Проектирование локально-вычислительной сети

Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети



Введение.



На сегодняшний день в мире существует более 130 миллионов компьютеров, и более 80 % из них объединены в различные информационно-вычислительные сети, от малых локальных сетей в офисах, до глобальных сетей типа Internet.



Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких как ускорение передачи информационных сообщений, возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений ( факсов, Е - Маil писем и прочего ) не отходя от рабочего места, возможность мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара, а так же обмен информацией между компьютерами разных фирм производителей работающих под разным программным обеспечением.



Такие огромные потенциальные возможности, которые несет в себе вычислительная сеть и тот новый потенциальный подъем, который при этом испытывает информационный комплекс, а так же значительное ускорение производственного процесса не дают нам право не принимать это к разработке и не применять их на практике.

Поэтому необходимо разработать принципиальное решение вопроса по организации ИВС ( информационно-вычислительной сети ) на базе уже существующего компьютерного парка и программного комплекса, отвечающего современным научно-техническим требованиям, с учетом возрастающих потребностей и возможностью дальнейшего постепенного развития сети в связи с появлением новых технических и программных решений.



Под ЛВС понимают совместное подключение нескольких отдельных компьютерных рабочих мест

( рабочих станций ) к единому каналу передачи данных.

Благодаря вычислительным сетям мы получили возможность одновременного использования программ и баз данных несколькими пользователями.



Понятие локальная вычислительная сеть - ЛВС ( англ. LAN - Local Агеа Network) относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным реализациям, в которых не-сколько компыотерных систем связанны друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций, 



Благодаря такому соединению пользователь может взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными к этой ЛВС.



В производственной практике ЛВС играют очень большую роль. 

Посредством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые используют совместно оборудование, программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую систему. Рассмотрим преимущества, получаемые при сетевом объединении персональных компьютеров в виде внутрипроизводственной вычислительной сети.



Разделение ресурсов

Разделение ресурсов позволяет экономно использовать ресурсы, 

например, управлять периферийными устройствами, такими как лазерные печатающие устройства, со всех присоединенных рабочих станций.



Разделение данных.

Разделение данных предоставляет возможность доступа и управления базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации.



Разделение программных средств

Разделение программных средств предоставляет возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных программных средств.



Разделение ресурсов процессора.

При разделении ресурсов процессора возможно использование вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в сеть, Предоставляемая возможность заключается в том, что на имеющиеся ресурсы не "набрасываются" моментально, а только лишь через специальный процессор, доступный каждой рабочей станции.



Многопользовательский режим

Многопользовательские свойства системы содействуют одновременному использованию централизованных прикладных программных средств, ранее установленных и управляемых, например, если пользователь системы работает с другим заданием, то текущая выполняемая работа отодвигается на задний план.





Все ЛВС работают в одном стандарте, принятом для компьютерных сетей - в стандарте OSI - Open System Interconnection.



Взаимодействие открытых систем (OSI)



Для того чтобы взаимодействовать, люди используют общий язык. Если они не могут разговаривать друг с другом непосредственно, они применяют соответствующие вспомогательные средства для передачи сообщений.

Для того чтобы привести в движение процесс передачи данных, использовали машины с одинаковым кодированием данных и связанные одна с другой. Для единого представления данных в линиях связи, по которым передается информация, сформирована Международная организация по стандартизации (англ, ISO – International Standarts Organization).



ISO предназначена для разработки модели международного коммуникационного протокола, в рамках которой можно разрабатывать международные стандарты.



Международная организация по стандартизации (ISO) разработала базовую модель взаимодействия открытых систем OSI. Эта модель является международным стандартом для передачи данных.



Модель содержит семь отдельных уровней:



Уровень 1: физический - битовые протоколы передачи информации;

Уровень 2: канальный - формирование кадров, управление доступом к среде;

Уровень 3: сетевой - маршрутизация, управление потоками данных;

Уровень 4: транспортный - обеспечение взаимодействия удаленных процессов;

Уровень 5: сеансовый - поддержка диалога между удаленными процессами;

Уровень 6: представительский  - интерпретация передаваемых данных;

Уровень 7: прикладной - пользовательское управление данными,



Основная идея этой модели заключается в том, что каждому уровню отводится конкретная роль, в том числе и транспортной среде. Благодаря этому общая задача передачи данных расчленяется на отдельные легко обозримые задачи. 

Необходимые соглашения для связи одного уровня с выше- и нижерасположенными называют протоколом.



Так как пользователи нуждаются в эффективном управлении, система вычислительной сети представляется как комплексное строение, которое координирует взаимодействие задач пользователей.



С учетом вышеизложенного можно вывести следующую уровневую модель с административными функциями, выполняющимися в пользовательском прикладном уровне.



Отдельные уровни базовой модели проходят в направлении вниз от источника данных (от уровня 7 к уровню 1) и в направлении вверх от приемника данных (от уровня 1 к уровню 7). Пользовательские данные передаются в нижерасположенный уровень вместе со специфическим для уровня заголовком до тех пор, пока не будет достигнут последний уровень.

На приемной стороне поступающие данные анализируются и, по мере надобности, передаются далее в вышерасположенный уровень, пока информация не будет передана в пользовательский прикладной уровень.



Уровень 1 Физический

На физическом уровне определяются электрические, механические, функциональные и процедурные параметры для физической связи в системах. Физическая связь и неразрывная с ней эксплуатационная готовность являются основной функцией 1-го уровня, Стандарты физического уровня включают рекомендации V.24 МККТТ (ССIТТ), ЕIА RS232 и Х.21. Стандарт ISDN (Integrated Services Digital Network) в будущем сыграет определяющую роль для функций передачи данных. В качестве среды передачи данных используют трехжильный медный провод (экранированная витая пара), коаксиальный кабель, оптоволоконный проводник и радиорелейную линию.



Уровень 2 Канальный

Канальный уровень формирует из данных, передаваемых 1-м уровнем, так называемые "кадры" последовательности кадров. На этом уровне осуществляются управление доступом к передающей среде, используемой несколькими ЭВМ, синхронизация, обнаружение и исправление ошибок.









Уровень 3 Сетевой

Сетевой уровень устанавливает связь в вычислительной сети между двумя абонентами. Соединение происходит благодаря функциям маршрутизации, которые требуют наличия сетевого адреса в пакете. Сетевой уровень должен также обеспечивать обработку ошибок, мультиплексирование, управление потоками данных. Самый известный стандарт, относящийся к этому уровню - рекомендация Х.25 МККТТ (для сетей общего пользования с коммутацией пакетов).



Уровень 4 Транспортный

Транспортный уровень поддерживает непрерывную передачу данных между двумя взаимодействующими друг с другом пользовательскими процессами. Качество транспортировки, безошибочность передачи, независимость вычислительных сетей, сервис транспортировки из конца в конец, минимизация затрат и адресация связи гарантируют непрерывную и безошибочную передачу данных.



Уровень 5 Сеансовый

Сеансовый уровень координирует прием, передачу и выдачу одного сеанса связи. Для координации необходимы контроль рабочих параметров, управление потоками данных промежуточных накопителей и диалоговый контроль, гарантирующий передачу, имеющихся в распоряжении данных. Кроме того, сеансовый уровень содержит дополнительно функции управления паролями, подсчета платы за пользование ресурсами сети, управления диалогом, синхронизации и отмены связи в сеансе передачи после сбоя вследствие ошибок в нижерасположенных уровнях.



Уровень 6  Представительский 

Уровень представления данных предназначен для интерпретации данных; а также подготовки данных для пользовательского прикладного уровня. 

На этом уровне происходит преобразование данных из кадров, используемых для передачи данных в экранный формат или формат для печатающих устройств оконечной системы.



Уровень 7  Прикладной

В прикладном уровне необходимо предоставить в распоряжение пользователей уже переработанную информацию. С этим может справиться системное и пользовательское прикладное программное обеспечение.



ГЛАВА 1. 



1.1 Анализ существующей ЛВС.

                   

Структура существующей локально- вычислительной сети ИРЦ ОАО “Ростелеком ММТ, представленная на рисунке 1.1, базируется, в основном, на концентраторах разделяемого Ethernet 10 Base-T и на коммутаторе BayStack 301 на 22 порта 10 Base-T и 2 порта Fast Ethernet 100 Base-TX.



Необходимость построения ЛВС ИРЦ заключалась в упрощении процесса получения и обработки информации, а именно данных о междугородних и международных телефонных переговорах по предприятиям и квартирному сектору.

Вся информация по переговорам, накапливаемая на телефонных узлах,  поступает в информационно-расчетный центр, где и происходит ее обработка. А именно:



выставление счетов за междугородние и международные телефонные переговоры по предприятиям;



выставление счетов за междугородние и международные телефонные переговоры по квартирному сектору;



проверка задолженности абонентов;



предоставление услуги  “ Экспресс счет ”;



ведение и оформление претензий.



Поступившая информация хранится на серверах, находящихся в Машинном зале ИРЦ.



Сервер 1 Tricord на базе процессора 486 (оперативная память 

16 Mb, объем жесткого диска 40 Gb, ОС- Novell 3.2)

Информация, хранимая на сервере:



справочная информация по выставлению счетов за Международные ТР и Междугородние ТР по предприятиям

массивы счетов за один год













Сервер 2 Tricord на базе процессора 486 (оперативная память 

16 Mb, объем жесткого диска 2 Gb, ОС- Novell 4.0) 

Информация, хранимая на сервере:



печать счетов квартирного сектора

ввод оплаты



С приходом  новых технологий обмена данными, процесс обработки информации значительно ускорился и занимает намного меньше времени, нежели до этого.

Следовательно, происходит увеличение обработанной информации, отсюда повышается и производительность.



Структура локально- вычислительной сети ИРЦ построена на технологии Ethernet 10 Base-T.

Что в свое время обеспечивало хорошую производительность, но со временем произошло увеличение числа абонентов, пользующихся услугами междугородней международной связи, вследствие чего возникли проблемы с сетевой архитектурой:



пользователям не хватает пропускной способности сети;

малая скорость ответа серверов на запросы;

необходим переход на более скоростное чем 10 Мбит/с выделенное соединение, без замены всего оборудования;

обеспечение высокой надежности сети;

удобное управление сетью;

увеличение объема получаемой информации.



Для решения этих проблем возникла необходимость усовершенствования локально- вычислительной сети ИРЦ, что и рассматривается в данном дипломном проекте.

























1.2 Анализ предложений по ее развитию.



Новый вариант построения локально-вычислительной сети информационно-расчетного центра филиала ОАО “Ростелеком”- ММТ представляет собой:



Увеличение объема памяти серверов;



Переход на более скоростную, чем Ethernet, технологию Fast Ethernet 100 Мбит/с;



Организацию Виртуальных сетей (VLAN), трафик которых на канальном уровне полностью изолирован от других узлов сети;



Осуществление Агрегирования каналов (Транкинга) используя несколько активных параллельных каналов одновременно для повышения пропускной способности и надежности сети.





В проекте нового варианта построения ЛВС ИРЦ сервера представляют собой:



Сервер 1 Hewlett Packard LH3 (оперативная память 256 Mb, объем жесткого диска 140 Gb, ОС- Novell 3.2) 

Информация, хранимая на сервере:



справочная информация по выставлению счетов за Международные ТР и Междугородние ТР по предприятиям;

массивы счетов за пять лет;

комплекс прикладного программного обеспечения;

просмотр базы;

выписка повторного счета;

внесение оплаты;

“экспресс счет” по предприятиям;

ведение и оформление претензий.



Сервер 2 ALR 8200 (оперативная память 256 Mb, объем жесткого диска 50 Gb, ОС- Novell 5.0) 

Информация, хранимая на сервере:



печать счетов квартирного сектора;

ввод оплаты;

ввод ярлыков коммутаторных залов;

картотека телефонов с адресными данными.



Сервер 3 ALR 8200 (оперативная память 1 Gb, объем жесткого диска 100 Gb, ОС- Windows NT) 

Информация, хранимая на сервере:



лицевые карточки абонентов квартирного сектора;

ведение договоров;

печать “экспресс счета”;

проверка задолженностей.



1.2.1 Анализ совершенствования технологии Ethernet.



Основное направление совершенствования технологий локальных сетей связано с технологией Ethernet и это не удивительно.

В соответствии с данными исследовательской компании International Data Corporation (IDC) более 85% всех сетевых соединений к концу 1997 года являлись соединениями Ethernet, представляя более чем 118 миллионов присоединенных к сетям персональных компьютеров, рабочих станций и серверов. Поэтому создание высокоскоростных технологий, максимально совместимых с Ethernet, представляло собой важную задачу сетевой индустрии. Решение этой задачи сулило огромные выгоды и преимущества для сетевых пользователей, интеграторов, администраторов, эксплуатации и, естественно, для производителей.



В 1995 году комитет IEEE принял спецификацию Fast Ethernet в качестве стандарта. Сетевой мир получил технологию, с одной стороны, решающую самую болезненную проблему- нехватку пропускной способности на нижнем уровне сети, а с другой стороны, очень легко внедряющуюся в существующие сети Ethernet.



Легкость внедрения Fast Ethernet объясняется следующими факторами:



Общий метод доступа позволяет использовать в сетевых адаптерах Fast Ethernet до 80% микросхем адаптеров Ethernet;















Драйверы также содержат большую часть кода для адаптеров Ethernet, а отличия вызваны новым методом кодирования данных на линии (4B/5B или 8B/6T) и наличием полнодуплексной версии протокола;



Формат кадра остался прежним, что дает возможность анализаторам протоколов применять к сегментам Fast Ethernet те же методы анализа, что и для сегментов Ethernet, лишь механически повысив скорость работы.



Отличия Fast Ethernet от Ethernet сосредоточены в основном на физическом уровне. Разработчики стандарта Fast Ethernet учли тенденции развития структурированных кабельных систем. 

Они реализовали физический уровень для всех популярных типов кабелей, входящих в стандарты на структурированные (такие как EIA/TIA 568A) и реально выпускаемые кабельные системы.



Существует три варианта физического уровня Fast Ethernet:



100Ваsе-ТХ для двух парного кабеля на неэкранированной витой паре UTP Category 5 (или экранированной витой паре STP Туре1);

100Ваsе-Т4 для четырех парного кабеля на неэкранированной витой паре UTP Category 3,4,5;

100Ваsе-FХ для многомодового оптоволоконного кабеля.



При создании сегментов Fast Ethernet с разделяемой средой нужно использовать концентраторы. При этом максимальный диаметр сети колеблется от 136 до 205 метров, а количество концентраторов в сегменте ограничено одним или двумя, в зависимости от их типа. 

При использовании двух концентраторов расстояние между ними не может превышать 5—10 метров. Так что существование 2-х устройств мало что дает, кроме увеличения количества портов - расстояние между компьютерами сегмента от добавления второго концентратора практически не изменяется.



В разделяемом сегменте Fast Ethernet нет возможности обеспечить какие-либо преимущества при обслуживании трафика приложений реального времени. Любой кадр получает равные шансы захватить среду передачи данных в соответствии с логикой алгоритма CSMA/CD.

Коммутируемый вариант Fast Ethernet позволяет увеличить связи между узлами, работающими в полнодуплексном режиме и использующими многомодовый оптоволоконный кабель, до 2 км.



У технологии Fast Ethernet есть несколько ключевых свойств, которые определяют области и ситуации ее эффективного применения. 



К этим свойствам относятся:



большая степень преемственности по отношению к классическому 10-мегабитному Ethernet;

высокая скорость передачи данных - 100 Мбит/с;

возможность работать на всех основных типах современной кабельной проводки – UTP Category 5, UTP Category 3,             STP Tуре 1, многомодовом оптоволокне.



Наличие многих общих черт у технологий Fast Ethernet и Ethernet дает простую общую рекомендацию. Fast Ethernet, следует применять в тех организациях и в тех частях сетей, где до этого широко применялся 10-мегабитный Ethernet. Однако сегодняшние условия или же ближайшие перспективы требуют более высокой пропускной способности в таких частях сетей. При этом сохраняется весь опыт обслуживающего персонала, привыкшего к особенностям и типичным неисправностям сетей Ethernet. Кроме того, можно по-прежнему использовать средства анализа протоколов, работающие с агентами MIB-II, RMON MIB и привычными форматами кадров.        



В семействе Ethernet технология Fast Ethernet занимает промежуточное положение между Ethernet 10 Мбит/с и Gigabit Ethernet. 

Поэтому в крупной локальной сети, в которой оправдано создание трех уровней иерархии сетевых устройств, технологии Fast Ethernet отведен средний уровень - сетей отделов. Но это, конечно, не исключает ее применения и на нижних этажах, в сетях рабочих групп, причем не только для подключения серверов, но и быстрых рабочих станций. 

При использовании агрегированных транковых соединений, обеспечивающих скорости N x 100 Мбит/с, технология Fast Ethernet может применяться и для создания магистральных связей в сетях масштаба здания и даже кампуса.









Что же касается разделяемых сегментов Fast Ethernet, то они конкурируют по стоимости и возможностям с коммутируемыми сегментами Ethernet 10 Мбит/с. При наличии 10 рабочих станций в сегменте и в том, и в другом случаях каждой рабочей станции достается в среднем по 10 Мбит/с. 

Преимущественная область применения разделяемых сегментов Fast Ethernet достаточно ясна. 



Это объединение близко расположенных друг от друга компьютеров, трафик которых имеет ярко выраженный пульсирующий характер с большими, но редкими всплесками. 



