Реферат: Проектирование локальной вычислительной сети

/>Федеральное агентство пообразованию

МосковскийГосударственный Горный Университет

КафедраАвтоматизированных Систем Управления

Курсовойпроект

подисциплине «Сети ЭВМ и телекоммуникации»

натему: «Проектирование локальной вычислительной сети»

Выполнил:

Ст. гр.АС-1-06

Юрьева Я.Г.

Проверил:

проф., д. т.н. Шек В.М.

/>Москва 2009

Содержание

Введение

1 Заданиена проектирование

2 Описаниелокально-вычислительной сети

3 Топологиясети

4 Схемалокальной сети

5 Эталоннаямодель OSI

6 Обоснованиевыбора технологии развертывания локальной сети

7 Сетевыепротоколы

8 Аппаратноеи программное обеспечение

9 Расчетхарактеристик сети

10 Расчетстоимости сети

11 Рекомендациипо использованию сети

Списокиспользуемой литературы


Введение

 

Локальнаявычислительная сеть (ЛВС) представляет собой коммуникационную систему,объединяющую компьютеры и периферийное оборудование на ограниченной территории,обычно не больше нескольких зданий или одного предприятия. В настоящее времяЛВС стала неотъемлемым атрибутом в любых вычислительных системах, имеющих более1 компьютера.

Основныепреимущества, обеспечиваемые локальной сетью – возможность совместной работы ибыстрого обмена данными, централизованное хранение данных, разделяемый доступ кобщим ресурсам, таким как принтеры, сеть Internet и другие.

Еще однойважнейшей функцией локальной сети является создание отказоустойчивых систем,продолжающих функционирование (пусть и не в полном объеме) при выходе из строянекоторых входящих в них элементов. В ЛВС отказоустойчивость обеспечиваетсяпутем избыточности, дублирования; а также гибкости работы отдельных входящих всеть частей (компьютеров).

Конечнойцелью создания локальной сети на предприятии или в организации являетсяповышение эффективности работы вычислительной системы в целом.

Построениенадежной ЛВС, соответствующей предъявляемым требованиям по производительности иобладающей наименьшей стоимостью, требуется начинать с составления плана. Вплане сеть разделяется на сегменты, подбирается подходящая топология иаппаратное обеспечение.


1. Задание на проектирование

В данной курсовой работе требуется:

·         датьхарактеристику предприятия, для которого проектируется ЛВС (вид деятельности,решаемые задачи, количество зданий и помещений, поэтажные планы);

·         провестисравнительный анализ возможных топологий сети и выбрать из них наиболеепредпочтительную;

·         датьописательную сущность эталонной модели взаимосвязи открытых систем (OSI) исетевых протоколов;

·         провестисравнительный анализ двух и более вариантов построения ЛВС с системных позицийс оценкой по основным параметрам (быстродействие, надежность, информационнаябезопасность, стоимость);

·         разработатьструктурно-функциональную схему ЛВС;

·         рассчитатьпроизводительность каналов и соединительной аппаратуры или устройств иподобрать соответствующее оборудование;

Данные 44 варианта:

Количество ЭВМ в сегменте – 11..20.

Расстояние между соседними компьютерами в сегменте – 8-12м.

Количество сегментов – 2.

Производительность – 0,2 Мбит/с (40% машин), 1,2Мбит/с (60%машин) в сегменте.

2 Описаниелокально-вычислительной сети

Даннаялокальная сеть разрабатывается для налоговой инспекции. Федеральная налоговаяслужба выполняет множество функций. Например отдел информационных технологий обеспечивает:

1.    Поддержаниеработоспособности аппаратной части, системного и прикладного программногообеспечения общего применения. Администрирование сетевых ресурсов и обеспечениерезервного копирования баз данных и программных средств. Администрирование базданных инспекции. Внедрение и сопровождение ведомственных прикладных программ.

2.    Консультированиепользователей прикладных программных средств общего применения. Обучение иконсультирование пользователей ведомственных прикладных программ.

3.    Соблюдение технологииведения нормативно-справочной информации.

4.    Внедрение и сопровождениесистем телекоммуникаций для обмена открытой и конфиденциальной информацией.

5.    Программно — техническоеобеспечение технологических процессов приема — передачи информации вэлектронном виде при взаимодействии налоговых органов с другими ведомствами.

6.    Организация антивируснойзащиты информации.

7.    Тиражирование программныхпродуктов по формированию в электронном виде налоговой отчетности,представляемой налогоплательщиками и налоговыми агентами.

Для повышения эффективности оказываемых услуг необходимоналичие высокоскоростного интернета и грамотно построенной локальной сетивнутри организации.

Разрабатываемая локальная сеть будет использоваться дляобеспечения доступа к сети Internet, хранения на общем сервере большого количествадокументации и оперативного предоставления услуг.

Локальная сеть будет состоять из 40 АРМ, разделенных на 2сегмента по 20, а также одного общего сервера. Сегментация сети необходима, таккак организация занимает двухэтажное здание. Сервер будет находиться на первомэтаже.

Соединительные сетевые провода будут располагаться вспециальных технологических каналах под искусственным напольным покрытием,такой метод прокладки кабеля увеличивает длину между рабочей станцией икоммутатором, однако в целях безопасности такое решение является оптимальным.

3 Топология сети

ВС состоит извычислительных машин и сети передачи данных (сети связи). ВС классифицируютсяпо геометрическим масштабам на следующие классы сетей: глобальная вычислительнаясеть, широкомасштабная сеть, региональная сеть, локальная сеть.

Требования,предъявляемые к вычислительной сети в данной прикладной области, определяютгеографические масштабы ВС и скорости передачи данных.

Под локальнойвычислительной сетью обычно понимают ВС, соединяющие вычислительные машиныв одной комнате, здании или в нескольких близко расположенных зданиях ипринадлежащих одному предприятию. Сети связи ЛВС имеют в настоящее времяследующие типичные характеристики: высокую скорость передачи данных (0.1 — 100Мбит/с), небольшую протяженность (0.1 — 50км), малую вероятность ошибкипередачи данных (+1Е-8 — +1Е-11).

На сегодняшний деньиспользуется несколько базовых технологий, на основе которых работаетподавляющее большинство локальных современных сетей, – Ethernet, Token Ring,FDDI.

Термин«топология», или «топология сети», характеризует физическое расположениекомпьютеров, кабелей и других компонентов сети. Топология — это стандартныйтермин, который используется профессионалами при описании основной компоновкисети. Топология сети обуславливает ее характеристики. В частности, выбор тойили иной топологии влияет:

·         на состав необходимого сетевого оборудования;

·         характеристики сетевого оборудования;

·         возможности расширения сети;

·         способ управления сетью.

Приподключении устройств к сети передачи данных используется 5 топологий:

·         шина

·         звезда

·         кольцо

·         ячеистая

·         сотовая или концентрическая

/>Шина

Топологию«шина» часто называют «линейной шиной» (linear bus). Данная топология относитсяк наиболее простым и широко распространенным топологиям. В ней используетсяодин кабель, именуемый магистралью или сегментом, вдоль которого подключены всекомпьютеры сети.

