а не 512 битовых интервалов.

Таблица 2.

Двойные задержки компонентов сети Fast Ethernet (величины задержек даны в битовых интервалах)

Тип сегмента	Задержка на метр	Макс. задержка
Два абонента TX/FX		Два абонента TX/FX
Два абонента T4		Два абонента T4
Один абонент T4 и один TX/FX		Один абонент T4 и один TX/FX
Экранированная витая пара
Оптоволоконный кабель
		Репитер (концентратор) класса I
TX/FX		Репитер (концентратор) класса II с портами TX/FX
Репитер (концентратор) класса II с портами T4		Репитер (концентратор) класса II с портами T4

Все задержки, приведенные в таблице, даны для наихудшего случая. Если известны временные характеристики конкретных кабелей, концентраторов и адаптеров, то практически всегда предпочтительнее использовать именно их. В ряде случаев это может дать заметную прибавку к допустимому размеру сети.

Пример расчета для сети, показанной на рис. 5:

Здесь существуют два максимальных пути: между компьютерами (сегменты А, В и С) и между верхним (по рисунку) компьютером и коммутатором (сегменты А, В и D). Оба эти пути включают в себя два 100-метровых сегмента и один 5-метровый. Предположим, что все сегменты представляют собой 100BASE-TX и выполнены на кабеле категории 5. Для двух 100-метровых сегментов (максимальной длины) из таблицы следует взять величину задержки 111,2 битовых интервалов.

Рис 5. Пример максимальной конфигурации сети Fast Ethernet

Для 5-метрового сегмента при расчете задержки, умножается 1,112 (задержка на метр) на длину кабеля (5 метров): 1,112 * 5 = 5,56 битовых интервалов.

Величина задержки для двух абонентов ТХ из таблицы – 100 битовых интервалов.

Из таблицы величины задержек для двух репитеров класса II – по 92 битовых интервала.

Суммируются все перечисленные задержки:

111,2 + 111,2 + 5,56 + 100 + 92 + 92 = 511,96

это меньше 512, следовательно, данная сеть будет работоспособна, хотя и на пределе, что не рекомендуется.

11.6. Определить надежность ЛВС

Для модели с двумя состояниями (работает и не работает) вероятность работоспособности компонента или, проще надежность, можно понимать по-разному. Наиболее распространенными являются формулировки:

1. доступность компонента

2. надежность компонента

Доступность используется в контексте ремонтоспособных систем. Из сказанного следует, что компонент может находиться в одном из трех состояний: работает, не работает, в процессе восстановления. Доступность компонента определяется как вероятность его работы в случайный момент времени. Оценка величины доступности производится с учетом среднего времени восстановления в рабочее состояние и среднего времени в не рабочем состоянии. Надежность можно записать:

______________среднее время до отказа______________

среднее время до отказа + среднее время восстановления

Количественные значения показателей надежности АИС должны быть не хуже следующих:

Среднее время наработки на отказ комплекса программно-технических средств (КПТС) АИС должно составлять не менее 500 часов;

Среднее время наработки на отказ единичного канала связи АИС должно составлять не менее 300 часов;

Среднее время наработки на отказ серверов АИС должно составлять не менее 10000 часов;

Среднее время наработки на отказ ПЭВМ (в составе АРМ) должно составлять не менее 5000 часов;

Среднее время наработки на отказ единичной функции прикладного программного обеспечения (ППО) КПТС АИС должно составлять не менее 1500 часов;

Среднее время восстановления работоспособности КПТС АИС должно составлять не более 30 минут; при этом:

Среднее время восстановления работоспособности КПТС после отказов технических средств должно составлять - не более 20 минут, без учета времени организационных простоев;

Среднее время восстановления работоспособности КПТС после отказа общего или специального программного обеспечения АИС - не более 20 минут без учета времени организационных простоев;

Среднее время восстановления работоспособности единичного канала связи КПТС должно составлять не более 3 часов;

Среднее время восстановления работоспособности КПТС в случае отказа или сбоя из-за алгоритмических ошибок прикладного программного обеспечения программно-технологического комплекса (ПТК) АИС, без устранения которых невозможно дальнейшее функционирование КПТС или ПТК АИС - до 8 часов (с учетом времени на устранение ошибок).

12.1. Перечень этапов проектирования конфигурации ЛВС с указанием принятых проектных решений.

12.2. Функциональная схема ЛВС (чертеж ЛВС с указанием марок оборудования и линий связи). В схеме рекомендуется отметить число рабочих станций в разных сегментах ЛВС, возможные резервы расширения и «узкие» места.

12.3. Результаты расчетов стоимости ЛВС (свести в таблицу с указанием наименования, количества единиц, цены и стоимости). При расчете стоимости учесть затраты на проектирование и монтаж ЛВС.

	Наименование		Количество	Стоимость	Примечание

12.4 Произвести расчет задержки ЛВС и ее надежности.

Приложение 1.

