Проектирование локальной вычислительной сети

Федеральное агентство по образованию

Московский Государственный Горный Университет

Кафедра Автоматизированных Систем Управления























Курсовой проект

по дисциплине «Сети ЭВМ и телекоммуникации»

на тему: «Проектирование локальной вычислительной сети»







Выполнил:

Ст. гр. АС-1-06

Юрьева Я.Г.

Проверил:

	проф., д. т. н. Шек В.М.

	

	

	

	

	Москва 2009


Содержание



Введение

1 Задание на проектирование

2 Описание локально-вычислительной сети

3 Топология сети

4 Схема локальной сети

5 Эталонная модель OSI

6 Обоснование выбора технологии развертывания локальной сети

7 Сетевые протоколы

8 Аппаратное и программное обеспечение

9 Расчет характеристик сети

10 Расчет стоимости сети

11 Рекомендации по использованию сети

Список используемой литературы




Введение



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

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

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

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

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




1. Задание на проектирование



В данной курсовой работе требуется:

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

провести сравнительный анализ возможных топологий сети и выбрать из них наиболее предпочтительную;

дать описательную сущность эталонной модели взаимосвязи открытых систем (OSI) и сетевых протоколов;

провести сравнительный анализ двух и более вариантов построения ЛВС с системных позиций с оценкой по основным параметрам (быстродействие, надежность, информационная безопасность, стоимость);

разработать структурно-функциональную схему ЛВС;

рассчитать производительность каналов и соединительной аппаратуры или устройств и подобрать 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 Описание локально-вычислительной сети



Данная локальная сеть разрабатывается для налоговой инспекции. Федеральная налоговая служба выполняет множество функций. Например отдел информационных технологий обеспечивает:

Поддержание работоспособности аппаратной части, системного и прикладного программного обеспечения общего применения. Администрирование сетевых ресурсов и обеспечение резервного копирования баз данных и программных средств. Администрирование баз данных инспекции. Внедрение и сопровождение ведомственных прикладных программ.

Консультирование пользователей прикладных программных средств общего применения. Обучение и консультирование пользователей ведомственных прикладных программ.

Соблюдение технологии ведения нормативно-справочной информации.

Внедрение и сопровождение систем телекоммуникаций для обмена открытой и конфиденциальной информацией.

Программно - техническое обеспечение технологических процессов приема - передачи информации в электронном виде при взаимодействии налоговых органов с другими ведомствами.

Организация антивирусной защиты информации.

Тиражирование программных продуктов по формированию в электронном виде налоговой отчетности, представляемой налогоплательщиками и налоговыми агентами.

Для повышения эффективности оказываемых услуг необходимо наличие высокоскоростного интернета и грамотно построенной локальной сети внутри организации.

Разрабатываемая локальная сеть будет использоваться для обеспечения доступа к сети Internet, хранения на общем сервере большого количества документации и оперативного предоставления услуг.

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

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



3 Топология сети



ВС состоит из вычислительных машин и сети передачи данных (сети связи). ВС классифицируются по геометрическим масштабам на следующие классы сетей: глобальная вычислительная сеть, широкомасштабная сеть, региональная сеть, локальная сеть.

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

Под локальной вычислительной сетью обычно понимают ВС, соединяющие вычислительные машины в одной комнате, здании или в нескольких близко расположенных зданиях и принадлежащих одному предприятию. Сети связи ЛВС имеют в настоящее время следующие типичные характеристики: высокую скорость передачи данных (0.1 - 100 Мбит/с), небольшую протяженность (0.1 - 50км), малую вероятность ошибки передачи данных (+1Е-8 - +1Е-11).

На сегодняшний день используется несколько базовых технологий, на основе которых работает подавляющее большинство локальных современных сетей, – Ethernet, Token Ring, FDDI.

Термин «топология», или «топология сети», характеризует физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов сети. Топология — это стандартный термин, который используется профессионалами при описании основной компоновки сети. 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.

