Проектирование локальной вычислительной сети

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время, практически на любом предприятии в той или иной степени требуется наличие локальной сети, которая поможет автоматизировать и упорядочить поток данных, существующий на любом предприятии. В условиях конкуренции, предприятие, имеющее у себя вычислительную сеть, несомненно, выигрывает, так как очень быстро сможет ответить на любой из вопросов, связанный с производственным процессом. Сегодня очень редко можно встретить предприятие, не использующее хотя бы простейшей односегментной сети, всё больше и больше появляется крупных сетей, с использованием сотен рабочих станций, десятков серверов. Некоторые крупные предприятия обзаводятся даже частными глобальными сетями, объединяющие их филиалы, удалённые на тысячи километров.

Компьютерная сеть представляет собой совокупность узлов (компьютеров, терминалов, периферийных устройств), имеющих возможность информационного взаимодействия друг с другом с помощью специального коммутационного оборудования и программного обеспечения. Компьютерной сетью могут являться как пара соединенных между собой компьютеров, стоящих на соседних столах, так и миллионы компьютеров, разбросанных по всему миру (часть из них может находиться на космических объектах).

По ширине охвата, сети делятся на несколько категорий:

Локальные вычислительные сети, ЛВС или LAN (Local-Area Network), позволяющие объединять компьютеры, расположенные на ограниченном пространстве. Для них, как, правило, прокладывается специализированная кабельная система, и положение возможных точек подключения абонентов ограничено этой кабельной системой.

Кампусные сети, CAN (Campus-Area Network), объединяющие ЛВС близко расположенных зданий и являющиеся уже более крупномасштабными образованиями.

Глобальные сети, GAN (Global-Area Network), опутывающие собой всю планету и соединяющие миллионы компьютеров, расположенных друг от друга на огромных расстояниях. Одной из таких сетей является всемирно известная и повсеместно используемая глобальная сеть Internet. При подключении к глобальной сети Internet, предприятие получает возможность быстро найти любую интересующую предприятие информацию, через Internet можно заключать сделки, заявить о деятельности предприятия на весь мир, искать потенциальных клиентов.

В компьютерных сетях применяются различные сетевые технологии, из которых в локальных сетях наиболее распространенные Ethernet , Token Ring, FDDI, 100VG - Any LAN , ARCnet.

Оборудование сетей подразделяется на активные - интерфейсные карты компьютеров, повторители, концентраторы, и т.п. и пассивные - кабели, соединительные разъемы, коммутационные панели и т.п.. Кроме того имеется вспомогательное оборудование - устройства бесперебойного питания, аксессуары - монтажные стойки, шкафы.

Так же оборудование компьютерных сетей подразделяют на конечные системы (устройства), являющиеся источниками и/или потребителями информации, и промежуточные системы, обеспечивающие прохождение информации по сети. К конечным системам ES (End System), относятся компьютеры, терминалы, сетевые принтеры, факс - машины, кассовые аппараты, считыватели штрих - кодов, средства голосовой и видеосвязи, и любые другие периферийные устройства, снабженные тем или иным сетевым интерфейсом. К промежуточным системам IS (Intermediate Systems), относятся концентраторы (мосты, коммутаторы, повторители), маршрутизаторы, модемы и прочие телекоммуникационные устройства, а также соединяющая их кабельная инфраструктура.

В настоящее время при разработке и проектирование сетей разработчику не приходится ломать голову над тем, какие устройства избрать для сети для обеспечения удобства ее обслуживания и эксплуатации. Так как существуют открытые системы, предоставляющие возможность построения сети из аппаратных средств различных производителей, придерживающихся одного и того же стандарта; возможность безболезненно заменять отдельные компоненты сети другими, более совершенными, что позволяет сети развиваться с минимальными затратами; возможность легкого сопряжения одной сети с другой.

В настоящее время можно с уверенностью говорить о том, что вычислительные сети сегодня, и тем более в будущем становятся неотъемлемой частью жизнедеятельности всего общества.

1. РАЗРАБОТКА И АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ ПРОЕКТИРУЕМОЙ СЕТИ

1.1 Характеристика организации и его структура

Администрация города Краснодара (далее администрация города) в соответствии с Уставом города наделена правом юридического лица. Администрация города осуществляет свою деятельность по решению вопросов местного значения в пределах полномочий, отнесенных к ее компетенции федеральными законами, законами Российской Федерации настоящим Уставом, решениями городской Думы. Структуру администрации города утверждает городская Дума по представлению главы города. В структуру администрации города могут входить территориальные, отраслевые (функциональные) органы администрации города.