Таблица 1

Сравнительные данные по характеристикам ЛВС

Характеристика	Качественная оценка характеристик
Шинной и древовидной сети	Кольцевой сети	Звездообразной сети
Время ответа tотв.	В маркерной шине tотв. предсказуемо и зависит от числа узлов сети. В случайной шине t отв. зависит от нагрузки	tотв. Есть функция от числа узлов сети	toтв. зависит от нагрузки и временных характеристик центрального узла
Пропускная способность С	В маркерной шине зависит от количества узлов. В случайной шине С увеличивается при спорадических малых нагрузках и падает при обмене длинными сообщениями в стационарном режиме	С падает при добавлении новых узлов	С зависит от производительности центрального узла и пропускной способности абонентских каналов
Надежность	Отказы АС не влияют на работоспособность остальной части сети. Разрыв кабеля выводит из строя шинную ЛВС.	Отказ одной АС не приводит к отказу всей сети. Однако использование обходных схем позволяет защитить сеть от отказов АС	Отказы АС не влияют на работоспособность остальной части сети. Надежность ЛВС определяется надежностью центрального узла

В набор параметров линий связи ЛВС входят: полоса пропускания и скорость передачи данных, способность к двухточечной, многоточечной и/или широковещательной передаче (то есть допустимые применения), максимальная протяженность и число подключаемых абонентских систем, топологическая гибкость и трудоемкость прокладки, устойчивость к помехам и стоимость.

Главная проблема заключается в одновременном обеспечении показателей, например, наивысшая скорость передачи данных ограничена максимально возможным расстоянием передачи данных, при котором еще обеспечивается требуемый уровень защиты данных. Легкая наращиваемость и простота расширения кабельной системы влияют на ее стоимость.

Условия физического расположения помогают определить наилучшим образом тип кабеля и его топологию. Каждый тип кабеля имеет собственные ограничения по максимальной длине: витая пара обеспечивает работу на коротких отрезках, одноканальный коаксиальный кабель - на больших расстояниях, многоканальный коаксиальный а волоконно-оптический кабель - на очень больших расстояниях.

Скорость передачи данных тоже ограничена возможностями кабеля: самая большая у волоконно-оптического, затем идут одноканальный коаксиальный, многоканальный кабели и витая пара. Под требуемые характеристики можно подобрать имеющиеся в наличии кабели.

Fast Ethernet 802.3u не является самостоятельным стандартом, а представляет собой дополнение к существующему стандарту 802.3 в виде глав. Новая технология Fast Ethernet сохранила весь MAC уровень классического Ethernet , но пропускная способность была повышена до 100 Мбит/с. Следовательно, поскольку пропускная способность увеличилась в 10 раз, то битовый интервал уменьшился в 10 раз, и стал теперь равен 0,01 мкс. Поэтому в технологии Fast Ethernet время передачи кадра минимальной длины в битовых интервалах осталось тем же, но равным 5,75 мкс. Ограничение на общую длину сети Fast Ethernet уменьшилось до 200 метров. Все отличия технологии Fast Ethernet от Ethernet сосредоточены на физическом уровне. Уровни MAC и LLC в Fast Ethernet остались абсолютно теми же.

Официальный стандарт 802.3u установил три различных спецификации для физического уровня Fast Ethernet :

- 100Base-TX - для двухпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 5 или экранированной витой паре STP Type 1 ;

- 100Base -T4 - для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP категории 3, 4 или 5;

100Base-FX - для многомодового оптоволоконного кабеля, используются два волокна.

В Ethernet вводится 2 класса концентраторов: 1-го класса и 2-го класса. Концентраторы 1-го класса поддерживают все типы кодирования физического уровня (TX, FX, T4 ), т. е. порты могут быть разные. Концентраторы 2-го класса поддерживают только один тип кодирования физического уровня: либо TX/FX , либо T4 .

Предельные расстояния от хаба до узла:

- TX – 100 м, FX – многомодовые: 412 м (полудуплекс), 2км (полный). Одномодовые: 412 м (полудуплекс), до 100 км (полный), T4 – 100 м.

Концентратор 1-го класса в сети может быть только один, концентраторов 2-го класса – два, но м/д ними 5 м.

Витая пара (UTP)

Наиболее дешевым кабельным соединением является двухжильное соединение витым проводом, часто называемое витой парой (twisted pair ). Она позволяет передавать информацию со скоростью до 10-100 Мбит/с, легко наращивается, однако является помехонезащищенной. Длина кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 1 Мбит/с. Преимуществами являются низкая цена и простая установка. Для повышения помехозащищенности информации часто используют экранированную витую пару. Это увеличивает стоимость витой пары и приближает ее цену к цене коаксиального кабеля.

1. Традиционный телефонный кабель, по нему можно передавать речь, но не данные.

2. Способен передавать данные со скоростью до 4 Мбит/с. 4 витые пары.

3. Кабель, способный передавать данные со скоростью до 10 Мбит/с. 4 витых пар с девятью витками на метр.

