Сетевые технологии

Содержание



		

	Введение	2

	Перечень принятых сокращений	3

	Глава 1. «Аналитическая часть».	3

		1.1 Технико-экономическая характеристика предметной области.	3

	1.2 Определение целей и задач курсового проектирования.	3

	1.3 Обзор и анализ альтернатив решения задач проектирования СКС для НИИ.3

1.3.1 Локальные вычислительные сети.	3

1.3.2 Локальная сеть Ethernet.	3

1.3.3 Локальная сеть Token Ring.	3

1.3.4 Локальная сеть ArcNet.	3

1.3.5 Топологии сети	3

	1.4 Выбор и обоснование проектных решений.	3

	1.5 Выводы по главе	3

	Глава 2. «Проектная часть».	3

	2.1 Топология сети.	3

	2.2 Аппаратные средства реализации.	3

	2.3 Разработка схемы организации связи	3

	2.4 Обеспечение информационной безопасности.	3

	2.5 Выводы по главе	3

	Глава 3. «Сметная документация»	3

		3.1 Смета на оборудование и материалы	3

		3.2 Смета на выполнение работ	3

		3.3 Сводный сметный расчет	3

	Заключение	3

	Список литературы	3



	


Введение



Современное человеческое общество живет в период, характеризующийся небывалым ростом объема информационных потоков. Это относится как к экономике, так и к социальной сфере. Рыночные отношения предъявляют повышенные требования к своевременности, достоверности, полноте информации.

Применение современных электронных вычислительных машин дает возможность переложить трудоемкие операции на автоматические или автоматизированные устройства, которые могут работать со скоростью, превышающей скорость обработки информации человеком в миллионы раз.

Использование ЭВМ приводит к коренной перестройке технологии производства практически во всех отраслях промышленности, коммерческой и финансово-кредитной деятельности и, как следствие, к повышению производительности и улучшению условий труда людей. Именно поэтому современный специалист должен владеть теоретическими знаниями в области информатики и практическими навыками использования вычислительной техники, техники связи и других средств управления. 

Целью данного курсового проекта является проектирование структурированной кабельной системы для НИИ, которая отвечает поставленным требованиям. Главным требованием, предъявляемым к сетям, является выполнение сетью ее основной функции - обеспечение пользователям потенциальной возможности доступа к разделяемым ресурсам всех компьютеров, объединенных в сеть. Все остальные требования - производительность, надежность, совместимость, управляемость, защищенность, расширяемость и масштабируемость - связаны с качеством выполнения этой основной задачи.

Использование компьютерных сетей имеет множество преимуществ:

Снижение затрат за счет коллективного использования разнообразных баз данных и аппаратных средств

Стандартизация приложений – все пользователи работают на одном и том же ПО (программном обеспечении), «говорят на одном языке»

Оперативность получения информации без отрыва от рабочих мест

Эффективное взаимодействие и планирование рабочего времени (проведении дискуссий, оперативных совещаний без отрыва от рабочих мест).



Данная тема курсового проектирования является довольно актуальной, так как немыслимо себе представить исследовательский институт  в настоящее время без сетевых решений. В современном мире 80 % компьютеров объединены в сеть. НИИ является организацией, которая по своей сути должна изучать, разрабатывать, открывать что-то новое для общества. А о каких новейших разработках может идти речь, если сам институт не соответствует росту  информационных технологий, не идет «в ногу со времени»…

Мы поставили перед собой следующие задачи:

Провести обзор и анализ альтернатив решения задач проектирования, с помощью существующих на рынке сетевых технологий;

Осуществить выбор и обоснование проектных решений на основании проведенного анализа;

Представить оптимальный вариант построения скс в НИИ со схемой организации связей;

Обеспечить максимальную безопасность оборудования и данных.

В первой главе дано описание существующих на данное время сетевых технологий, а также топологий сети с присущими стандартами, т.е. та информация, которой мы будем пользоваться в данном проекте. Исходя из этого, будем анализировать все оборудование.

Во второй главе будет дано описание оборудования, которое мы будем непосредственно использовать при создании ЛВС.


Перечень принятых сокращений

НИИ – научно-исследовательский институт

СКС – структурированная кабельная система

ЭВМ – электронная вычислительная машина

ПО – программное обеспечение

ЛВС – локальная вычислительная сеть

ИТ – информационные технологии

ПК – персональный компьютер







Глава 1. «Аналитическая часть»

		Технико-экономическая характеристика предметной области



Сети ЭВМ породили существенно новые технологии обработки информации - сетевые технологии. В простейшем случае сетевые технологии позволяют совместно использовать ресурсы - накопители большой емкости, печатающие устройства, доступ в Internet, базы и банки данных. Наиболее современные и перспективные подходы к сетям связаны с использованием коллективного разделения труда при совместной работе с информацией - разработке различных документов и проектов, управлении учреждением или предприятием и т.д. Данной работой и занимается наш объект курсового проектирования Научно Исследовательский Институт. По типу организационной структуры НИИ относится к предприятию с матричной организацией, которая обеспечивает четкое разделение управленческой и профессиональной ответственности за проект, позволяет легко вовлекаться другие службы компании в выполнение проекта. Внимание руководителя проекта (научного руководителя НИР, главного конструктора ОКР) должно фокусироваться на управлении проектом в большей степени, чем на личном решении научно-технических проблем. Отдельные научно-технические специалисты, работая в рамках одной комплексной "команды", преследуют конкретные и осязаемые цели. Будучи специалистами в своих дисциплинах, такие работники приобретают более высокий статус в "междисциплинарной команде". Вместе с тем они сохраняют связь со своей дисциплиной и не теряют возможности обращаться к руководителю специализированного подразделения по профессиональным вопросам. Наша задача состоит  в создание структурированной кабельной системы в НИИ, позволяющей быстро передавать, обрабатывать и получать необходимую информацию, в том числе и аудио и видео данных, быть на связи посредством телефона, быть в курсе последних разработок посредством Enternet, а соответственно, и быстрее принимать управленческие решения, производить сложные операции, получать желаемые результаты. 

На российском рынке проектирования и создания скс можно выделить несколько крупных компаний, позволяющих решить поставленную перед нами задачу. Одна из них представляет собой группу компаний Сервис - Телеком ИТ, которая успешно работает в области сетевой интеграции с 1993 года. Компания предлагает услуги по проектированию, монтажным и пуско-наладочным работам и последующее техническое обслуживании предприятий различных сфер деятельности. Компания является официальным партнером ведущих российских и мировых производителей  ИТ рынка, таких как Cisco System, 3Com, AESP, Molex PN, Siemon, RIT, EuroLan,  IBM,  Novell, Microsoft, APS, Eaton. Отличительной особенностью является наличие ПАСПОРТА ОБЪЕКТА, который включает в себя всю рабочую документацию связанную не только с технологией производства работ, но и организацией рабочего времени на протяжении всего процесса работы над проектом. Компания ИнфоТех предлагает аналогичный перечень услуг, уделяя особое внимание требованиям и пожеланиям заказчика и готова внести любые поправки, дополнения и исправления, связанные с изменениями условий Заказчика. Также можно выделить такие компании как ПиК, ALT Group, RitmIT и другие. Все выше описанные компании имеют лицензию Государственного комитета Российской Федерации по строительству и жилищно-коммунальному комплексу - осуществление деятельности по проектированию и строительству зданий и сооружений I и II уровень ответственности в соответствии с государственным стандартом.

В настоящее время на рынке сетевого оборудования и технологий, имеется множество компаний предлагающих свою продукцию, работу и услуги по установке и дальнейшего обслуживания сетевого оборудования. В данном проекте мы сделаем акцент на продукцию таких фирм, как: D-Link, Cisco, Альфа-Сити. Компания D-Link является лидером-поставщиком коммутаторов на территории России и стран ближнего зарубежья. Компания Cisco является также лидером-поставщиком патч – панелей, сетевых карт и коммуникационных шкафов. Альфа-Сити крупнейший поставщик кабелей различных категорий, вилок и розеток, а также оборудования для защиты кабелей от физического повреждения на территории центральной России.

Организация, а в данном случае НИИ, должна перейти на новый уровень передачи информации. Будем считать, что мы начинаем прокладывать сеть с нуля, существующий способ передачи информации заключался в использовании съемных носителей.  НИИ состоит из 28 кабинетов, рассчитанных на 143 рабочих мест. Комнат с одинаковой планировкой 24. В их состав входит 4 комнат, которые попарно имеют общий вход (смежные). В 17 из кабинетов находятся по 4 ПК, и предусмотрено одно дополнительное рабочее место; в 7 кабинетах с одинаковой планировкой находится по 5 рабочих мест. В остальных 4-х кабинетах находится общей сложностью 19 ПК.