При подключении 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 относится к наиболее простым и широко распространенным топологиям. В ней используется один кабель, именуемый магистралью или сегментом, вдоль которого подключены все компьютеры сети.

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





Рис.1. Топология «Шина»



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

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

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

характеристики аппаратного обеспечения компьютеров в сети;

частота, с которой компьютеры передают данные;

тип работающих сетевых приложений;

тип сетевого кабеля;

расстояние между компьютерами в сети.

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

Отражение сигнала

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

Терминатор

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

Нарушение целостности сети

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

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

Звезда

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





Рис.2. Топология «Звезда»



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

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

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

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

Достоинства

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

Хорошая масштабируемость сети;

Лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети;

Высокая производительность сети;

Гибкие возможности администрирования.

Недостатки

Выход из строя центрального концентратора обернётся неработоспособностью сети в целом;

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

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

Кольцо

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





Рис.3. Топология «Кольцо»



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

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

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

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

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

Ячеистая

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






Рис.4. Ячеистая топология.

	

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

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



1 сегмент

1 сегмент

2 сегмент

1 сегмент



..20 эвм...



..20 эвм...





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



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




..20 эвм...



..20 эвм...



2 сегмент

1 сегмент



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



4 Схема локальной сети



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






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






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



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



5 Эталонная модель OSI



При связи компьютеров по сети производится множество операций, обеспечивающих передачу данных от компьютера к компьютеру. Пользователю, работающему с каким-то приложением, в общем-то безразлично, что и как при этом происходит. Для него просто существует доступ к другому приложению или компьютерному ресурсу, расположенному на другом компьютере сети. В действительности же вся передаваемая информация проходит много этапов обработки. Прежде всего она разбивается на блоки, каждый из которых снабжается управляющей информацией. Полученные блоки оформляются в виде сетевых пакетов, эти пакеты кодируются, передаются с помощью электрических или световых сигналов по сети в соответствии с выбранным методом доступа, затем из принятых пакетов вновь восстанавливаются заключенные в них блоки данных, блоки соединяются в данные, которые и становятся доступны другому приложению. Это, конечно, очень упрощенное описание происходящих процессов. Часть из указанных процедур реализуется только программно, другая - аппаратно, а какие-то операции могут выполняться как программами, так и аппаратурой.

Упорядочить все выполняемые процедуры, разделить их на уровни и подуровни, взаимодействующие между собой, как раз и призваны модели сетей. Эти модели позволяют правильно организовать взаимодействие как абонентам внутри одной сети, так и самым разным сетям на различных уровнях. Наибольшее распространение получила в настоящее время так называемая эталонная модель обмена 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 от закрытой системы).

Модель OSI была предложена Международной организацией стандартов ISO (International Standards Organization) в 1984 году. С тех пор ее используют (более или менее строго) все производители сетевых продуктов. Как и любая универсальная модель, модель OSI довольно громоздка, избыточна и не слишком гибка, поэтому реальные сетевые средства, предлагаемые различными фирмами, не обязательно придерживаются принятого разделения функций. Эталонная модель OSI стала основной архитектурной моделью для систем передачи сообщений. При рассмотрении конкретных прикладных телекоммуникационных систем производится сравнение их архитектуры с моделью OSI/ISO. Эта модель является наилучшим средством для изучения современной технологии связи.

Эталонная модель OSI делит проблему передачи информации между абонентами на семь менее крупных и, следовательно, более легко разрешимых задач. Конкретизация каждой задачи производилась по принципу относительной автономности. Очевидно, автономная задача решается легче.

Каждой из семи областей проблемы передачи информации ставится в соответствие один из уровней эталонной модели. Два самых низших уровня 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 среду передачи (например, металлические провода) от прикладного процесса-источника (например, по передаче речи) до процесса-получателя.

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





Рис. 9. Структура модели OSI.