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

/>

Рис.1.Топология «Шина»

Данные в видеэлектрических сигналов передаются всем компьютерам сети; однако информациюпринимает только тот, адрес которого соответствует адресу получателя, зашифрованномув этих сигналах. Причем в каждый момент времени только один компьютер можетвести передачу.

Так какданные в сеть передаются лишь одним компьютером, ее производительность зависитот количества компьютеров, подключенных к шине. Чем их больше, т.е. чем большекомпьютеров, ожидающих передачи данных, тем медленнее сеть.

Однаковывести прямую зависимость между пропускной способностью сети и количествомкомпьютеров в ней нельзя. Так как кроме числа компьютеров, на быстродействиесети влияет множество факторов, в том числе:

·         характеристики аппаратного обеспечения компьютеров в сети;

·         частота, с которой компьютеры передают данные;

·         тип работающих сетевых приложений;

·         тип сетевого кабеля;

·         расстояние между компьютерами в сети.

Шина —пассивная топология. Это значит, что компьютеры только «слушают» передаваемыепо сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, еслиодин из компьютеров выйдет из строя, это не скажется на работе остальных. Вактивных топологиях компьютеры регенерируют сигналы и передают их по сети.

Отражениесигнала

Данные, илиэлектрические сигналы, распространяются по всей сети — от одного конца кабеля кдругому. Если не предпринимать никаких специальных действий, сигнал, достигаяконца кабеля, будет отражаться и не позволит другим компьютерам осуществлятьпередачу. Поэтому, после того как данные достигнут адресата, электрическиесигналы необходимо погасить.

Терминатор

Чтобыпредотвратить отражение электрических сигналов, на каждом конце кабеляустанавливают терминаторы (terminators), поглощающие эти сигналы. Все концысетевого кабеля должны быть к чему-нибудь подключены, например к компьютеру илик баррел-коннектору — для увеличения длины кабеля. К любому свободному —неподключенному — концу кабеля должен быть подсоединен терминатор, чтобыпредотвратить отражение электрических сигналов.

Нарушениецелостности сети

Разрывсетевого кабеля происходит при его физическом разрыве или отсоединении одногоиз его концов. Возможна также ситуация, когда на одном или нескольких концахкабеля отсутствуют терминаторы, что приводит к отражению электрических сигналовв кабеле и прекращению функционирования сети. Сеть «падает».

Сами по себекомпьютеры в сети остаются полностью работоспособными, но до тех пор, покасегмент разорван, они не могут взаимодействовать друг с другом.

/>Звезда

Концепциятопологии сети в виде звезды (рис.2.) пришла из области больших ЭВМ, в которойголовная машина получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств какактивный узел обработки данных. Этот принцип применяется в системах передачиданных. Вся информация между двумя периферийными рабочими местами проходитчерез центральный узел вычислительной сети.

/>

Рис.2.Топология «Звезда»

Пропускнаяспособность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется длякаждой рабочей станции. Коллизий (столкновений) данных не возникает. Кабельноесоединение довольно простое, так как каждая рабочая станция связана с узлом.Затраты на прокладку кабелей высокие, особенно когда центральный узелгеографически расположен не в центре топологии.

Прирасширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненныекабельные связи: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельныйкабель из центра сети.

Топология ввиде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологийвычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциямипроходит через центральный узел (при его хорошей производительности) поотдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частотазапросов передачи информации от одной станции к другой невысокая по сравнению сдостигаемой в других топологиях.

Производительностьвычислительной сети в первую очередь зависит от мощности центрального файловогосервера. Он может быть узким местом вычислительной сети. В случае выхода изстроя центрального узла нарушается работа всей сети. Центральный узелуправления – файловый сервер реализует оптимальный механизм защиты противнесанкционированного доступа к информации. Вся вычислительная сеть можетуправляться из ее центра.

Достоинства

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

·         Хорошая масштабируемость сети;

·         Лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети;

·         Высокая производительность сети;

·         Гибкие возможности администрирования.

Недостатки

·         Выход из строя центрального концентратора обернётсянеработоспособностью сети в целом;

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

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

/>Кольцо

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

/>

Рис.3. Топология«Кольцо»

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

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

Основнаяпроблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станциядолжна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строяхотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельныхсоединениях локализуются легко.

Подключениеновой рабочей станции требует кратко срочного выключения сети, так как во времяустановки кольцо должно быть разомкнуто. Ограничения на протяженностьвычислительной сети не существует, так как оно, в конечном счете, определяетсяисключительно расстоянием между двумя рабочими станциями. Специальной формойкольцевой топологии является логическая кольцевая сеть. Физически онамонтируется как соединение звездных топологий.

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

/>Ячеистая

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


/>

Рис.4.Ячеистая топология.

Приразработке сети была выбрана топология «звезда» ввиду простой реализации ивысокой надежности (к каждому компьютеру идет отдельный кабель).

1)        Fast Ethernet с использованием 2 коммутаторов.(рис. 5)

/> /> /> /> /> /> /> <td/>

2 сегмент

  />

..20 эвм...

 

..20 эвм...

  />/>

Рис. 5.Топология Fast Ethernet с использованием 2 коммутаторов.

2) Fast Ethernet с использованием 1маршрутизатора и 2 коммутаторов.(рис.6)


..20 эвм...

 

..20 эвм...

 

2 сегмент

 

1 сегмент

  />/>/>

Рис. 6.Топология Fast Ethernet с использованием 1 маршрутизатора и 2коммутаторов.

 

4 Схема локальной сети

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


/>/>/>

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


/>

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

Данная схема разработана с учетом характерных особенностейздания. Кабели будут расположены под искусственным напольным покрытием, вспециально отведенных для них каналах. Протяжка кабеля на второй этаж будетосуществляться через телекоммуникационный шкаф, который расположен в подсобномпомещении, которое используется как серверная комната, где располагаются сервери маршрутизатор. Коммутаторы расположены в основных помещениях в тумбах.

5 Эталонная модель OSI

При связи компьютеров по сети производится множествоопераций, обеспечивающих передачу данных от компьютера к компьютеру.Пользователю, работающему с каким-то приложением, в общем-то безразлично, что икак при этом происходит. Для него просто существует доступ к другому приложениюили компьютерному ресурсу, расположенному на другом компьютере сети. Вдействительности же вся передаваемая информация проходит много этапов обработки.Прежде всего она разбивается на блоки, каждый из которых снабжается управляющейинформацией. Полученные блоки оформляются в виде сетевых пакетов, эти пакетыкодируются, передаются с помощью электрических или световых сигналов по сети всоответствии с выбранным методом доступа, затем из принятых пакетов вновьвосстанавливаются заключенные в них блоки данных, блоки соединяются в данные,которые и становятся доступны другому приложению. Это, конечно, оченьупрощенное описание происходящих процессов. Часть из указанных процедурреализуется только программно, другая — аппаратно, а какие-то операции могутвыполняться как программами, так и аппаратурой.

Упорядочить все выполняемые процедуры, разделить их науровни и подуровни, взаимодействующие между собой, как раз и призваны моделисетей. Эти модели позволяют правильно организовать взаимодействие как абонентамвнутри одной сети, так и самым разным сетям на различных уровнях. Наибольшеераспространение получила в настоящее время так называемая эталонная модельобмена информацией открытой системы OSI (Open System Interchange). Под термином«открытая система» в данном случае понимается незамкнутая в себе система,имеющая возможность взаимодействия с какими-то другими системами (в отличие отзакрытой системы).