Сегодня существование современного офиса невозможно представить себе без структурированной кабельной системы (СКС) – основы для создания автоматизированных рабочих мест. Профессиональная организация кабельной системы здания является одной из ключевых задач создания интеллектуальных систем и определяет надежность функционирования всех служб и подразделений современного офиса. Применение скс позволяет при относительно высоких начальных вложениях обеспечить существенную экономию полных затрат за счёт длительного срока эксплуатации и низких эксплуатационных расходов. В этом и состоит экономическая целесообразность создания скс для рассматриваемой предметной области.


1.2 Определение целей и задач курсового проектирования

	

Целью данного курсового проекта разработки структурированной кабельной системы для научно-исследовательского института состоит, прежде всего, в улучшении значений показателей качества обработки информации, а именно:

		создание единого информационного пространства, способного охватить всех пользователей и предоставить им информацию, созданную в разное время и в разном программном обеспечении для ее обработки, а также осуществлять распараллеливание и жесткий контроль данного процесса.

		сокращение времени принятия управленческих решений;

		повышение степени достоверности обработки информации, степени её защищённости;

		компьютерные сети представляют собой вариант сотрудничества людей и компьютеров, обеспечивающего ускорение доставки и обработки информации;

		повышение надёжности функционирования всех отделов НИИ;

		совместное использование периферийных устройств, включая принтеры, плоттеры, дисковые накопители, приводы CD-ROM, дисководы, стримеры, сканеры, факс-модемы.

Кабельные системы являются тем базисом, на котором строятся все основные компоненты информационно-вычислительных комплексов предприятий и организаций. Грамотная организация кабельной системы здания является одной из ключевых задач создания интеллектуальных систем и определяет надежность функционирования всех служб и подразделений корпорации. Именно поэтому при создании кабельной системы здания необходимо, чтобы она была бы такой же капитальной, как и само здание. В то же время именно кабельные системы в первую очередь затрагивают изменения в новых технологиях передачи данных, сетевых и коммуникационных стандартах, моделях оборудования и версиях прикладных программ, из-за которых приходится постоянно модернизировать или даже полностью заменять всю слаботочную проводку.

Создание скс в НИИ предполагает создание горизонтальной этажной системы, в которой каждый компонент должен удовлетворять не только условиям передачи данных, но и соответствовать обычным строительным стандартам, например, быть пожаробезопасным. Сеть прокладывается с учетом расширения штата работников, в работе должно быть минимальное количество сбоев, коллизий, скорость передачи данных должна составлять не менее 100 Мбит/с.

Важным требованием, предъявляемым к кабельной сети, является ее высокая пропускная способность, которая должна обеспечивать бесперебойный обмен информационными потоками, как внутри здания, так и за его пределами. 

Следующими требованиями к кабельной сети можно назвать универсальность и гибкость кабельной системы. Кабельная сеть должна обладать возможностью универсального подключения всего спектра компьютерной и телефонной техники, а также быть гибко настроенной к возможным структурным преобразованиям внутри предприятия. К понятиям универсальности и гибкости следует отнести и то, что вычислительные и телефонные сети, вследствие их наиболее тесной интеграции, должны проектироваться и монтироваться одновременно. 

Кабельная сеть должна быть максимально масштабируема, чтобы отвечать стремительным темпам роста производительность активного сетевого оборудования.


1.3. Обзор и анализ альтернатив решения задач проектирования СКС для НИИ



Структурированная кабельная система (Structured Cabling System – SCS) – это набор коммутационных элементов (кабелей, разъемов, коннекторов, кроссовых панелей и шкафов), а также методика их совместного использования, которая позволяет создавать регулярные, легко расширяемые структуры связей в вычислительных сетях. 

Структурированная кабельная система способна поддерживать широкий диапазон приложений. Она может использоваться для реализации локальной вычислительной сети, пожарной и охранной системы, телефонии, телевидения и т.д. Оборудование, предназначенное для поддержки конкретного приложения, не является частью структурированной кабельной системы. 

Многие подобные организации в начале своей деятельности сталкиваются с проблемой создания информационных коммуникаций, построенных на использовании кабельных сетей. Ведь на большинстве площадей, используемых как коммерческая недвижимость, не предусмотрено размещение кабельной системы. Поэтому часто возникает необходимость приспосабливать здание или помещение для нужд предприятия. Это включает в себя: реконструкцию, обновление линий электропитания, прокладывание новых коммуникаций для телефонной связи и компьютеров. При этом стараются учесть размещение рабочих мест, выделить помещения для расстановки оборудования вычислительного центра.

Преимущества структурированной кабельной системы.

		Универсальность. Структурированная кабельная система при продуманной организации может стать единой средой для передачи компьютерных данных в локальной вычислительной сети. 

		Увеличение срока службы. Срок старения хорошо структурированной кабельной системы может составлять 8-10 лет. 

		Уменьшение стоимости добавления новых пользователей и изменения их мест размещения. Стоимость кабельной системы в основном определяется не стоимостью кабеля, а стоимостью работ по его прокладке.

		Возможность легкого расширения сети. Структурированная кабельная система является модульной, поэтому ее легко наращивать, позволяя легко и ценой малых затрат переходить на более совершенное оборудование, удовлетворяющее растущим требованиям к системам коммуникаций. 

		Обеспечение более эффективного обслуживания. Структурированная кабельная система облегчает обслуживание и поиск неисправностей.

		Надежность. Структурированная кабельная система имеет повышенную надежность, поскольку обычно производство всех ее компонентов и техническое сопровождение осуществляется одной фирмой-производителем.



1.3.1 Локальные вычислительные сети

	

	ЛВС - это компьютерная сеть, ограниченная небольшим пространством, например, отдельным зданием или группой зданий, находящихся в непосредственной близости друг от друга.  Набор аппаратных средств и алгоритмов, обеспечивающих соединение компьютеров, других периферийных устройств (принтеров, дисковых контроллеров и т.п.) и позволяющих им совместно использовать общую дисковую память, периферийные устройства, обмениваться данными. ЛВС включает в себя кабельную локальную сеть ЛВС или СКС, активное сетевое оборудование и компьютеры различного назначения.

	Основное назначение ЛВС - в распределении ресурсов ЭВМ: программ, совместимости периферийных устройств, терминалов, памяти. Следовательно, ЛВС должна иметь надежную и быструю систему передачи данных, стоимость которой должна быть меньше по сравнению со стоимостью подключаемых рабочих станций. Иными словами, стоимость передаваемой единицы информации должна быть значительно ниже стоимости обработки информации в рабочих станциях. Исходя из этого ЛВС, как система распределенных ресурсов, должна основываться на следующих принципах: 

	- единой передающей среды; 

	- единого метода управления; 

	- единых протоколов; 

	- гибкой модульной организации; 

	- информационной и программной совместимости. 

	

1.3.2 Локальная сеть Ethernet

	

Существует несколько методов передачи информации в сети: Ethernet, Token Ring, ArcNet (основные характеристики сетей по методам передачи информации в сети смотри в табл. 1.1.).

В данном курсовом проекте будет использована технология Ethernet, поэтому начнем с неё.

Эфирная сеть, как можно перевести Ethernet, получила свое название от несуществующей субстанции (эфира), которой, как считали ученые в прошлом веке, был заполнен вакуум и которая якобы служила средой для распространения света. Однако это технология имеет и более непосредственное отношение к эфиру, точнее, радиоэфиру, так как ее предшественницей была система радиосвязи для разбросанных по Гавайскому архипелагу станций. 

Основываясь на существующих принципах, компания Xerox построила свою собственную кабельную сеть с пропускной способностью 2,94 Мбит/с для связи 100 компьютеров. Проект оказался настолько успешным, что Xerox совместно с DEC и Intel разработала затем спецификацию для Ethernet на 10 Мбит/с. Позднее эта спецификация легла в основу стандарта 802.3. Этот стандарт отличается от исходной спецификации Ethernet форматом кадров и некоторыми другими деталями, в частности он описывает несколько сред и скоростей передачи, на которые Ethernet изначально не был рассчитан. Однако название Ethernet столь прочно прижилось, что оно осталось и за официальным стандартом, и за всеми последующими его модификациями.

Стандарт 802.3 рассматривает как физический уровень (типы кабелей, соединители, кодирование сигнала и т. д.), так и канальный уровень, точнее, нижний подуровень канального уровня, определяющий метод доступа к среде передачи (Media Access Sublayer, MAC). С него мы и начнем рассмотрение Ethernet.

В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, в дальнейшем появилась возможность использовать витую пару и оптический кабель.