В рамках модели OSI взаимодействие двух систем представляется фактически в виде двух моделей - горизонтальной и вертикальной:

			в рамках горизонтальной модели рассматривается прямое взаимодействие (обмен данными) одинаковых уровней в двух конечных точках (хостах); для организации такого взаимодействия в каждой из конечных точек должны поддерживаться одинаковые протоколы для данного уровня;

	в вертикальной модели рассматривается обмен информацией (взаимодействие) между соседними уровнями одной системы с использованием интерфейсов API; в этой модели каждый уровень может предоставлять свои услуги вышележащему уровню и пользоваться услугами нижележащего уровня (крайние уровни модели в этом смысле представляют исключение - прикладной уровень предоставляет свои услуги пользователю, а сетевой уровень не пользуется сервисом других уровней)

Прикладной уровень (Application layer)

Верхний (7-й) уровень модели, обеспечивает взаимодействие сети и пользователя. Уровень разрешает приложениям пользователя доступ к сетевым службам, таким как обработчик запросов к базам данных, доступ к файлам, пересылке электронной почты. Также отвечает за передачу служебной информации, предоставляет приложениям информацию об ошибках и формирует запросы к уровню представления.

Уровень представления (Presentation layer)

Этот уровень отвечает за преобразование протоколов и кодирование/декодирование данных. Запросы приложений, полученные с уровня приложений, он преобразует в формат для передачи по сети, а полученные из сети данные преобразует в формат, понятный приложениям. На этом уровне может осуществляться сжатие/распаковка или кодирование/декодирование данных, а также перенаправление запросов другому сетевому ресурсу, если они не могут быть обработаны локально.

Сеансовый уровень (Session layer)

Отвечает за поддержание сеанса связи, позволяя приложениям взаимодействовать между собой длительное время. Уровень управляет созданием/завершением сеанса, обменом информацией, синхронизацией задач, определением права на передачу данных и поддержанием сеанса в периоды неактивности приложений. Синхронизация передачи обеспечивается помещением в поток данных контрольных точек, начиная с которых возобновляется процесс при нарушении взаимодействия

Транспортный уровень (Transport layer)

4-й уровень модели, предназначен для доставки данных без ошибок, потерь и дублирования в той последовательности, как они были переданы. При этом неважно, какие данные передаются, 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 уровня предназначены для взаимодействия типа точка-точка.

Сетевой уровень (Network layer)

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

Канальный уровень (Data Link layer)

Этот уровень предназначен для обеспечения взаимодействия сетей на физическом уровне и контроля за ошибками, которые могут возникнуть. Полученные с физического уровня данные он упаковывает в кадры данных, проверяет на целостность, если нужно исправляет ошибки и отправляет на сетевой уровень. Канальный уровень может взаимодействовать с одним или несколькими физическими уровнями, контролируя и управляя этим взаимодействием. Спецификация IEEE 802 разделяет этот уровень на 2 подуровня — MAC (Media Access Control) регулирует доступ к разделяемой физической среде, LLC (Logical Link Control) обеспечивает обслуживание сетевого уровня. На этом уровне работают коммутаторы, мосты.

В программировании этот уровень представляет драйвер сетевой платы, в операционных системах имеется программный интерфейс взаимодействия канального и сетевого уровня между собой, это не новый уровень, а просто реализация модели для конкретной ОС. Примеры таких интерфейсов: ODI, NDIS.

Физический уровень (Physical layer)

Самый нижний уровень модели, предназначен непосредственно для передачи потока данных. Осуществляет передачу электрических или оптических сигналов в кабель и соответственно их приём и преобразование в биты данных в соответствии с методами кодирования цифровых сигналов. Другими словами, осуществляет интерфейс между сетевым носителем и сетевым устройством. На этом уровне работают концентраторы, повторители (ретрансляторы) сигнала и сетевые адаптеры.