Большие всплески хорошо передаются незагруженным каналом 100 Мбит/с, а редкое их возникновение приводит к возможности 

совместного использования канала без частого возникновения коллизий. Типичным примером такого трафика является трафик файлового сервиса, электронной почты, сервиса печати, Коммутируемые сегменты Ethernet 10 Мбит/с могут предоставить каждому узлу гарантированные 10 Мбит/с, но не больше. Так что для тех случаев, когда важно изредка предоставлять конечному узлу больше 10 Мбит/с, разделяемые сегменты Fast Ethernet оказываются предпочтительным решением.



Выходит, что переход от технологии Ethernet 10 Мбит/с к технологии Fast Ethernet 100 Мбит/с все таки необходим.  





 Структура существующей локально- вычислительной сети ИРЦ ОАО “Ростелеком ММТ базируется, в основном, на концентраторах разделяемого Ethernet 10 Base-T и на коммутаторе BayStack 301 на 22 порта 10 Base-T и 2 порта Fast Ethernet 100 Base-TX.



Необходимость построения ЛВС ИРЦ заключалась в упрощении процесса получения и обработки информации, а именно данных о междугородних и международных телефонных переговорах по предприятиям и квартирному сектору.

Вся информация по переговорам, накапливаемая на телефонных узлах,  поступает в информационно-расчетный центр, где и происходит ее обработка. А именно:



выставление счетов за междугородние и международные телефонные переговоры по предприятиям



выставление счетов за междугородние и международные телефонные переговоры по квартирному сектору



проверка задолженности абонентов



предоставление услуги  “ Экспресс счет ”



ведение и оформление претензий



и т. пр.



Поступившая информация хранится на серверах, находящихся в Машинном зале ИРЦ.



Сервер 1 Tricord на базе процессора 486 (оперативная память 

16 Mb, объем жесткого диска 40 Gb, ОС- Novell 3.2)

Информация, хранимая на сервере:

 

справочная информация по выставлению счетов за Международные ТР и Междугородние ТР по предприятиям

массивы счетов за один год





Сервер 2 Tricord на базе процессора 486 (оперативная память 

16 Mb, объем жесткого диска 2 Gb, ОС- Novell 4.0) 

Информация, хранимая на сервере:



печать счетов квартирного сектора

ввод оплаты



С приходом  новых технологий обмена данными, процесс обработки информации значительно ускорился и занимает намного меньше времени, нежели до этого.

Следовательно, происходит увеличение обработанной информации, отсюда повышается и производительность.



Структура локально- вычислительной сети ИРЦ построена на технологии Ethernet 10 Base-T.

Что в свое время обеспечивало хорошую производительность, но со временем произошло увеличение числа абонентов, пользующихся услугами междугородней международной связи, вследствие чего возникли проблемы с сетевой архитектурой:



пользователям не хватает пропускной способности сети;

малая скорость ответа серверов на запросы;

необходим переход на более скоростное чем 10 Мбит/с выделенное соединение, без замены всего оборудования;

обеспечение высокой надежности сети;

удобное управление сетью

увеличение объема получаемой информации



Для решения этих проблем возникла необходимость усовершенствования локально- вычислительной сети ИРЦ, что и рассматривается в данном дипломном проекте.



Новый вариант построения локально-вычислительной сети информационно-расчетного центра филиала ОАО “Ростелеком”- ММТ представляет собой:



Увеличение объема памяти серверов;

Переход на более скоростную, чем Ethernet, технологию Fast Ethernet 100 Мбит/с;





Организацию Виртуальных сетей (VLAN), трафик которых на канальном уровне полностью изолирован от других узлов сети;

Осуществление Агрегирования каналов (Транкинга) используя несколько активных параллельных каналов одновременно для повышения пропускной способности и надежности сети.



В проекте нового варианта построения ЛВС ИРЦ сервера представляют собой:



Сервер 1 Hewlett Packard LH3 (оперативная память 256 Mb, объем жесткого диска 140 Gb, ОС- Novell 3.2) 

Информация, хранимая на сервере:



справочная информация по выставлению счетов за Международные ТР и Междугородние ТР по предприятиям

массивы счетов за пять лет

+ 

комплекс прикладного программного обеспечения

просмотр базы

выписка повторного счета

внесение оплаты

“экспресс счет” по предприятиям

ведение и оформление претензий



Сервер 2 ALR 8200 (оперативная память 256 Mb, объем жесткого диска 50 Gb, ОС- Novell 5.0) 

Информация, хранимая на сервере:



печать счетов квартирного сектора

ввод оплаты

+

ввод ярлыков коммутаторных залов

картотека телефонов с адресными данными



Сервер 3 ALR 8200 (оперативная память 1 Gb, объем жесткого диска 100 Gb, ОС- Windows NT) 

Информация, хранимая на сервере:



лицевые карточки абонентов квартирного сектора

ведение договоров

печать “экспресс счета”

проверка задолженностей



Что же дает нам совершенствование технологии Ethernet?



Основное направление совершенствования технологий локальных сетей связано с технологией Ethernet и это не удивительно.

В соответствии с данными исследовательской компании International Data Corporation (IDC) более 85% всех сетевых соединений к концу 1997 года являлись соединениями Ethernet, представляя более чем 118 миллионов присоединенных к сетям персональных компьютеров, рабочих станций и серверов. Поэтому создание высокоскоростных технологий, максимально совместимых с Ethernet, представляло собой важную задачу сетевой индустрии. Решение этой задачи сулило огромные выгоды и преимущества для сетевых пользователей, интеграторов, администраторов, эксплуатации и, естественно, для производителей.



В 1995 году комитет IEEE принял спецификацию Fast Ethernet в качестве стандарта. Сетевой мир получил технологию, с одной стороны, решающую самую болезненную проблему- нехватку пропускной способности на нижнем уровне сети, а с другой стороны, очень легко внедряющуюся в существующие сети Ethernet.



Легкость внедрения Fast Ethernet объясняется следующими факторами:



Общий метод доступа позволяет использовать в сетевых адаптерах Fast Ethernet до 80% микросхем адаптеров Ethernet;



Драйверы также содержат большую часть кода для адаптеров Ethernet, а отличия вызваны новым методом кодирования данных на линии (4B/5B или 8B/6T) и наличием полнодуплексной версии протокола;





Формат кадра остался прежним, что дает возможность анализаторам протоколов применять к сегментам Fast Ethernet те же методы анализа, что и для сегментов Ethernet, лишь механически повысив скорость работы.













Отличия Fast Ethernet от Ethernet сосредоточены в основном на физическом уровне. Разработчики стандарта Fast Ethernet учли тенденции развития структурированных кабельных систем. 

Они реализовали физический уровень для всех популярных типов кабелей, входящих в стандарты на структурированные (такие как EIA/TIA 568A) и реально выпускаемые кабельные системы.



Существует три варианта физического уровня Fast Ethernet:



100Ваsе-ТХ для двух парного кабеля на неэкранированной витой паре UTP Category 5 (или экранированной витой паре STP Туре1);

100Ваsе-Т4 для четырех парного кабеля на неэкранированной витой паре UTP Category 3,4,5;

100Ваsе-FХ для многомодового оптоволоконного кабеля.



При создании сегментов Fast Ethernet с разделяемой средой нужно использовать концентраторы. При этом максимальный диаметр сети колеблется от 136 до 205 метров, а количество концентраторов в сегменте ограничено одним или двумя, в зависимости от их типа. При использовании двух концентраторов расстояние между ними не может превышать 5—10 метров. Так что существование 2-х устройств мало что дает, кроме увеличения количества портов - расстояние между компьютерами сегмента от добавления второго концентратора практически не изменяется.



В разделяемом сегменте Fast Ethernet нет возможности обеспечить какие-либо преимущества при обслуживании трафика приложений реального времени. Любой кадр получает равные шансы захватить среду передачи данных в соответствии с логикой алгоритма CSMA/CD.

Коммутируемый вариант Fast Ethernet позволяет увеличить связи между узлами, работающими в полнодуплексном режиме и использующими многомодовый оптоволоконный кабель, до 2 км.



У технологии Fast Ethernet есть несколько ключевых свойств, которые определяют области и ситуации ее эффективного применения. 





















К этим свойствам относятся:



большая степень преемственности по отношению к классическому 10-мегабитному Ethernet;

высокая скорость передачи данных - 100 Мбит/с;

возможность работать на всех основных типах современной кабельной проводки – UTP Category 5, UTP Category 3,             STP Tуре 1, многомодовом оптоволокне.



Наличие многих общих черт у технологий Fast Ethernet и Ethernet дает простую общую рекомендацию. Fast Ethernet, следует применять в тех организациях и в тех частях сетей, где до этого широко применялся 10-мегабитный Ethernet. Однако сегодняшние условия или же ближайшие перспективы требуют более высокой пропускной способности в таких частях сетей. При этом сохраняется весь опыт обслуживающего персонала, привыкшего к особенностям и типичным неисправностям сетей Ethernet. Кроме того, можно по-прежнему использовать средства анализа протоколов, работающие с агентами MIB-II, RMON MIB и привычными форматами кадров.        



В семействе Ethernet технология Fast Ethernet занимает промежуточное положение между Ethernet 10 Мбит/с и Gigabit Ethernet. Поэтому в крупной локальной сети, в которой оправдано создание трех уровней иерархии сетевых устройств, технологии Fast Ethernet отведен средний уровень - сетей отделов. Но это, конечно, не исключает ее применения и на нижних этажах, в сетях рабочих групп, причем не только для подключения серверов, но и быстрых рабочих станций. При использовании агрегированных транковых соединений, обеспечивающих скорости N x 100 Мбит/с, технология Fast Ethernet может применяться и для создания магистральных связей в сетях масштаба здания и даже кампуса.



Что же касается разделяемых сегментов Fast Ethernet, то они конкурируют по стоимости и возможностям с коммутируемыми сегментами Ethernet 10 Мбит/с. При наличии 10 рабочих станций в сегменте и в том, и в другом случаях каждой рабочей станции достается в среднем по 10 Мбит/с. Преимущественная область применения разделяемых сегментов Fast Ethernet достаточно ясна. Это объединение близко расположенных друг от друга компьютеров, трафик которых имеет ярко выраженный пульсирующий характер с большими, но редкими всплесками. 







Большие всплески хорошо передаются незагруженным каналом 100 Мбит/с, а редкое их возникновение приводит к возможности совместного использования канала без частого возникновения коллизий. Типичным примером такого трафика является трафик файлового сервиса, электронной почты, сервиса печати, Коммутируемые сегменты Ethernet 10 Мбит/с могут предоставить каждому узлу гарантированные 10 Мбит/с, но не больше. Так что для тех случаев, когда важно изредка предоставлять конечному узлу больше 10 Мбит/с, разделяемые сегменты Fast Ethernet оказываются предпочтительным решением.



Выходит, что переход от технологии Ethernet 10 Мбит/с к технологии Fast Ethernet 100 Мбит/с все таки необходим.  





 

ГЛАВА 2.

 

2.1. Разработка структуры ЛВС и определение состава         

       используемых программно-аппаратных средств.



Локально- вычислительная сеть информационно-расчетного центра филиала ОАО “Ростелеком”- ММТ в новом варианте построения отличается от старого варианта, рисунок 2.1.



Необходимость построения нового варианта локально- вычислительной сети возникла из-за проблем возникших в старой сетевой архитектуре:



пользователям не хватает пропускной способности сети;

малая скорость ответа серверов на запросы;

необходимость перехода на более скоростное чем 10 Мбит/с выделенное соединение, без замены всего оборудования;

обеспечение высокой надежности сети;

удобное управление сетью



Вследствие этих проблем новый вариант построения локально-вычислительной сети информационно-расчетного центра филиала ОАО “Ростелеком”- ММТ представляет из себя:



Переход на более скоростную, чем Ethernet, технологию Fast Ethernet 100 Мбит/с;

Организацию Виртуальных сетей (VLAN), трафик которых на канальном уровне полностью изолирован от других узлов сети;

Осуществление Агрегирования каналов (Транкинга) используя несколько активных параллельных каналов одновременно для повышения пропускной способности и надежности сети.



2.1.1  Переход от Ethernet к Fast Ethernet.



Технология Fast Ethernet является эволюционным развитием классической технологии Ethernet. Ее основными достоинствами являются: 



увеличение пропускной способности сегментов сети до 100 Мб/c; 

сохранение метода случайного доступа Ethernet; 

сохранение звездообразной топологии сетей и поддержка традиционных сред передачи данных - витой пары.

 

Указанные свойства позволяют осуществлять постепенный переход от сетей 10Base-T - наиболее популярного на сегодняшний день варианта Ethernet - к скоростным сетям, сохраняющим значительную преемственность с хорошо знакомой технологией: Fast Ethernet не требует коренного переобучения персонала и замены оборудования во всех узлах сети.

Сегодня все чаще и чаще возникают повышенные требование к пропускной способности каналов между клиентами сети и серверами. Это происходит по разным причинам: 

повышение производительности клиентских компьютеров; 

увеличение числа пользователей в сети; 

появление приложений, работающих с мультимедийной информацией, которая хранится в файлах очень больших размеров; 

увеличение числа сервисов, работающих в реальном масштабе времени.

Отличия Fast Ethernet от Ethernet сосредоточены на физическом уровне. 







Рис.2.1.1 Отличия стека протоколов 100Base-T от 10Base-T





Структура физического уровня.



Для технологии Fast Ethernet разработаны различные варианты физического уровня, отличающиеся не только типом кабеля и электрическими параметрами импульсов, как это сделано в технологии 10 Мб/с Ethernet, но и способом кодирования сигналов и количеством используемых в кабеле проводников. Поэтому физический уровень Fast Ethernet имеет более сложную структуру, чем классический Ethernet.









Рис 2.1.2 Структура физического уровня Fast Ethernet



Физический уровень состоит из трех подуровней: 

Уровень согласования (reconciliation sublayer); 

Независимый от среды интерфейс (Media Independent Interface, MII); 

Устройство физического уровня (Physical layer device, PHY). 

Устройство физического уровня (PHY) обеспечивает кодирование данных, поступающих от MAC-подуровня для передачи их по кабелю определенного типа, синхронизацию передаваемых по кабелю данных, а также прием и декодирование данных в узле-приемнике. 



Интерфейс MII поддерживает независимый от используемой физической среды способ обмена данными между MAC-подуровнем и подуровнем PHY. 

Этот интерфейс аналогичен по назначению интерфейсу AUI классического Ethernet за исключением того, что интерфейс AUI располагался между подуровнем физического кодирования сигнала (для любых вариантов кабеля использовался одинаковый метод физического кодирования - манчестерский код) и подуровнем физического присоединения к среде, а интерфейс MII располагается между MAC-подуровнем и подуровнями кодирования сигнала, которых в стандарте Fast Ethernet три - FX, TX и T4. 



2.1.2 Организация Виртуальных сетей (VLAN)



Виртуальные локальные сети стали сегодня основным механизмом структуризации локальных сетей, построенных на коммутаторах. В коммутируемой структуре без физических границ виртуальные локальные сети позволяют использовать привычные методы построения маршрутизируемых сетей, но на новой, более гибкой программируемой основе.



Коммутаторы (имеются в виду классические коммутаторы второго уровня) могут повысить пропускную способность сети, но не могут создать надежные барьеры на пути ошибочного и нежелательного трафика. Классическим примером такого трафика может служить трафик, создаваемый широковещательными пакетами некорректно работающего узла. Можно привести и другие ситуации, когда трафик нужно отфильтровывать по соображениям защиты данных от несанкционированного доступа.



Коммутаторы внесли в решение проблемы "объединения-разъединения" новый механизм - технологию виртуальных сетей (Virtual LAN,VLAN).

С появлением этой технологии отпала необходимость образовывать изолированные сегменты физическим путем - его заменил программный способ, более гибкий и удобный.









Виртуальной сетъю (VLAN) называется группа узлов сети, трафик которой в том числе и широковещательный, на канальном уровне полностью изолирован от других узлов сети. Это означает, что передача кадров между разными виртуальными сегментами на основании адреса канального уровня невозможна, независимо от типа адреса - уникального, группового или широковещательного. В то же время внутри виртуальной сети кадры передаются по технологии коммутации, то есть только на тот порт, который связан с адресом назначения кадра.



Виртуальные сети - это логическое завершение процесса повышения гибкости механизма сегментации сети, первоначально выполняемого на физически раздельных сегментах. При изменении состава сегментов (переход пользователя в другую сеть, дробление крупных сегментов) при таком подходе приходится производить физическую пере коммутацию разъемов на передних панелях повторителей или в кроссовых панелях. 



Поэтому в больших сетях это превращается в постоянную и обременительную работу, которая приводит к многочисленным ошибкам в соединениях.



Промежуточным этапом совершенствования технологии сегментации стали много сегментные повторители. В наиболее совершенных моделях таких повторителей приписывание отдельного порта к любому из внутренних сегментов производится программным путем, обычно с помощью удобного графического интерфейса.

Программное приписывание порта сегменту часто называют статической или конфигурационной коммутацией.



Однако решение задачи изменения состава сегментов с помощью повторителей накладывает некоторые ограничения на структуру сети. Количество сегментов такого повторителя обычно невелико, поэтому выделить каждому узлу свой сегмент, как это можно сделать с помощью коммутатора, нереально. По этой причине сети, построенные на основе повторителей с конфигурационной коммутацией, по-прежнему основаны на разделении среды передачи данных между большим количеством узлов. Следовательно, они обладают гораздо меньшей производительностью по сравнению с сетями, построенными на основе коммутаторов.