Метод управления доступом — множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), скорость передачи данных 10 Мбит/с, размер пакета от 72 до 1526 байт, описаны методы кодирования данных. Количество узлов в одном разделяемом сегменте сети ограничено предельным значением в 1024 рабочих станции (спецификации физического уровня могут устанавливать более жёсткие ограничения, например, к сегменту тонкого коаксиала может подключаться не более 30 рабочих станций, а к сегменту толстого коаксиала — не более 100). Однако сеть, построенная на одном разделяемом сегменте, становится неэффективной задолго до достижения предельного значения количества узлов.



Разновидности ETHERNET



Среди ранних модификаций данной сетевой технологии можно выделить Xerox Ethernet, скорость которой составляла 3 Мбит/с; 10BROAD36 - один из первых стандартов, позволяющий работать на больших расстояниях, в качестве среды передачи данных которой  использовался коаксиальный кабель, и 1BASE5 , который стал первой модификацией Ethernet-технологии, использующей витую пару, работал на скорости 1 Мбит/с, но не нашёл коммерческого применения.

Среди стандартов обладающих скоростью 10 Мбит/с выделяется 10BASE5, который следуя раннему стандарту IEEE использует коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом. Здесь появляется первая разработка, использующая витую пару для передачи данных на скорости 10 Мбит/с - StarLAN 10, которая в дальнейшем эволюционировала в стандарт 10BASE-T, в которой для передачи данных используется 4 провода кабеля витой пары (две скрученные пары) категории-3 или категории-5. Максимальная длина сегмента 100 метров. Также необходимо сказать о семействе 10BASE-F, использующих оптоволоконный кабель на расстоянии до 2 километров: 10BASE-FL, 10BASE-FB и 10BASE-FP, но так как для нас это не актуально (длина этажа 150 м и мы не используем оптоволоконный кабель), подробно мы рассматривать данную разработку не будем.

Говоря о Быстром Ethernet (Fast Ethernet, 100 Мбит/с)  необходимо сказать о семействе 100BASE-T- это общий термин для обозначения стандартов, использующих в качестве среды передачи данных витую пару, длина сегмента до 100 метров, включает в себя стандарты 100BASE-TX, 100BASE-T4 и 100BASE-T2.Данный стандарт мы и будем использовать в нашем курсовом проекте, а именно 100BASE-TX, который является развитием стандарта 10BASE-T для использования в сетях топологии "звезда". Здесь задействована витая пара категории 5 и 5е, фактически используются только две пары проводников.



Гигабит Ethernet (Gigabit Ethernet, 1 Гбит/с) включает стандарт 1000BASE-T, IEEE 802.3ab, использующий витую пару категорий 5e или 6. В передаче данных участвуют все 4 пары. Скорость передачи данных — 250 Мбит/с по одной паре. По аналогии можно понять, что данный стандарт является эволюционированным стандартом 100BASE-T. В семейство 1000BASE-T также по аналогии входит 1000BASE-TX. Стандарт, использует раздельную приёмо-передачу (2 пары на передачу, 2 пары на приём, по каждой паре данные передаются со скоростью 500 Мбит/с), что существенно упрощает конструкцию приёмопередающих устройств. Но, как следствие, для стабильной работы по такой технологии требуется кабельная система высокого качества, поэтому 1000BASE-TX может использовать только кабель 6 категории. Ещё одним существенным отличием 1000BASE-TX является отсутствие схемы цифровой компенсации наводок и возвратных помех, в результате чего сложность, уровень энергопотребления и цена процессоров становится ниже, чем у процессоров стандарта 1000BASE-T. На основе данного стандарта практически не было создано продуктов, хотя 1000BASE-TX использует более простой протокол, чем стандарт 1000BASE-T, и поэтому может использовать более простую электронику.

Новый стандарт 10 Гигабит Ethernet включает в себя семь стандартов физической среды для LAN, MAN и WAN. В настоящее время он описывается поправкой IEEE 802.3ae и должен войти в следующую ревизию стандарта IEEE 802.3. Стандарт 10 Гигабит Ethernet ещё слишком молод, поэтому потребуется время, чтобы понять, какие из вышеперечисленных стандартов передающих сред будут реально востребованы на рынке.



1.3.3 Локальная сеть Token Ring



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

Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями - 4 и 16 Мбит/с. Смешение станций, работающих на различных скоростях, в одном кольце не допускается. Сети Token Ring, работающие со скоростью 16 Мбит/с, имеют некоторые усовершенствования в алгоритме доступа по сравнению со стандартом 4 Мбит/с.

Технология Token Ring является более сложной технологией, чем Ethernet. Она обладает свойствами отказоустойчивости. В сети Token Ring определены процедуры контроля работы сети, которые используют обратную связь кольцеобразной структуры - посланный кадр всегда возвращается в станцию - отправитель. В некоторых случаях обнаруженные ошибки в работе сети устраняются автоматически, например, может быть восстановлен потерянный маркер. В других случаях ошибки только фиксируются, а их устранение выполняется вручную обслуживающим персоналом.

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



1.3.4 Локальная сеть ArcNet



ArcNet (англ. Attached Resource Computer Network) – простая, недорогая, надежная и достаточно гибкая архитектура локальной сети. Разработана корпорацией Datapoint в 1977 году. Впоследствии лицензию на ArcNet приобрела корпорация SMC (англ. Standard Microsystems Corporation), которая стала основным разработчиком и производителем оборудования для сетей ArcNet. В качестве передающей среды используются витая пара, коаксиальный кабель (RG–62) с волновым сопротивлением 93 Ом и оптоволоконный кабель. Скорость передачи данных – 2,5 Мбит/с, существует также расширенная версия – ArcNetplus – поддерживает передачу данных со скоростью 20 Мбит/с. При подключении устройств в ArcNet применяют топологии шина и звезда. Метод управления доступом станций к передающей среде – маркерная шина (англ. Token Bus). Этот метод предусматривает следующие правила:

		Все устройства, подключенные к сети, могут передавать данные только получив разрешение на передачу (маркер);

		В любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом;

		Данные, передаваемые одной станцией, доступны всем станциям сети.

Передача каждого байта в ArcNet выполняется специальной посылкой ISU (англ. Information Symbol Unit – единица передачи информации), состоящей из трех служебных старт/стоповых битов и восьми битов данных. В начале каждого пакета передается начальный разделитель АВ (англ. Alert Burst), который состоит из шести служебных битов. Начальный разделитель выполняет функции преамбулы пакета.

В ArcNet определены 5 типов пакетов:

	Пакет ITT (англ. Information to Transmit) – приглашение к передаче. Эта посылка передает управление от одного узла сети к другому. Станция, принявшая этот пакет, получает право на передачу данных.

	Пакет FBE (англ. Free Buffer Enquiries) – запрос о готовности к приему данных. Этим пакетом проверяется готовность узла к приему данных.

	Пакет данных. С помощью этой посылки производиться передача данных.

	Пакет АСК (англ. ACKnowledgments) – подтверждение приема. Подтверждение готовности к приему данных или подтверждение приема пакета данных без ошибок, т.е. в ответ на FBE и пакет данных.

	Пакет NAK (англ.Negative AcKnowledgments) – неготовность к приему. Неготовность узла к приему данных (ответ на FBE) или принят пакет с ошибкой.

В сети ArcNet можно использовать две топологии: «звезда» и «шина».

Таблица 1.1.

Основные характеристики сетей по методам передачи информации

Характеристики

Методы передачи информации



Ethernet

Token Ring

ArcNet

1

2

3

4

Топология

Локальная типа «шина»

Кольцевая или типа «звезда-кольцо»

Наборы сегментов типа «звезда»

Тип кабеля

RG–58

Экранированная или неэкранированная витая пара

RG–62 или RG–59

Импеданс

50 Ом

—

—

Сопротивление терминаторов

50 Ом, ± 2 Ом

100 – 200 Ом UTP, 150 Ом TP

RG–59: 75 Ом

RG–62: 93 Ом

Максимальная длина кабеля в сегменте

185 м

45 – 200 м (в зависимости от используемого кабеля)

В зависимости от используемого кабеля, но в среднем:

W–W: 120 м

A–A: 606 м

P–W или P–A: 30 м

A–A: 0,3 м

Минимальный промежуток между соседними компьютерами

0,5 м

2,5 м

В зависимости от используемого кабеля

Максимальное количество соединенных сегментов

5

33 устройства MAU

Не поддерживает соединения сегментов

Максимальное количество компьютеров в сегменте

30

Неэкранированная витая пара: 72 рабочих станции на концентратор, при использовании экранированной витой пары – 260 рабочих станций на концентратор

В зависимости от используемого кабеля



1.3.5. Топологии сети



 Топология — описание способа, при помощи которого рабочие станции и серверы физически соединяются между собой. Топологии различаются требуемой длиной соединительного кабеля, удобством соединения, возможностями подключения дополнительных абонентов, отказоустойчивостью, возможностями управления обменом (см. табл.1.2.). Топологическая структура влияет на пропускную способность и стоимость локальной сети. Каждая топология сети налагает ряд условий. Например, она может диктовать не только тип кабеля, но и способ его прокладки. Отличительной особенностью ЛВС является наличие моноканала, т.е. единственного маршрута, связывающего любые две станции. В связи с этим при подключении устройств к сети используются три топологии.