Взаимодействие уровней

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

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



Таблица 1.

Протоколы уровней модели OSI

Уровень OSI

Протоколы

Прикладной

HTTP, gopher, Telnet, DNS, SMTP, SNMP, CMIP, FTP, TFTP, SSH, IRC, AIM, NFS, NNTP, NTP, SNTP, XMPP, FTAM, APPC, X.400, X.500, AFP, LDAP, SIP, ITMS, 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 современных сетей в силу исторических причин лишь в общих чертах, приближённо, соответствуют эталонной модели ISO/OSI.

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

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

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

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



6 Обоснование выбора технологии развертывания локальной сети



Для выбора технологии рассмотрим таблицу сравнений технологий 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, Token Ring, очевиден выбор технологии Ethernet (вернее ее модификации Fast Ethernet), которая учитывает все требованиям нашей локальной сети. Т.к технология Token Ring обеспечивает скорость передачи данных до 16 мбит\сек, то мы ее исключаем из дальнейшего рассмотрения, а из-за сложность реализации технологии FDDI, наиболее разумно будет использовать Ethernet.



7 Сетевые протоколы



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

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

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

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

Основными сетевыми протоколами являются: 

- NetBEUI 

- NWLink (IPX/SPX) 

- TCP/IP

Стек протоколов TCP/IP.

TCP/IP - это средство для обмена информацией между компьютерами, объединенными в сеть. Не имеет значения, составляют ли они часть одной и той же сети или подключены к отдельным сетям. Не играет роли и то, что один из них может быть компьютером Cray, а другой Macintosh. TCP/IP - это не зависящий от платформы стандарт, который перекидывает мосты через пропасть, лежащую между разнородными компьютерами, операционными системами и сетями. Это протокол, который глобально управляет Internet, и в значительной мере благодаря сети TCP/IP завоевал свою популярность.

TCP/IP - это аббревиатура термина Transmission Control Protocol/Internet Protocol (Протокол управления передачей/Протокол Internet). В терминологии вычислительных сетей протокол - это заранее согласованный стандарт, который позволяет двум компьютерам обмениваться данными. Фактически TCP/IP не один протокол, а несколько. Именно поэтому его называют стеком протоколов, среди которых TCP и IP - два основных.

TCP/IP - зародился в результате исследований, профинансированных Управлением перспективных научно-исследовательских разработок (Advanced Research Project Agency, ARPA) правительства США в 1970-х годах. Этот протокол был разработан с тем, чтобы вычислительные сети исследовательских центров во всем мире могли быть объединены в форме виртуальной "сети сетей" (Internet). Первоначальная Internet была создана в результате преобразования существующего конгломерата вычислительных сетей, носивших название ARPAnet, с помощью TCP/IP.

Причина, по которой TCP/IP столь важен сегодня, заключается в том, что он позволяет самостоятельным сетям подключаться к Internet или объединяться для создания частных интрасетей. Вычислительные сети, составляющие интрасеть, физически подключаются через устройства, называемые маршрутизаторами или IP-маршрутизаторами. Маршрутизатор - это устройство или компьютер, который передает пакеты данных из одной сети в другую. В интрасети, работающей на основе TCP/IP, информация передается в виде дискретных блоков, называемых IP-пакетами (IP packets) или IP-дейтаграммами (IP datagrams). Благодаря программному обеспечению TCP/IP все компьютеры, подключенные к вычислительной сети, становятся "близкими родственниками". По существу оно скрывает маршрутизаторы и базовую архитектуру сетей и делает так, что все это выглядит как одна большая сеть. Точно так же, как подключения к сети Ethernet распознаются по 48-разрядным идентификаторам Ethernet, подключения к интрасети идентифицируются 32-разрядными IP-адресами, которые мы выражаем в форме десятичных чисел, разделенных точками (например, 128.10.2.3). Взяв IP-адрес удаленного компьютера, компьютер в интрасети или в Internet может отправить данные на него, как будто они составляют часть одной и той же физической сети.