При использовании технологии виртуальных сетей в коммутаторах одновременно решаются две задачи:



повышение производительности в каждой из виртуальных сетей, так как в нее не заходит широковещательный трафик других виртуальных сетей;

изоляция сетей друг от друга для управления правами доступа пользователей и создания защитных барьеров на пути нежелательного трафика.



Технология виртуальных сетей признается многими специалистами вторым по важности технологическим новшеством в локальных сетях после появления коммутаторов.



Для связи виртуальных сетей в интерсеть требуется привлечение сетевого уровня. Он может быть реализован в отдельном маршрутизаторе или работать в составе коммутатора, если это коммутатор третьего уровня.



Собственно, виртуальные сети и нужны для того, чтобы создать логическую структуру подсетей, являющуюся основой для работы маршрутизатора.



Технология образования и работы виртуальных сетей с помощью коммутаторов долгое время не была стандартизована, хотя она и реализуется достаточно давно и поддерживается широким спектром моделей коммутаторов разных производителей. Положение изменилось в 1998 году с принятием стандартов IEEE 802.1 p/Q,

однако фирменные версии VLAN еще будут некоторое время существовать в локальных сетях.



Фирменные технологии VLAN одного производителя, как правило, не совместимы с фирменными технологиями других производителей. Поэтому долгое время виртуальные сети создавались на оборудовании одного производителя.



Способы построения виртуальных сетей можно разбить на несколько основных схем:



использование номеров подсетей сетевого уровня;

группировка портов;

группировка МАС-адресов;

группировка протоколов сетевого уровня;

использование номеров VCI/VPI технологии АТМ;

добавление к кадрам канального уровня меток виртуальных сетей.



Все способы, за исключением первого, решают проблему создания виртуальных сетей на канальном уровне и поэтому не зависят от протоколов, работающих в сети на верхних уровнях.



Использование для создания VLAN номеров подсетей сетевого уровня требует, чтобы во всех узлах сети работал какой-либо протокол сетевого уровня, например, IР, IРХ или Арр1е Та1k, причем один и тот же. В этом случае концепция виртуальной сети полностью совпадает с пониманием этого термина на сетевом уровне, то есть виртуальная сеть IР является подсетью IР, а виртуальная сеть IРХ - подсетью IРХ. Такой подход требует и от коммутаторов обязательной поддержки сетевого протокола. Это пока еще не стало повсеместным явлением - "чистые" коммутаторы 2 уровня по-прежнему широко применяются в сетях. 



Поэтому при стандартизации техники VLAN разработчики пошли по другому пути. Они разработали механизмы создания VLAN за счет средств только канального уровня.



Группировка портов коммутатора является одним из наиболее простых способов образования виртуальных сетей.

К каждому порту коммутатора приписывается номер виртуальной сети. При о6работке кадров, пришедших в коммутатор, проверяется, принадлежит ли порт назначения той же виртуальной сети, что и порт источника. Если да, то кадр передается (или подвергается дополнительной фильтрации, если коммутатор поддерживает пользовательские фильтры или механизмы профилирования трафика QoS). Этот способ не требует от администратора большой работы, и он также весьма экономичен при реализации в коммутаторах. Группировка портов плохо работает в сетях, построенных на нескольких коммутаторах. Это объясняется тем, что при переходе кадра от одного коммутатора информация о его принадлежности виртуальной сети теряется, если только коммутаторы не связаны между собой столькими портами, сколько всего имеется виртуальных сетей. Поэтому группировка портов применяется в коммутаторах совместно с другими способами поддержания виртуальных сетей, способных передавать информацию о принадлежности кадра определенной VLAN между коммутаторами.



Группировка МАС-адресов свободна от этого недостатка, но обладает другим. Нужно помечать номерами виртуальных сетей все МАС-адреса, имеющиеся в таблицах каждого коммутатора, а это кропотливая работа, сопоставимая с программированием в машинных кодах. Коммутаторы поддерживают этот способ, но он пригоден только для небольших сетей.



Группировка протоколов сетевого уровня не предназначена для последующего объединения виртуальных сетей с помощью маршрутизаторов. Этот способ отделяет трафик одного сетевого протокола от другого для предоставления определенного качества обслуживания или направления пакетов разных протоколов по разным каналам коммутируемой сети. Последние два способа объединяет то, что они используют специальное поле для хранения номера виртуальной сети в самом кадре. Это позволяет сохранять значение метки VLAN при перемещении кадров от одного коммутатора к другому.



Использование номеров VCI/VPI технологии АТМ применяется при передаче кадров локальных сетей через коммутаторы АТМ. При этом номер виртуальной сети отождествляется с номером виртуального пути VPI/VCI, используемого для передачи трафика этой виртуальной локальной сети через сеть АТМ. Этот способ стандартизован в протоколе LANE, разработанном АТМ Forum, и поддерживается всеми производителями коммутаторов АТМ для локальных сетей. Эмулируемые локальные сети ELAN стандарта LANE представляют те же виртуальные сети, изолированные друг от друга для всех видов адресов протоколов канального уровня локальных сетей. Для эффективного объединения ELAN маршрутизаторы могут применять стандарт МРОА, который создан для сквозной маршрутизации трафика ELAN через магистраль АТМ. Для согласованного применения технологии виртуальных сетей в масштабах всей корпоративной локальной сети пограничные коммутаторы между традиционными сегментами и магистралью АТМ должны отображать VLAN, построенные на основе одного из перечисленных способов, на ELAN, и наоборот.



Добавление к кадрам канального уровня меток виртуальных сетей является наиболее универсальным и надежным способом сохранения информации о номере VLAN при передаче кадров между коммутаторами. 



В этом способе к обычному кадру локальной сети формата Ethernet, Toking Ring или FDDI добавляется специальное поле для хранения номера виртуальной сети. Однако это требует изменения формата кадра технологии локальной сети, что не всегда удобно.

Производители коммутаторов достаточно давно применяют этот способ, но только на связях между коммутаторами. Поле, переносящее номер виртуальной сети, добавляется к кадру тогда, когда кадр передается от коммутатора к коммутатору, а при передаче кадра конечному узлу оно удаляется. При этом модифицируется протокол взаимодействия "коммутатор-коммутатор", а программное и аппаратное обеспечение конечных узлов остается неизменным.

Примеров фирменных протоколов, использующих метки VLAN в кадрах, много, но общий недостаток у них один - они не поддерживаются другими производителями. Даже у одной компании существовало несколько способов, маркировки кадров, в зависимости от используемой технологии.



Сегодня фирменные способы маркировки VLAN должны постепенно заменяться на стандартный способ, определенный в спецификациях IEEE 802.1 p/Q, которые решают и другие актуальные задачи.



Стандарты IEEE 802.1 p/Q, ставшие частью новой редакции стандарта работы мостов 802.1 D-1998, направлены на поддержку техники VLAN и дифференцированного качества обслуживания в коммутируемых сетях. Эти стандарты основаны на добавлении к стандартному кадру локальной сети двухбайтового поля, несущего метку VLAN и приоритет кадра. Кроме этого, стандарты 802.1 p/Q вводят протокол регистрации параметров конечных узлов в коммутаторах (протокол GARP). Это позволяет не динамически создавать виртуальные сети на основании данных, хранящихся в конфигурационных базах конечных узлов. С помощью протокола GARP можно регистрировать в коммутаторах не только принадлежность к группам виртуальных сетей, но и к другим динамическим группам, в первую очередь, к multicast-группам протокола IP.



2.1.3 Структура кадра 802.1 Q



Спецификация 802.1 Q определяет 12 возможных форматов инкапсуляции долнительного поля в кадры МАС-уровня. Эти форматы определяются в зависимости от трех типов кадров (Ethernet II, LLC  в нормальном формате, LLC в формате Token Ring), двух типов сетей (802.3/Ethernet или Token Ring/FDDI) и двух типов меток VLAN (неявных или явных). Имеются также определенные правила трансляции исходных кадров Ethernet или Token Ring в помеченные кадры и обратной трансляции помеченных кадров в исходные.

Поле идентификатора протокола меток (Tag Protocol Identifier,TPI) заменило поле EtherType кадра Ethernet, которое заняло место после двухбайтного поля метки VLAN.







В поле метки VLAN имеется три подполя.



Подполе Priority предназначено для хранения трех бит приоритета кадра, что позволяет определить до 8 уровней приоритетов. Однобитный признак TR- Encapsulation показывает, содержат ли данные, переносимые кадром, инкапсулированный кадр формата IEEE (признак равен 1) 802.5 или же они соответствуют типу внешнего кадра (признак равен 0).



С помощью этого признака можно туннелировать трафик сетей Token Ring на коммутируемых магистралях Ethernet.

12-битный идентификатор VLAN (VID) уникально идентифицирует VLAN, к которой относится данный кадр.

Максимальный размер кадра Ethernet увеличивается при применении спецификации IEEE 802.1 Q не 4 байта- с 1518 байт до 1522 байт.





































Рис.2.1.3 Структура кадра Ethernet с полем IEEE 802.1 Q

























2.1.4 Обеспечение качества обслуживания в сетях на основе коммутаторов.



Коммутаторы второго и третьего уровней могут очень быстро продвигать пакеты, но это не единственное свойство сетевого оборудования, которое требуется для создания современной сети.

Сетью нужно управлять, и одним из аспектов управления является обеспечение нужного качества обслуживания (QoS).



Поддержка QoS дает администратору возможность предвидеть и контролировать поведение сети за счет приоритезации приложений, подсетей и конечных станций, или предоставлении им гарантированной пропускной способности.



Существует два основных способа поддержания качества обслуживания. Это предварительное резервирование ресурсов и предпочтительное обслуживание агрегированных классов трафика. Последний способ нашел на втором уровне основное применение. В коммутаторах второго уровня достаточно давно работает большое количество фирменных схем приоритетного обслуживания, разбивающих весь трафик на 2-3-4 класса и обслуживающих эти классы дифференцированным способом.



Сегодня рабочей группой IEEE 802.1 разработаны стандарты 802.1 p/Q (названные позже 802.1D-1998), наводящие порядок в схемах приоритезации трафика и способе переноса данных о классах трафика в кадрах локальных сетей. Идеи приоритезации трафика, заложенные в стандарты 802.1 p/Q, в основном соответствуют рассмотренной в главе схеме дифференцированных сервисов IP. Схема QoS на основе стандартов 802.1 p/Q предусматривает

возможность задания класса обслуживания (приоритета) как конечным узлом за счет помешения в стандартный кадр 802 идентификатора виртуальной сети VID, содержащего три бита уровня приоритета, так и классификации трафика коммутаторами на основе некоторого набора признаков. Качество обслуживания может также дифференцироваться между различными виртуальными локальными сетями. В этом случае поле приоритета играет роль дифференциатора второго уровня внутри различных потоков каждой виртуальной сети.































                Нормальный трафик, доставляемый с “max. усилиями”

                   Чувствительный к задержкам трафик





Рис.2.1.4 Классы обслуживания внутри виртуальных сетей.





Точная интерпретация потребностей каждого класса трафика, помеченного значением приоритета и, возможно, номером виртуальной сети, оставляется, как и в случае дифференцированных сервисов IP, на усмотрение администратора сети. В общем случае предполагается наличие в коммутаторе правил политики, в соответствии с которыми выполняется обслуживание каждого класса трафика, то есть наличия профиля трафика.



Производители коммутаторов обычно встраивают в свои устройства более широкие способы классификация трафика, чем те, которые предусмотрены в стандарте 802.1 p/Q. Классы трафика могут отличаться МАС-адресами, физическими портами, метками 802.1 p/Q, а в коммутаторах третьего и четвертого уровней - IP-адресами и хорошо известными номерами портов TCP/UDP.



Как только пакет поступает в коммутатор, значения его полей сравниваются с признаками, содержащимися в правилах, которые назначены для групп трафика, а затем помещаются в соответствующую очередь. Правила, связанные с каждой очередью, могут гарантировать пакетам определенное количество пропускной способности и приоритет, влияющий на величину задержки пакетов. Классификация трафика коммутатором и встраивание информации о требуемом качестве обслуживания в пакеты позволяет администраторам устанавливать политику QoS во всей корпоративной сети. Существуют следующие способы классификации трафика:

















На основе портов. При назначении приоритетов индивидуальным входным портам для распространения информации о требуемом качестве обслуживания по всей коммутируемой сети используются метки приоритетов стандарта 802.1 p/Q.

На основе меток VLAN. Это достаточно простой и весьма обобщенный способ поддержания QoS. Назначая профиль QoS виртуальным локальным сетям, можно достаточно просто управлять потоками при их объединении в магистральной линии.

На основании номеров сетей. Виртуальные сети, основанные на протоколах, могут использовать привязку профилей QoS к определенным подсетям IP, IPX и Apple Talk. Это позволяет легко отделить определенную группу пользователей и обеспечить их нужным качеством обслуживания.



По приложениям (порты ТСР/UDP). Позволяет выделить классы приложений, которым затем предоставляется дифференцированное обслуживание независимо от адресов конечных узлов и пользователей.



Необходимым условием поддержки качества обслуживания на основе номеров сетей является возможность просмотра пакетов на третьем уровне, а дифференциация по приложениям требует просмотра пакетов на четвертом уровне.































Рис.2.1.5 Обслуживание различных классов трафика.





После разделения трафика на классы коммутаторы могут  обеспечивать каждому классу гарантированный минимум и максимум пропускной способности, а также приоритет, определяющий обработку очереди при наличии свободной пропускной способности коммутатора. На рисунке показан пример обслуживания четырех классов трафика. Каждому из них отведен определенный минимум пропускной способности, а высокоприоритетному трафику также и максимум, чтобы этот класс трафика не мог  полностью подавить менее приоритетные.



2.1.5 Агрегирование каналов (Транкинг).



В отличие от механизмов резервирования каналов связи и портов устройств, подобных алгоритму Spanning Tree, поддерживающих в активном состоянии только один канал из нескольких возможных, механизмы агрегирования каналов используют несколько активных параллельных каналов одновременно. Это позволяет повысить как пропускную способность, так и надежность каналов связи.



Пока еще нет стандартного протокола агрегирования каналов, хотя фирменные версии образования общего логического канала из нескольких физических связей существуют давно. Каждый производитель коммутаторов тем или иным способом реализует технику агрегирования физических каналов в один логический канал. Чаще всего это делается для магистральных портов коммутатора (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet).



Простейшая схема агрегирования каналов применяется к нескольким физическим связям “ точка- точка ”, на которых работает один и тот же протокол и которое объединяют два сетевых устройства. Агрегированный канал называют так же транком (trunk)



Trunk- устройство или канал, соединяющее две точки, каждая из которых является коммутационным центром или точкой распределения. Обычно транк работает с несколькими каналами одновременно.



Сегодня техника агрегирования используется чаще всего для каналов  Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Это необходимо  для повышения производительности магистральных связей до величин в 2-3, а иногда и 8 Гбит/с.







Транк рассматривается протоколами верхних уровней, в том числе и протоколом  Spanning Tree, как один канал. В агрегированном канале трафик распределяется по физическим каналам для баланса их нагрузки. При обрыве одного из физических каналов трафик, который по нему передавался, быстро перенаправляется в один из работоспособных каналов.



Агрегированные соединения используются не только для объединения коммутаторов, но и для повышения скорости сетевой работы серверов.



Несколько сетевых адаптеров в этом случае имеют общий сетевой адрес ( IP или IPX ), в отличие от стандартной схемы работы мультиадаптерного компьютера. Для такой организации связей необходимо специальное программное обеспечение для драйверов сетевых адаптеров, которое обычно поставляется производителем коммутатора. Баланс нагрузки и переход на другую физическую связь происходит при агрегировании связей от сетевых адаптеров эффективней и быстрее, чем при назначении каждому сетевому адаптеру отдельного сетевого адреса.



В проекте стандарта IEEE 802.3ad агрегированный канал рассматривается как объединение физических полнодуплексных связей “ точка-точка ” одной скорости протокола семейства Ethernet.



Для повышения надежности агрегированного канала стараются использовать связи, идущие к разным модулям или устройствам, чтобы при выходе из строя одного модуля или устройства часть физических связей транка сохранила свою работоспособность



Максимальное количество физических каналов, объединяемых в транк, меняется от производителя к производителю.

Обычно оно колеблется от 2 до 8.



Данный дипломный проект учитывает такие требования конкурсного задания, как повышение пропускной способности, сокращение времени реакции сети, IP- оптимизация, консолидация серверов, отказоустойчивость связей, поддержка VLAN, управляемость сети.



Решение основано на использовании :



Магистрали Fast Ethernet;

Коммутации 3 уровня с чрезвычайно низкими задержками;

Коммутации 3 уровня в сочетании с QoS;



Коммутации 3 уровня с поддержкой транкинга;

Управления с помощью Optivity и применением политики;

Поддержки VLAN на основе стандарта 802.1 Q, а также приоритетов избыточности и безопасности.



В сегодняшних сетях трафик интрасетей и трафик типа "узел-узел" влияют на критически важные для предприятия приложения, Предоставление большей пропускной способности является только частичным решением. Не менее важным вопросом становится поддержка приоритетности трафика, безопасность и отказоустойчивость. Другими словами, создание "интеллектуальной" сети.







Проект предусматривает:



размещение коммутаторов BayStack 350 в каждом кроссовом шкафу;

подключение каждого настольного компьютера к коммутируемому порту Ethernet 10/100;

использование на магистрали протокола Fast Ethernet;

соединение каждого этажа с магистралью каналом 400 Мбит/с (4 полнодуплексных соединения 100Base-TX);

размещение на каждом этаже коммутатора 2 уровня;

использование на магистрали коммутаторов 3 уровня;

применение транкинга 802.1 Q и 802.1 р на каждом восходящем соединении этажа.