Звездообразная сеть



"Звезда" — принципиально централизованная топология (рис.1.1), в которой всегда есть четко выделенный центральный абонент, осуществляющий все управление обменом в сети, и через который идет вся информация в сети. В этом есть свои плюсы и минусы. Любое жестко централизованное управление по своей сути бесконфликтно, но такая сеть не будет работать при любой неисправности центрального абонента. Поэтому центральный компьютер должен отличаться от остальных высокой надежностью, а, следовательно, и более высокой стоимостью. К тому же, выполнять другие задачи на центральном компьютере станет невозможно, так как он будет загружен работой с сетью.

К недостаткам топологии относится также ограниченное число абонентов, которое обычно в локальных сетях не превышает 16 пользователей. Затруднительно соединение звезд между собой. К плюсам данной конфигурации можно отнести ее малую чувствительность к выходу из строя соединительного кабеля. Разрыв кабеля в любом месте всегда нарушает связь только с одним абонентом.







Рис. 1.1.  Сеть типа "звезда"



      

Кольцевая сеть.

"Кольцо" — последовательное соединение абонентов в замкнутое кольцо (рис. 1.2), что и определяет его особенности. Во-первых, вся передаваемая информация проходит через всех абонентов. Поэтому выход из строя любого из них нарушает работу всей сети в целом. Во-вторых, разрыв кабеля в любой точке нарушает целостность кольца и выводит из строя всю сеть. Для этого применяют дублирование кабеля. Управление может быть как централизованным, так и децентрализованным, оно не так жестко зависит от топологии, как в случае "звезды". Все адаптеры должны быть одинаковы, но иногда один из них выполняет функции диспетчера сети, тогда он значительно сложнее.





Рис. 1. 2.  "Кольцевая" сеть

Эта топология допускает большое число абонентов, причем возможно изменение их количества. В кольце происходит автоматическое усиление передаваемого сигнала каждым абонентом, поэтому его размеры могут быть очень большими, и ограничены они только временем прохождения сигнала по всему кольцу.



Шинная сеть

"Шина" — ориентирована на полное равноправие всех абонентов и идентичность их адаптеров (рис.1.3). Это не означает, что управление обменом не может быть централизованным. Однако центр будет заниматься только управлением обменом, а не перераспределением информации. "Шина" может логически работать как "звезда" или "кольцо". "Шина", в отличие от других топологий, сильно зависит от электрического согласования используемых линий связи, потому что при любом повреждении кабеля возникают отражения и наложения сигналов. В таком случае нарушается работа всей сети. Однако, к выходу из строя компьютеров данная топология не чувствительна, нарушается обмен только с поврежденным компьютером, а вся остальная сеть остается в рабочем состоянии. Максимально допустимое количество абонентов в "шине" такое же, как и в "кольце". В "шине" легко менять количество подключенных абонентов, иногда даже в процессе работы. В связи со сложностью децентрализованного обмена, сложность аппаратуры в адаптерах выше, чем в других топологиях. Однако децентрализованное управление гораздо надежнее централизованного и лучше приспосабливается к изменяющимся внешним условиям.






Рис. 1.3. Сеть с общей шиной



Существуют также смешанные топологии, такие как "звезда-шина", "звезда-кольцо", которые имеют свои преимущества.


Таблица 1.2. 

Сравнение топологий сетей

Параметры

Звезда

Кольцо

Шина

1. Отказоустойчивость

Выход из строя одного PC не влияет на работоспособность сети

Выход из строя одного PC может вывести из строя всю сеть

Выход из строя кабеля останавливает работу многих пользователей

2. Количество абонентов

16

1024 и выше

1024 и выше

3. Изменение количества абонентов

Возможно

Требует остановки всей сети

Легко изменяется

4. Влияние на общую стоимость сети

Дополнительные затраты на центральный компьютер

Дополнительные затраты на адаптер, выполняющий функции диспетчера сети

Дешевая среда передачи

5. Возможность управления обменом

Централизован-ное

Централизованное и децентрализованное

Децентрализован-ное

6. Особенности

Мощность всей сети зависит от сервера

Количество пользователей не оказывает сильного влияния на производительность. Трудно локализовать проблемы

Оптоволоконные кабели не применя-ются. При значи-тельных объёмах трафика умень-шается пропускная способность. Трудно локализо-вать проблемы.

7. Протяженность

 

До нескольких десятков километров

 

8. Применение

В зависимости от предъявляемых требований




1.4. Выбор и обоснование проектных решений



На основании проведенного обзора  следует сформировать и описать требования к сетевой технологии, топологии сети и  к аппаратному обеспечению. Выше были описаны требования к прокладываемой сети, на основании которых мы будем принимать решения. 

Для выбора оптимальной топологии сети необходимо учитывать следующие требования:

		обеспечение альтернативной маршрутизации, максимальной надежности передачи данных; 

		выбор оптимального маршрута передачи блоков данных (минимизация числа каналов, образующих последовательности); 

		предоставление приемлемого времени ответа и нужной пропускной способности.

Сеть ArcNet нам не подходит, так как  скорость передачи данных в ней достаточно мала (как и в сети Token Ring) и в любой момент времени только одна станция имеет право передавать данные, что очень неудобно.

Среди описанных требований  упоминается о скорости передачи (не менее 100 Мбит/с), минимизации коллизий. Выбранная нами сетевая технология Fast Ethernet, а именно разработка семейства 100BASE-T (общий термин для обозначения стандартов, использующих в качестве среды передачи данных витую пару, длина сегмента до 100 метров, включает в себя стандарты)- 100BASE-TX, который является развитием стандарта 10BASE-T для использования в сетях топологии "звезда" (подключение рабочих станций по данному типу полностью исключает возможность коллизий). Данный стандарт мы и будем использовать в нашем курсовом проекте, а именно 100BASE-TX,. Здесь задействована витая пара категории 5 и 5е, фактически используются только две пары проводников. Нас устраивает, что в качестве среды передачи мы используем витую пару. Буква T в названии означает, что средой передачи является неэкранированный кабель на основе витой пары (Unshielded Twisted Pair, UTP). При выборе кабеля принимаются во внимание следующие характеристики: полоса пропускания, расстояние, физическая защищенность, электромагнитная помехозащищенность, стоимость. Кроме того, при выборе кабеля нужно учитывать, какая кабельная система уже установлена на предприятии(в данном случае никакой), а также какие тенденции и перспективы существуют на рынке в данный момент.

Неэкранированная витая пара UTP по характеристикам полосы пропускания и поддерживаемым расстояниям  подходит для создания горизонтальных подсистем. Но так как она может передавать данные и голос, она используется чаще. Неэкранированная витая пара является популярным видом среды передачи данных на небольшие расстояния (до 100 м) и  включена практически во все современные стандарты и технологии локальных сетей и обеспечивает пропускную способность до 100 Мб/с (на кабелях категории 5). Так как длина этажа НИИ составляет 150 метров, для нас это решение подходит. Категория 5е  определяется стандартом EIA/TIA 568А, полоса частот 100-125 МГц. Спецификация предусматривает использование коммутатора для подключения пользователей по физической топологии "звезда". Подключение узлов к сети осуществляется с помощью модульных настенных телефонных гнезд RJ-45 и RJ-11 и четырехпарного телефонного кабеля UTP, причем соединитель RJ-45 вставляется напрямую в сетевую плату.

Технологии Fast Ethernet (100BaseTx, 100BaseFx, 100BaseFl) включает метод доступа CSMA/CD. 802.3. Стандарт 802.3 (Ethernet Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection – CSMA/CD LANs Ethernet – множественный доступ к сетям Ethernet с проверкой несущей и обнаружением конфликтов) описывает физический уровень и подуровень MAC для сетей, использующих шинную топологию и коллективный доступ с прослушиванием несущей и обнаружением конфликтов

100Base-Tx – двухпарная витая пара. Использует метод MLT-3 для передачи сигналов 5-битовых порций кода 4В/5B по витой паре, а также имеется функция автопереговоров (Auto-negotiation) для выбора режима работы порта.