Модель OSI была предложена Международной организациейстандартов ISO (International Standards Organization) в 1984 году. С тех пор ееиспользуют (более или менее строго) все производители сетевых продуктов. Как илюбая универсальная модель, модель OSI довольно громоздка, избыточна и неслишком гибка, поэтому реальные сетевые средства, предлагаемые различнымифирмами, не обязательно придерживаются принятого разделения функций. Эталоннаямодель OSI стала основной архитектурной моделью для систем передачи сообщений.При рассмотрении конкретных прикладных телекоммуникационных систем производитсясравнение их архитектуры с моделью OSI/ISO. Эта модель является наилучшимсредством для изучения современной технологии связи.

Эталонная модель OSI делит проблему передачи информациимежду абонентами на семь менее крупных и, следовательно, более легко разрешимыхзадач. Конкретизация каждой задачи производилась по принципу относительнойавтономности. Очевидно, автономная задача решается легче.

Каждой из семи областей проблемы передачи информацииставится в соответствие один из уровней эталонной модели. Два самых низшихуровня эталонной модели OSI реализуются аппаратным и программным обеспечением,остальные пять высших уровней, как правило, реализуются программным обеспечением.Эталонная модель OSI описывает, каким образом информация проходит через средупередачи (например, металлические провода) от прикладного процесса-источника(например, по передаче речи) до процесса-получателя.

Стек протоколов, представленный в виде 7-уровневойструктуры, показан на рисунке 9.

/>

Рис. 9.Структура модели OSI.

В рамках модели OSI взаимодействиедвух систем представляется фактически в виде двух моделей — горизонтальной ивертикальной:

×             в рамках горизонтальной моделирассматривается прямое взаимодействие (обмен данными) одинаковых уровней в двухконечных точках (хостах); для организации такого взаимодействия в каждой изконечных точек должны поддерживаться одинаковые протоколы для данного уровня;

×          в вертикальной модели рассматриваетсяобмен информацией (взаимодействие) между соседними уровнями одной системы сиспользованием интерфейсов API; в этой модели каждый уровень может предоставлять своиуслуги вышележащему уровню и пользоваться услугами нижележащего уровня (крайниеуровни модели в этом смысле представляют исключение — прикладной уровеньпредоставляет свои услуги пользователю, а сетевой уровень не пользуетсясервисом других уровней)

/>Прикладной уровень (Applicationlayer)

Верхний (7-й)уровень модели, обеспечивает взаимодействие сети и пользователя. Уровеньразрешает приложениям пользователя доступ к сетевым службам, таким какобработчик запросов к базам данных, доступ к файлам, пересылке электроннойпочты. Также отвечает за передачу служебной информации, предоставляетприложениям информацию об ошибках и формирует запросы к уровню представления.

/>Уровень представления (Presentationlayer)

Этот уровеньотвечает за преобразование протоколов и кодирование/декодирование данных.Запросы приложений, полученные с уровня приложений, он преобразует в формат дляпередачи по сети, а полученные из сети данные преобразует в формат, понятныйприложениям. На этом уровне может осуществляться сжатие/распаковка иликодирование/декодирование данных, а также перенаправление запросов другомусетевому ресурсу, если они не могут быть обработаны локально.

/>Сеансовый уровень (Sessionlayer)

Отвечает заподдержание сеанса связи, позволяя приложениям взаимодействовать между собойдлительное время. Уровень управляет созданием/завершением сеанса, обменоминформацией, синхронизацией задач, определением права на передачу данных иподдержанием сеанса в периоды неактивности приложений. Синхронизация передачиобеспечивается помещением в поток данных контрольных точек, начиная с которыхвозобновляется процесс при нарушении взаимодействия

/>Транспортный уровень (Transportlayer)

4-й уровеньмодели, предназначен для доставки данных без ошибок, потерь и дублирования втой последовательности, как они были переданы. При этом неважно, какие данныепередаются, откуда и куда, то есть он предоставляет сам механизм передачи.Блоки данных он разделяет на фрагменты, размер которых зависит от протокола,короткие объединяет в один, а длинные разбивает. Протоколы этого уровняпредназначены для взаимодействия типа точка-точка.

/>Сетевой уровень (Networklayer)

3-й уровеньсетевой модели OSI, предназначен для определения пути передачи данных. Отвечает затрансляцию логических адресов и имён в физические, определение кратчайших маршрутов,коммутацию и маршрутизацию пакетов, отслеживание неполадок и заторов в сети. Наэтом уровне работает такое сетевое устройство, как маршрутизатор.

/>Канальный уровень (DataLinklayer)

Этот уровеньпредназначен для обеспечения взаимодействия сетей на физическом уровне иконтроля за ошибками, которые могут возникнуть. Полученные с физического уровняданные он упаковывает в кадры данных, проверяет на целостность, если нужноисправляет ошибки и отправляет на сетевой уровень. Канальный уровень можетвзаимодействовать с одним или несколькими физическими уровнями, контролируя иуправляя этим взаимодействием. Спецификация IEEE 802 разделяет этотуровень на 2 подуровня — MAC (Media Access Control) регулирует доступ кразделяемой физической среде, LLC (Logical Link Control) обеспечиваетобслуживание сетевого уровня. На этом уровне работают коммутаторы, мосты.

Впрограммировании этот уровень представляет драйвер сетевой платы, воперационных системах имеется программный интерфейс взаимодействия канального исетевого уровня между собой, это не новый уровень, а просто реализация моделидля конкретной ОС. Примеры таких интерфейсов: ODI, NDIS.

/>Физический уровень (Physicallayer)

Самый нижнийуровень модели, предназначен непосредственно для передачи потока данных.Осуществляет передачу электрических или оптических сигналов в кабель исоответственно их приём и преобразование в биты данных в соответствии сметодами кодирования цифровых сигналов. Другими словами, осуществляет интерфейсмежду сетевым носителем и сетевым устройством. На этом уровне работаютконцентраторы, повторители (ретрансляторы) сигнала и сетевые адаптеры.

/>Взаимодействие уровней

Уровнивзаимодействуют сверху вниз и снизу вверх посредством интерфейсов и могут ещевзаимодействовать с таким же уровнем другой системы с помощью протоколов.

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

Таблица 1.

Протоколы уровней модели OSI

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

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

Реальный стек протоколов OSI, разработанный как частьпроекта, был воспринят многими как слишком сложный и фактически нереализуемый.Он предполагал упразднение всех существующих протоколов и их замену новыми навсех уровнях стека. Это сильно затруднило реализацию стека и послужило причинойдля отказа от него многих поставщиков и пользователей, сделавших значительныеинвестиции в другие сетевые технологии. В дополнение, протоколы OSIразрабатывались комитетами, предлагавшими различные и иногда противоречивыехарактеристики, что привело к объявлению многих параметров и особенностейнеобязательными. Поскольку слишком многое было необязательно или предоставленона выбор разработчика, реализации различных поставщиков просто не могливзаимодействовать, отвергая тем самым саму идею проекта OSI.