TCP/IP дает решение проблемы данными между двумя компьютерами, подключенными к одной и той же интрасети, но принадлежащими различным физическим сетям. Решение состоит из нескольких частей, причем каждый член семейства протоколов TCP/IP вносит свою лепту в общее дело. IP - самый фундаментальный протокол из комплекта TCP/IP - передает IP-дейтаграммы по интрасети и выполняет важную функцию, называемую маршрутизацией, по сути дела это выбор маршрута, по которому дейтаграмма будет следовать из пункта А в пункт B, и использование маршрутизаторов для "прыжков" между сетями.

Протокол TCP/IP стал стандартом взаимодействия компьютеров Unix, особенно в военных учреждениях и университетах. С разработкой протокола передачи гипертекста HTTP (Hypertext Transfer Protocol) для совместной работы с документами HTML (Hypertext Markup Language), бесплатно прилагаемыми в большой глобальной сети, появилась система World Wide Web (WWW), а Internet расширилась на частный сектор. TCP/IP стал основой стремительной экспансии, потеснив применяемый в качестве коммерческого протокола IPX и став предпочитаемый среди всех сетевых ОС.

NWLink (IPX/SPX)

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

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

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

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

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

NetBEUI

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

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

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



8 Аппаратное и программное обеспечение



Основные группы кабелей, используемые в локальных сетях

На сегодняшний день подавляющая часть компьютерных сетей использует для соединения провода или кабели. Они выступают в качестве среды передачи 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, соответственно вставленных один в другой (рис. 10). Чаще всего используется центральный медный проводник, покрытый пластиковым изолирующим материалом, поверх которого идёт второй проводник — медная сетка или алюминиевая фольга. Благодаря совпадению центров обоих проводов потери на излучение практически отсутствуют; одновременно обеспечивается хорошая защита от внешних электромагнитных помех. Поэтому такой кабель обеспечивает передачу данных на большие расстояния и использовался при построении компьютерных сетей (пока не был вытеснен витой парой). Используется в сетях кабельного телевидения и во многих других областях. Основной характеристикой кабеля является волновое сопротивление. В зависимости от этой величины и толщины коаксиальный кабель делится на несколько категорий. Компьютерные сети на основе этого кабеля обычно требуют наличия терминаторов на оконечных точках.





Рис. 10. Телевизионный коаксиальный кабель.



Наиболее распространённые категории кабеля:

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

	RG-58 — «Тонкий Ethernet» (Thinnet), 50 Ом. Стандарт 10BASE2.

	RG-58/U — сплошной центральный проводник

	RG-58A/U — многожильный центральный проводник

	RG-58C/U — военный кабель

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

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

	RG-62 — ARCNet, 93 Ом

Тонкий Ethernet был наиболее распространённым кабелем для построения локальных сетей. Диаметр примерно 6 миллиметров и значительная гибкость, позволяла ему быть проложенным практически в любых местах. Кабели соединялись друг с другом и с сетевой платой в компьютере при помощи Т-коннектора BNC (British Naval Connector). Между собой кабели могли соединяться с помощью I-коннектора BNC (прямое соединение). На обоих концах сегмента должны быть установлены терминаторы. Поддерживает передачу данных до 10 Мб/с на расстояние до 185 метров.

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

Вита́я па́ра (англ. twisted pair) — вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), для уменьшения взаимных наводок при передаче сигнала, и покрытых пластиковой оболочкой (рис. 11). Один из компонентов современных структурированных кабельных систем. Используется в телекоммуникациях и в компьютерных сетях в качестве сетевого носителя во многих технологиях, таких как Ethernet, ARCNet и Token ring. В настоящее время, благодаря своей дешевизне и лёгкости в установке, является самым распространённым для построения локальных сетей.





Рис. 11. Витая пара.