В активное оборудование нашей сети входит коммутатор и маршрутизатор. Коммутатор, в отличие от концентратора, устанавливает индивидуальное соединение между двумя сетевыми устройствами. Поэтому использование коммутатора снижает вероятность коллизий (столкновений данных) при работе сети, что является одним из требований к нашей сети. Кроме этого, возрастает пропускная способность сети в целом и увеличивается ее защищенность, за счет изоляции трафика между двумя рабочими станциями. Преимущества использования коммутаторов очевидны.
У большинства коммутаторов предполагается наличие 8-ми портов, у меньшинства 16 портов.


1.5. Выводы по главе



В аналитической части мы рассмотрели существующее состояние предметной области, в которой выяснили, что сеть прокладывается с нуля и в кабинетах имеются только ПК с ИБП, основные характеристики объекта проектирования - организационную структуру (матричная), число пользователей (около 200). Также провели краткий обзор компаний, предлагающих услуги по решению задачи и производителей активного оборудования. Нами были сформулированы основные цели и задачи разработки проекта, требования к проектируемой сети:



			создание единого информационного пространства, способного охватить всех пользователей и предоставить им информацию созданную в разное время и в разном программном обеспечении для ее обработки, а также осуществлять распараллеливание и жесткий контроль данного процесса.

		сокращение времени принятия управленческих решений;

		повышение степени достоверности обработки информации, степени её защищённости;

		компьютерные сети представляют собой вариант сотрудничества людей и компьютеров, обеспечивающего ускорение доставки и обработки информации;

		повышение надёжности функционирования всех отделов НИИ;

		совместное использование периферийных устройств, включая принтеры, плоттеры, дисковые накопители, приводы CD-ROM, дисководы, стримеры, сканеры, факс-модемы.



Основными требованиями являются: минимальное количество сбоев, коллизий,  оптимальная скорость передачи данных, высокая пропускная способность сети, универсальность, гибкость, масштабируемость.

В данной части курсового проекта был произведен краткий обзор наиболее известных сетевых технологий - Ethernet, ArcNet, Token Ring, анализ которых дает возможность сделать однозначный выбор в пользу одной из технологий- Fast Ethernet. На основании этого описаны требования к сетевой технологии, топологии сети и к аппаратному обеспечению.






Глава 2. «Проектная часть»





 2.1. Топология сети



Рассмотрев всевозможные варианты топологии прокладки сети, выяснилось, что наиболее оптимальным является использование топологии «звезда». Выбор данной топологии обосновывается тем, что «звезда» 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. 

В основу любой полномасштабной структурированной системы положена выбранная нами топология «Звезда», которую иначе называют древовидной. Функции узлов структуры звезды выполняет коммутационное оборудование различного типа, которое может иметь две основные разновидности: индивидуальные информационные розетки, эксплуатируемые пользователями кабельной системы, и панели различных видов, образующие групповое коммутационное поле, с которыми работает обслуживающий персонал. Коммутационное оборудование соединяется между собой электрическими и волоконно-оптическими  кабелями различных видов. Все кабели, входящие в технические помещения, обязательно заводятся на коммутационные панели, на которых с помощью шнуров осуществляются все подключения и переключения в процессе текущей эксплуатации кабельной системы. Все это в сочетании с использованной древовидной топологии в части, касающейся СКС, обеспечивает гибкость и надежность СКС, а также возможность легкой переконфигурации и адаптирумость  системы.

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

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.

Для удобства можно разделить нашу горизонтальную систему на две подсистемы-с топологией в кабинетах и топологией на этаже. В кабинетах топология «звезда» определяется непосредственным подключением рабочих станций к активному сетевому оборудованию (коммутатору). В этом случае любой разрыв соединения сети от рабочей станции до коммутатора не повлияют на работоспособность сети в целом. В этом состоит огромное преимущество данной топологии. На этаже происходит распределение кабеля между комнатами, в случае обрыва соединения с одной  работоспособность всей сети в целом не нарушается. Объединение в сеть осуществляется при помощи маршрутизатора  и кросс-панели.


2.2 Аппаратные средства реализации



Основными аппаратными компонентами данной сети являются следующие:

		 Абонентские системы:

компьютеры (рабочие станции или клиенты и серверы);

принтеры;

сканеры и др.

 Сетевое оборудование:

сетевые адаптеры;

коммутаторы;

маршрутизатор.

 Коммуникационные каналы: 

кабели; 

разъемы;

устройства передачи и приема данных в беспроводных технологиях.



Одним из эффективных способов повышения технико-экономической эффективности кабельных систем офисных зданий является минимизация типов кабелей, применяемых для их построения. В скс согласно международному стандарту ISO/IES 11801 допускается использование только:

		симметричных электрических кабелей на основе витой пары с волновым сопротивлением  100,120,150 Ом в экранированном и неэкранированном исполнении;

		одномодовых и многомодовых оптических кабелей.



В нашем курсовом проекте будет использоваться неэкранированный кабель витая пара категории 5е, а именно производитель  LanMaster код  LAN-5EUTP-xx-кабель UTP, 4x2, кат 5E, 200Mhz, PVC.

Электрические кабели из витых пар используются в первую очередь для создания горизонтальной проводки, что и требуется в нашем случае. По ним передаются как телефонные сигналы и низкоскоростная дискретная информация, так и данные высокоскоростных приложений. Витой парой называется кабель, в котором изолированная пара проводников скручена с небольшим числом витков на единицу длины. Скручивание проводов уменьшает электрические помехи извне при распространении сигналов по кабелю, а экранированные витые пары еще более увеличивают степень помехозащищенности сигналов. Наиболее популярным видом среды передачи данных на небольшие расстояния (до 100 м) становится неэкранированная витая пара, которая включена практически во все современные стандарты и технологии локальных сетей и обеспечивает пропускную способность до 100 Мб/с (на кабелях категории 5). Отсутствие экрана делает неэкранированные кабели более гибкими и устойчивыми к изломам. Кроме того, они не требуют дорогостоящего контура заземления для эксплуатации в нормальном режиме, как экранированные. Неэкранированные кабели идеально подходят для прокладки в помещениях внутри офисов, в то время как экранированные лучше использовать для установки в местах с особыми условиями эксплуатации, например, рядом с очень сильными источниками электромагнитных излучений, которых в офисах обычно нет. 

Кабели классифицируются по категории, указанным в таблице 2.1. Основанием для отнесения кабеля к одной из категорий служит максимальная частота передаваемого по нему сигнала. 

Таблица 2.1

Классификация кабелей

Категория

Частота передаваемого сигнала, (МГц)

3

16

4

20

5

100

5+

300

6

200

7

600



Категория указывает на значение максимальной скорости передачи данных. Чем выше категория, тем выше скорость передачи. В настоящее время используются кабели категории 5 и выше, способные передавать данные со скоростью не ниже 100Мбит/с. Кабели категории 5е и 6 способны передавать данные со скоростью до 1Гбит/с, а кабели категории 6А и 7 – до 10Гбит/с. Применение кабеля Cat5e адекватно возможностям сетевого оборудования, однако переход на новые стандарты, например IEEE 802.3an, потребует реконструкции всей сети и замены устаревшего кабеля более производительным. Наиболее важные электромагнитные характеристики кабеля категории 5е имеют следующие значения:

		полное волновое сопротивление в диапазоне частот до 100 МГц равно 100 Ом (стандарт ISO 11801 допускает также кабель с волновым сопротивлением 120 Ом);

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

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

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

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



Линии электрической связи скс должны быть собраны из кабелей и других компонентов с характеристиками не хуже той категории, на которую они рассчитаны в отношении до категории 5е включительно, которая выбрана нами: тракт передачи информации скс, собранный из компонентов определенной категории, поддерживает работу всех приложений своего и более низкого класса.

К характеристикам кабеля  с соответствием  используемой  в данном курсовом проекте технологией  Ethernet 100Base-TX можно отнести:

		диаметр проводников 0.4 – 0.6 мм (22~26 AWG), 4 скрученных пары (8 проводников, из которых для 10Base-T и 100Base-TX используются только 4). Кабель должен иметь категорию 3 или 5 и качество data grade или выше;

		максимальная длина сегмента 100 м;

		разъемы восьми контактные RJ-45.



Стандартизация именно этого значения максимальной длины сегмента произведена исходя из возможности витой пары как направляющей системы электромагнитных колебаний передавать сигналы наиболее массовых(на момент принятия стандартов) высокоскоростных приложений типа Fast Ethernet. Учитывались достигнутый технический уровень элементной базы и применяемые схемотехнические решения приемопередатчиков современного сетевого оборудования.