Структура администрации города должна обеспечить решение вопросов местного значения в объеме, принятом Уставом города, исполнение принятых муниципальных бюджетных обязательств и переданных отдельных государственных полномочий. Органы администрации города могут создаваться департаментами, управлениями, комитетами, отделами, секторами. Органы администрации города могут наделяться правами юридического лица. Структуру органа администрации города, порядок его создания и деятельности, полномочия органа администрации города определяют положения, утверждаемые главой города.

Структура администрации города утверждена решением городской Думы от 24.01.2006 № 194 «Об утверждении структуры администрации города Краснодара».

В целях решения вопросов местного значения администрация города обладает полномочиями:

1. Обеспечивает исполнение местного бюджета, программ комплексного социально-экономического развития муниципального образования, а также организует сбор статистических показателей, характеризующих состояние экономики и социальной сферы муниципального образования, и предоставляет указанные данные органам государственной власти в порядке, установленном Правительством Российской Федерации;

2. Разрабатывает и представляет главе города проект местного бюджета и отчет о его исполнении, проекты программ комплексного социально-экономического развития муниципального образования и отчеты об их исполнении, проекты нормативно-правовых актов по вопросам местного самоуправления;

3. Создает муниципальные предприятия и учреждения, финансирует муниципальные учреждения, формирует и размещает муниципальный заказ;

4. Осуществляет управление имуществом, находящимся в муниципальной собственности, в том числе муниципальными предприятиями и учреждениями;

5. Устанавливает тарифы на услуги, предоставляемые муниципальными предприятиями и учреждениями, если иное не предусмотрено федеральными законами;

6. Осуществляет международные и внешнеэкономические связи в соответствии с федеральными законами

Рисунок 1.1 Структура администрации г. Краснодар

1.2 Анализ программно-технического обеспечения организации

В администрации города Краснодара насчитывается около 500 рабочих мест, оснащенных ПЭВМ и телефонными аппаратами. Все отделы оснащены станциями с различной производительностью, в зависимости от вида выполняемой сотрудником работы. Рабочие места руководителей отделов, заместителей главы, а так же их приемные оснащены ноутбуками или высокопроизводительными моноблоками.

Так же в зависимости от производительности ПЭВМ установленных на рабочих местах, на них установлены различные версии операционных систем: MS Windows 7 Corporate edition или MS Windows XP Professional.

На данный момент рабочие места оснащены обычными аналоговыми телефонными аппаратами или не имеют телефонной связи.

В качестве АТС в здании администрации в данный момент используется стек аналогово-цифровых станций NEC UNIVERGE SV8100. Количество оснащенных телефонами рабочих мест составляет примерно половину от их общего количества.

В связи с большим числом отделов и их разносторонней занятостью в сети используется большое количество специализированного программного обеспечения, часть которого требует постоянного соединения рабочих станций с серверами. В качестве базы данных нормативной документации используется программное обеспечение «Консультант Плюс», «Гарант».

Рабочие места подключаются к локальной сети посредством неуправляемых коммутаторов. Кабельная система не структурирована.

Доступ в Интернет осуществляется с помощью межсетевого экрана. Скорость внешнего канала составляет всего 5Мбит/с.

1.3 Анализ текущей структуры локальной вычислительной сети

В настоящий момент ЛВС организована по смешанной топологии. Часть коммутаторов соединены последовательно, часть образует иерархическую древовидную структуру (рисунок 1.2). Телефонная сеть сейчас никак не пресекается с ЛВС и представляет собой стек аналогово-цифровых станций и кросса в серверном помещении, а так же 5 этажных кроссов, от которых произведена разводка до конечных абонентов (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 - Схема текущей ЛВС

2. ТРЕБОВАНИЯ К ПОДСИСТЕМАМ ЛВС

2.1 Требования к СКС

СКС включает распределительные узлы этажей, вертикальную кабельную систему здания, горизонтальную кабельную систему, подсистему рабочего места.

Основные технические решения по модернизации СКС - состав и структура СКС, типы применяемых кабелей, оснащение распределительных узлов, рабочих мест, организацию кабельной канализации, запас на развитие СКС и т.д., принять в соответствии с Типовым проектом.