Отказоустойчивость обеспечивается специальной конструкцией стековых устройств, избыточными источниками питания и коммутационными центрами, транкингом связей на распределенных соединениях Fast Ethernet, маршрутизацией на магистрали и протоколом перехода на избыточный маршрутизатор Virtual Router Redundancy Protocol (VRRP). Безопасность и приоритезация используют поддерживающие политику устройства и глубокую фильтрацию пакетов.



В здании, в кроссовых шкафах установлены стеки BayStack 350, связанные транковыми соединениями. 



Альтернативное подключение восходящих связей дает дополнительную отказоустойчивость.



На восходящих соединениях этажей, идущих от коммутаторов BayStack 350, применяются методы транкинга, маркировки VLAN по стандарту 802.1 Q, приоритезация 802.1 р.



BayStack 350-  это высокопроизводительный коммутатор, который сочетает корпоративную функциональность с доступностью устройства для рабочей группы. Это устройство позволяет начать с минимальной конфигурации и расширять ее в больших пределаx. Стек может включать до 8 устройств BayStack 350, поддерживая до 224 портов. Стек управляется как одно устройство.

Управление коммутатором осуществляется с помощью системы Optivity. Виртуальные локальные сети VLAN строятся на основе портов или протокола. Коммутатор поддерживает IP-Multicast.



Отказоустойчивая стековая конструкция позволяет коммутатору BayStack 350 обеспечивать надежность коммутаторов на основе шасси. Стековая отказоустойчивость исключает любой уязвимый элемент, ведущий к отказу всего стека. Стек поддерживает замену модулей на ходу. Избыточные многоканальные транки (Redundant MiltiLink Trunking) позволяют каждому порту транковой группы соединяться с различными устройствами BayStack 350 в кроссовом шкафу. Протокол VRRP позволяет иметь в сети резервный маршрутизатор и очень быстро осуществлять переход с основного маршрутизатора на резервный.



MiltiLink Trunking позволяет объеденить 2-4 порта в один логический высокоскоростной канал.

В данном проекте одна связь Fast Ethernet может быть легко дополнена связями по 100 Мбит/с, что даст до 400 Мбит/с полнодуплексной пропускной способности. Техника MiltiLink Trunking используется на всех магистральных связях, что обеспечивает сегодняшние потребности в пропускной способности рассматриваемой сети, а так же потребности в развитии сети в будущем.





Оборудование, используемое на сети.



Коммутаторы BayStack 350.





Семейство коммутаторов BayStack 350 обеспечивает экономичное и высокопроизводительное решение для сетей, требующих роста производительности. 

С расширением использования корпоративных intranet-сетей, появлением новых приложений для групповой работы, повышением производительности рабочих станций, потребностью в интеграции голоса, видео и данных в одной сети требования к производительности сетей постоянно растут. Технология Fast Ethernet во многих случаях способна удовлетворить эти потребности. Быстрое снижение цен сделало адаптеры Fast Ethernet доступными для установки в новые рабочие станции. Сейчас при выборе адаптеров в большинстве случаев останавливаются на платах, способных работать в сетях Ethernet (10 Мбит/с) и Fast Ethernet (100 Мбит/с). Не каждому пользователю сегодня требуется скорость 100 Мбит/с, но многих перестанут удовлетворять возможности Ethernet 10 Мбит/с в ближайшем будущем. Коммутаторы BayStack 350 поддерживают скорость 10 и 100 Мбит/с с автоматическим детектированием и являются первыми устройствами, способными значительно повысить производительность сети при сохранении невысокой цены. Обладая всеми возможностями дорогих, высокопроизводительных коммутаторов, семейство BayStack 350 предназначено в первую очередь для объединения рабочих групп или использования в качестве настольных коммутаторов. Технология автоматического детектирования скорости позволяет эффективно и надежно связать устройства Ethernet и Fast Ethernet в единую сеть и обеспечивает простой и недорогой способ постепенного перехода на Fast Ethernet. 





Все коммутаторы семейства BayStack 350 поддерживают автоматическое определение скорости 10/100 для каждого порта (за исключением оптических), обеспечивающее простой переход от традиционных сетей 10 Мбит/с к современным технологиям 100 Мбит/с без замены кабельных систем и переоборудования сетевых центров. Возможность автоматического выбора полнодуплексного или полудуплексного режима обеспечивает дополнительное упрощение настройки сети. 



Коммутаторы BayStack 350 имеют порты 10/100BASE-TX для подключения медного кабеля (24 порта), обеспечивающее на сегодняшний день наиболее эффективное решение с автоматическим определением скорости и режима. 



Все коммутаторы BayStack Ethernet полностью интегрированы с семейством программ сетевого управления Optivity, обеспечивающим полное управление сетью по протоколу и мониторинг RMON. С помощью Optivity администратор сети может управлять всей сетью, включая концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы, с одной консоли. 



Совместное использование продукции семейства BayStack (концентраторы 10 Base-T и 100 Base-T маршрутизаторы Access Node,Advanced Remote Node, коммуникационные серверыRemote Annex) и коммутаторов BayStack 350 обеспечивает возможность организации гибких, высокопроизводительных сетей Ethernet или модернизации существующих сетей.



В современных серверах и рабочих станциях часто используются адаптеры, поддерживающие обе скорости (10 и 100 Мбит/с). Коммутаторы BayStack 350 обеспечивают полную совместимость с такими адаптерами и поддержку технологии plug-and-play, позволяя в любой момент начать работу со скоростью 100 Мбит/с. 

 

Высокая производительность и широкий набор функций делают коммутаторы BayStack 350 идеальным решением для коммутации сегментов рабочих групп на базе традиционных концентраторов 10 или 100 Мбит/с или прямого подключения рабочих станций к портам коммутатора. Поддержка эффективной технологии определения скорости и режима работы для каждого порта позволяет не думать о нехватке скоростных портов, столь характерной для традиционных коммутаторов 10+100,



 поскольку все порты коммутаторов BayStack 350 могут работать со скоростью 10 Мбит/с или 100 Мбит/с независимо от других портов. 



Поддержка виртуальных ЛВС в коммутаторах BayStack 350 позволяет вносить изменения в сеть на логическом уровне, не переключая кабели из одного разъема в другой. Кроме того, виртуальные сети могут повысить уровень безопасности сети за счет уменьшения размеров широковещательных доменов. Трафик в различных сегментах и подсетях будет независимым, обеспечивая повышение производительности и уровня безопасности. 

Коммутаторы BayStack 350 позволяют связать каждый порт с несколькими виртуальными сетями, обеспечивая возможность доступа к серверу из разных доменов. Серверы, обеспечивающие работу чувствительных к задержкам приложений (например, видео) могут использовать режим приоритизации очередей BayStack 350 (Priority Queuing) для обеспечения минимальной задержки и своевременной доставки важной информации. 
Виртуальные ЛВС (VLAN) позволяют расширить широковещательные домены за счет группировки портов коммутатора. Коммутаторы BayStack 350 позволяют организовать виртуальные сети на базе портов коммутатора или MAC-адресов станций. VLAN на основе портов (port-based) позволяют легко расширять сегменты ЛВС и упрощают их связывание с подсетями, а VLAN на базе MAC-адресов позволяют разнести рабочие станции одного физического сегмента в разные VLAN. 

Первые реализации коммутаторов BayStack 350 поддерживают до 8 VLAN на базе портов, в последующих версиях число виртуальных сетей будет увеличено до 32 виртуальных сетей на базе MAC-адресов вместе с поддержкой до 1024 настраиваемых правил (configurable policies). Каждое правило может определять любую комбинацию 32 VLAN, к которым могут относиться MAC-адреса. 



Коммутатор обеспечивает существенное повышение производительности сети за счет внутренней скорости 1.2 Гбит/с и скорости рассылки 1.6 Мпак/с (миллионов пакетов в секунду - pps). Высокая плотность портов вместе с высокоскоростной коммутацией делают семейство коммутаторов BayStack 350 идеальным решением для организации высокоскоростных сетей, включая поддержку multimedia и приложений CAD/CAM. 







Повышение производительности. 

Коммутаторы BayStack Ethernet снижают остроту проблемы нехватки полосы или даже полностью решают ее за счет предоставления выделенной полосы передачи для каждого из своих портов. Коммутаторы позволяют вести передачу одновременно многим устройствам, значительно расширяя доступную для пользователей полосу и снижая время отклика приложений без внесения каких-либо изменений в кабельную систему. 

Скорость 1.2 Гбит/с, обеспечиваемая специализированным контроллером (ASIC) обеспечивает поддержку высокой скорости для всех портов одновременно. Коммутаторы BayStack 350 поддерживает таблицу размером 8192 MAC-адресов, обеспечивая эффективную рассылку пакетов даже в больших сетях со скоростью до 1.6 миллиона пакетов в секунду. 



Высокая производительность гарантирует от насыщения полосы пропускания сети в любых возможных ситуациях, а невысокая стоимость в расчете на один порт позволяет использовать коммутаторы даже в небольших организациях.. 



Устойчивость к сбоям 

Для обеспечения надежной, устойчивой к сбоям работы все коммутаторы BayStack Ethernet поддерживают резервирование критически важных каналов, обеспечивающее работоспособность сети при прекращении работы основного канала. 



Управление коммутаторами BayStack 350 

Управление и настройка коммутаторов BayStack 350 обеспечиваются тремя различными способами - с помощью консольного интерфейса, Telnet или SNMP-приложений (например,Optivity). Ниже приведено краткое описание всех этих способов. 



Консольный интерфейс 

Консольный интерфейс обеспечивает управление коммутатором через специальный порт RS232-D (режим out-of-band) с разъемом DB-9. При управлении через порт сигналы согласования (handshaking) не требуются, достаточно линий приема, передачи и общего провода. Для управления можно использовать любой терминал VT-100 или ПК с программой эмуляции терминала. Управление основано на выборе функций в меню. Консольный интерфейс обеспечивает полнофункциональные возможности настройки и управления для коммутаторов BayStack 350. 

Telnet 

Управление и настройка через сеть (режим in-band) доступны также с помощью программы Telnet. После того, как с помощью консольного интерфейса коммутатору присвоен IP-адрес, вы можете с помощью Telnet получить доступ к управлению коммутатором. Управление, подобно консольному интерфейсу, основано на системе меню. Доступ к коммутатору может быть открыт одновременно через консольный порт и 4 сессии Telnet, однако реальные изменения конфигурации в каждый момент доступны только для одного из этих сеансов управления 



SNMP и Optivity 

Поддержка SNMP в коммутаторах BayStack 350 обеспечивается за счет реализации стандартных Ethernet MIB (RFC 1398), MIB II (RFC 1213), Bridge MIB (RFC 1493), RMON MIB (RFC 1757) и частных расширений Bay Networks MIB. Будущие версии программ будут также поддерживать реализацию Multi-Layer Topology MIB. 

Хотя SNMP поддерживается для всех стандартных платформ на базе UNIX и Windows (таких, как HP OpenView), частные расширения MIB, реализованные в коммутаторах BayStack 350 доступны при использовании программ Optivity Enterprise или Optivity Campus. 



Табл. 2.2.1 Сравнение коммутаторов BayStack





BayStack 301

BayStack 350

Назначение

Настольный



Коммутатор сегментов



Наличие портов 10/100 с автомат. выбором ск.

1 
+ 1 в модуле расширения



16/12



Суммарная пропускная способность

420 000 пакетов/сек



1.2 Гбит/сек
1 600 000 пакетов/сек



Поддержка VLAN



нет

есть

Количество MAC-адресов



1023



8192



Фильтрация кадров



нет

по адресу получателя

    



                     

NETGEAR 10 Base-T Ethernet Hubs























Серия концентраторов NetGear EN10xTP 10BASE-T обеспечивает простое в использовании, основанное на общепринятых стандартах сетевое решение для небольших офисов, домашнего использования и рабочих групп. Сочетание низких цен с компактным исполнением и высокой надежностью делает эти концентраторы идеальным решением для многих сетей. 



Основные возможности :



- 4, 6 или 8 портов 10BASE-T 

- Порт расширения (uplink) 

- Пожизненная гарантия 

- Компактный и прочный металлический корпус 

     - Разъемы vista со встроенными светодиодными индикаторами



4, 6 или 8 портов 10BASE-T

Обеспечивают эффективный обмен информацией, разделение ресурсов и т.п. в одноранговых сетях и сетях с архитектурой клиент-сервер. Для соединения компьютеров используется кабель из скрученных пар (UTP).



Порт расширения

Позволяет каскадировать концентраторы с использованием обычного или специально перекрученного кабеля. Для смены режима работы порта служит специальная кнопка на правой части передней панели концентратора.





Пожизненная гарантия

Вышедший из строя концентратор будет бесплатно заменен или отремонтирован при условии его эксплуатации в соответствии со спецификациями производителя.

Компактный металлический корпус

Надежность и компактность корпуса концентраторов позволяет устанавливать их в любом месте, не боясь повреждения.

Разъемы vista со встроенными индикаторами

Обеспечивают эффективный мониторинг работы концентраторов и позволяют существенно упростить организацию и проверку сетевых соединений.

Порт расширения

Позволяет каскадировать концентраторы с использованием обычного или специально перекрученного кабеля. Для смены режима работы порта служит специальная кнопка на правой части передней панели концентратора.



Табл.2.2.2 Спецификации концентраторов NetGear



Спецификации

 

EN104TP

EN106TP

EN108TP

Число портов

4

6

8

Размеры
Ширина
Высота
Глубина 

 
94 мм (3.7")
28 мм (1.1")
101 мм (4.0") 

 
94 мм (3.7")
28 мм (1.1")
101 мм (4.0") 

 
158 мм (6.2")
28 мм (1.1")
101 мм (4.0") 

Масса

340 г

340 г

530 г

Источник питания

Трансформатор, 220/5 В, 0.8 А, 47-63 Гц

Трансформатор, 220/5 В, 0.8 А, 47-63 Гц

Трансформатор, 220/12 В, 1.2 А, 47-63 Гц

Потребляемая мощность

4.2 Вт

4.2 Вт

8.7 Вт

Соответствие стандартам

IEEE 802.3i 10BASE-T, 10BASE-2, 10BASE-5 10 Mbps Ethernet, поддержка Windows 95, Macintosh, Novell Netware, LANtastic

Индикаторы

Питание, коллизии - для устройства
соединение, прием - для каждого порта

Окружающая среда

Температура - 0-40°C, влажность - до 90%, без конденсации

Электромагнитное излучение

CE mark, commercial
FCC Part 15 Class A
EN 55 022 (CISPR 22), Class A
VCCI Class 1

Электромагнитная совместимость

CE mark, commercial

Соответствие нормам безопасности для источника питания

CE mark, commercial, список UL (UL 1950),
сертификат CSA (CSA 22.2 #950), T-mark,
лицензия TUV (EN 60 950)

Гарантия

Ограниченная пожизненная для концентратора
3 года для источника питания



Табл. 2.2.3 Сравнение концентраторов Ethernet 10 Bast-T различных фирм.

                  



NetGear EN108

3Com

8TPC

LinkSYS

Число портов 10BASE-T

8

8

8

Порт AUI

+

-

-

Порт BNC

+

+

+

Индикаторы на разъемах

+

+

+

Металлический корпус

+

-

-

Гарантия

пожизненная

пожизненная

5 лет

Бесплатная круглосуточная техническая поддержка

+

-

-

Цена (US$)

80$

150$

75$



Табл. 2.2.4 Основные преимущества концентраторов NETGEAR

Наилучшее соотношение цена/качество

NETGEAR предлагает самые дешевые концентраторы среди оборудования известных и малоизвестных фирм. Более того, концентраторы NETGEAR за меньшие деньги обеспечивают большие возможности



Простота установки и использования

Поддержка технологии Plug-and-play и эффективная светодиодная индикация позволяют легко смонтировать сеть и контролировать ее работу.



Высокое качество

Высокое качество концентраторов подтверждается пожизненной гарантией на все устройства. Дополнительной гарантией качества является репутация компании Bay Networks.



Широкий выбор моделей

NETGEAR предлагает широкий спектр концентраторов Ethernet с числом портов от 4 до 16, как с портами AUI/BNC, так и без них для установки на столе/стене или монтажа в специальном шкафу. Выпускаются концентраторы с внешними и внутренними источниками питания. Из столь широкого спектра моделей вы сможете выбрать концентратор, наиболее подходящий для ваших задач с учетом цены и возможностей.



Система управления сетями Optivity



Система управления Optivity компании BayNetworks выпускается в различных вариантах, отличающихся набором функциональных свойств и программно-аппаратными платформами. 

Версия OptivityEnterprise работает на RISC-компьютерах в средах SunNetManager, HPOpenViewNetworkNodeManager и IBMNetViewAIX/6000. Эта версия предназначена для больших корпоративных сетей с количеством узлов более 1000, обладает высокой степенью масштабируемости и наиболее полным набором функций. Состоит из следующих подсистем: 

OptivityLAN для управления локальными сетями, коммутаторами и концентраторами, 

OptivityInternetwork для управления сетями с применением маршрутизаторов, 

OptivityDesignandAnalysis поддерживает функции планирования и анализа сети, 

Кроме этих подсистем состав OptivityEnterprise может быть дополнен подсистемами ATMNetworkManagementApplication для управления сетями, построенными на основе ATM-коммутаторов. Эта подсистема располагается в среде SunNetManager вместе с другими компонентами Optivity и позволяет контролировать и управлять устройствами LattisCell и EtherCell, а также создавать виртуальные сети. 