Витая пара оканчивается специальным восьмиконечным разъемом RJ-45(рисунок 2.1.).Для разведения проводов в разъемах и розетках RJ-45 существует два стандарта: T568A и T568B. Стандарт T568A предназначен для использования в системах передачи голоса, а T568B — для передачи данных. Хотя каждый из них способен работать как с голосом, так и с данными, лучше придерживаться соответствия стандартам.



Рис.2.1. Разъем RJ-45

В данной горизонтальной подсистеме прокладка кабельных каналов будет осуществляться за подвесным потолком при помощи лотков. Кроме изделий канального типа в процессе прокладки горизонтального кабеля для формирования кабельных трасс находят применение элементы поддержки и точечной фиксации. Общей чертой данных компонентов является то, что они удерживают кабель в определенном положении не по всей длине, а только на очень ограниченном участке. Главный отличительный признак этих элементов состоит в том, что элемент поддержки не препятствует перемещению кабеля или даже их пучка в горизонтальном положении, а элемент фиксации удерживает кабель от таких перемещений за счет плотного охвата крепежным хомутом. 

Для подключения ПК к сети требуется устройство сопряжения, которое называют сетевым адаптером, интерфейсом, модулем, или картой. Оно вставляется в гнездо материнской платы. Карты сетевых адаптеров устанавливаются на каждой рабочей станции и на файловом сервере. Рабочая станция отправляет запрос через сетевой адаптер к файловому серверу и получает ответ через сетевой адаптер, когда файловый сервер готов. Сетевой адаптер (Network Interface Card, NIC) (рис.2.2) вместе со своим драйвером реализует второй, канальный уровень модели открытых систем в конечном узле сети - компьютере. Более точно, в сетевой операционной системе пара адаптер и драйвер выполняет только функции физического и МАС - уровней, в то время как LLC-уровень обычно реализуется модулем операционной системы, единым для всех драйверов и сетевых адаптеров.

Сетевые адаптеры вместе с сетевым программным обеспечением способны распознавать и обрабатывать ошибки, которые могут возникнуть из-за электрических помех, коллизий или плохой работы оборудования.

В адаптерах для клиентских компьютеров значительная часть работы перекладывается на драйвер, тем самым адаптер оказывается проще и дешевле. Недостатком такого подхода является высокая степень загрузки центрального процессора компьютера рутинными работами по передаче кадров из оперативной памяти компьютера в сеть. Центральный процессор вынужден заниматься этой работой вместо выполнения прикладных задач пользователя.



Рис.2.2. Сетевой адаптер



Поэтому адаптеры, предназначенные для серверов, обычно снабжаются собственными процессорами, которые самостоятельно выполняют большую часть работы по передаче кадров из оперативной памяти в сеть и в обратном направлении. Примером такого адаптера может служить сетевой адаптер SMS EtherPower со встроенным процессором Intel i960.

Последние типы сетевых адаптеров поддерживают технологию Plug and Play (вставляй и работай). Если сетевую карту установить в компьютер, то при первой загрузке система определит тип адаптера и запросит для него драйверы.

Различные типы сетевых адаптеров отличаются не только методами доступа к каналу связи и протоколами, но еще и следующими параметрами:

		скорость передачи;

		объем буфера для пакета;

		тип шины; 

		быстродействие шины;

		совместимость с различными микропроцессорами;

		использованием прямого доступа к памяти (DMA);

		адресация портов ввода/вывода и запросов прерывания;

		конструкция разъема.

При проектировании скс в НИИ будет использован сетевой адаптер кампании D-link марки DGE-530T с портом  Ethernet 10/100/1000 Мбит/c, интерфейс PCI с поддержкой WakeOnLAN. 



Сети, построенные на основе концентраторов, не могут расширяться в требуемых пределах - при определенном количестве компьютеров в сети или при появлении новых приложений всегда происходит насыщение передающей среды, и задержки в ее работе становятся недопустимыми. Эта проблема может быть решена путем логической структуризации сети с помощью, коммутаторов(рис.2.3) и маршрутизаторов. 

Коммутатор (switching hub)(в данном случае D-link DGS-1016Dи D-link DGS-1008D, 16 и 8   портовый Ethernet 10/100/1000 Мбит/сек, размер таблицы MAC адресов 8192, объем оперативной памяти 512 и 102.40 Кб соответственно, поддержка стандартов Auto MDI/MDIX, внутренняя пропускная способность 32 Гбит/сек) делит общую среду передачи данных на логические сегменты. Каждый логический сегмент подключается к отдельному порту коммутатора. При поступлении кадра на какой-либо из портов коммутатор повторяет этот кадр, но не на всех портах, как это делает концентратор, а только на том порту, к которому подключен сегмент, содержащий компьютер-адресат. Коммутатор одновременно поддерживает потоки данных между всеми своими портами, то есть передает кадры параллельно.

                                    

Рис.2.3. Внешний вид коммутаторов

Ограничения, связанные с применением мостов и коммутаторов - по топологии связей, а также ряд других, - привели к тому, что в ряду коммуникационных устройств появился еще один тип оборудования - маршрутизатор (router). Маршрутизаторы более надежно и более эффективно, чем мосты, изолируют трафик отдельных частей сети друг от друга. Маршрутизаторы образуют логические сегменты посредством явной адресации, поскольку используют не плоские аппаратные, а составные числовые адреса. В этих адресах имеется поле номера сети, так что все компьютеры, у которых значение этого поля одинаково, принадлежат к одному сегменту, называемому в данном случае подсетью (subnet).

Кроме локализации трафика маршрутизаторы выполняют еще много других полезных функций. Так, маршрутизаторы могут работать в сети с замкнутыми контурами, при этом они осуществляют выбор наиболее рационального маршрута из нескольких возможных. 


2.3 Разработка схемы организации связи



При проектировании СКС на этаже здания НИИ мы постарались выбрать оптимальное положение серверной комнаты. Она расположена примерно в середине коридора. От серверной мы прокладываем по потолку два пучка кабеля, один  в начало коридора, другой в конец. Затем кабели начинают разветвляться на четные и нечетные кабинеты. Общая длина кабеля проложенного от коммутационного шкафа в серверной и до коммутаторов в кабинетах составляет  1156,75 м. 

Длина части подходящего к нечетным кабинетам составляет 448 м. Эта часть состоит из 10 сегментов:

Таблица 2.2

Номер кабинета

Длина сегмента до коммутаторов (м)

201

72,26

203

66,16

205

60,02

207

53,89

209

47,76

211

41,62

213

35,49

215

30,44

217

23,23

219

17,13



Длина второй части первого пучка подходящего к четным кабинетам составляет 191,54 м. И состоит из 4 сегментов:

Таблица 2.3

Номер кабинета

Длина сегмента до коммутаторов (м)

202

82,66

204

51,28

206

31,66

212

25,94



Второй пучок кабелей направленный в конец коридора так же разветвляется на четные и нечетные кабинеты. Длина части подходящей к нечетным кабинетам составляет 284,86 м. И состоит из 8 сегментов:



Номер кабинета

Длина сегмента до коммутаторов (м)

1

2

223

15,61

225

21,7





227

27,83

229

32,7

231

40,06

233

46,22

235

52,3

237

58,44





Другая часть пучка, направленная к четным кабинетам, имеет общую длину равную 232,35 м. И состоит из 5 сегментов:



Таблица 2.4

Номер кабинета

Длина сегмента до коммутаторов (м)

214

15,55

218

39,98

220

46,18

222

58,42

224

72,22



Дальше сегменты расположены по кабинетам:



	Кабинет 201, в котором находится 5 компьютеров. Общая длина сегментов сети составляет 55,19 м. В этом кабинете расположено 5 розеток класса RJ-45 и 8 портовый коммутатор. 

	 Кабинеты 203, 205, 207, 209, 211, 213, 215, 217, 219, 223, 225, 227, 229, 231, 233, 235, 237 имеют идентичную планировку, соответственно и расположение компьютеров в этих кабинетах будет одинаковое. Общая длина кабеля проложенного в кабинетах  будет составлять 887,23 м. В этих комнатах будет расположено по 5 розеток класса RJ-45 и по одному 8 портовому коммутатору. Изначально в этих кабинетах стояло по 4 компьютера, но мы, предусматривая возможное расширение персонала в дальнейшем, оборудовали по одному дополнительному рабочему месту. Ниже приведем длины сегментов на примере 203 кабинета:

	В 239 кабинете расположен технический кабинет. В данную комнату проложение сети не требуется.