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

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

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

6Обоснование выбора технологии развертывания локальной сети

Для выбора технологии рассмотрим таблицу сравненийтехнологий FDDI, Ethernet и Token Ring (таблица 2).

Таблица 2. Характеристики технологий FDDI, Ethernet, Token Ring

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

Толстый коаксиал, тонкий коаксиал,

витая пара категории 3, оптоволокно

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

200 км

(100 км на кольцо)

2500 м 40000 м Максимальное расстояние между узлами 2 км (не более 11 дБ потерь между узлами) 2500 м 100 м Максимальное количество узлов

500

(1000 соединений)

1024

260 для экранированной витой пары,

72 для неэкранированной витой пары

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

 

7 Сетевые протоколы

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

Основная недоработка OSI — непродуманный транспортныйуровень. На нём OSI позволяет обмен данными между приложениями (вводя понятиепорта — идентификатора приложения), однако, возможность обмена простымидейтаграммами в OSI не предусмотрена — транспортный уровень должен образовыватьсоединения, обеспечивать доставку, управлять потоком и т. п. Реальные жепротоколы реализуют такую возможность.

Сетевые транспортные протоколы обеспечивают базовыефункции, необходимые компьютерам для коммуникаций с сетью. Такие протоколыреализуют полные эффективные каналы коммуникаций между компьютерами.

Транспортный протокол можно рассматривать какзарегистрированную почтовую службу. Транспортный протокол гарантирует, чтопередаваемые данные доходят до заданного адресата, проверяя получаемую от негоквитанцию. Он выполняет контроль и исправление ошибок без вмешательства болеевысокого уровня.

Основными сетевыми протоколами являются:

— NetBEUI

— NWLink (IPX/SPX)

— TCP/IP

/>Стек протоколов TCP/IP.

TCP/IP — этосредство для обмена информацией между компьютерами, объединенными в сеть. Неимеет значения, составляют ли они часть одной и той же сети или подключены котдельным сетям. Не играет роли и то, что один из них может быть компьютером Cray, а другой Macintosh. TCP/IP — это независящий от платформы стандарт, который перекидывает мосты через пропасть,лежащую между разнородными компьютерами, операционными системами и сетями. Этопротокол, который глобально управляет Internet, и в значительной мереблагодаря сети TCP/IP завоевал свою популярность.

TCP/IP — этоаббревиатура термина Transmission Control Protocol/Internet Protocol (Протокол управления передачей/Протокол Internet). Втерминологии вычислительных сетей протокол — это заранее согласованныйстандарт, который позволяет двум компьютерам обмениваться данными. Фактически TCP/IP не одинпротокол, а несколько. Именно поэтому его называют стеком протоколов, средикоторых TCP и IP — два основных.

TCP/IP — зародился в результате исследований,профинансированных Управлением перспективных научно-исследовательскихразработок (Advanced Research Project Agency, ARPA) правительства США в 1970-хгодах. Этот протокол был разработан с тем, чтобы вычислительные сетиисследовательских центров во всем мире могли быть объединены в формевиртуальной «сети сетей» (Internet). Первоначальная Internet была создана в результатепреобразования существующего конгломерата вычислительных сетей, носившихназвание ARPAnet, с помощью TCP/IP.

Причина, по которой TCP/IP столь важен сегодня, заключаетсяв том, что он позволяет самостоятельным сетям подключаться к Internet илиобъединяться для создания частных интрасетей. Вычислительные сети, составляющиеинтрасеть, физически подключаются через устройства, называемые маршрутизаторамиили IP-маршрутизаторами. Маршрутизатор — это устройство или компьютер, которыйпередает пакеты данных из одной сети в другую. В интрасети, работающей наоснове TCP/IP, информация передается в виде дискретных блоков, называемыхIP-пакетами (IP packets) или IP-дейтаграммами (IP datagrams). Благодаряпрограммному обеспечению TCP/IP все компьютеры, подключенные к вычислительнойсети, становятся «близкими родственниками». По существу оно скрываетмаршрутизаторы и базовую архитектуру сетей и делает так, что все это выглядиткак одна большая сеть. Точно так же, как подключения к сети Ethernetраспознаются по 48-разрядным идентификаторам Ethernet, подключения к интрасетиидентифицируются 32-разрядными IP-адресами, которые мы выражаем в формедесятичных чисел, разделенных точками (например, 128.10.2.3). Взяв IP-адресудаленного компьютера, компьютер в интрасети или в Internet может отправитьданные на него, как будто они составляют часть одной и той же физической сети.

TCP/IP дает решение проблемы данными между двумякомпьютерами, подключенными к одной и той же интрасети, но принадлежащимиразличным физическим сетям. Решение состоит из нескольких частей, причем каждыйчлен семейства протоколов TCP/IP вносит свою лепту в общее дело. IP — самыйфундаментальный протокол из комплекта TCP/IP — передает IP-дейтаграммы поинтрасети и выполняет важную функцию, называемую маршрутизацией, по сути делаэто выбор маршрута, по которому дейтаграмма будет следовать из пункта А в пунктB, и использование маршрутизаторов для «прыжков» между сетями.

Протокол TCP/IP стал стандартом взаимодействия компьютеровUnix, особенно в военных учреждениях и университетах. С разработкой протоколапередачи гипертекста HTTP (Hypertext Transfer Protocol) для совместной работы сдокументами HTML (Hypertext Markup Language), бесплатно прилагаемыми в большойглобальной сети, появилась система World Wide Web (WWW), а Internet расшириласьна частный сектор. TCP/IP стал основой стремительной экспансии, потеснивприменяемый в качестве коммерческого протокола IPX и став предпочитаемый средивсех сетевых ОС.

/>NWLink (IPX/SPX)

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

Транспортный драйвер NWLink представляет собой реализациюпротоколов низкого уровня NetWare, таких как IPX, SPX, RIPX (RoutingInformation Protocol over IPX) и NBIPX (NetBIOS over IPX). Протокол IPXуправляет адресацией и маршрутизацией пакетов данных внутри сетей и между ними.Протокол SPX обеспечивает надежную доставку данных, поддерживая правильностьпоследовательности их передачи и механизм подтверждений. Протокол NWLinkобеспечивает совместимость с NetBIOS за счет уровня NetBIOS поверх протоколаIPX.

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

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

SPX (Sequence Packet eXchange) и его усовершенствованнаямодификация SPX II представляют собой транспортные протоколы 7-уровневой моделиISO. Это протокол гарантирует доставку пакета и использует технику скользящегоокна (отдаленный аналог протокола TCP). В случае потери или ошибки пакетпересылается повторно, число повторений задается программно.

/>NetBEUI

NetBEUI — это пpотокол, дополняющий спецификацию интеpфейсаNetBIOS,используемую сетевой опеpационной системой. NetBEUI фоpмализует кадpтpанспоpтного уpовня, не стандаpтизованный в NetBIOS. Он не соответствует какому-токонкpетному уpовню модели OSI, а охватывает тpанспоpтный уpовень, сетевой уpовеньи подуpовень LLC канального уpовня. NetBEUI взаимодействует напpямую с NDIS уpовняMAC. Таким обpазом это не маpшpутизиpуемый пpотокол.

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

Как правило NetBEUI используется в сетях где нетвозможности использовать NetBIOS, например, в компьютерах с установленнойMS-DOS.