Версия OptivityCampus работает на персональных компьютерах с процессором Intel в средах HPOpenViewforWindows и NovellNetWareManagementSystem. Эта версия предназначена для управления сетями средних размеров (от 150 до 1000), состоящих из концентраторов, коммутаторов и маршрутизаторов. 

Версия OptivityWorkgroup работает в среде MSWindows на персональных компьютерах с процессором Intel и предназначена для управления небольшими сетями (до 200 узлов), состоящими из концентраторов, коммутаторов и маршрутизаторов. 

В своей работе система Optivity опирается на функциональные возможности агентов SNMP, встроенных в коммуникационные устройства. 

Существует три версии агентов - Standard, Advanced и AdvancedAnalyzer. 

Агенты AdvancedAnalyzerреализуют наиболее развитую на сегодняшний день промышленную технологию встроенных агентов, включая полную поддержку всех групп стандарта RMON, а также средства SuperRMON. Средства SuperRMON расширяют возможности стандарта RMON на 1 уровень семиуровневой модели (для контроля портов) и на 3 уровень. 

Агенты Advancedподдерживают развитые свойства встроенного управления - пороги, защиту доступа, автотопологию, а также четыре группы переменных RMON. 

Агенты Standardобеспечивают только базовые средства управления и сбора статистики для концентраторов. 

Рассмотрим подробнее свойства версии среднего класса - OptivityforHPOpenView/Windows. 

Как и другие версии Optivity, данная версия предоставляет полный набор средств для управления транспортными функциями сети как единой, согласованной системой, а не набором несвязанных устройств. Система Optivity дает общую картину корпоративной сети за счет отражения и управления взаимосвязями между концентраторами, коммутаторами, маршрутизаторами, мостами и конечными станциями. 

Optivity легко интегрируется с платформой HPOpenView. В этой системе объединены средства управления маршрутизаторами и поддержка стандарта RMON, что позволяет пользователям собирать детализированную информацию об отказах, ошибках, производительности и диагностике в любом месте сети. Динамическое отображение состояния сети позволяет легко получать точную информацию по каждому порту. 

OptivityforOpenViewforWindows поддерживает всю линию продуктов BayNetworks: концентраторы System 800, System 2000, System 3000, Distributed 5000, System 5000, коммутаторы LattisSwitchSystem 28000 FastEthernet и маршрутизаторы AN, ANH, ASN, BLN и BCN.











Стеки протоколов взаимодействия в сети.



Взаимодействие компьютеров в сетях происходит в соответствии с определенными правилами обмена сообщениями и их форматами, то есть в соответствии с определенными протоколами. Иерархически организованная совокупность протоколов, решающих задачу взаимодействия узлов сети, называется стеком коммуникационных протоколов.



Существует достаточно много стеков протоколов, широко применяемых в сетях. Это и стеки, являющиеся международными и национальными стандартами, и фирменные стеки, получившие распространение благодаря распространенности оборудования той или иной фирмы.

Использование в сети того или иного стека коммуникационных протоколов во многом определяет лицо сети и ее характеристики. 

В небольших сетях может использоваться исключительно один стек, В крупных корпоративных сетях, объединяющих различные сети, параллельно используются, как правило, несколько стеков.



Стек ТСР/IР



Стек ТСР/IР, называемый также стеком DoD и стеком Internet, является одним из наиболее популярных и перспективных стеков коммуникационных протоколов. Если в настоящее время он распространен в основном в сетях с ОС UNIX, то реализация его в последних версиях сетевых операционных систем для персональных компьютеров (Windows NT, NetWare ) является хорошей предпосылкой для быстрого роста числа установок стека ТСР/IР.



Стек был разработан по инициативе Министерства обороны США (Department of Defence, DoD) более 20 лет назад для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сателлитными сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Сеть АRРА поддерживала разработчиков и исследователей в военных областях. В сети АRРА связь между двумя компьютерами осуществлялась с использованием протокола IP (Internet Protocol), который и по сей день является одним из основных в стеке ТСР/IР и фигурирует в названии стека.









Большой вклад в развитие стека ТСР/IP внес университет Беркли, реализовав протоколы стека в своей версии ОС UNIX. Широкое распространение ОС UNIX привело и к широкому распространению протокола IР и других протоколов стека. На этом же стеке работает всемирная информационная сеть Internet, чье подразделение Internet Engineering Task Force (IETF) вносит основной вклад в совершенствование стандартов стека, публикуемых в форме спецификаций RFC.



Так как стек ТСР/IР был разработан до появления модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI, то, хотя он также имеет многоуровневую структуру, соответствие уровней стека ТСР/IР уровням модели OSI достаточно условно.



Структура протоколов ТСР/IР приведена на рисунке 2.2.6 

Протоколы ТСР/IР делятся на 4 уровня.



Рис. 2.2.6 Структура протоколов ТСР/IР



7



WWW

Gopher

WAIS



SNMP



FTP



Telnet



SMTP



TFTP

I

6

















5





TCP





UDP

II

4









3



IP



ISMP



RIP



OSPF

III



2



Не регламентируется

Ethernet, Token Ring, FDDI, X.25, SPIP 

IV

1





Уровни OSI                                                                        Уровни TCP/IP









Самый нижний (уровень IV) - уровень межсетевых интерфейсов - соответствует физическому и канальному уровням модели OSI. Этот уровень в протоколах ТСР/IР не регламентируется, но поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровня: для локальных каналов это Ethernet,Token Ring, FDDI, для глобальных каналов - собственные протоколы работы на аналоговых коммутируемых и выделенных линиях SLIP/PPP, которые устанавливают соединения типа "точка - точка" через последовательные каналы глобальных сетей, и протоколы территориальных сетей Х.25 и ISDN. Разработана также специальная спецификация, определяющая использование технологии АТМ в качестве транспорта канального уровня.



Следующий уровень (уровень III) - это уровень межсетевого взаимодействия, который занимается передачей дейтаграмм с использованием различных, локальных сетей, территориальных сетей Х.25, линий специальной связи и т.п. В качестве основного протокола сетевого уровня (в терминах модели OSI) в стеке используется протокол IР, который изначально проектировался как протокол передачи пакетов в составных сетях, состоящих из большого количества локальных сетей, объединенных как локальными, так и глобальными связями. Поэтому протокол IР хорошо работает в сетях со сложной топологией, рационально используя наличие в них подсистем и экономно расходуя пропускную способность низкоскоростных линий связи. Протокол IР является дейтаграммным протоколом.



К уровню межсетевого взаимодействия относятся и все протоколы, связанные с составлением и модификацией таблиц маршрутизации, такие как протоколы сбора маршрутной информации RIP (Routing Internet Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First), а также протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP (Internet Control Message Protocol). Последний протокол предназначен для обмена информацией об ошибках между маршрутизатором и шлюзом, системой-источником и системой-приемником, то есть для организации обратной связи. С помощью специальных пакетов ICMP сообщается о невозможности доставки пакета, о превышении времени жизни или продолжительности сборки пакета из фрагментов, об аномальных величинах параметров, об изменении маршрута пересылки и типа обслуживания, о состоянии системы и т.п.



Следующий уровень (уровень II) называется основным. На этом уровне функционируют протокол управления передачей ТСР (Transmission Control Protocol) и протокол дейтаграмм пользователя UDP (User Datagram Protocol). Протокол ТСР обеспечивает устойчивое виртуальное соединение между удаленными прикладными процессами. Протокол UDP обеспечивает передачу прикладных пакетов дейтаграммным методом, то есть без установления виртуального соединения, и поэтому требует меньших накладных расходов, чем ТСР.



Верхний уровень (уровень I) называется прикладным. За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек ТСР/IР накопил большое количество протоколов и сервисов прикладного уровня. К ним относятся такие широко используемые протоколы, как протокол копирования файлов FТР, протокол эмуляции терминала Telnet, почтовый протокол SМТР, используемый в электронной почте сети Internet и ее российской ветви РЕЛКОМ, гипертекстовые сервисы доступа к удаленной информации, такие как WWW и многие другие.



Протокол SNMP (Simple Network Management Protocol) используется для организации сетевого управления. Проблема управления разделяется здесь на две задачи. Первая задача связана с передачей информации. Протоколы передачи управляющей информации определяют процедуру взаимодействия сервера с программой-клиентом, работающей на хосте администратора. Они определяют форматы сообщений, которыми обмениваются клиенты и серверы, а также форматы имен и адресов. Вторая задача связана с контролируемыми данными. Стандарты регламентируют, какие данные должны сохраняться и накапливаться в шлюзах, имена этих данных и синтаксис этих имен. В стандарте SNMP определена спецификация информационной базы данных управления сетью. Эта спецификация, известная как база данных MIB (Management Information Base), определяет те элементы данных, которые хост или шлюз должен сохранять, и допустимые операции над ними.



Протокол пересылки файлов FТР (File Transfer Protocol) реализует удаленный доступ к файлу. Для того, чтобы обеспечить надежную передачу, FТР использует в качестве транспорта протокол с установлением соединений – ТСР. Кроме пересылки файлов протокол, FТР предлагает и другие услуги. Так пользователю предоставляется возможность интерактивной работы с удаленной машиной, например, он может распечатать содержимое ее каталогов, FТР позволяет пользователю указывать тип и формат запоминаемых данных. Наконец, РТР выполняет аутентификацию пользователей. Прежде, чем получить доступ к файлу, в соответствии с протоколом пользователи должны сообщить свое имя и пароль.

В стеке ТСР/IР протокол FТР предлагает наиболее широкий набор услуг для работы с файлами, однако он является и самым сложным для программирования. Приложения, которым не требуются все возможности FТР, могут использовать другой, более экономичный протокол - простейший протокол пересылки файлов ТFТР (Trivial File Transfer Protocol). Этот протокол реализует только передачу файлов, причем в качестве транспорта используется более простой, чем ТСР, протокол без установления соединения- UDP.



Протокол Telnet обеспечивает передачу потока байтов между процессами, а также между процессом и терминалом. Наиболее часто этот протокол используется для эмуляции терминала удаленной ЭВМ.



Протоколы NetWare.



NetWare является операционной системой сети (network operating system - NOS) и связанной с ней средой обеспечения услуг, разработанной Novell Inc. и представленной на рынок в начале 1980 гг. В то время сети были небольшими и преимущественно гомогенными, связь рабочих групп с помощью локальных сетей была еще новым явлением, а идея о персональном компьютере еще только начала завоевывать популярность. 



В качестве среды NOS, NetWare определяет пять высших уровней эталонной модели OSI. Она обеспечивает совместное пользование файлами и принтером, поддержку различных прикладных задач, таких как передача электронной почты и доступ к базе данных, и другие услуги. Также как и другие NOS, такие как Network File System (NFS) компании Sun Microsystems Inc. и LAN Manager компании Microsoft Corporation, NetWare базируется на архитектуре клиент-сервер (slient-server architecture). В таких архитектурах клиенты (иногда называемые рабочими станциями) запрашивают у серверов определенные услуги, такие как доступ к файлам и принтеру. 







Основная характеристика системы клиент-сервер заключается в том, что доступ к отдаленной сети является прозрачным для пользователя. Это достигается с помощью удаленного вызова процедур (remote procedure calls) - такого процесса, когда программа местного компьютера, работающая на оборудовании клиента, отправляет вызов в удаленный сервер. Этот сервер выполняет указанную процедуру и возвращает запрошенную информацию клиенту местного компьютера. 



Рисунок иллюстрирует в упрощенном виде известные протоколы NetWare и их связь с эталонной моделью OSI. При наличии соответствующих драйверов, NetWare может работать с любым протоколом доступа к носителю. На рисунке 2.2.7 перечислены те протоколы доступа к носителю, которые в настоящее время обеспечиваются драйверами NetWare. 



Рис 2.2.7 Протоколы доступа к носителю









NetWare работает с Ethenet/IEEE 802.3, Token Ring/IEEE 802.5, Fiber Distributed Data Interface (FDDI) и ARCnet. NetWare также работает в синхронных каналах глобальных сетей, использующих Point-to-Point Protocol (PPP) (Протокол непосредственных соединений). 







Сетевой уровень 



Internet Packet Exchange (IPX) является оригинальным протоколом сетевого уровня Novell. Если устройство, с которым необходимо установить связь, находится в другой сети, IPX прокладывает маршрут для прохождения информации через любые промежуточные сети, которые могут находиться на пути к пункту назначения. 



Рис 2.2.8 Формат пакета IPX











Пакет IPX начинается с 16-битового поля контрольной суммы (checksum), которое устанавливается на единицы. 

16-битовое поле длины (length) определяет длину полной дейтаграммы IPX в байтах. Пакеты IPX могут быть любой длины, вплоть до размеров максимальной единицы передачи носителя (MTU). Фрагментация пакетов не применяется. 



За полем длины идет 8-битовое поле управления транспортировкой (transport control), которое обозначает число роутеров, через которые прошел пакет. Когда значение этого поля доходит до 15, пакет отвергается исходя из предположения, что могла иметь место маршрутная петля. 









8-битовое поле типа пакета (packet type) определяет протокол высшего уровня для приема информации пакета. Двумя общими значениями этого поля являются 5, которое определяет Sequenced Packet Exchange (SPX) (Упорядоченный обмен пакетами) и 17, которое определяет NetWare Core Protocol (NCP) (Основной протокол NetWare). 



Информация адреса пункта назначения (destination address) занимает следующие три поля. Эти поля определяют сеть, главную вычислительную машину и гнездо (процесс) пункта назначения. 

Следом идут три поля адреса источника (source address), определяющих сеть, главную вычислительную машину и гнездо источника. 

За полями пункта назначения и источника следует поле данных (data). Оно содержит информацию для процессов высших уровней.



Хотя IPX и является производной XNS, он имеет несколько уникальных характеристик. С точки зрения маршрутизации, наиболее важное различие заключается в механизмах формирования пакетов данных этих двух протоколов. Формирование пакета данных - это процесс упаковки информации протокола высшего уровня и данных в блок данных. Блоки данных являются логическими группами информации, очень похожими на слова телефонного разговора. XNS использует стандартное формирование блока данных Ethernet, в то время как пакеты IPX формируются в блоки данных Ethernet Version 2.0 или IEEE 802.3 без информации IEEE 802.2, которая обычно сопровождает эти блоки данных. 



Рис. 2.2.9 Формирование пакета данных









Для маршрутизации пакетов в объединенных сетях IPX использует протокол динамической маршрутизации, называемый Routing Information Protocol (RIP) (Протокол маршрутной информации). 



В дополнение к разнице в механизмах формирования пакетов, Novell также дополнительно включила в свое семейство протоколов IPX протокол, называемый Service Adverticement Protocol (SAP) (Протокол объявлений об услугах). SAP позволяет узлам, обеспечивающим услуги, объявлять о своих адресах и услугах, которые они обеспечивают. 



Novell также поддерживает "Блок адресуемой сети" LU 6.2 компании IBM (LU 6.2 network addressable unit - NAU). LU 6.2 обеспечивает связность по принципу равноправных систем через среду сообщений IBM. Используя возможности LU 6.2, которые имеются у NetWare, узлы NetWare могут обмениваться информацией через сеть IBM. Пакеты NetWare формируются в пределах пакетов LU 6.2 для передачи через сеть IBM.



Транспортный уровень



Sequenced Packet Exchange (SPX) (Упорядоченный обмен пакетами) является наиболее часто используемым протоколом транспортного уровня NetWare. Novell получила этот протокол в результате доработки Sequenced Packet Protocol (SPP) системы XNS. Как и протокол ТСР (Transmission Control Protocol) и многие другие протоколы транспортного уровня, SPX является надежным, с установлением соединения протоколом, который дополняет услуги дейтаграмм, обеспечиваемые протоколами Уровня 3. 



Novell также предлагает поддержку протокола Internet Protocol (IP) в виде формирования протоколом User Datagram Protocol(UDP)/IP других пакетов Novell, таких как пакеты SPX/IPX. Для транспортировки через объединенные сети, базирующиеся на IP, дейтаграммы IPX формируются внутри заголовков UDP/IP.



Протоколы высших уровней



NetWare поддерживает большое разнообразие протоколов высших уровней; некоторые из них несколько более популярны, чем другие. 







NetWare shell (командный процессор) работает в оборудовании клиентов (которое часто называется рабочими станциями среди специалистов по NetWare) и перехватывает обращения прикладных задач к устройству Ввод/Вывод, чтобы определить, требуют ли они доступ к сети для удовлетворения запроса. 

Если это так, то NetWare shell организует пакеты запросов и отправляет их в программное обеспечение низшего уровня для обработки и передачи по сети. Если это не так, то они просто передаются в ресурсы местного устройства Ввода/Вывода. 



Прикладные задачи клиента не осведомлены о каких-либо доступах к сети, необходимых для выполнения обращений прикладных задач. NetWare Remote Procedure Call (Netware RPC) (Вызов процедуры обращения к отдаленной сети) является еще одним более общим механизмом переадресации, поддерживаемым Novell. 



Netware Core Protocol (NCP) (Основной протокол NetWare) представляет собой ряд программ для сервера, предназначенных для удовлетворения запросов прикладных задач, приходящих, например, из NetWare shell. Услуги, предоставляемые NCP, включают доступ к файлам, доступ к принтеру, управление именами, учет использования ресурсов, защиту данных и синхронизацию файлов. 