	202-й кабинет состоит из двух комнат – 202а и 202б. В этих комнатах расположено 9 компьютеров, соответственно 9 розеток класса RG-45 и 16 портовый коммутатор с возможностью расширения сети в дальнейшем. Общая длина сегментов сети в этих комнатах будет составлять 139,65 м.

	Кабинеты 204, 206, 212, 218 имеют идентичную планировку, соответственно и расположение компьютеров в этих кабинетах будет одинаковое. Общая длина кабеля проложенного в кабинетах будет составлять 199,12 м. В этих комнатах будет расположено по 5 розеток класса RJ-45 и по одному 8 портовому коммутатору.  Ниже приведем длины сегментов на примере 204 кабинета:

	В 208 кабинете расположен малый зал для проведения конференций. Данная комната оснащена оргтехникой, но проложение сети не требуется.

	В 210 кабинете расположен большой зал для проведения конференций. Он так же оснащен оргтехникой, но в проложении сети нет необходимости.

	214 и 220 кабинеты идентичны по своей планировки и оба имеют отдельные комнаты для проведения лабораторных работ. В этих комнатах нет компьютеров. В дальнейшем в эти комнаты возможно будет организовать по 3 рабочих места за счет 8 портового коммутатора, расположенного в самом кабинете. Помимо коммутатора в кабинете расположены 5 розеток класса RG-45. Общая длина сегментов сети в этих кабинетах будет составлять 98,86 м. Ниже приведем длины сегментов на примере 214 кабинета.

	В 216 кабинете расположена столовая для персонала. Проложение сети в данную комнату не требуется.

		222 кабинет состоит из двух комнат – 222а и 222б. В этих комнатах расположено 9 компьютеров, соответственно 9 розеток класса RG-45 и 16 портовый коммутатор с возможностью расширения сети в дальнейшем. Общая длина сегментов сети в этих комнатах будет составлять 139,89 м.

		224 кабинет оснащен 8 портовым коммутатором, что позволит нарастить сеть в будущем, и 5-ю розетками класса RG-45. Общая длина сегментов в этом кабинете составляет 50,43 м. 



Общая длина кабеля в кабинетах от коммутатора и до розетки каждого рабочего места составляет 1570,37 м. Общая длина кабеля проложенного в НИИ составляет 2778,12 м.

Необходимо помнить, что от розетки до персонального компьютера необходим 1,5 метровый кабель. Т.к. у нам необходимо подключить в сеть 128 (включая в серверной) нам необходимо дополнительных 192 м.



Таблица 2.5

Длина соединительных линий и сегментов

Пункт

Номера рабочих станций

Длина сегмента, м

1

201_1,203_1

2,7

2

201_2,203_2

5,68

3

201_3 ,203_3

8,7

4

201_4

17,54

5

201_5

20,57

6

203_4

16

7

203_5

19,04

8

202а_1, 204_1, 214а_1, 222а_1, 224_1

0,77

9

202а_2, 204_2, 214а_2, 222а_2, 224_2

5,19

10

202а_3, 204_3, 214а_3, 222а_3, 224_3

8,47

11

202а_4

16,63

12

202а_5

20

13

202б_6

17,73

14

202б_7

21,1

15

202б_8

23,32

16

202б_9

26,53

17

204_4, 214а_4, 222а_4

15,85

18

204_5, 214а_5, 222а_5

19,15

19

222б_6

16,5

20

222б_7

19,35

21

222б_8

25,88

22

222б_9

28,73

23

224_4

16,35

24

224_5

19,65

	


2.4. Обеспечение информационной безопасности



Безопасность - одна из основных задач, решаемых любой нормальной компьютерной сетью. Проблему безопасности можно рассматривать с разных сторон – злонамеренная порча данных, конфиденциальность информации, несанкционированный доступ, хищения и т.п.(рис.2.6)





Рис. 2.4. Задачи обеспечения безопасности данных

Обеспечить защиту информации в условиях локальной сети всегда легче, чем при наличии на фирме десятка автономно работающих компьютеров. Практически в вашем распоряжении один инструмент – резервное копирование (backup). Для простоты давайте называть этот процесс резервированием. Суть его состоит в создании в безопасном месте полной копии данных, обновляемой регулярно и как можно чаще. Для персонального компьютера более или менее безопасным носителем служат дискеты. Возможно использование стримера, но это уже дополнительные затраты на аппаратуру.

Чтобы обеспечить конфиденциальность и безопасность данных, передаваемых с помощью протоколов 10/100Base-T, многие организации прибегают к технологии шифрования информации во всех случаях, когда по локальной сети передаются данные, требующие защиты. Если не зашифровать данные хотя бы один раз, то они могут быть перехвачены, и, следовательно, безопасность дальнейшей работы сети может быть поставлена под угрозу.

Недостатком шифрования и дешифрования является то, что эти процедуры поглощают довольно много вычислительных ресурсов сети. Для них также может потребоваться установка дорогостоящего оборудования в каждом узле сети. 

Решение проблем безопасности неизбежно затрагивает процесс функционирования СКС. Здесь можно выделить два аспекта — внутренней и внешней безопасности. В первом случае речь идет о защите СКС от влияния человеческого фактора, во втором — о защите от несанкционированного доступа к информации, передаваемой по сети. 



Человеческий фактор 

Зачастую именно неквалифицированные или ошибочные действия персонала становятся причиной возникновения неполадок в кабельной системе, что может привести к сбою в сети и потере ее работоспособности. Как правило, подобное происходит в следующих случаях. 

	Неправильное ведение документации в процессе эксплуатации СКС;

	Неправильные действия персонала при проведении коммутаций;

	Неправильная организация кабельной проводки.



Несанкционированный доступ

Серверная комната с точки зрения доступа к информации одно из самых незащищенных мест СКС. В случае использования системы коммутационных шнуров для коммутации линий связи на коммутационных панелях злоумышленник может мгновенно изменить порядок соединений, либо подключить в разрыв устройство считывания/записи информации, т. е. легко разорвать соединение любого пользователя с сетью передачи данных и речи или перехватить и записать весь информационный обмен, оставаясь при этом незамеченным. Нужно отметить, что для этого злоумышленнику вовсе не обязательно иметь какие-либо сложные приборы.



На рынке СКС предлагается множество решений, призванных в той или иной мере решить описанные проблемы, но в основной своей массе они не дают главного — интеграции кабельной инфраструктуры с системой управления в реальном масштабе времени. Подобная система обеспечивает оперативное получение информации о состоянии соединений в коммутационных узлах, сообщает на станцию управления сетью обо всех случайных или преднамеренных изменениях в структуре СКС, а также помогает администратору планировать и осуществлять ее реконфигурацию. 

Легче всего обеспечить защиту данных от самых разных неприятностей в случае сети с выделенным файловым сервером. На сервере сосредоточены все наиболее важные файлы, а уберечь одну машину куда проще, чем десять. Концентрированность данных облегчает и резервирование, так как не требуется их собирать по всей сети.

При решении проблемы управления доступом к оборудованию мы пришли к выводу, что самыми надежными будут такие меры как:

	создание минимум 2-х групп пользователей (администратор, научный работник); 

	паролирование;

	идентификация;

	контроль за действиями пользователей.

	

При создании групп пользователей мы можем четко разделить их права и обязанности, так как права администратора, являются той, неотъемлемой стадией зашиты информации на местах. Процесс паролирования позволит закрепить эту структуру состоящую из групп пользователей и предотвращения несанкционированного доступа к ресурсам сети и его оборудованию.

Идентификация необходима для того, чтобы при подключении нового оборудования или подключения ноутбуков к сети, они получали только доступ к общедоступным файлам на сервере.

Одной из первоначальных целей создания распределенных систем, к которым относятся и вычислительные сети, являлось достижение большей надежности по сравнению с отдельными вычислительными машинами.

Важно различать несколько аспектов надежности. Для технических устройств используются такие показатели надежности, как среднее время наработки на отказ, вероятность отказа, интенсивность отказов. Однако эти показатели пригодны для оценки надежности простых элементов и устройств, которые могут находиться только в двух состояниях - работоспособном или неработоспособном. Сложные системы, состоящие из многих элементов, кроме состояний работоспособности и неработоспособности, могут иметь и другие промежуточные состояния, которые эти характеристики не учитывают. В связи с этим для оценки надежности сложных систем применяется другой набор характеристик.

Готовность или коэффициент готовности (availability) означает долю времени, в течение которого система может быть использована. Готовность может быть улучшена путем введения избыточности в структуру системы: ключевые элементы системы должны существовать в нескольких экземплярах, чтобы при отказе одного из них функционирование системы обеспечивали другие.