Все компоненты СКС должны быть от одного производителя и соответствовать категории 5е. На созданную СКС должна быть предоставлена гарантия производителя на срок не менее 20 лет с момента сдачи ее в эксплуатацию с предоставлением соответствующего сертификата от производителя.

В состав СКС должны быть включены коммутационные кабели длиной 2 м для подключения сетевых устройств на рабочих местах (по числу рабочих мест) и коммутационные кабели для подключения активного сетевого оборудования в распределительных узлах - по числу портов устанавливаемого активного сетевого оборудования. Количество коммутационных кабелей для распределительных узлов длиной 1м, 2м и 3м принять в соответствии с рекомендациями Типового проекта.

2.2 Требования к активному сетевому оборудованию ЛВС

Число портов активного сетевого оборудования должно обеспечить функционирование 100% рабочих мест ЛВС и иметь дополнительный запас по портам 25%.

В составе поставки сетевого оборудования должны входить все необходимые сервисы производителя для обеспечения гарантии не менее 1 года на ремонт и замену неисправного оборудования, техническую поддержку производителя, обновление программного обеспечения.

2.3 Требования к ИБП

В каждый коммутационный шкаф в распределительных узлах, в котором размещается активное сетевое оборудование, должен устанавливаться источник бесперебойного электропитания (ИБП).

ИБП должен быть укомплектован набором аккумуляторных батарей, рассчитанным на поддержку бесперебойной работы активного сетевого оборудования, размещаемого в шкафу, не менее 30 минут при полном пропадании напряжения в питающей сети, а также при выходе параметров напряжения и/или частоты в электросети за допустимые пределы.

Модели и мощность ИБП выбирается в соответствии с решениями, принятыми в типовом проекте в соответствии с расчетным электропотреблением сетевого оборудования, устанавливаемого в шкаф, и запасом по мощности ИБП не менее 20%.

Конструкция ИБП должна предусматривать его установку в стандартный 19-дюймовый шкаф и иметь возможность самостоятельной замены батарей в случае их выхода из строя.

3. СОСТАВ И ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТ

3.1 Проектные работы

На первом этапе должно быть проведено техническое обследование здания администрации. По итогам обследования подрядчик обязан выполнить адаптацию Типового проекта к объекту и представить на согласование схемы размещения распределительных узлов, рабочих мест и кабельных трасс, а также структурные схемы размещения активного сетевого оборудования в центрах коммутации.

Схемы, подготовленные в соответствии с п.4.1.1, а также спецификации материалов СКС, активного сетевого оборудования, источников бесперебойного электропитания должны быть согласованны с заказчиком до начала производства работ. Проектные решения должны соответствовать техническим решениям Типового проекта.

Состав проектной документации должен включать: пояснительную записку, функциональные схемы ЛВС, схемы размещения рабочих мест, оборудования, кабельных трасс, схемы размещения оборудования в шкафах, кабельные журналы, спецификации оборудования и материалов, сметный расчет, организационный план модернизации ЛВС, программу и методику проведения испытаний.

Проект должен быть выполнен в соответствии с действующими нормативными документами и требованиями включая, но не ограничиваясь, перечнем нормативных документов п.1.3.

Проектно-сметную документацию выдать оформленной в установленном порядке, согласно требованиям ГОСТ в печатном виде в двух экземплярах и в электронном виде в формате PDF на CD-диске.

Проектно-сметная документация должна быть согласована со службами заказчика и передана по акту или накладной, подписываемой сторонами, в объеме, соответствующем п.4.1.3.

3.2 Строительно-монтажные работы

К строительно-монтажным работам подрядчик приступает только после согласования предварительных технических решений согласно п.4.1.2.

Работы производятся в рабочее время, а для помещений с особым режимом доступа - по согласованному с заказчиком графику.

Работы ведутся в соответствии с требованиями СНиП, требованиями пожарной безопасности, промышленной безопасности и охраны труда.

Сотрудники подрядчика, непосредственно выполняющие строительно-монтажные работы, обязаны иметь удостоверения по электробезопасности не ниже 2 группы допуска, должны быть обеспечены исправными инструментами и приспособлениями, спецодеждой и рабочей обувью, средствами индивидуальной защиты.

К работе на высоте допускаются только специалисты, имеющие соответствующий допуск.

3.3 Пусконаладочные работы

По завершении полного комплекса строительно-монтажных работ должна быть проведена пусконаладка ЛВС с проведением 100% тестирования кабельных систем, проверкой и настройкой оборудования.