8 Аппаратное и программноеобеспечение

/> 

Основные группы кабелей, используемые в локальных сетях

На сегодняшний день подавляющая часть компьютерных сетейиспользует для соединения провода или кабели. Они выступают в качестве средыпередачи сигналов между компьютерами. Существуют различные типы кабелей,которые удовлетворяют потребности всевозможных сетей, от малых до больших.

Выделяют три основные группы кабелей:

×     коаксиальный кабель (coaxial cable);

×     витая пара (twisted pair):

— неэкранированная (unshielded);

— экранированная (shielded);

×     оптоволоконный кабель (fiber optic).

Коаксиа́льный ка́бель (от лат. co — совместно и axis — ось, то есть «соосный») —вид электрического кабеля. Состоит из двух цилиндрических проводников, соответственновставленных один в другой (рис. 10). Чаще всего используется центральный медныйпроводник, покрытый пластиковым изолирующим материалом, поверх которого идётвторой проводник — медная сетка или алюминиевая фольга. Благодаря совпадениюцентров обоих проводов потери на излучение практически отсутствуют;одновременно обеспечивается хорошая защита от внешних электромагнитных помех.Поэтому такой кабель обеспечивает передачу данных на большие расстояния ииспользовался при построении компьютерных сетей (пока не был вытеснен витойпарой). Используется в сетях кабельного телевидения и во многих другихобластях. Основной характеристикой кабеля является волновое сопротивление. Взависимости от этой величины и толщины коаксиальный кабель делится на несколькокатегорий. Компьютерные сети на основе этого кабеля обычно требуют наличиятерминаторов на оконечных точках.

/>

Рис. 10.Телевизионный коаксиальный кабель.

Наиболее распространённые категории кабеля:

×     RG-8 и RG-11 — «ТолстыйEthernet» (Thicknet), 50 Ом. Стандарт 10BASE5;

×     RG-58 — «ТонкийEthernet» (Thinnet), 50 Ом. Стандарт10BASE2.

×     RG-58/U — сплошной центральныйпроводник

×     RG-58A/U — многожильный центральныйпроводник

×     RG-58C/U — военный кабель

×     RG-59 — телевизионный кабель(Broadband/Cable Television), 50 Ом. Российскийаналог РК-50 (Радио-кабель);

×     RG-59/U — телевизионный кабель(Broadband/Cable Television), 75 Ом. Российскийаналог РК-75;

×     RG-62 — ARCNet, 93 Ом

Тонкий Ethernet был наиболее распространённым кабелем дляпостроения локальных сетей. Диаметр примерно 6 миллиметров и значительнаягибкость, позволяла ему быть проложенным практически в любых местах. Кабелисоединялись друг с другом и с сетевой платой в компьютере при помощиТ-коннектора BNC (British Naval Connector). Между собой кабели моглисоединяться с помощью I-коннектора BNC (прямое соединение). На обоих концахсегмента должны быть установлены терминаторы. Поддерживает передачу данных до10 Мб/с на расстояние до 185 метров.

Толстый Ethernet — более толстый, по сравнению с предыдущимкабель — около 12 миллиметров в диаметре, имел более толстый центральныйпроводник. Плохо гнулся и имел значительную стоимость. Кроме того, в присоединениик компьютеру были некоторые сложности — использовались трансиверы AUI(Attachment Unit Interface), присоединённые к сетевой карте с помощьюответвления, пронизывающего кабель, т.н. «вампирчики». За счёт более толстогопроводника передачу данных можно было осуществлять на расстояние до 500 метровсо скоростью 10 Мб/с. Однако сложность и дороговизна установки не дали этомукабелю такого широкого распространения, как RG-58. Исторически фирменный кабельRG-8 имел жёлтую окраску и по этому иногда можно встретить название «ЖёлтыйEthernet» (англ. Yellow Ethernet)

Вита́я па́ра(англ. twisted pair) — вид кабеля связи, представляет собой одну или несколькопар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числомвитков на единицу длины), для уменьшения взаимных наводок при передаче сигнала,и покрытых пластиковой оболочкой (рис. 11). Один из компонентов современныхструктурированных кабельных систем. Используется в телекоммуникациях и вкомпьютерных сетях в качестве сетевого носителя во многих технологиях, такихкак Ethernet, ARCNet и Token ring. В настоящее время, благодаря своей дешевизнеи лёгкости в установке, является самым распространённым для построениялокальных сетей.

/>

Рис. 11.Витая пара.

Кабель подключается к сетевым устройствам при помощисоединителя RJ45, немного бо́льшим, чем телефонный соединитель RJ11.

В зависимости от наличия защиты — электрически заземлённоймедной оплетки или алюминиевой фольги вокруг скрученных пар, определяютразновидности данной технологии:

×           неэкранированная витая пара (UTP —Unshielded twisted pair)

×           экранированная витая пара (STP —Shielded twisted pair)

×           фольгированная витая пара (FTP — Foiledtwisted pair)

×           фольгированная экранированная витаяпара (SFTP — Shielded Foiled twisted pair)

В некоторых типах экранированного кабеля, защита можетиспользоваться ещё и вокруг каждой пары, индивидуальное экранирование.Экранирование обеспечивает лучшую защиту от электромагнитных наводок как внешних,так и внутренних, и т. д.

В дополнение к этому кабель применяется одно- имногожильный. В первом случае каждый провод состоит из одной медной жилы, а вовтором — из нескольких.

Существует несколько категорий кабеля витая пара, которыенумеруются от CAT1 до CAT7 и определяют эффективный пропускаемый частотныйдиапазон. Кабель более высокой категории обычно содержит больше пар проводов икаждая пара имеет больше витков на единицу длины. Категории неэкранированнойвитой пары описываются в стандарте EIA/TIA 568 (Американский стандарт проводкив коммерческих зданиях).

×           CAT1 — (полоса частот 0.1 МГц)телефонный кабель, всего одна пара, известный в России, как «лапша». В СШАиспользовался ранее, и проводники были скручены между собой. Используетсятолько для передачи голоса или данных при помощи модема.

×           CAT2 — (полоса частот 1 МГц) старый типкабеля, 2-е пары проводников, поддерживал передачу данных на скоростях до 4Мбит/с, использовался в сетях token ring и ARCNet. Сейчас иногда встречается втелефонных сетях.

×           CAT3 — (полоса частот 16 МГц) 2-хпарный кабель, использовался при построении локальных сетей 10BASE-T и tokenring, поддерживает скорость передачи данных только до 10 Мбит/с. В отличие отпредыдущих двух, отвечает требованиям стандарта IEEE 802.3. Также до сих порвстречается в телефонных сетях.

×           CAT4 — (полоса частот 20 МГц) кабельсостоит из 4-х скрученных пар, использовался в сетях token ring, 10BASE-T,10BASE-T4, скорость передачи данных не превышает 16 Мбит/с, сейчас неиспользуется.

×           САТ5 — (полоса частот 100 МГц) 4-хпарный кабель, это и есть, то, что обычно называют кабель «витая пара»,благодаря высокой скорости передачи, до 100 Мбит/с при использовании 2-х пар идо 1000Мбит/с, при использовании 4-х пар, является самым распространённымсетевым носителем, использующимся в компьютерных сетях до сих пор. Припрокладке новых сетей пользуются несколько усовершенствованным кабелем CAT5e(полоса частот 125 МГц), который лучше пропускает высокочастотные сигналы.