Чтобы систему можно было отнести к высоконадежным, она должна как минимум обладать высокой готовностью, но этого недостаточно. Необходимо обеспечить сохранность данных и защиту их от искажений. Кроме этого, должна поддерживаться согласованность (непротиворечивость) данных, например, если для повышения надежности на нескольких файловых серверах хранится несколько копий данных, то нужно постоянно обеспечивать их идентичность.

Так как сеть работает на основе механизма передачи пакетов между конечными узлами, то одной из характерных характеристик надежности является вероятность доставки пакета узлу назначения без искажений. Наряду с этой характеристикой могут использоваться и другие показатели: вероятность потери пакета (по любой из причин - из-за переполнения буфера маршрутизатора, из-за несовпадения контрольной суммы, из-за отсутствия работоспособного пути к узлу назначения и т. д.), вероятность искажения отдельного бита передаваемых данных, отношение потерянных пакетов к доставленным.

Еще одной характеристикой надежности является отказоустойчивость (fault tolerance). В сетях под отказоустойчивостью понимается способность системы скрыть от пользователя отказ отдельных ее элементов. Например, если копии таблицы базы данных хранятся одновременно на нескольких файловых серверах, то пользователи могут просто не заметить отказ одного из них. В отказоустойчивой системе отказ одного из ее элементов приводит к некоторому снижению качества ее работы (деградации), а не к полному останову. Так, при отказе одного из файловых серверов в предыдущем примере увеличивается только время доступа к базе данных из-за уменьшения степени распараллеливания запросов, но в целом система будет продолжать выполнять свои функции.

Надежность и устойчивость функционирования активного оборудования в основном зависит из-за выбора всего «комплекта» оборудования. Это связано с тем, что при выборе кабелей от разных производителей, в работе сети будет большое число сбоев, шумов или обрывов. Так как даже кабеля одинаковой категории в данном случае 5е, у каждого производителя свой диаметр центральных жил. И при выборе активного оборудования так же рекомендуется придерживаться одного производителя



Таким образом, при выполнении ряда административно-технических мероприятий администраторами сети и клиентами может быть обеспечена высокая степень защиты от несанкционированного доступа. Однако следует понять, что никакие средства защиты не смогут защитить от внутреннего пользователя, обладающего законными правами доступа и который может просто вынести информацию на дискете или в бумажном виде. 


2.5 Выводы по главе



В данной главе были описаны решения, принятые в соответствии с поставленной целью и сформулированными задачами курсового проекта. Так, на их основании была выбрана топология звезда как самый быстродействующий, удобный и надежный вариант построения нашей сети. Также был описаны аппаратные средства реализации и обоснование выбора именно такого оборудования. Выяснилось, что наша сеть состоит из коммутаторов и маршрутизатора, в качестве коммутации используется неэкранированный кабель категории 5е с разъемом RJ-45. Был произведен расчет соединительных линий и сегментов, используемых для подключения абонентов сети,  подробно описана схема организации связи, представленная в приложении. В последнем подразделе представлена информация об обеспечении безопасности сети и данных. Можно сказать, что проектная часть по сути является решением проблематики, изложенной в аналитической части с использование сетевых технологий.


Глава 3. «Сметная документация»

Поз.

Наименование

Единица измерения

Кол-во

Цена за единицу (руб.)

Всего (руб.)

1

2

3

4

5

6

Пассивное сетевое оборудование

 Горизонтальная подсистема

1

Кабель UTP 4 пары, кат. 5E, solid, 24AWG

м

2800

11,00

30800,00

2

Розетка внешняя 2xRJ-45 UTP, категория 5е, кросс Krone

шт

143

90,00

12870,00

3

Коннектор RJ-45

шт

81

7,00

567,00

4

Короб, 32x16мм

м

460

27,74

4439,00

5

Угол внутренний, 32x16мм

шт

85

12,60

1071,00

6

Заглушка торцевая, 32х16мм

шт

18

9,11

164,00

7

Лоток проволочный, 50х30мм

м

132

136,25

17985,00

Коммутационное оборудование

7

ProLine шкаф настенно-напольный, 19", 12U, 600х560х604мм 

шт

1

6301,75

6301,75



Коммутационные шнуры

 

 

 

 

8

LanMaster Комм шнур, UTP, кат 5e, PVC, 1м., серый

м

128

43,06

5511,68

Монтажное оборудование 

9

Винт с шайбой и гайкой

шт

1000

5,78

5780,00

Вспомогательные материалы 

10

Стяжка нейлон. неоткрыв. 200 мм, 100 шт.

шт

7

80,34

562,38

11

Площадка под винт для крепления стяжек, 19x9 мм

шт

10

83,52

835,20

12

Дюбель+шуруп

шт

350

0,87

303,45



Смета на оборудование и материалы 






1

2

3

4

5

6

Активное сетевое оборудование 

13

D-Link DGS-1008D/GE 8 портовый

шт

25

1642,00

41050,00

14

D-Link DGS-1016D/GE 16 портовый

шт

2

5145,00

10290,00

15

D-Link DAS-3216/DC rev.b 16 портов ADSL2+, блок питания

шт

2

3185,88

6371,76

16

D-Link DMC-920, 100Base-TX<->100Base-FX

шт

1

5674,00

5674,00

17

D-Link DFE-520TX

шт

128

453,00

57984,00

18

Итого за оборудование без НДС

 

208560,22

19

НДС



31814,27

20

Итого за оборудование с НДС



240374,49


Смета на выполнение работ



Поз.

Наименование

Технико-экономичкские показатели

Общая сметная стоимость в руб.





Ед. изм.

Кол-во

Стоимость  ед. изм. руб.



1

2

3

4

5

6

 Монтажные работы

Прокладка кабеля

1

Трассировка кабеля за 1 м (размотка бобины, маркировка, замеры длины, растяжка, нарезка)

м

2780

13,05

36279,00

2

Укладка кабеля в короба (1м)

м

1571

4,35

6833,85

Монтаж розеток 

3

Подключение розетки категории 5 за порт

шт

143*2

29,00

8294,00

 Монтаж кроссов 

4

Монтаж маршрутизаторов в шкаф (стойку)

шт

2

174,00

348,00

5

Кроссирование маршрутизаторов (обжим, разделка кабеля, жгутирование) - 1порт

шт

27

29,00

783,00

Монтаж кабельных трасс 

6

Крепление тонких коробов (< 60 мм) на бетонные и кирпичные стены (1м)

м

460

29,00

13340,00

7

Итого за монтажные работы



65877,85

8

НДС



10049,17

9

Итого за монтажные работы с НДС



75927,02




Сводный сметный расчет



Поз.

Наименование сметных расчетов и смет

Наименование работ и затрат

Сметная стоимость тыс. руб.

1

2

3

4

1

Смета №1



Оборудование

240374,49

2

Смета №2


Монтажные работы

75927,02

3



ИТОГО (без НДС)

268055,52

4



НДС – 18%

48249,99

5



Итого

316305,51




Заключение





При обширном пакете предлагаемых сетевых технологий для организации сети для каждого найдется именно та технология, которая станет не заменимой в данном случае. Мы провели тщательный анализ предметной области и предлагаемых на рынке решений, выбрали самый оптимальный вариант, при котором качество работы сети отражают следующие свойства: производительность, надежность, совместимость, управляемость, защищенность, расширяемость и масштабируемость. Рассматривая каталоги предлагаемой сетевой продукции интересующих нас компаний, мы определили модели активного и пассивного оборудования, которые использованы при создании скс. На основании этих данных была составлена подробная смета на оборудование и его монтаж и выведен общий результат по стоимости сети.

В проекте проанализировалась научная литература, которая помогла сделать четкий выбор в пользу технологии Ethernet и топологии «звезда», которые являются лучшими из представленных вариантов для данной сети. 

При разработке проекта было использовано программное средство: «Microsoft Visio 2003»– для построения  чертежа этажа НИИ.


Список литературы

			Жеретинцева Н. Н. Курс лекций по компьютерным сетям. - Владивосток, 
2000 год. - 81с.

			Кульгин М.В. Компьютерные сети. - СПб.: Питер, 2003год.: 462с.: ил.

			Кульгин М.В. Коммутация и маршрутизация IP/IPX трафика. - М.: АйТи, 
1998 год.

			Нанс Б. Компьютерные сети. – М.: БИНОМ, 1996 год.

			Олифер В.Г. Компьютерные сети: html учебник.

			Семенов А.Б. Проектирование и расчет скс и их компонентов. - М.: ДМК-издательство, 2003 год. - 410с.

			http://www.d-link.ru/products/

			http://www.ecolan.ru/imp_info/introduction/

			http://www.lanmaster.ru/catalog/







1