Пусконаладка оборудования должна обеспечить коммутацию оборудования и первичную настройку коммутатора 3 уровня.

Должна быть проведена пусконаладка ИБП в соответствии с рекомендациями производителя, а также проверка его работоспособности в различных режимах эксплуатации, включая имитацию пропадания напряжения в сети и перехода ИБП на питание от батарей и обратно, с замером реального времени поддержки работы оборудования от батарей.

3.4 ПОРЯДОК КОНТРОЛЯ И ПРИЕМКИ СИСТЕМЫ

По завершении монтажных работ подрядчик обязан провести 100% тестирование кабельной системы СКС на соответствие ее характеристик требованиям стандартов в соответствии с п.3.1.3 настоящего ТЗ с предоставлением распечатки протокола тестирования.

Сдача ЛВС рабочей комиссии заказчика производится в соответствии с Программой и методикой испытаний системы, разрабатываемой подрядчиком и утверждаемой заказчиком. Программа и методика испытаний должна предусматривать проверку комплекта исполнительной и эксплуатационной документации, визуальный осмотр всех основных компонент системы, демонстрацию работоспособности ЛВС с выборочным подключением рабочих станций к сети.

3.5 ТРЕБОВАНИЯ К СОСТАВУ ИСПОЛНИТЕЛЬНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ

Исполнительные схемы расположения кабельных трасс, рабочих мест - подробные планы с указанием кабельных трасс, расположения розеток, нумерацию телекоммуникационных портов, а так же схему размещения оборудования в телекоммуникационных шкафах.

Кабельный журнал, содержащий сведения о номерах кабелей, направление их прокладки (откуда идет и куда поступает), наименование или обозначение оборудования, а также места подключения (кроссировки, терминирования) жил кабеля, обозначение гребенок, плинтов и т.п., марку кабеля, количество кусков кабеля и расчетную длину.

Протокол тестирования СКС в распечатанном виде.

Сертификаты соответствия и эксплуатационную документацию (инструкции и руководства), а также программное обеспечение, входящие в комплект поставки сетевого оборудования и ИБП.

Гарантийные талоны на оборудование и сертификат производителя СКС на предоставление гарантии не менее 20 лет.

Исполнительная документация должна быть надлежащим образом скомплектована. К исполнительной документации должна быть приложена опись с указанием перечня передаваемой документации.

Передача исполнительной документации должна сопровождаться актом приема-передачи, подписываемым подрядчиком и заказчиком.

4. Выбор структуры сети

4.1 Выбор технологии сети

4.1.1 Технология Ethernet

Ethernet - это самый распространенный на сегодняшний день стандарт локальных сетей. Общее количество сетей, работающих по протоколу Ethernet в настоящее время, оценивается в 5 миллионов, а количество компьютеров с установленными сетевыми адаптерами Ethernet - в 50 миллионов.

Когда говорят Ethernet, то под этим обычно понимают любой из вариантов этой технологии. В более узком смысле Ethernet - это сетевой стандарт, основанный на экспериментальной сети Ethernet Network, которую фирма Xerox разработала и реализовала в 1975 году. Метод доступа был опробован еще раньше: во второй половине 60-х годов в радиосети Гавайского университета использовались различные варианты случайного доступа к общей радиосреде, получившие общее название Aloha. В 1980 году фирмы DEC, Intel и Xerox совместно разработали и опубликовали стандарт Ethernet версии II для сети, построенной на основе коаксиального кабеля, который стал последней версией фирменного стандарта Ethernet. Поэтому фирменную версию стандарта Ethernet называют стандартом Ethernet DIX или Ethernet II.

На основе стандарта Ethernet DIX был разработан стандарт IEEE 802.3, который во многом совпадает со своим предшественником, но некоторые различия все же имеются. В то время как в стандарте IEEE 802.3 различаются уровни MAC и LLC, в оригинальном Ethernet оба эти уровня объединены в единый канальный уровень, В Ethernet DIX определяется протокол тестирования конфигурации (Ethernet Configuration Test Protocol), который отсутствует в IEEE 802.3. Несколько отличается и формат кадра, хотя минимальные и максимальные размеры кадров в этих стандартах совпадают. Часто для того, чтобы отличить Ethernet, определенный стандартом IEEE, и фирменный Ethernet DIX, первый называют технологией 802.3, а за фирменным оставляют название Ethernet без дополнительных обозначений.