×           CAT6 — (полоса частот 250 МГц)применяется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, состоит из 4-х парпроводников и способен передавать данные на скорости до 10000Мбит/с. Добавлен встандарт в июне 2002 года. Существует категория CAT6е, в которой увеличеначастота пропускаемого сигнала до 500МГц. По данным IEEE 70 % установленныхсетей в 2004 году, использовали кабель категории CAT6, однако возможно этопросто дань моде, поскольку кабель CAT5 и CAT5e вполне справляется в сетях10GBASE-T

×           CAT7 — Спецификация на данный типкабеля пока не утверждена, скорость передачи данных до 10000Мбит/с, частотапропускаемого сигнала до 600—700 МГц. Кабель этой категории экранирован.

Оптоволоконный кабель — кабельна оcнове оптоволокна. Оптоволокно — это стеклянная или пластиковая нить,используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннегоотражения (рис. 12). Волоконная оптика — раздел прикладной науки имашиностроения, описывающий такие волокна. Оптоволокна используются воптоволоконной связи, которая позволяет передавать цифровую информацию набольшие расстояния и с более высокой скоростью передачи данных, чем вэлектронных средствах связи. В ряде случаев они также используются при созданиидатчиков.


/>.

Рис.12.Оптоволоконный кабель.

Простой принцип действия позволяет использовать различныеметоды, дающие возможность создавать самые разнообразные оптоволокна:

×           Мультимодовые

×           Одномодовые оптоволокна

×           Оптоволокна с градиентным показателемпреломления

×           Оптоволокна со ступенчатым профилемраспределения показателей преломления.

Из-за физических свойств оптоволокна необходимы специальныеметоды для их склеивания и соединения с оборудованием. Оптоволокна являютсябазой для различных типов кабелей, в зависимости от того, где они будутиспользоваться.

Оптоволокно может быть использовано как средство длядальней связи и построения компьютерной сети, вследствие своей гибкости ивозможности завязываться в узел как кабель. Несмотря на то, что волокна могутбыть сделаны из прозрачного пластичного оптоволокна или силика-гелевоговолокна, волокна, использующиеся для передачи информации на большие расстояния,всегда сделаны из стекла, из-за низкого оптического ослабленияэлектромагнитного излучения. В связи используются многомодовые и одномодовыеоптоволокна; мультимодовое оптоволокно обычно используется на небольшихрасстояниях (до 500 м), а одномодовое оптоволокно — на длинных дистанциях.Из-за строгого допуска между одномодовым оптоволокном, передатчиком, приемником,усилителем и другими одномодовыми компонентами, их использование обычно дороже,чем применение мультимодовых компонетов. В оптоволоконном кабеле цифровыеданные распространяются по оптическим волокнам в виде модулированных световыхимпульсов. Это относительно надежный (защищенный) способ передачи, посколькуэлектрические сигналы при этом не передаются. Следовательно, оптоволоконныйкабель нельзя вскрыть и перехватить данные, от чего не застрахован любойкабель, проводящий электрические сигналы.

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

Структурированная кабельная система (СКС) представляет собой иерархическую кабельную среду передачиэлектромагнитных сигналов в здании, разделённую на структурные подсистемы исостоящую из элементов — кабелей и разъемов. По сути СКС состоит из наборамедных и оптических кабелей, кросс-панелей, соединительных шнуров, кабельныхразъёмов, модульных гнёзд информационных розеток и вспомогательногооборудования. СКС обеспечивает подключение локальной АТС, одновременную работукомпьютерной и телефонной сети и предоставляет возможность гибкого измененияконфигурации кабельной системы. Кабели, оснащенные разъемами и проложенные поопределенным правилам, образуют линии и магистрали. Линии, магистрали, точкиподключения и коммутации составляют функциональные элементы СКС.

Универсальность СКС подразумевает использование ее дляразличных систем:

×           компьютерная сеть;

×           телефонная сеть;

×           охранная система;

×           пожарная сигнализация.

Такая кабельная система независима от оконечногооборудования, что позволяет создать гибкую коммуникационную инфраструктурупредприятия.

Структурированная кабельная система — это совокупность пассивногокоммуникационного оборудования:

×           Кабель — этот компонент используетсякак среда передачи данных СКС.

×           Розетки — этот компонент используют какточки входа в кабельную сеть здания.

×           Коммутационные панели — используютсядля администрирования кабельных систем в коммутационных центрах этажей и зданияв целом.

×           Коммутационные шнуры — используются дляподключения офисного оборудования в кабельную сеть здания, организацииструктуры кабельной системы в центрах коммутации.

СКС — охватывает все пространство здания, соединяет всеточки средств передачи информации, такие как компьютеры, телефоны, датчикипожарной и охранной сигнализации, системы видеонаблюдения и контроля доступа.Все эти средства обеспечиваются индивидуальной точкой входа в общую системуздания. Линии, отдельные для каждой информационной розетки, связывают точкивхода с коммутационным центром этажа, образуя горизонтальную кабельнуюподсистему. Все этажные коммутационные узлы специальными магистралямиобъединяются в коммутационном центре здания. Сюда же подводятся внешниекабельные магистрали для подключения здания к глобальным информационнымресурсам, таким как телефония, интернет и т.п. Такая топология позволяетнадежно управлять всей системой здания, обеспечивает гибкость и простоту системы.

В каждом конкретном здании в общем случае присутствуют триподсистемы СКС: вертикальная кабельная подсистема, горизонтальная кабельнаяподсистема и подсистема рабочих мест. Для достаточно крупных зданий, с большимколичеством рабочих мест на этажах, все эти три подсистемы присутствуют в явномвиде. Для относительно небольших зданий с ограниченным количеством рабочих местрекомендуется организовывать один узел коммутации СКС, куда сходится всягоризонтальная кабельная разводка. В этом случае вертикальная кабельнаяподсистема может отсутствовать либо носить вырожденный характер, при которомвертикальная кабельная подсистема представляется совокупностью коммутационныхшнуров, соединяющих порты «этажных» коммутаторов ЛВС (коммутаторовдля подключений рабочих мест) с портами центрального (магистрального)коммутатора.

/>Коммутационное оборудование

Повторитель (англ.repeater) — предназначен для увеличения расстояния сетевогосоединения путем повторения электрического сигнала «один в один».Бывают однопортовые повторители и многопортовые. В сетях на витой пареповторитель является самым дешевым средством объединения конечных узлов идругих коммуникационных устройств в единый разделяемый сегмент. Повторители Ethernet могутиметь скорость 10 или 100 Мбит/с (Fast Ethernet), единую для всех портов. Для Gigabit Ethernetповторители не используются.

Мост (от англ. bridge — мост)является средством передачи кадров между двумя (и более) логически разнороднымисегментами. По логике работы является частным случаем коммутатора. Скоростьобычно 10 Мбит/с (для Fast Ethernet чаще используются коммутаторы).