NetWare также поддерживает спецификацию интерфейса сеансового уровня Network Basic I/O System (NetBIOS) компаний IBM и Microsoft. Программа эмуляции NetBIOS, обеспечиваемая NetWare, позволяет программам, написанным для промышленного, стандартного интерфейса NetBIOS, работать в пределах системы NetWare. 

Услуги прикладного уровня NetWare включают NetWare Message Handling Service (NetWare MHS) (Услуги по обработке сообщений), Btrieve, NetWare Loadable Modules (NLM) (Загружаемые модули NetWare) и различные характеристики связности IBM. NetWare MHS является системой доставки сообщений, которая обеспечивает транспортировку электронной почты. Btrieve представляет собой реализацию механизма доступа к базе данных двоичного дерева (btree) Novell. NLM реализуются как дополнительные модули, которые подключаются к системе NetWare. В настоящее время компания Novell и третьи участвующие стороны предоставляют NLM для чередующихся комплектов протоколов (alternate protocol stacks), услуги связи, услуги доступа к базе данных и много других услуг.

            









ГЛАВА 3.



3.1 Расчет полезной пропускной способности сети.



В настоящее время термин Ethernet используется для описания всех локальных сетей, использующих режим коллективного доступа к среде передачи данных с опознанием несущей и обнаружением коллизий. Этот метод используется в сетях, построенных по логической топологии с общей шиной. При такой топологии все компьютеры локальной сети имеют непосредственный доступ к физической среде передачи данных (общая шина), поэтому она может быть использована для обмена данными между двумя любыми узлами сети.



Одновременно (с учетом задержки распространения сигнала по физической среде) все компьютеры сети имеют возможность получать данные, которые любой из компьютеров начал передавать на общую шину. Кабель, к которому подключены все компьютеры, работает в режиме коллективного доступа. В конкретный момент времени передавать данные на общую шину может только один компьютер в сети. При этом все компьютеры сети обладают равными правами доступа к среде. Чтобы упорядочить доступ компьютеров к общей шине, используется метод коллективного доступа с опознанием несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD).



Метод состоит из двух частей:



 Первая часть - CSMA определяет, каким образом компьютер получает доступ к среде. Для того чтобы передать данные на общую шину, компьютер сначала слушает сеть, чтобы определить, не передаются ли в данный момент какие-либо данные. В стандарте Ethernet признаком свободной линии является «тишина», то есть отсутствие несущей. Если рабочая станция обнаруживает несущий сигнал, то для нее это является признаком занятости шины и передача данных откладывается, то есть станция переходит в режим ожидания.

В стандарте Fast Ethernet признаком свободного состояния среды является не отсутствие сигналов на шине, а передача по ней специального Idle-символа соответствующего избыточного кода. 







Когда в сети наступает молчание, станция начинает передачу. Все данные, передаваемые по сети, формируются в кадрах определенной структуры. Каждый кадр снабжается уникальным адресом станции назначения и станции отправителя. 

Кроме того, каждый кадр сопровождается 8-байтовой преамбулой - определенным сигналом, необходимым для синхронизации приемника и передатчика. Все станции, подключенные к общей шине, определяют факт передачи кадра, но только та станция, которая узнает свой адрес в заголовках кадра, записывает его содержимое в свой внутренний буфер, а затем посылает по кабелю кадр- ответ. Адрес станции- отправителя содержится в исходном кадре, поэтому станция-получатель знает, кому нужно послать ответ.



По окончании передачи кадра все узлы сети обязаны выдержать паузу, называемую межкадровым интервалом (Inter Packet Gap, IPG). Эта пауза необходима для обеспечения равных прав всем станциям на передачу данных, то естьто есть для предотвращения монопольного захвата одной станцией общей шины и для приведения сетевых адаптеров в исходное состояние. По окончании паузы станции сети определяют среду как свободную и могут начать передачу данных. Длительность  межкадрового интервала для 10-мегабитного Ethernet составляет 9,6 мкс, а для 100-мегабитного Fast Ethernet - в 10 раз меньше, то есть 0,96 мкс. Межкадровый интервал в точности равен времени, необходимому для передачи 12 байт или 96 бит. Если определить в качестве единицы измерения временного интервала время, необходимое для передачи одного бита — битовый интервал (bt), то межкадровый интервал равен 96 bt. Такой способ определения временных интервалов не зависит от скорости передачи данных и часто используется в стандарте Ethernet.



При описанном способе коллективного доступа к среде передачи данных возможна ситуация, когда несколько станций одновременно решат, что шина является свободной, и начнут передавать по ней свои данные. Такая ситуация называется коллизией (collision). При этом содержимое кадров сталкивается на общей шине и происходит искажение информации. В принципе, коллизия- это нормальная и неизбежная ситуация в сетях Ethernet. 













Коллизия возникает не только в том случае, когда две или больше станций начинают абсолютно одновременно передавать кадр на общую шину, что практически нереально, но и когда одна станция начинает передачу кадра, а до другой станции этот кадр еще не успел распространиться, и, решив, что шина свободна, другая станция также начинает передачу. 

Коллизия- это следствие распределенного характера сети. Чем больше диаметр сети, то есть расстояние между двумя наиболее удаленными друг от друга станциями, тем больше вероятность возникновения коллизии в такой сети. 



Вторая часть метода CSMA/CD – collision detect служит для разрешения конфликтных ситуаций, возникающих при коллизиях. Все узлы сети должны быть способны распознать возникающую коллизию. Четкое распознавание коллизий всеми станциями сети является необходимым условием корректной работы сети Ethernet. Если какая-либо передающая станция не распознает коллизию и решит, что кадр данных передан ею верно, то этот кадр данных будет утерян. 

Из-за наложения сигналов при коллизии информация кадра исказится и он будет отбракован принимающей станцией (возможно, из- за несовпадения контрольной суммы). 

Скорее всего, искаженная информация будет повторно передана каким- либо протоколом верхнего уровня, например транспортным или прикладным, работающим с установлением соединения. 

Но повторная передача сообщения протоколами верхних уровней произойдет через значительно более длительный интервал времени по сравнению с микросекундными интервалами, которыми оперирует протокол Ethernet. Поэтому если коллизии не будут надежно распознаваться узлами сети Ethernet, то это приведет к заметному снижению полезной пропускной способности данной сети.



Для того чтобы иметь возможность распознать коллизию, каждая станция прослушивает сеть во время и после передачи пакета. Обнаружение коллизии основано на сравнении посылаемого станцией сигнала и регистрируемого сигнала. Если регистрируемый сигнал отличается от передаваемого, то станция определяет эту ситуацию как коллизию. 







При обнаружении коллизии передающей станцией она прерывает процесс передачи кадра и посылает в сеть специальный 32-битный сигнал, называемый jam-последовательностью. Назначение этой последовательности -сообщить всем узлам сети о наличии коллизии.



После возникновения коллизии станция, ее обнаружившая, делает паузу, после которой предпринимает следующую попытку передать кадр. Пауза  после коллизии является случайной и выбирается по следующему правилу:

            где

t- интервал отсрочки равный 512bt, что при скорости 100 Мбит/с составит 5.12 мкс.

L- целое случайное число, выбранное из диапазона []

N- номер повторной попытки передачи данного кадра.



После первой попытки пауза может либо отсутствовать, либо составлять один или два интервала отсрочки. После второй попытки пауза может либо отсутствовать, либо быть равной одному, двум, трем или четырем интервалам отсрочки. После 10-й попытки интервал, из которого выбирается пауза, не увеличивается. Таким образом, после десятой попытки передачи кадра случайная пауза может принимать значения от 0 до 1024 512 bt = 524 288 bt. 

Для стандарта Fast Ethernet это соответствует временному диапазону от 0 до 5.24 мс.

Передатчик предпринимает всего 16 последовательных попыток передачи кадра. Если все попытки завершились неудачно, вызвав коллизию, то передатчик прекращает попытки передать данный кадр. Для надежного распознания коллизий необходимо, чтобы коллизия была обнаружена в процессе передачи кадра. В худшем варианте в конфликт могут вступить две наиболее удаленные друг от друга станции. 

Пусть первая станция, решив, что шина свободна, начинает передачу кадра. До самой удаленной от нее станции этот кадр дойдет не мгновенно, а через некоторый промежуток времени t. Если в этот момент времени удаленная станция, также решив, что шина свободна, начинает передачу своего кадра, то возникает коллизия. Искаженная информация дойдет до первой станции также через время t. Поэтому коллизия будет обнаружена первой станцией через время 2t после начала передачи ею кадра. К моменту обнаружения коллизии станция не должна закончить передачу кадра. 

Отсюда получается простое соотношение между временем, необходимым для передачи кадра минимальной длины и задержкой сигнала при распространении в сети:

     где

t- время распространения сигнала по сети Ethernet.



Удвоенное время распространения сигнала называют временем двойного оборота (Path Delay Value, PDV). Время двойного оборота в сети определяется максимальной длиной сети, а также устройствами (концентраторами, повторителями), вносящими задержку в распространение сигнала. Минимальное время, необходимое для передачи кадра Ethernet, зависит от скорости передачи и длины кадра. Все параметры протокола Ethernet подобраны таким образом, чтобы при нормальной работе узлов сети коллизии всегда четко распознавались. 

Так, для сетей Fast Ethernet, построенных на витой паре и концентраторе, максимальное расстояние между станцией и концентратором не должно превосходить 100м, а между любыми двумя станциями сети должно быть не более четырех концентраторов (правило четырех хабов). 

Из описания метода коллективного доступа к общей шине и механизма реагирования на коллизии видно, что вероятность того, что станция может получить в свое распоряжение общую шину для передачи данных, зависит от загруженности сети, то есть от того, насколько часто возникает потребность у станций в передаче кадров. При значительной загруженности сети возрастает вероятность возникновения коллизий, и полезная пропускная способность сети Ethernet падает из-за повторных попыток передачи одних и тех же кадров. Следует отметить, что метод доступа CSMA/CD вообще не гарантирует станции, что она когда-либо сможет получить доступ к среде. Конечно, при небольшом сетевом трафике вероятность такого поворота событий невелика, но если сетевой трафик приближается к максимальной пропускной способности сети, подобное становится очень вероятным. Для характеристики загруженности сети вводят понятие коэффициента загруженности (использования) сети. Коэффициент загруженности сети определяется как отношение трафика, передаваемого по сети, к ее максимальной пропускной способности. 

Для сетей Fast Ethenet максимальная пропускная способность равна 100Мбит/с (200 Мбит/с в полнодуплексном режиме), а трафик, передаваемый по сети, равен сумме интенсивностей трафиков, генерируемых каждым клиентом сети.



Говоря о максимальной пропускной способности сети, следует различать полезную и полную пропускную способность. Под полезной пропускной способностью понимается скорость передачи полезной информации, объем которой всегда несколько меньше полной передаваемой информации, так как каждый передаваемый кадр содержит служебную информацию, гарантирующую его правильную доставку адресату.

Отличие полезной пропускной способности от полной пропускной способности зависит от длины кадра. 



Так как доля служебной информации всегда одна и та же, то, чем меньше общий размер кадра, тем выше «накладные расходы». Служебная информация в кадрах Ethernet составляет 18 байт (без преамбулы), а размер поля данных кадра меняется от 46 до 1500 байт. 

Сам размер кадра меняется: 

от 46 + 18 = 64 байт до 1500 + 18 = 1518 байт.



Поэтому для кадра минимальной длины полезная информация составляет всего лишь 46/64 = 0,72 от общей передаваемой информации, а для кадра максимальной длины 1500/1518 = 0,99 от общей информации. 



Чтобы рассчитать полезную пропускную способность сети для кадров максимального и минимального размера, необходимо учесть различную частоту следования кадров. Естественно, что, чем меньше размер кадров, тем больше таких кадров будет проходить по сети за единицу времени, перенося с собой большее количество служебной информации.

   

Так, для передачи кадра минимального размера, который вместе с преамбулой имеет длину 72 байта, или 576 бит, потребуется время, равное 576 bt, а если учесть межкадровый интервал в 96 bt то получим, что период следования кадров составит 672 bt. 



При скорости передачи в 100 Мбит/с это соответствует времени 6,72 мкс. Тогда частота следования кадров, то есть количество кадров, проходящих по сети за 1 секунду, составит 1/6,72 мкс = 148 809 кадр/с.



При передаче кадра максимального размера, который вместе с преамбулой имеет длину 1526 байт или 12208 бит, период следования составляет 12 208 bt + 96 bt = 12 304 bt, а частота кадров при скорости передачи 100 Мбит/с составит 1/123,04 мкс = 8127 кадр/с. 



Зная частоту следования кадров и размер полезной информации, переносимой каждым кадром, нетрудно рассчитать полезную пропускную способность сети. 







Для кадра минимальной длины полезная пропускная способность равна 46 байт/кадр 148 809 кадр/с = 54,76 Мбит/с, что составляет лишь немногим больше половины от общей максимальной пропускной способности сети. 



Для кадра максимального размера полезная пропускная способность сети равна 1500 байт/кадр 8127 кадр/с = 97,52 Мбит/с.



Таким образом, в сети Fast Ethernet полезная пропускная способность может меняться в зависимости от размера передаваемых кадров от 54,76 до 97,52 Мбит/с, а частота следования кадров изменяется в диапазоне от 8127 до 148 809 кадр/с.



3.2 Расчет степени использования канала.



В условиях стремительного роста интенсивности информационного обмена в современных сетях часто возникает необходимость в применении научно обоснованных методов предсказания последствий изменений в сети, смены топологии сети и т.д.



Для проведения расчета степени использования канала необходимо определить, что, собственно, входит в состав этой системы и то, какие параметры подлежат оценке.



 - стационарная вероятность пребывания n требований в системе

 - интенсивность поступления требований (величина, обратная среднему интервалу времени между моментами поступления)

 - скорость обслуживания (величина, обратная среднему времени обслуживания)

 - среднее число требований в системе

 - среднее число требований, ожидающих в очереди

 - среднее время пребывания требований в системе

- среднее время, которое требование ожидает в очереди



Используя в нашем расчете минимальную (64 байта) и максимальную (1500 байт) длину кадра, также принимая для расчета скорости работы канала равные 10, 20, 30, 40, 100, 200, 300, 400 Мбит/с. и интенсивность поступления кадров от каждой персональной машины равной 30 кадрам в секунду определим:









Min длина кадра равна 64 байта=64*8=512 бит



Max длина кадра равна 1500 байт=1500*8=12000 бит



У нас имеется 2 виртуальных канала (VLAN 1 и VLAN 2).

К первому виртуальному каналу подключены 60 компьютеров.

Ко второму виртуальному каналу подключены 40 компьютеров.

Тогда интенсивность поступления кадров будет:



Для VLAN 1: 30 пак/сек.*60 комп.=1800 пак/сек.

Для VLAN 2: 30 пак/сек.*40 комп.=1200 пак/сек.



Суммарная интенсивность будет: 1800+1200=3000 пак/сек.

Переведем пакеты в биты и получим:



Для = 3000*512=1536000

Для = 3000*12000=36000000

Отсюда определим коэффициент использования :







Сведем полученные данные в таблицу:



 Мбит/с

 от 

		от

	

10

0,15



20

0,08



30

0,05



40

0,04



100

0,015

0,36

200

0,008

0,18

300



0,005

0,12

400

0,004

0,09





Стационарная вероятность пребывания требований в системе будет:







 Мбит/с

 от   

      

	от

	

10

0,75



20

0,88



30

0,95



40

0,94



100

0,975

0,64

200

0,988

0,72

300



0,995

0,78

400

0,994

0,91







Полученные данные представим на рисунке 3.2.1







ГЛАВА 4. Экология и безопасность жизнедеятельности.



4.1 Техника безопасности при работе с ЭВМ.



Работы, производящиеся при проектировании локально-вычеслительной сети, а также при последующей ее эксплуатации и обслуживании, можно квалифицировать как творческую работу с персональными электронными вычислительными машинами (ПЭВМ) и прочими терминальными устройствами. 

Изучение и решение проблем, связанных с обеспечением здоровых и безопасных условий, в которых протекает труд человека - одна из наиболее важных задач в разработке новых технологий и систем проектирования. Изучение и   выявление   возможных причин производственных несчастных случаев, профессиональных заболеваний, аварий, взрывов, пожаров, и разработка мероприятий и требований, направленных на устранение этих причин позволяют создать безопасные и благоприятные условия для труда человека.

Работа сотрудников непосредственно связана компьютером, а соответственно с дополнительным вредным воздействием целой группы факторов, что существенно снижает производительность их труда. К таким факторам можно отнести:



1) воздействие вредных излучений от монитора;

2) неправильная освещенность;              

3) не нормированный уровень шума;

4) нарушение микроклимата;

5) наличие напряжения;

          и другие факторы.























Требования к мониторам и ПЭВМ.



Визуальные эргономические параметры монитора являются параметрами безопасности, и их неправильный выбор приводит к ухудшению здоровья пользователей. Все мониторы должны иметь гигиенический сертификат, включающий в том числе оценку визуальных параметров.



Конструкция монитора, его дизайн и совокупность эргономических параметров должны обеспечивать надежное и комфортное считывание отображаемой информации в условиях эксплуатации.