В зависимости от типа физической среды стандарт IEEE 802.3 имеет различные модификации - l0Base-5, l0Base-2, l0Base-T, l0Base-FL, l0Base-FB.

В 1995 году был принят стандарт Fast Ethernet, который во многом не является самостоятельным стандартом, о чем говорит и тот факт, что его описание просто является дополнительным разделом к основному стандарту 802,3 - разделом 802.3ч. Аналогично, принятый в 1998 году стандарт Gigabit Ethernet описан в разделе 802.3z основного документа.

Для передачи двоичной информации по кабелю для всех вариантов физического уровня технологии Ethernet, обеспечивающих пропускную способность 10 Мбит/с, используется манчестерский код.

Все виды стандартов Ethernet (в том числе Fast Ethernet и Gigabit Ethernet) используют один и тот же метод разделения среды передачи данных - метод CSMA/CD.

Физические спецификации технологии Ethernet на сегодняшний день включают следующие среды передачи данных.

1) l0Base-5 - коаксиальный кабель диаметром 0,5 дюйма, называемый «толстым» коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента - 500 метров (без повторителей).

2) l0Base-2 - коаксиальный кабель диаметром 0,25 дюйма, называемый «тонким» коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом. Максимальная длина сегмента - 185 метров (без повторителей).

3) l0Base-T - кабель на основе неэкранированной витой пары (Unshielded Twisted Pair, UTP). Образует звездообразную топологию на основе концентратора. Расстояние между концентратором и конечным узлом - не более 100 м.

4) l0Base-F - волоконно-оптический кабель. Топология аналогична топологии стандарта l0Base-T. Имеется несколько вариантов этой спецификации - FOIRL (расстояние до 1000 м), l0Base-FL (расстояние до 2000 м), l0Base-FB (расстояние до 2000 м).

Число 10 в указанных выше названиях обозначает битовую скорость передачи данных этих стандартов - 10 Мбит/с, а слово Base - метод передачи на одной базовой частоте 10 МГц (в отличие от методов, использующих несколько несущих частот, которые называются Broadband - широкополосными). Последний символ в названии стандарта физического уровня обозначает тип кабеля.

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

1) увеличение пропускной способности сегментов сети до 100 Мб/c;

2) сохранение метода случайного доступа Ethernet;

3) сохранение звездообразной топологии сетей и поддержка традиционных сред передачи данных - витой пары и оптоволоконного кабеля.

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. Официальный стандарт 100Base-T (802.3u) установил три различных спецификации для физического уровня (в терминах семиуровневой модели OSI) для поддержки следующих типов кабельных систем:

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

2) 100Base-T4 для четырехпарного кабеля на неэкранированной витой паре UTP Category 3, 4 или 5;

3) 100Base-FX для многомодового оптоволоконного кабеля.

Технология Gigabit Ethernet представляет собой дальнейшее развитие стандартов 802.3 для сетей Ethernet с пропускной способностью 10 и 100 Мбит/с. Основная цель Gigabit Ethernet состоит в значительном повышении скорости передачи данных с сохранением совместимости с уже установленными сетями на базе Ethernet. Необходимо обеспечить возможность пересылки данных между сегментами, работающими на разных скоростях, что, помимо всего прочего, позволило бы упростить архитектуру существующих мостов и коммутаторов, применяющихся в больших промышленных сетях. Разработка технологии Gigabit Ethernet началась в ноябре 1995 года, когдабыла сформирована рабочая группа ( IEEE 802.3z ), рассматривающая возможность развития Fast Ethernet до гигабитных скоростей. После утверждения полномочий этой группы работа над стандартом стала продвигаться быстрыми темпами. При разработке этой технологии были поставлены следующие задачи :

1) Достичь скорости передачи 1 Гбит/с.

2) Использовать формат кадра Ethernet 802.3.

3) Соответствовать функциональным требованиям стандарта 802.

4) Предусмотреть простое взаимодействие между сетями со скоростями 10, 100 и 1000 Мбит/с.

5) Сохранить неизменными минимальный и максимальный размер кадра согласно существующему стандарту.

6) Предоставить поддержку полу- и полнодуплексного режима работы.

7) Поддерживать топологию "звезда".

8) Использовать метод доступа CSMA/CD с поддержкой по крайней мере одного повторителя в домене коллизий (под доменом коллизий понимается область, в пределах которой кадры от различных станций могут конфликтовать друг с другом).