Концентратор илихаб (от англ. hub — центр деятельности) — сетевое устройство, дляобъединения нескольких устройств Ethernet в общий сегмент. Устройстваподключаются при помощи витой пары, коаксиального кабеля или оптоволокна. Хабявляется частным случаем концентратора

Концентратор работает на физическом уровне сетевой моделиOSI, повторяет приходящий на один порт сигнал на все активные порты. В случаепоступления сигнала на два и более порта одновременно возникает коллизия, ипередаваемые кадры данных теряются. Таким образом, все подключенные кконцентратору устройства находятся в одном домене коллизий. Концентраторывсегда работают в режиме полудуплекса, все подключенные устройства Ethernetразделяют между собой предоставляемую полосу доступа.

Многие модели хабов имеют простейшую защиту от излишнегоколичества коллизий, возникающих по причине одного из подключенных устройств. Вэтом случае они могут изолировать порт от общей среды передачи. По этойпричине, сетевые сегменты, основанные на витой паре гораздо стабильнее в работесегментов на коаксиальном кабеле, поскольку в первом случае каждое устройствоможет быть изолировано хабом от общей среды, а во втором случае несколькоустройств подключаются при помощи одного сегмента кабеля, и, в случае большогоколичества коллизий, концентратор может изолировать лишь весь сегмент.

В последнее время концентраторы используются достаточноредко, вместо них получили распространение коммутаторы — устройства, работающиена канальном уровне модели OSI и повышающие производительность сети путёмлогического выделения каждого подключенного устройства в отдельный сегмент,домен коллизий.

Коммутатор или switch (от англ. —переключатель) Коммутатор (switch, switching hub) по принципу обработкикадров ничем не отличается от моста. Основное его отличие от моста состоит втом, что он является своего рода коммуникационным мультипроцессором, так каккаждый его порт оснащен специализированным процессором, который обрабатываеткадры по алгоритму моста независимо от процессоров других портов. За счет этогообщая производительность коммутатора обычно намного выше производительноститрадиционного моста, имеющего один процессорный блок. Можно сказать, чтокоммутаторы — это мосты нового поколения, которые обрабатывают кадры впараллельном режиме.

Это устройство,предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределаходного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет трафик отодного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передает данныетолько непосредственно получателю. Это повышает производительность ибезопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (ивозможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.

Коммутатор работает на канальном уровне модели OSI, ипотому в общем случае может только объединять узлы одной сети по ихMAC-адресам. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служатмаршрутизаторы.

Коммутатор хранит в памяти специальную таблицу (ARP-таблицу), вкоторой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении коммутатораэта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающиена какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. Приэтом коммутатор анализирует пакеты данных, определяя MAC-адрескомпьютера-отправителя, и заносит его в таблицу. Впоследствии, если на один изпортов коммутатора поступит пакет, предназначенный для этого компьютера, этотпакет будет отправлен только на соответствующий порт. Со временем коммутаторстроит полную таблицу для всех своих портов, и в результате трафиклокализуется.

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

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

Выпускается три типа конвертеров:

×           Преобразователь RS-232<–> RS-485;

×           Преобразователь USB <–> RS-485;

×           Преобразователь Ethernet<–> RS-485.

Преобразователь RS-232 <–> RS-485 преобразуетфизические параметры интерфейса RS-232 в сигналы интерфейса RS-485. Можетработать в трех режимах приема-передачи. (В зависимости от установленного вконвертере программного обеспечения и состояния переключателей на плате конвертера).

Преобразователь USB <–> RS-485 — этот конвертерпредназначен для организации интерфейса RS-485 на любом компьютере, имеющеминтерфейс USB. Конвертер выполнен в виде отдельной платы, подключаемой кразъёму USB. Питание конвертера осуществляется непосредственно от порта USB.Драйвер конвертера позволяет создать для интерфейса USB виртуальный СОМ-порт иработать с ним как с обычным портом RS-485 (по аналогии с RS-232). Устройствообнаруживается сразу при подключении к порту USB.

Преобразователь Ethernet <–> RS-485 — этот конвертерпредназначен для обеспечения возможности передачи сигналов интерфейса RS-485 полокальной сети. Конвертер имеет свой IP-адрес (устанавливаемый пользователем) ипозволяет осуществить доступ к интерфейсу RS-485 с любого компьютераподключенного к локальной сети и установленным соответствующим программнымобеспечением. Для работы с конвертером поставляются 2 программы: PortRedirector – поддержка интерфейса RS-485 (СОМ-порта) на уровне сетевой карты иконфигуратор Lantronix, позволяющий установить привязку конвертера к локальнойсети пользователя, а также задать параметры интерфейса RS-485 (скоростьпередачи, количество бит данных и т.д.) Конвертер обеспечивает полностьюпрозрачную приемо-передачу данных в любом направлении.

Маршрутиза́торили ро́утер (от англ. router) — сетевое устройство, используемое вкомпьютерных сетях передачи данных, которое, на основании информации отопологии сети (таблицы маршрутизации) и определённых правил, принимает решенияо пересылке пакетов сетевого уровня модели OSI их получателю. Обычноприменяется для связи нескольких сегментов сети.

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

Существуют другие способы определения маршрута пересылкипакетов, когда, например, используется адрес отправителя, используемыепротоколы верхних уровней и другая информация, содержащаяся в заголовкахпакетов сетевого уровня. Нередко маршрутизаторы могут осуществлять трансляциюадресов отправителя и получателя (англ. NAT, Network Address Translation),фильтрацию транзитного потока данных на основе определённых правил с цельюограничения доступа, шифрование/дешифрование передаваемых данных и т. д.

Маршрутизаторы помогают уменьшить загрузку сети, благодаряеё разделению на домены коллизий и широковещательные домены, а также фильтрациипакетов. В основном их применяют для объединения сетей разных типов, зачастуюнесовместимых по архитектуре и протоколам, например для объединения локальныхсетей Ethernet и WAN-соединений, использующих протоколы DSL, PPP, ATM, Framerelay и т. д. Нередко маршрутизатор используется для обеспечения доступа излокальной сети в глобальную сеть Интернет, осуществляя функции трансляцииадресов и межсетевого экрана.

В качестве маршрутизатора может выступать какспециализированное устройство, так и PC компьютер, выполняющий функциипростейшего роутера.

Моде́м(аббревиатура, составленная из слов модулятор-демодулятор) —устройство, применяющееся в системах связи и выполняющее функцию модуляции идемодуляции. Частным случаем модема является широко применяемое периферийноеустройство для компьютера, позволяющее ему связываться с другим компьютером,оборудованным модемом, через телефонную сеть (телефонный модем) или кабельнуюсеть (кабельный модем).

/>Стандарты реализации FastEthernet

100BASE-T — Общий термин для обозначения одного из трёх стандартов100 Мбит/с ethernet, использующий в качестве среды передачи данных витую пару.Длина сегмента до 100 метров. Включает в себя 100BASE-TX, 100BASE-T4 и 100BASE-T2.

100BASE-TX, IEEE 802.3u — Развитие технологии 10BASE-T, используетсятопология звезда, задействован кабель витая пара категории-5, в которомфактически используются 2 пары проводников, максимальная скорость передачиданных 100 Мбит/с.