4. Кабель, способный передавать данные со скоростью до 16 Мбит/с. 4 витых пар.

5. Кабель, способный передавать данные со скоростью до 100 Мбит/с. Состоит из четырех витых пар медного провода.

6. Кабель, способный передавать данные со скоростью до 1 Гб/с, состоит из 4 витых пар.

Коаксиальный кабель имеет среднюю цену, помехозащищен и применяется для связи на большие расстояния (несколько километров). Скорость передачи информации от 1 до 10 Мбит/с, а в некоторых случаях может достигать 50 Мбит/с. Коаксиальный кабель используется для основной и широкополосной передачи информации.

Широкополосный коаксиальный кабель невосприимчив к помехам, легко наращивается, но цена его высокая. Скорость передачи информации равна 500 Мбит/с. При передаче информации в базисной полосе частот на расстояние более 1,5 км требуется усилитель, или так называемый повторитель (repeater ). Поэтому суммарное расстояние при передаче информации увеличивается до 10 км. Для вычислительных сетей с топологией шина или дерево коаксиальный кабель должен иметь на конце согласующий резистор (terminator).

Ethernet -кабель также является коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом. Его называют еще толстый Ethernet (thick ) или желтый кабель (yellow cable ). Он использует 15-контактное стандартное включение. Вследствие помехозащищенности является дорогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям. Максимально доступное расстояние без повторителя не превышает 500 м, а общее расстояние сети Ethernet - около 3000 м. Ethernet -кабель, благодаря своей магистральной топологии, использует в конце лишь один нагрузочный резистор.

Более дешевым, чем Ethernet -кабель, является соединение Cheapernet -кабель или, как его часто называют, тонкий (thin ) Ethernet . Это также 50-омный коаксиальный кабель со скоростью передачи информации в 10 миллионов бит/с.

При соединении сегментов Cheapernet -кабеля также требуются повторители. Вычислительные сети с Cheapernet -кабелем имеют небольшую стоимость и минимальные затраты при наращивании. Соединение сетевых плат производится с помощью широко используемых малогабаритных байонетных разъемов (СР-50 ). Дополнительного экранирования не требуется. Кабель присоединяется к ПК с помощью тройниковых соединителей (Tconnectors ). Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей можетсоставлять максимум 300 м, а общее расстояние для сети на Cheapemet -кабеле - около 1000 м. Приемопередатчик Cheapernet расположен на сетевой плате и используется как для гальванической развязки между адаптерами, так и для усиления внешнего сигнала.

Наиболее дорогими являются оптопроводники, называемые также стекловолоконным кабелем. Скорость распространения информации по ним достигает нескольких гигабит в секунду. Внешнее воздействие помех практически отсутствует. Применяются там, где возникают электромагнитные поля помех или требуется передача информации на очень большие расстояния без использования повторителей. Они обладают противоподслушивающими свойствами, так как техника ответвлений в оптоволоконных кабелях очень сложна. Оптопроводники объединяются в ЛВС с помощью звездообразного соединения.

2 вида оптоволокна :

1)одномодовый кабель – используется центральный проводник малого диаметра, соизмеримого с длиной волны света (5-10мкм). При этом все лучи света распространяются вдоль оптической оси световода, не отражаясь от внешнего проводника. В качестве используют лазер. Длина кабеля – 100км и более.

2)многомодовый кабель – используют более широкие внутренние сердечники (40-100мкм). Во внутреннем проводнике одновременно существует несколько световых лучей, отражающихся от внешнего проводника под разными углами. Угол отражения наз. модой луча. В качестве источника излучения применяются светодиоды. Длина кабеля – до 2км.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Олифер сети. Принципы, технологии, протоколы. - Спб.: Питер, 20с.

Гук, М. Аппаратные средства локальных сетей. Энциклопедия.- СПб. : Изд-во Питер, 2004 .- 576 с.

Новиков, сети: архитектура, алгоритмы, проектирование.- М. : ЭКОМ, 2002 .- 312с. : ил. ; 23см. - ISBN -8.

Епанешников, вычислительные сети / , .- Москва: Диалог-МИФИ, 2005 .- 224 с.

1. http://*****/, система для автоматического создания проектов локальных вычислительных сетей
Составители: Николай Михайлович Дубинин

Руслан Николаевич Агапов

Геннадий Владимирович Старцев

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛОКАЛЬНОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ

Лабораторный практикум по дисциплине

«Сети ЭВМ и телекоммуникации»

Подписано в печать хх.05.2008. Формат 60х84 1/16.

Бумага офсетная. Печать плоская. Гарнитура Times New Roman.

Усл. печ. л. . Усл. кр. – отт. . Уч. – изд. л. .

Тираж 100 экз. Заказ №

ГОУ ВПО Уфимский государственный авиационный

технический университет

Центр оперативной полиграфии УГАТУ

Уфа-центр, ул. К. Маркса, 12