9) Поддерживать спецификации ANSI Fibre Channel FC-1 и FC-0 ( оптоволоконный кабель ) и, если возможно, медный кабель.

10) Предоставить семейство спецификаций физического уровня, которые поддерживалибы канал длиною не менее :

a. 500 метров на многомодовом оптоволоконном кабеле;

b. 25 метров на медном проводе;

c. 3000 метров на одномодовом оптоволоконном кабеле.

11) Определить методы контроля потока.

12) Стандартизировать независимый от среды интерфейс GMII ( Gigabit Ethernet Media Independent Interface ).

В основном, продукты, поддерживающие технологию Gigabit Ethernet, планируется внедрять в центре корпоративной сети. Наиболее быстрый и простой путь получения отдачи от Gigabit Ethernet состоит в замене традиционных коммутаторов Fast Ethernet на концентраторы или коммутаторы Gigabit Ethernet. Это приводит к тому, что в сети появляется некая иерархия скоростей. Персональные компьютеры могут подключаться со скоростью 10 Мбит/с к коммутаторам рабочих групп, которые затем связываются с коммутаторами Fast Ethernet, имеющими порты для связи со скоростью 1 Гбит/с.

Очевидно, что с ростом требований приложений загрузка каналов связи корпоративных серверов также возрастает. Для повышения производительности можно подключать серверы к коммутатору по каналу связи со скоростью 1 Гбит/с. Однако следует убедиться, что сервер способен поддержать такую скорость обмена информацией.

1) 1000Base-T - неэкранированная витая пара UTP категории 5Е;

2) 1000Base-CX - неэкранированная витая пара UTP категории 6;

3) 1000Base-SX - волоконно-оптические кабели для внутренней работы;

4) 1000Base-LX - волоконно-оптические для внешней работы.

4.1.2 Технология Token Ring

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

Технология Token Ring был разработана компанией IBM в 1984 году, а затем передана в качестве проекта стандарта в комитет IEEE 802, который на ее основе принял в 1985 году стандарт 802.5. Компания IBM использует технологию Token Ring в качестве своей основной сетевой технологии для построения локальных сетей на основе компьютеров различных классов - мэйнфреймов, мини-компьютеров и персональных компьютеров. В настоящее время именно компания IBM является основным законодателем моды технологии Token Ring, производя около 60 % сетевых адаптеров этой технологии.

Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями - 4 и 16 Мбит/с. Смешение станций, работающих на различных скоростях, в одном кольце не допускается. Сети Token Ring, работающие со скоростью 16 Мбит/с, имеют некоторые усовершенствования в алгоритме доступа по сравнению со стандартом 4 Мбит/с. Технология Token Ring является более сложной технологией, чем Ethernet. Она обладает свойствами отказоустойчивости. В сети Token Ring определены процедуры контроля работы сети, которые используют обратную связь кольцеобразной структуры - посланный кадр всегда возвращается в станцию - отправитель. В некоторых случаях обнаруженные ошибки в работе сети устраняются автоматически, например может быть восстановлен потерянный маркер. В других случаях ошибки только фиксируются, а их устранение выполняется вручную обслуживающим персоналом.

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

4.1.3 Технология FDDI

Технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface)- оптоволоконный интерфейс распределенных данных - это первая технология локальных сетей, в которой средой передачи данных является волоконно-оптический кабель. Работы по созданию технологий и устройств для использования волоконно-оптических каналов в локальных сетях начались в 80-е годы, вскоре после начала промышленной эксплуатации подобных каналов в территориальных сетях. Проблемная группа ХЗТ9.5 института ANSI разработала в период с 1986 по 1988 гг. начальные версии стандарта FDDI, который обеспечивает передачу кадров со скоростью 100 Мбит/с по двойному волоконно-оптическому кольцу длиной до 100 км.

Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring, развивая и совершенствуя ее основные идеи. Разработчики технологии FDDI ставили перед собой в качестве наиболее приоритетных следующие цели:

1) повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мбит/с;

2) повысить отказоустойчивость сети за счет стандартных процедур восстановления ее после отказов различного рода - повреждения кабеля, некорректной работы узла, концентратора, возникновения высокого уровня помех на линии и т. п.;

3) максимально эффективно использовать потенциальную пропускную способность сети как для асинхронного, так и для синхронного (чувствительного к задержкам) трафиков.

Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Наличие двух колец - это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI, и узлы, которые хотят воспользоваться этим повышенным потенциалом надежности, должны быть подключены к обоим кольцам.