100BASE-T4 — 100 MБит/с ethernet по кабелю категории-3. Задействованы все 4 пары. Сейчаспрактически не используется. Передача данных идёт в полудуплексном режиме.

100BASE-T2 — Не используется. 100 Mбит/с ethernet черезкабель категории-3. Используется только 2 пары. Поддерживается полнодуплексныйрежим передачи, когда сигналы распространяются в противоположных направления покаждой паре. Скорость передачи в одном направлении — 50 Mбит/с.

100BASE-FX — 100 Мбит/с ethernet с помощью оптоволоконного кабеля. Максимальная длинасегмента 400 метров в полудуплексном режиме (для гарантированного обнаруженияколлизий) или 2 километра в полнодуплексном режиме по многомодовому оптическомуволокну и до 32 километров по одномодовому.

Анализируя вышеописанные данные, наиболее эффективнымявляется использование кабеля витая пара категории-5. Данный вид кабеля можетобеспечить скорости передачи, до 100 Мбит/с при использовании 2-х пар и до1000Мбит/с, при использовании 4-х пар, а также он относительно лёгок вустановке и недорог.

Для разрабатываемой сети будем использоватьнеэкранированную витую пару: RJ-45 UTP, lev.5e (305м.) 1689.9 руб (х5 для 1235мпрокладки сети). Также необходимо приобрести 122 шт. вилок RJ-45(3 руб./шт.)– 366 руб.

Для повышения производительности сети и повышения еёбезопасности для соединения компьютеров будем использовать 3 коммутатора (switch),соединенных с маршрутизатором соответственно на 1-ом (router 1) и 2-ом (router 2)этажах здания, которые в свою очередь будут соединены между собой и третьиммаршрутизатором (router 3). Третий маршрутизатор на 1-ом этаже здания будетподключен к серверу.

Ниже приведены технические характеристики сетевогооборудования:

В таблице 3 приведены характеристики используемыхкоммутаторов (switch)


Таблица 3.

/>

Коммутатор TrendNet N-Way Switch TEG S224

Цена 3714руб

 (10/100Mbps, 24 port, +2 1000Mbps Rack Mount)/>

Коммутатор. TE100-S16E

В таблице 4 приведены характеристики используемыхмаршрутизаторов (router).

Таблица 4.

/>

/>Маршрутизатор, Router D-Link DIR-100

Модель: DIR-120. Тип: маршрутизатор широкополосного доступа со встроенным 4-портовым коммутатором, межсетевой экран и принт-сервер. Стандарты: IEEE 802.3, IEEE 802.3u, IEEE 802.3x. Протоколы: TCP/ IP, Line Printer Daemon Protocol Цена: 1 250руб.

/>Конечное сетевое оборудование

Конечное сетевое оборудование является источником и получателеминформации, передаваемой по сети.

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

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

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

Таблица 5.

Рабочая станция

/>

Системный блок.GH301EA HP dc5750 uMT A64 X2-4200+(2.2GHz),1GB,160GB,ATI Radeon X300,DVD+/-RW,Vista Business

 

Компьютер Hewlett-Packard GH301EA серии dс 5750. Данный системный блок оборудован процессором AMD Athlon™ 64 X2 4200+ c частотой 2.2 ГГц, 1024 Mб оперативной памяти DDR2, жестким диском на 160 Гб, DVD-RW приводом и установленной ОС Windows Vista Business.

 

Цена: 16 450.00 руб.

 

/>

/>Монитор. TFT 19 “Asus V W1935

 

Тип: ЖК • Технология ЖК: TN • Диагональ: 19" • Формат экрана: 5:4 • Макс. разрешение: 1280 x 1024 • Входы: VGA • Вертикальная развертка: 75 Гц • Горизонтальная развертка: 81 КГц

 

Цена: 6 000,00 руб.

 

Устройства ввода Мышь Genius GM-03003  172 руб. Клавиатура Logitech Value Sea Grey (refresh) PS/2  208 руб. Общая стоимость 22 830 руб. /> /> /> /> /> /> /> /> />

В Таблице 6 приведены параметры сервера.


Таблица 6.

Сервер

/>

/>DESTEN Системный блок DESTEN eStudio 1024QM

 

Процессор INTEL Core 2 Quad Q6600 2.4GHz 1066MHz 8Mb LGA775 OEM Материнская плата Gigabyte GA-P35-DS3R ATX Модуль памяти DDR-RAM2 1Gb 667Mhz Kingston KVR667D2N5/1G — 2 Жесткий диск 250 Gb Hitachi Deskstar T7K500 HDP725025GLA380 7200RPM 8Mb SATA-2 — 2 Видео адаптер 512MB Zotac PCI-E 8600GT DDR2 128 bit DVI (ZT-86TEG2P-FSR) Привод DVD RW NEC AD-7200S-0B SATA Черный Корпус ZALMAN HD160XT BLACK.

 

Цена: 50 882.00 руб.

 

/>

/>Монитор. TFT 19 “Asus V W1935 Тип: ЖК • Технология ЖК: TN • Диагональ: 19" • Формат экрана: 5:4 • Макс. разрешение: 1280 x 1024 • Входы: VGA • Вертикальная развертка: 75 Гц • Горизонтальная развертка: 81 КГц Цена: 6 000,00 руб. Устройства ввода Мышь Genius GM-03003  172 руб. Клавиатура Logitech Value Sea Grey (refresh) PS/2  208 руб. Общая стоимость 57 262 руб. /> /> /> /> /> /> />

/>Программное обеспечение сети

В программное обеспечение сервера входят:

×     Операционная система Windows Server 2003 SP2+R2

×     Антивирусная программа NOD 32 AntiVirus System.

×     Пакет программMicrosoft Office 2003 (pro)

×     Пакет программ ABBYFineReader Corporate Edition v8.0 (сервернаялицензия)

×     Программа для администрирования сети Symantec pcAnywhere 12 (сервер)

В программное обеспечение рабочей станции входят:

×     Операционная система Windows XP SP2

×     Антивирусная программа NOD 32 AntiVirus System.

×     Пакет программMicrosoft Office 2003 (pro)

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

×     Программа для администрирования сетиSymantec pcAnywhere 12 (клиент)

×     Пользовательские программы

9Расчет характеристик сети

Для реальных сетей важен такой показательпроизводительности, как показатель использования сети (network utilization),который представляет собой долю в процентах от суммарной пропускной способности(не поделенной между отдельными абонентами). Он учитывает коллизии и другиефакторы. Ни сервер, ни рабочие станции не содержат средств для определенияпоказателя использования сети, для этого предназначены специальные, не всегдадоступные из-за высокой стоимости аппаратно-программные средства типаанализаторов протоколов.

Считается, что для загруженных систем Ethernet и FastEthernet хорошим значением показателя использования сети является30%. Это значение соответствует отсутствию длительных простоев в работе сети иобеспечивает достаточный запас в случае пикового повышения нагрузки. Однакоесли показатель использования сети значительное время составляет 80...90% иболее, то это свидетельствует о практически полностью используемых (в данноевремя) ресурсах, но не оставляет резерва на будущее.

Для проведения расчетов и выводов следует рассчитатьпроизводительность в каждом сегменте сети.

Вычислим полезную нагрузку Pп:

еще рефераты
Еще работы по информатике, программированию