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

В зависимости от наличия защиты — электрически заземлённой медной оплетки или алюминиевой фольги вокруг скрученных пар, определяют разновидности данной технологии:

	неэкранированная витая пара (UTP — Unshielded twisted pair)

	экранированная витая пара (STP — Shielded twisted pair)

	фольгированная витая пара (FTP — Foiled twisted pair)

	фольгированная экранированная витая пара (SFTP — Shielded Foiled twisted pair)

В некоторых типах экранированного кабеля, защита может использоваться 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- и многожильный. В первом случае каждый провод состоит из одной медной жилы, а во втором - из нескольких.

Существует несколько категорий кабеля витая пара, которые нумеруются от CAT1 до CAT7 и определяют эффективный пропускаемый частотный диапазон. Кабель более высокой категории обычно содержит больше пар проводов и каждая пара имеет больше витков на единицу длины. Категории неэкранированной витой пары описываются в стандарте EIA/TIA 568 (Американский стандарт проводки в коммерческих зданиях).

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

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

	CAT3 — (полоса частот 16 МГц) 2-х парный кабель, использовался при построении локальных сетей 10BASE-T и token ring, поддерживает скорость передачи данных только до 10 Мбит/с. В отличие от предыдущих двух, отвечает требованиям стандарта IEEE 802.3. Также до сих пор встречается в телефонных сетях.

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

	САТ5 — (полоса частот 100 МГц) 4-х парный кабель, это и есть, то, что обычно называют кабель «витая пара», благодаря высокой скорости передачи, до 100 Мбит/с при использовании 2-х пар и до 1000Мбит/с, при использовании 4-х пар, является самым распространённым сетевым носителем, использующимся в компьютерных сетях до сих пор. При прокладке 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 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 10000Мбит/с. Добавлен в стандарт в июне 2002 года. Существует категория CAT6е, в которой увеличена частота пропускаемого сигнала до 500МГц. По данным IEEE 70 % установленных сетей в 2004 году, использовали кабель категории CAT6, однако возможно это просто дань моде, поскольку кабель CAT5 и CAT5e вполне справляется в сетях 10GBASE-T

	CAT7 — Спецификация на данный тип кабеля пока не утверждена, скорость передачи данных до 10000Мбит/с, частота пропускаемого сигнала до 600—700 МГц. Кабель этой категории экранирован.

Оптоволоконный кабель - кабель на оcнове оптоволокна. Оптоволокно - это стеклянная или пластиковая нить, используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения (рис. 12). Волоконная оптика — раздел прикладной науки и машиностроения, описывающий такие волокна. Оптоволокна используются в оптоволоконной связи, которая позволяет передавать цифровую информацию на большие расстояния и с более высокой скоростью передачи данных, чем в электронных средствах связи. В ряде случаев они также используются при создании датчиков.




.

Рис.12. Оптоволоконный кабель.



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

	Мультимодовые

	Одномодовые оптоволокна

	Оптоволокна с градиентным показателем преломления

	Оптоволокна со ступенчатым профилем распределения показателей преломления.

Из-за физических свойств оптоволокна необходимы специальные методы для их склеивания и соединения с оборудованием. Оптоволокна являются базой для различных типов кабелей, в зависимости от того, где они будут использоваться.

Оптоволокно может быть использовано как средство для дальней связи и построения компьютерной сети, вследствие своей гибкости и возможности завязываться в узел как кабель. Несмотря на то, что волокна могут быть сделаны из прозрачного пластичного оптоволокна или силика-гелевого волокна, волокна, использующиеся для передачи информации на большие расстояния, всегда сделаны из стекла, из-за низкого оптического ослабления электромагнитного излучения. В связи используются многомодовые и одномодовые оптоволокна; мультимодовое оптоволокно обычно используется на небольших расстояниях (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 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 вскрыть 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.