В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля только первичного (Primary) кольца, этот режим назван режимом Thru - «сквозным» или «транзитным». Вторичное кольцо (Secondary) в этом режиме не используется.

В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется со вторичным (рисунок 3.1), вновь образуя единое кольцо. Этот режим работы сети называется WRAP, то есть «свертывание» или «сворачивание» колец. Операция свертывания производится средствами концентраторов и/или сетевых адаптеров FDDI. Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются в одном направлении (на диаграммах это направление изображается против часовой стрелки), а по вторичному - в обратном (изображается по часовой стрелке). Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями.

Рисунок 4.1. Реконфигурация колец FDDI при отказе

4.2 Выбор сетевой технологии

Выбор сетевой технологии необходимо производить с учетом требований к современным системам, функциональным возможностям, стоимости их реализации и распространенности. Проектируемая локальная вычислительная сеть будет реализована на основе технологии Fast Ethernet 100Base-TX с применением кабельной системы на основе неэкранированной витой пары UTP категории 5e.

Данная скорость передачи наиболее рациональна в ЛВС администрации город Краснодар. Пропускная способность выше 100 Мбит/с не будет оправдана и использована в полном объеме. Технология 10Base-T также неприемлима ввиду роста числа и функциональности коммуникаций. Стандарт Ethernet в целом наиболее пригоден для использования в данной локальной сети ввиду его повсеместного распространения, легкости в обслуживании и соответственно стоимости материалов, оборудования и самого обслуживания.

4.2.1 Выбор топологии сети

Топологии локальных сетей можно описывать как с физической, так и с логической точки зрения. Физическая топология описывает геометрическое упорядочение компонентов локальной сети. Топологию нельзя рассматривать как обычную схему сети. Это теоретическая конструкция, которая графически передает форму и структуру локальной сети.

Логическая топология описывает возможные способы соединения между парами взаимодействующих конечных точек. С помощью логической топологии удобно определять наборы конечных точек, которые в состоянии взаимодействовать друг с другом, а также пары конечных точек, взаимодействующие с помощью непосредственного физического соединения. В этой главе внимание сосредоточено исключительно на физических топологиях.

Существует три основные физические топологии: шинная (bus), кольцевая (ring) и звездообразная (star). Каждая топология продиктована определенной технологией кадров локальной сети. Например, сети Ethernet (по определению) исторически используют звездообразные топологии. Использование коммутации на уровне кадров изменило положение вещей. Все локальные сети, применяющие упомянутый тип коммутации, вне зависимости от типа кадров или метода доступа к среде передачи построены на основе одной и той же топологии. С недавнего времени коммутируемую топологию можно считать полноправным членом привычного трио основных топологий локальных сетей.

Шинная топология (Рисунок 3.2) соответствует соединению всех сетевых узлов в одноранговую сеть с помощью единственного открытого (open-ended) кабеля. Кабель должен оканчиваться резистивной нагрузкой - так называемыми оконечными резисторами (terminating resistors). Единственный кабель в состоянии поддерживать только один канал. В данной топологии кабель называют шиной (bus).

Типичная шинная топология предполагает использование единственного кабеля без дополнительных внешних электронных устройств с целью объединения узлов в одноранговую сеть. Все подключенные устройства прослушивают трафик шины и принимают только те пакеты, которые адресованы им. Отсутствие необходимости использования сложных внешних устройств (например, повторителей) в значительной степени упрощает процедуру развертывания шинной локальной сети. Затраты на развертывание также будут незначительными. К недостаткам данной топологии можно отнести ограниченные функциональные возможности, а также недостаточные расстояния передачи данных и расширяемость.

Данную топологию целесообразно применять только в небольших локальных сетях. Поэтому использующие шинную топологию современные коммерческие продукты ориентированы на развертывание недорогой одноранговой сети с ограниченными функциональными возможностями. Такие продукты предназначены для домашних сетей и сетей небольших офисов.

Единственным исключением являлась локальная сеть Token Bus, соответствующая спецификации IEEE 802.4. Эта технология была достаточно здравой и детерминистической, во многом напоминая стандарт Token Ring. Тем не менее сети стандарта Token Bus использовали не кольцевую, а шинную топологию.

Стандарт Token Bus не пользовался популярностью на рынке. Для его реализации приходилось использовать специальную проводку. Технологические усовершенствования других стандартов и топологий локальных сетей сделали эту сложную шинную топологию устаревшей.