Конструкция монитора должна обеспечивать возможность фронтального наблюдения экрана путем поворота корпуса в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси в пределах плюс-минус 30 градусов и в вертикальной плоскости вокруг горизонтальной оси в пределах плюс-минус 30 градусов с фиксацией в заданном положении. Дизайн монитора должен предусматривать окраску корпуса в спокойные мягкие тона с диффузным рассеиванием света. Корпус монитора и ПЭВМ, клавиатура и другие блоки и устройства ПЭВМ должны иметь матовую поверхность одного цвета с коэффициентом отражения 0,4 - 0,6 и не иметь блестящих деталей, способных создавать блики.



На лицевой стороне корпуса монитора не рекомендуется располагать органы управления, маркировку, какие-либо вспомогательные надписи и обозначения. При необходимости расположения органов управления на лицевой панели они должны закрываться крышкой или быть утоплены в корпусе.

Для обеспечения надежности считывания информации при соответствующей степени комфортности ее восприятия должны быть определены оптимальные и допустимые диапазоны визуальных эргономических параметров



При проектировании и разработке монитора сочетания визуальных эргономических параметров и их значения, соответствующие оптимальным и допустимым диапазонам, полученные в результате испытаний в специализированных лабораториях, аккредитованных в установленном порядке, и подтвержденные соответствующими протоколами, должны быть внесены в техническую документацию на монитор.











Конструкция монитора должна предусматривать наличие ручек регулировки яркости и контраста, обеспечивающих возможность регулировки этих параметров от минимальных до максимальных значений.



Так же, конструкция монитора и ПЭВМ должна обеспечивать мощность экспозиционной дозы рентгеновского излучения в любой точке на расстоянии 0,05 м от экрана и корпуса монитора при любых положениях регулировочных устройств, которая не должна превышать 7,7 х 10 А/кг, что соответсвует эквивалентной дозе, равной 0,1 мбэр/час (100 мкР/час). 



Электромагнитные излучения.



При работе на персональном компьютере наиболее тяжелая ситуация связана с полями излучений очень низких частот, которые способны вызывать биологические эффекты при воздействии на живые организмы. Обнаружено что поля с частотой порядка 60 Гц могут инициировать изменения в клетках животных (вплоть до нарушения синтеза ДНК). Поэтому для защиты от этого вида излучений используются следующие рекомендации:



применяются видеоадаптеры с высоким разрешением и частотой обновления экрана не ниже 70-72 Гц;

применяются мониторы соответствующие стандарту MPR II, а также ТСО-92. 



Соответствие стандарту MPR II по электромагнитным излучениям можно проверить, используя прибор Combinova или аналогичный. В соответствии со стандартом, следует проводить измерения в 16 точках на расстоянии 50 см от монитора и оценить испытываемые устройства по параметрам "максимум излучения крайне низкой частоты (КНЧ)" и "Максимум излучения очень низкой частоты (ОНЧ)". Чтобы монитор удовлетворял требованиям указанного стандарта, его КНЧ-замеры не должны превышать 200 нТ, а ОНЧ-замеры - 25 нТ. 



Вследствие воздействия электронного пучка на слой люминофора поверхность экрана приобретает электростатический заряд. Сильное электростатическое поле небезобидно для человеческого организма. На расстоянии 50 см влияние электростатического поля уменьшается до безопасного для человека уровня. Применение специальных защитных фильтров позволяет свести его к нулю. 

Но при работе монитора электризуется не только его экран, но и воздух в помещении. 



Причем приобретает он положительный заряд, а положительно наэлектризованные молекулы кислорода не воспринимается организмом как кислород и не только заставляют легкие работать впустую, но приносят в легкие микроскопические частицы пыли.

Для защиты служащих применяется:



внешний экран, с металлическим напылением, заземленный на общую шину:

экран монитора, имеющий антистатическую поверхность, что исключает притягивание пыли;

частое проветривание помещения. 



При эксплуатации монитор компьютера излучает мягкое рентгеновское излучение. Опасность этого вида излучения связана с его способностью проникать в тело человека на глубину 1-2 см и поражать поверхностный кожный покров. Для безопасной работы на микроЭВМ служащему необходимо находиться на расстоянии не менее 30 см от экрана дисплея. Реально в офисе служащие находятся на расстоянии более чем 30 см от экрана дисплея. Монитор стандарта MPR II оснащен внешним защитным поляризационным фильтром типа ErgoStar. При измерении радиоактивного фона на расстоянии 30 сантиметров от дисплея показания составили 15 мкР/ч. что не превышает допустимого уровня радиационного фона.



Освещенность.



Искусственное освещение в помещениях эксплуатации мониторов и ПЭВМ должно осуществляться системой общего равномерного освещения. В производственных и административно-общественных помещениях, в случаях преимущественной работы с документами, допускается применение комбинированного освещения.

Освещенность на поверхности стола в зоне размещения рабочего документа должна быть 300-500 лк. (минимальный размер объекта различения-толщина штриха буквы - 0.3 мм,отсюда разряд зрительной работы – работа высокой точности). Допускается установка светильников местного освещения для подсветки документов. Местное освещение не должно создавать бликов поверхности экрана и увеличивать освещенность экрана более 300 лк.









Следует ограничивать прямую блесткость от источников освещения, при этом яркость светящихся поверхностей (окна, светильники и др.), находящихся в поле зрения, доля быть не более 200 кд/кв.м.



Следует ограничивать отраженную блесткость на рабочих поверхностях (экран, стол, клавиатура и др.) за счет правильного выбора типов светильников и расположения рабочих мест по отношению к источникам естественного и искусственного освещения.



Следует ограничивать неравномерность распределения яркости в поле зрения пользователя монитора  и ПЭВМ, при  этом соотношение яркости между рабочими поверхностями не должно превышать 3:1-5:1, а между рабочими поверхностями и  поверхностями стен и оборудования - 10:1.

В качестве источников света при искусственном освещении должны применяться преимущественно люминисцентные лампы типа ЛБ. При устройстве отраженного освещения производственных и административно-общественных помещениях допускается применение металлогалогенных ламп мощностью до 250 Вт. Допускается применение ламп накаливания в светильниках местного освещения.

Общее освещение следует выполнять в виде сплошных или прерывистых линий светильников, расположенных сбоку от рабочих мест, параллельно линии зрения пользователя при рядном расположении мониторов и ПЭВМ. При периметральном расположении компьютеров линии светильников должны находиться ближе к переднему краю, обращенному к оператору.

Для обеспечения нормируемых значений освещенности в помещениях использования мониторов и ПЭВМ следует проводить чистку стекол оконных рам и светильников не реже двух раз в год и проводить своевременную замену перегоревших ламп.



Шум.



Источниками шума на предприятиях ИО являются сами вычислительные машины (встроенные в стойки ЭВМ вентиляторы, принтеры и т.д.), центральная система вентиляции и кондиционирования воздуха и другое оборудование.

В производственных помещениях, в которых работа на ВДТ и ПЭВМ является вспомогательной, уровни шума на рабочих местах не должны превышать значений, установленных для данных видов работ Санитарными нормами допустимых уровней шума на рабочих местах. 



При выполнении основной работы на ВДТ и ПЭВМ (диспетчерские, операторские, расчетные кабины и посты управления, залы вычислительной техники и др.) уровень шума на рабочем месте не должен превышать 50дБА. 



В помещениях, где работают инженерно-технические работники, осуществляющие лабораторный, аналитический или измерительный контроль, уровень шума не должен превышать 60 дБА. В помещениях операторов ЭВМ (без дисплеев) уровень шума не должен превышать 65 дБА. На рабочих местах в помещениях, где размещены шумные агрегаты вычислительных машин (АЦПУ, принтеры и т.п.), уровень шума согласно СанПиН 2.2.2.542-96 не должен превышать 75 дБА.



Шумящее оборудование, уровни шума которого превышают нормированные, должно находиться вне помещения с ВДТ и ПЭВМ. Шум в машинных залах снижают, ослабляя шумы самих источников и специальными архитектурно-строительными решениями. 

Дополнительными мероприятиями по шумогашению в машинных залах могут быть:



-устройство подвесного потолка, который служит звукопоглощающим экраном;

-использование звукопоглощающих материалов с максимальными коэффициентами звукопоглощения в области частот 63-8000 Гц для отделки помещений;

-уменьшения площади стеклянных ограждений и оконных проемов;

-установка особо шумящих устройств на упругие (войлочные и т.п.) прокладки;

-применение на рабочих местах звукогасящих экранов;

-использование однотонных занавесей из плотной ткани, подвешенных в складку на расстоянии 15-20 см от ограждения. 



Ширина занавеси должна быть в 2 раза больше ширины окна.



Микроклимат.



Микроклиматические параметры производственной среды - это сочетание температуры, относительной влажности и скорости воздуха.

Эти параметры в значительной степени влияют на функциональную деятельность человека, его самочувствие, здоровье, а также и на надежность работы вычислительной техники. 



Причем в производственных условиях характерно суммарное действие микроклиматических параметров. 



Большое влияние на микроклимат в помещениях предприятий ИО оказывают источники теплоты - это ПЭВМ, приборы освещения, обслуживающий персонал, а также солнечная радиация. 



Причем наибольшие суммарные тепловыделения среди помещений предприятий ИО имеют машинные залы, а в них основным тепловыделяющим оборудованием являются ЭВМ, которые дают в среднем до 80% суммарных тепловыделений. От приборов освещения тепловыделения составляют в среднем 12%, от обслуживающего персонала - 1%, от солнечной радиации - 6%. Приток теплоты через непрозрачные ограждающие конструкции - 1%.

На организм человека и работу оборудования на предприятии ИО большое влияние оказывает относительная влажность воздуха. При влажности воздуха  до 40% становится хрупкой основа магнитной ленты, повышается износ магнитных головок, выходит из строя изоляция проводов, возникает статическое электричество при движении носителей информации в ЭВМ.

 С целью создания нормальных условий для персонала предприятия ИО установлены нормы производственного микроклимата. 



В производственных помещениях, в которых работа на ВДТ и ПЭВМ является вспомогательной, температура, относительная влажность  и скорость движения воздуха на рабочих местах должны соответствовать действующим санитарным нормам микроклимата в производственных помещений. В производственных помещениях, в которых работа на ВДТ и ПЭВМ является основной (диспетчерские, операторские и др.), согласно СанПиН 2.2.2.542-96 должны обеспечиваться оптимальные параметры микроклимата.



Табл. 4.1 Оптимальные нормы микроклимата для помещений с ВДТ и ПЭВМ.

	Период года

	Категория работ

	Темпер. воздуха С не более

	Относит.влажность воздуха, %

	Скорость движения воздуха м/с

	Холодный

	

	Теплый

	Легкая - 1а

	Легкая - 1б

	Легкая - 1а

	Легкая - 1б

	22 -24

	21 - 23

	23 - 25

	22 - 24 

	40 - 60

	40 - 60

	40 - 60

	40 - 60

	0,1

	0,1

	0,1

	0,2

	





Примечание: 1а - работы, производимые сидя и не требующие 

физического напряжения (расход энергии составляет до 120 ккал/ч); 1б - работы, проводимые сидя, стоя или связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическим напряжением (расход энергии составляет от 120 до 150 ккал/ч).



Для поддержания соответствующих микроклиматических параметров на предприятиях ИО используются системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в помещениях.

Система отопления обеспечивает достаточное постоянное и равномерное нагревание воздуха в помещениях в холодный период года, а также пожаро-  и взрывобезопасность. 

При этом колебания температуры в течение суток не должны превышать 2-3С; в горизонтальном направлении - 2С на каждый метр длины, в вертикальном - 1С на каждый метр высоты помещения. Систему отопления рассчитывают на возмещение потерь тепла через ограждающие конструкции здания, на нагрев проникающего холодного воздуха в помещение и поступающих извне материалов и оборудования. 



Для обеспечения установленных норм микроклиматических параметров и чистоты воздуха в машинных залах и других помещениях предприятия ИО применяют вентиляцию. Проектирование системы вентиляции предполагает определение расхода воздуха для вентиляции машинного зала и охлаждения ПЭВМ, составление принципиальной схемы вентиляции машинного зала и аэродинамического расчета воздуховодов, выбор воздухозаборных и воздухораспределительных устройств. 



В помещениях предприятия ИО необходимо обеспечить приток свежего воздуха, количество которого определяется технико-экономическим расчетом и выбором системы вентиляции. Расчет следует проводить по теплоизбыткам от машин, людей, солнечной радиации и внешнего освещения. Минимальный расход воздуха определяется из расчета 50-60 м^3/ч на одного работающего.

 Условия по воздухообмену (за 1 час) следующие:



-двух-трехкратный - в машинном зале ЭВМ, в архивах, в службах ТО оборудования, в группах приема и выпуска;

-пятикратный - в помещениях размножения и оформления документов;

-полуторакратный - в остальных помещениях. 







Система кондиционирования воздуха предназначена для поддержания постоянной температуры, влажности и очистки воздуха от загрязнения в машинных залах и других помещениях предприятия ИО. При этом основной задачей установки кондиционирования воздуха является поддержание параметров воздушной среды в допустимых пределах, обеспечивающих надежную работу ЭВМ, длительное хранение носителей информации и комфортные условия для персонала. 

В настоящее время наибольшее распространение получили 2 типа систем охлаждения и кондиционирования воздуха на предприятиях ИО - раздельный и совмещенный, в которых используются автономные и неавтономные кондиционеры. 



Системы раздельного типа представляют собой устройства кондиционирования воздуха с двумя зонами регулирования, предназначенными соответственно для обеспечения технических средств охлажденным воздухом и машинного зала - свежим кондиционированным воздухом (целесообразно использовать на предприятиях ИО большой мощности). А в системе кондиционирования совмещенного типа воздух одновременно подается в машинный зал и для охлаждения вычислительной техники.



Напряжение.



Компьютер является электрическим устройством с напряжением питания 220/380 В трехфазной четырехпроводной сети с заземленной нейтралью. 



В мониторе используется напряжение в несколько десятков киловольт. Во избежание поражения электрическим током, возникновения пожара и повреждения компьютера следует соблюдать следующие меры безопасности: 

-  запрещается включать компьютер и периферию со снятой крышкой 

   -  запрещается эксплуатация компьютера с неисправным шнуром питания 

-  запрещается подключать к компьютеру периферийные устройства при включенном питании    

-  запрещается эксплуатация компьютера в помещении с высокой влажностью или сильно загрязненным воздухом 

-  при эксплуатации требуется принять меры, исключающие удары и падения компьютера 

-  не оставлять без присмотра работающий компьютер 

-  не допускается  попадание внутрь компьютера и периферии посторонних предметов, жидкостей и сыпучих веществ 

-  не допускаются перегибы, передавливания и натяжения питающих кабелей 

-  не допускается устанавливать компьютер вблизи источников тепла 

-  не допускается закрывание вентиляционных отверстий компьютера и периферии 



В данном дипломном проекте производится разработка вычеслительной сети, в состав которой входят ПЭВМ, соединение между которыми реализуется при помощи кабелей. 

В основном, работы по монтажу сети заключаются в сборке закупленных компонентов сети и их подключении к электросети.

Для обеспечения электробезопасности при монтаже, наладке и работе с сетью необходимо обратить особое внимание на создание защитных мер от попадания пользователей и обслуживающего персонала под напряжение, для предотвращения электротравматизма при работе с сетью.



На рабочем месте необходимо наличие зануления. 

Все электронные устройства необходимо занулить. 

Электропитание рабочего места должно быть подключено через рубильник, установленный в месте, удобном для быстрого отключения питания рабочего места, а также должны быть предприняты меры для обесточивания рабочего места в аварийных режимах (Обычно ставится автоматический выключатель с защитой от короткого замыкания).



4.2 Расчет Зануления.



Все работы связанные с наладкой и эксплуатацией сети ведутся в помещении, относящемуся к категории “ без повышенной опасности ” поражения электрическим током.



В сети с глухозаземленной нейтралью при однофазном замыкании на корпус необходимо обеспечить автоматическое отключение поврежденного электрооборудования. При кратковременном, аварийном режиме создается безопасность обслуживания и сохранность оборудования.

Однако, кратковременность может быть обеспечена только созданием определенной кратности тока короткого замыкания на корпус по отношению к номинальному току защитного аппарата.

Этого можно добиться только прокладкой специального провода достаточной проводимости- нулевого провода, к которому присоединяются корпуса электрооборудования.



В помещении, где производится монтаж сети, питание электроустановок осуществляется от подстанции с трансформатором P=600 кВт, удаленной от рабочего места на 300 м.

Питание к распределительному щитку проводится алюминиевым проводом сечением 25 мм, а роль нулевого провода выполняет стальная полоса сечением 50 мм.



При использовании зануления должны быть выполнены следующие условия:

                            Iкз => k*Iном

где - коэффициент кратности номинального тока  Iном (А) плавкой                                вставки предохранителя k=3.



Номинальный ток  Iном в помещении 40 А.

Значение Iкз зависит от фазного напряжения сети и сопротивления цепи, в том числе от полного сопротивления трансформатора Zт, фазного проводника Zф, внешнего индуктивного сопротивления петли “фаза-ноль” Xп, активного сопротивления заземлений нейтрали обмоток трансформатора Rо и повторного заземления нулевого защитного проводника Rп.



Так как Rо и Rп велики, по сравнению с другими сопротивлениями, то ими можно пренебречь.