Структурированная кабельная система (СКС) представляет собой иерархическую кабельную среду передачи электромагнитных сигналов в здании, разделённую на структурные подсистемы и состоящую из элементов - кабелей и разъемов. По сути СКС состоит из набора медных и оптических кабелей, кросс-панелей, соединительных шнуров, кабельных разъёмов, модульных гнёзд информационных розеток и вспомогательного оборудования. СКС обеспечивает подключение локальной АТС, одновременную работу компьютерной и телефонной сети и предоставляет возможность гибкого изменения конфигурации кабельной системы. Кабели, оснащенные разъемами и проложенные по определенным правилам, образуют линии и магистрали. Линии, магистрали, точки подключения и коммутации составляют функциональные элементы СКС.

Универсальность СКС подразумевает использование ее для различных систем:

	компьютерная сеть;

	телефонная сеть;

	охранная система;

	пожарная сигнализация.

Такая кабельная система независима от оконечного оборудования, что позволяет создать гибкую коммуникационную инфраструктуру предприятия.

Структурированная кабельная система - это совокупность пассивного коммуникационного оборудования:

	Кабель - этот компонент используется как среда передачи данных СКС.

	Розетки - этот компонент используют как точки входа в кабельную сеть здания.

	Коммутационные панели - используются для администрирования кабельных систем в коммутационных центрах этажей и здания в целом.

	Коммутационные шнуры - используются для подключения офисного оборудования в кабельную сеть здания, организации структуры кабельной системы в центрах коммутации.

СКС - охватывает все пространство здания, соединяет все точки средств передачи информации, такие как компьютеры, телефоны, датчики пожарной и охранной сигнализации, системы видеонаблюдения и контроля доступа. Все эти средства обеспечиваются индивидуальной точкой входа в общую систему здания. Линии, отдельные для каждой информационной розетки, связывают точки входа с коммутационным центром этажа, образуя горизонтальную кабельную подсистему. Все этажные коммутационные узлы специальными магистралями объединяются в коммутационном центре здания. Сюда же подводятся внешние кабельные магистрали для подключения здания к глобальным информационным ресурсам, таким как телефония, интернет и т.п. Такая топология позволяет надежно управлять всей системой здания, обеспечивает гибкость и простоту системы.

В каждом конкретном здании в общем случае присутствуют три подсистемы СКС: вертикальная кабельная подсистема, горизонтальная кабельная подсистема и подсистема рабочих мест. Для достаточно крупных зданий, с большим количеством рабочих мест на этажах, все эти три подсистемы присутствуют в явном виде. Для относительно небольших зданий с ограниченным количеством рабочих мест рекомендуется организовывать один узел коммутации СКС, куда сходится вся горизонтальная кабельная разводка. В этом случае вертикальная кабельная подсистема может отсутствовать либо носить вырожденный характер, при котором вертикальная кабельная подсистема представляется совокупностью коммутационных шнуров, соединяющих порты "этажных" коммутаторов ЛВС (коммутаторов для подключений рабочих мест) с портами центрального (магистрального) коммутатора.

Коммутационное оборудование

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Выпускается три типа конвертеров:

	Преобразователь RS-232 <–> RS-485;

	Преобразователь USB <–> RS-485;

	Преобразователь Ethernet <–> RS-485.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Стандарты реализации Fast Ethernet

100BASE-T — Общий термин для обозначения одного из трёх стандартов 100 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, используется топология звезда, задействован кабель витая пара категории-5, в котором фактически используются 2 пары проводников, максимальная скорость передачи данных 100 Мбит/с.

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

100BASE-T2 — Не используется. 100 Mбит/с ethernet через кабель категории-3. Используется только 2 пары. Поддерживается полнодуплексный режим передачи, когда сигналы распространяются в противоположных направления по каждой паре. Скорость передачи в одном направлении — 50 Mбит/с.