Тогда выражение для Iкз будет:





 где  Zп=Zф+Zнз+Xп – комплексное, полное сопротивление петли “фаза-ноль”



Удельное сопротивление фазного провода:

p=0.028(Ом*мм2)/м           Sсеч=25 мм2   

        

отсюда сопротивление фазного провода:

Rф=(p*L)/S=0.028*300/25=0.336 Ом



Удельное сопротивление нулевого провода:

p=0.058(Ом*мм2)/м            Sсеч=50 мм2



отсюда сопротивление нулевого провода:

Rнз=(p*L)/S=0.058*300/50=0.348 Ом



Значения Xф и Xнз малы и ими можно пренебречь



где k=0,3894

      dср- расстояние между проводниками

      dф-  геометрический диаметр



Сопротивление электрической дуги берем равной:

rд=0.02 Ом         Xд=0



В соответствии с мощностью трансформатора

rт=0.0044 Ом     Xт=0,0127



Полное сопротивление петли “фаза-ноль”:

Zп==0,716 Ом



При использовании зануления  по требованиям ПУЭ:



Rнз/Rф=0,348/0,336 <2, следовательно ПУЭ выполняется.







При попадании фазы на зануленный корпус электроустановки должно произойти автоматическое отключение.



Iкз=>k*Iном                301,6  А =>3*40=120   А



Вывод: Защита обеспечена.







Глава 5. Технико-экономическое обоснование.



Целью настоящего дипломного Проекта является проектирование локально-вычислительной сети с использованием технологии Fast Ethernet. Оценка экономической эффективности разрабатываемого проекта производится путем выбора коммутации в локально-вычислительной сети.

В связи с этим в этой главе рассмотрим два варианта решения поставленной задачи с экономической точки зрения. В результате сделаем вывод о наиболее экономически выгодном способе коммутации.

В нашем случае есть два варианта коммутации в сети:



Использование коммутаторов Fast Ethernet Nortel Networks BayStack 350.

Использование коммутаторов Fast Ethernet 3Com 

SuperStack 3300XM. 



5.1 Метод анализа иерархий

       

МАИ является систематической процедурой для иерархического представления элементов, определяющих суть любой проблемы. 



Метод состоит в декомпозиции проблемы на все более простые составляющие части и дальнейшей обработке последовательности суждений лица, принимающего решение, по парным сравнениям. В результате может быть выражена относительная степень (интенсивность) взаимодействия элементов в иерархии. Эти суждения затем выражаются численно. 

МАИ включает процедуры синтеза множественных суждений, получения приоритетности критериев и нахождения альтернативных решений. Полученные таким образом значения являются оценками в шкале отношений и соответствуют так называемым жестким оценкам. Решение проблемы есть процесс поэтапного установления приоритетов. 



Решение задачи с помощью МАИ делится на несколько этапов:

Определение проблемы;

Построение иерархии (цель – критерии - альтернативы);

Построение множества матриц по парных сравнений. По парные сравнения проводятся в терминах доминирования одного элемента над другим;

Определение компонент нормализованного собственного вектора, или векторов приоритетов, которые характеризуют локальные приоритеты анализируемых элементов;

Определение согласованности суждений:                                 индекса согласованности, отношения согласованности;

Определение глобальных приоритетов сравниваемых альтернатив;

Анализ полученных результатов.



Выбор будет осуществляться по следующим критериям:

Стоимость; 

Пропускная способность;

Управляемость;

Надежность;

Простота обслуживания;

Производительность.

Декомпозиция задачи в иерархию представлена на рис.5.1.1.



Выбор коммутаторов Fast Ethernet







С

Т

О

И

М

О

С

Т

Ь







ПРОПУСКНАЯ   

СПОСОБНОСТЬ













УПРАВЛЯЕМОСТЬ



Н

А

Д

Е

Ж

Н

О

С

Т

Ь







ПРОСТОТА

ОБС

ЛУЖИВА

НИЯ



ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ





























Коммутатор 

3Com



Коммутатор            Nortel Networks







Рис.5.1.1. Декомпозиция задачи в иерархию.



Далее необходимо установить приоритеты критериев и оценить каждую из альтернатив по критериям, выявив самую важную из них. 





Составим матрицу для сравнения относительной важности критериев на втором уровне по отношению к общей цели на первом уровне. 

Матрицы должны быть построены для парных сравнений каждой альтернативы альтернативы на третьем уровне по отношению к критериям второго уровня. 

В данном случае потребуется шесть таких матриц: одна для второго уровня иерархии и шесть – для третьего уровня. 



Матрицы представлены в табл.5.1.1 и табл.5.1.2.





 Таблица 5.1.1.



Матрица сравнений относительной важности критериев

     

Общие требования

Стоим-ть

Пропуск-я спос-ть

Управляемость

Надежность

Простота обслуживания

Производ-ть

Стоимость













Пропуск-я спос-ть













Управляемость













Надежность













Простота обслуживания













Производ-ть









































Таблица 5.1.2.



	Матрица парных сравнений для уровня 3

	Стои-

	мость

Nortel 

3Com

	Управляемость

Nortel

	3Com

	Простота обс-я

Nortel

	3Com

Nortel

	

	

Nortel

	

	

Nortel

	

	

	3Com

	

	

	3Com

	

	

	3Com

	

	

	Пропуск-я спос-ть

Nortel 

	3Com

	Надеж-

	Ность

Nortel

	3Com

	Производ-ть

Nortel

	3Com

Nortel

	

	

Nortel

	

	

Nortel

	

	

	3Com

	

	

	3Com

	

	

	3Com

	

	



Для проведения субъективных парных сравнений мы воспользовались шкалой относительной важности. 

В каждую клетку матрицы ставится та или иная оценка (от 1 до 9) относительной важности. Сравнивается относительная важность левых элементов матрицы с элементами наверху. Поэтому если элемент слева важнее, чем элемент наверху, то в клетку заносится положительное целое число; в противном случае – обратное число (дробь). 

Относительная важность любого элемента, сравниваемого с самим собой, равна 1. Оценки приведены в таблице 5.1.3.



Таблица 5.1.3.



	Сравнение критериев по отношению к общей цели

	Общие требования

	Стоим-ть

	Пропуск-я спос-ть

	Управляе-

	мость

	Надеж-ть

	Простота обслуж-ия



	Производ-ть

	Стоимость

	1

	1/3

	1

	3

	3

	1/9

	Пропуск-я 

	спос-ть

	3

	1

	1/2

	1/5

	1/2

	1/7

	Управляе-

	мость

	1

	2

	1

	2

	5

	2

	Надежность

	1/3

	5

	1/2

	1

	3

	½

	Простота обслуживания

	1/3

	2

	1/5

	1/3

	1

	1/5

	Производ-ть

	9

	7

	1/2

	2

	5

	1

	

Теперь перейдем к парным сравнениям элементов на нижнем уровне. Данные представлены в таблице 5.1.4.



Таблица 5.1.4.



	Матрица парных сравнений для уровня 3

	Стои-

	мость

Nortel 

3Com

	Управляемость

Nortel

	3Com

	Простота обс-я

Nortel

	3Com

Nortel

	1

	1/2

Nortel

	1

	2

Nortel

	1

	2

	3Com

	2

	1

	3Com

	1/2

	1

	3Com

	1/2

	1

	Пропуск-я спос-ть

Nortel 

	3Com

	Надеж-

	Ность

Nortel

	3Com

	Производ-ть

Nortel

	3Com

Nortel

	1

	5

Nortel

	1

	3

Nortel

	1

	9

	3Com

	1/5

	1

	3Com

	1/3

	1

	3Com

	1/9

	1



Из группы матриц парных сравнений мы формируем набор локальных приоритетов, которые выражают относительное влияние множества элементов на элемент примыкающего сверху уровня. 



Находим относительную силу, величину, ценность, желательность или вероятность каждого отдельного объекта через «решение» матриц, каждая из которых обладает обратно симметричными свойствами. Для этого нужно вычислить множество собственных векторов для каждой матрицы, а затем нормализовать результат к единице, получая тем самым вектор приоритетов. 



 

Расчет векторов производится следующим образом. Если представить нашу матрицу в виде (см. табл.5.1.5.), где А1, А2 ….. Аn – множество из n – элементов и W1, W2 ….. Wn – соответственно их веса, или интенсивности, то компонента собственного вектора первой строки равна:





	последней:









После того как компоненты собственного вектора получены для всех строк n, нормализуем результат для получения оценки вектора приоритетов путем деления каждого числа на сумму всех чисел. Рассчитанные значения представлены в таблице. Затем определяем

индекс согласованности (ИС). ИС дает информацию о степени нарушения численной и порядковой согласованности, и может быть вычислен следующим образом:



Суммируется каждый столбец суждений, затем сумма первого столбца умножается на величину первой компоненты нормализованного вектора приоритетов, сумма второго столбца – на вторую компоненту и т.д.

Полученные числа суммируются. Таким образом получаем величину, обозначаемую .

Определяем индекс согласованности из соотношения      

     ИС=( - n)/(n - 1), где n – число сравниваемых элементов.

Определяется отношение согласованности (ОС) путем деления на число, соответствующее случайной согласованности матрицы того же порядка (для матрицы 6-го порядка случайная согласованность равна 1,24). Величина ОС должна быть порядка 10% или менее, чтобы быть приемлемой. В нашем случае отношение согласованности много меньше 10% и не выходит за рамки допустимых. Это означает, что матрица согласована, и суждений пересматривать не стоит. Результаты расчетов приведены в таблице 5.1.6.







Таблица 5.1.5.



Множество собственных векторов для каждой матрицы.

	

	А1

	А2

	……….

	An

	A1

	W1/W1

	W1/W2

	……….

	W1/Wn

	A2

	W2/W1

	W2/W2

	……….

	W2/Wn

	:

	:

	:

	:

	:

	:

	:

	:

	:

	:

	Аn

	Wn/W1

	Wn/W2

	……….

	Wn/Wn



Таблица 5.1.6.

	Индекс согласованности.

	Общие требования

	Стоимость

	Пропускная спос-ть

	Управляемость

	Надежность

	Простота обслуживания



	Производит-ть



	Вектор приоритетов

	Стоимость

	1

	1/3

	1

	3

	3

	1/9

	0.12

	Пропускная спос-ть

	3

	1

	1/2

	1/5

	1/2

	1/7

	0.08

	Управляемость

	1

	2

	1

	2

	5

	2

	0.35

	Надежность

	1/3

	5

	1/2

	1

	3

	1/2

	0.15

	Простота обслуживания

	1/3

	2

	1/5

	1/3

	1

	1/5

	0.07

	Производит-ть

	9

	7

	1/2

	2

	5

	1

	0.41



max=6,68 	ИС=0,136	ОС=0,11











Таблица 5.1.7. 

Индекс согласованности для парных сравнений.

	Стоимость

	Nortel

	3Com

Вектор приоритетов

	

	Управляемость

	Nortel

	3Com

Вектор

приоритетов

	

	Простота обс-я

	Nortel

	3Com

Вектор

	приоритетов

	Nortel

	1

	1/2

	0.33

	Nortel

	1

	2

	0.67

	Nortel

	1

	2

	0.67

	3Com

	2

	1

	0.67

	3Com

	1/2

	1

	0.33

	3Com

	1/2

	1

	0.33

	max=2,0   ИС = 0

	max=2,0   ИС = 0

	max=2,0   ИС = 0

	Пропускная спос-ть

	Nortel

	3Com

	

	Надеж-

	Ность

	Nortel

	3Com

	

	Производит-ность

	Nortel

	3Com



	

	Nortel

	1

	5

	0.84

	Nortel

	1

	3

	0.75

	Nortel

	1

	9

	0.9

	3Com

	1/5

	1

	0.16

	3Com

	1/3

	1

	0.25

	3Com

	1/9

	1

	0.1

max=2,0   ИС = 0

max=2,0   ИС = 0

max=2,0   ИС = 0







Следующим этапом является применение принципа синтеза. Для выявления составных, или глобальных, приоритетов домов в матрице локальные приоритеты располагаются по отношению к каждому критерию, каждый столбец векторов умножается на

приоритет соответствующего критерия и результат складывается вдоль каждой строки. Глобальные приоритеты представлены в таблице 5.1.8.



Таблица 5.1.8.

Глобальные приоритеты.



1

(0,12)

2

(0,08)

3

(0,35)

4

(0,15)

5

(0,07)

6

(0,41)

Глобальный приоритет

Nortel

0.33

0.84

0.67

0.75

0.67

0.9

0.8

3Com

0.67

0.16

0.33

0.25

0.33

0.1

0.2







Используя МАИ, мы увидели, что применение коммутаторов Fast Ethernet Nortel Networks BayStack 350 гораздо выгоднее, чем использование коммутаторов 3Com SuperStack 3300XM (по максимальному глобальному приоритету).



Для этого варианта произведем расчет основных экономических показателей:

капитальных затрат;

эксплуатационных расходов.



5.2 Расчет капитальных затрат и эксплуатационных расходов.



5.2.1 Определение капитальных затрат.



Составим смету на приобретение оборудования и произведем  расчет капитальных затрат на  это оборудование. Смета на приобретение оборудования приведена в таблице 5.2.1.



Таблица 5.2.1. 

Смета на приобретение оборудования.



Наименование

Оборудования

Количество,

шт

Стоимость,

руб.

Общая стоимость

руб.

Коммутатор

Fast Ethernet Nortel Networks BayStack 350



5

89850

449250

Концентратор Ethernet

NetGear EN 108

10

2400

24000

Сетевая карта Cnet Pro 200

20

840

16800

Разъем RJ-45

1000

3

3000

Кабель UTP Category 5 неэкранированный

3x305 м

1500 

4500



Общая стоимость оборудования                                                      497550          













Капитальные затраты включают в себя следующие составляющие:

стоимость оборудования;

стоимость монтажа (10% от стоимости оборудования );

транспортные и заготовительно-складские расходы (5% от стоимости оборудования);

затраты на тару и упаковку (0.5% от стоимости оборудования).



Стоимость монтажа:

     Kм=497550*0,1            Kм=49755 руб.          

Транспортные и заготовительно-складские расходы:

     Kт=497550*0,05           Kт=24877 руб.

Затраты на тару и упаковку:

     Kу=497550*0,005         Kу=2487 руб.



     K=Kлвс+Kм+Kт+Kу    K=574670 руб.



Таким образом, капитальные затраты на построение ЛВС составят 574670,25 рублей.



5.2.2 Расчет эксплуатационных расходов.



Определим величину годовых эксплуатационных расходов (Э).

Эксплуатационные расходы складываются из следующих статей:



затраты на оплату труда (З)

отчисления на социальные нужды (Ос.н.)

амортизация основных фондов (А);

материальные затраты (М);

затраты на электроэнергию (Ээл)

прочие производственные и административно - хозяйственные расходы (Эпр);



Сумма затрат на оплату труда определяются по формуле:





где  - величина оклада работника i-ой категории;

       - число работников i-ой категории;

- число месяцев в году;

1,2 – коэффициент, учитывающий премии.

В таблице 5.2.2. представлены должностные оклады, согласно штатному расписанию компании:





Таблица 5.2.2.

Должностные оклады





Должность

Численность персонала

Оклад (рубли)

Инженер технической эксплуатации

1

3000

Техник оператор

2

2500





Таким образом, затраты на оплату труда составят:

          З=(3000+2*2500)*12*1,2                    З=115200 руб.

Отчисления на социальные нужды составляют:

          Ос.н.=0,356*З                                      Ос.н.=41011 руб.

Расчет амортизационных отчислений производится по формуле:



         А=497550*25/100=123402 руб.

Материальные затраты составляют 0,5% от стоимости оборудования:

         М=497550*0,005=2487 руб.













Затраты на электроэнергию составляют 1% от общих эксплуатационных расходов

         Ээл=3269 руб.





Прочие расходы включают в себя:



а) обязательное страховое имущество на предприятии- 0,08% от стоимости оборудования:

         Эстр=497550*0,0008                            Эстр=398 руб.



б) расходы на ремонт оборудования в размере 2% от стоимости оборудования:

         Эрем=497550*0,02                               Эрем=9951 руб.



с) прочие административно-хозяйственные расходы в размере 20% от расходов по труду:

         О=(З+Ос.н.)*0,2                                     О=31240 руб.

                                     Эпр=Эстр+Эрем+О

                                     Эпр=41589 руб.



Общие эксплуатационные расходы за вычетом затрат на электроэнергию составят:

         Э1=З+Ос.н.+А+М+Эпр                         Э1=323691 руб.



Общие эксплуатационные расходы составят:

         Э=Э1+Ээл                Э1=0,99*Э           Э=Э1/0,99

         Э=326960 руб.

 

Полученные данные сведем в таблицу 5.2.3.







Таблица 5.2.3.

 Технико-экономические показатели.



Наименование показателя

Единица измерения

Стоимостная оценка

1. Капитальные затраты

рубль

574670

2. Годовые эксплуатационные расходы, в т.ч.:

а) Затраты на оплату труда (З);

б) Отчисления на социальные нужды (Ос.н.);

в) Амортизация основных 

фондов (А);

г) Материальные 

затраты (М);

д) Затраты на 

электроэнергию (Ээл);

е) прочие 

расходы (Эпр).

     рубль



рубль



рубль



рубль



рубль



рубль



рубль

    326960



115200



41011



123402



2487



3269



41589







Выводы:



На основе проведенного расчета с помощью метода анализа иерархий (МАИ) сделан вывод о том, что коммутаторы Fast Ethernet Nortel Networks BayStack 350 выгоднее применять в проектируемой локально-вычислительной сети, нежели коммутаторы Fast Ethernet 3Com SuperStack Switch 3300 (по значению глобальных приоритетов).

В результате проведенных расчетов по лучшему варианту были получены значения капитальных затрат (K=574670 руб.) и эксплуатационных расходов (Э=326960 руб.).

 





1