100BASE-FX — 100 Мбит/с ethernet с помощью оптоволоконного кабеля. Максимальная длина сегмента 400 метров в полудуплексном режиме (для гарантированного обнаружения коллизий) или 2 километра в полнодуплексном режиме по многомодовому оптическому волокну и до 32 километров по одномодовому.

Анализируя вышеописанные данные, наиболее эффективным является использование кабеля витая пара категории-5. Данный вид кабеля может обеспечить скорости передачи, до 100 Мбит/с при использовании 2-х пар и до 1000Мбит/с, при использовании 4-х пар, а также он относительно лёгок в установке и недорог.

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

Для повышения производительности сети и повышения её безопасности 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 третьим маршрутизатором (router 3). Третий маршрутизатор на 1-ом этаже здания будет подключен к серверу.

Ниже приведены технические характеристики сетевого оборудования:

В таблице 3 приведены характеристики используемых коммутаторов (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 используемых маршрутизаторов (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 получателем информации, передаваемой по сети.

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

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

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



Таблица 5.

Рабочая станция



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



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



Цена: 16 450.00 руб.



Монитор. TFT 19 “Asus V W1935



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 программ Microsoft Office 2003 (pro)

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

	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 программ Microsoft Office 2003 (pro)

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

	Программа для администрирования сети Symantec pcAnywhere 12 (клиент)

	Пользовательские программы



9 Расчет характеристик сети



Для реальных сетей важен такой показатель производительности, 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 другие факторы. Ни сервер, ни рабочие станции не содержат средств для определения показателя использования сети, для этого предназначены специальные, не всегда доступные из-за высокой стоимости аппаратно-программные средства типа анализаторов протоколов.

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

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

Вычислим полезную нагрузку Pп:

, Мбит/с,

(1)



где N – количество компьютеров в сегменте;

G1, G2 – производительность рабочей станции первого и второго видов соответственно;

R1, R2 – количество рабочих станций первого и второго видов, поддерживающих производительность G1 и G2 соответственно.

Pп = (20*0.4)*0.2 + (20*0.6)*1,2 = 1,6+14,4=16 Мбит/с

Далее необходимо определить общую нагрузку Pо:



, Мбит/с,

(2)



где n – количество сегментов проектируемой сети.

P0 = 2*16 = 32Мбит/сек

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



, Мбит/с, 

(3)



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

Рф = 32*(1+0.4) = 44,8 Мбит/с

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

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




10 Расчет стоимости сети



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



Таблица 6.

№

Наименование

Кол-во

(шт.)

Цена за 1 ед. (руб.)

Всего (руб.)

1

Вилки RJ-45

84

2

168

2

Кабель RJ-45 UTP, lev.5e 

980м.

20

19600

3

 Коммутатор TrendNet N-Way Switch TEG S224 (10/100Mbps, 24 port, +2 1000Mbps Rack Mount)

2

3714

7 428

4

Рабочая станция

40

22 830

913 200

6

Сервер Sunrise XD (Tower/RackMount)

1

57 262 

57 262 

Итого:

997658



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



Таблица 8.

№

Наименование

Кол-во

(шт.)

Цена за 1 ед. (руб.)

Всего (руб.)

1

Вилки RJ-45

86

2

172

2

Кабель RJ-45 UTP, lev.5e 

980м.

20

19 600

3

 Коммутатор TrendNet N-Way Switch TEG S224 (10/100Mbps, 24 port, +2 1000Mbps Rack Mount)

2

3714

7 428

4

Маршрутизатор, Router D-Link DIR-100

1

1 250

1 250

5

Рабочая станция

40

22 830

913 200

6

Сервер Sunrise XD (Tower/RackMount)

1

57 262 

57 262 

Итого:

998912




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



11 Рекомендации по использованию сети



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

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

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

Монтаж сети следует осуществлять через существующие каналы и короба.

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

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

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

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




Список используемой литературы



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

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

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

	http://catalog.sunrise.ru/

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



52



1