Кольцевая топология впервые была реализована в простых одноранговых локальных сетях. Каждая рабочая станция соединялась с двумя ближайшими узлами (Рисунок 3.3). Общая схема соединения напоминала замкнутое кольцо. Данные передавались только в одном направлении. Каждая рабочая станция работала как ретранслятор, принимая и отвечая на адресованные ей пакеты и передавая остальные пакеты следующей рабочей станции, расположенной «ниже по течению».

Рисунок 3.2 Пример шинной топологии

В первоначальном варианте кольцевой топологии локальных сетей использовалось одноранговое соединение между рабочими станциями. Поскольку соединения такого типа имели форму кольца, они назывались замкнутыми (closed). Преимуществом локальных сетей этого типа является предсказуемое время передачи пакета адресату. Чем больше устройств подключено к кольцу, тем дольше интервал задержки. Недостаток кольцевой топологии в том, что при выходе из строя одной рабочей станции прекращает функционировать вся сеть.

После появления архитектуры Token Ring, разработанной корпорацией IBM и стандартизированной впоследствии в спецификации IEEE 802.5, первые примитивные версии кольцевой архитектуры были признаны несостоятельными. Архитектура Token Ring отступила от одноранговой схемы соединений в пользу ретранслирующего концентратора. Отказ от топологии однорангового кольца в значительной степени повысил устойчивость всей сети к отказам отдельных рабочих станций. Сети архитектуры Token Ring, несмотря на свое название, реализуют топологию звезды и циклический метод доступа (Рисунок 3.4).

Реализующие звездообразную топологию локальные сети в состоянии поддерживать цикличный метод доступа. Проиллюстрированная на этом рисунке сеть Token Ring представляет собой виртуальное кольцо, образованное методом доступа по алгоритму циклического обслуживания (round-robin access method). Сплошные линии соответствуют физическим соединениям, а штриховые обозначают направление логического потока данных.

Если рассматривать функциональное устройство, достаточно сказать, что маркер доступа циклически передается между конечными сетевыми устройствами. В результате большинство людей совершенно искренне относят архитектуру Token Ring к кольцевой топологии, хотя на самом деле эта архитектура близка к звездообразной топологии.

Локальные сети звездообразной топологии объединяют устройства, которые как бы расходятся из общей точки - концентратора (Рисунок 3.5). Если мысленно представить концентратор в качестве звезды, соединения с устройствами будут напоминать ее лучи - отсюда и название топологии. В отличие от кольцевых топологий, физических или виртуальных каждому сетевому устройству предоставлено право независимого доступа к среде передачи. Такие устройства вынуждены совместно использовать доступную полосу пропускания концентратора. Примером локальной сети звездообразной топологии является Ethernet.

Рисунок 4.4 Звездно-кольцевая топология

Небольшие локальные сети, реализующие звездообразную топологию, в обязательном порядке используют концентратор. Любое устройство в состоянии обратиться с запросом на доступ к среде передачи независимо от других устройств.

Звездообразные топологии широко используются в современных локальных сетях. Причиной такой популярности является гибкость, возможность расширения и относительно низкая стоимость развертывания по сравнению с более сложными топологиями локальных сетей со строгими методами доступа к среде передачи данных. Рассматриваемая архитектура не только сделала шинные и кольцевые топологии принципиально устаревшими, но и сформировала базис для создания следующей топологии локальных сетей - коммутируемой.

Коммутатор (switch) является многопортовым устройством канального уровня (второй уровень справочной модели OSI). Коммутатор «изучает» МАС-адреса и накапливает данные о них во внутренней таблице. Между автором кадра и предполагаемым получателем коммутатор создает временное соединение, по которому и передается кадр.

В стандартной локальной сети, реализующей коммутируемую топологию, все соединения устанавливаются через коммутирующий коммутатор (switch), что и проиллюстрировано на Рисунке 3.6. Каждому порту, а следовательно, и подключенному к порту устройству, выделена собственная полоса пропускания. Первоначально принцип действия коммутаторов основывался на передаче кадров в соответствии с МАС-адресами, однако технологический прогресс внес свои коррективы. Современные устройства в состоянии коммутировать ячейки (пакеты кадров, имеющие фиксированную длину и соответствующие второму уровню структуры передачи данных). Кроме того, коммутаторы поддерживают протоколы третьего уровня, а также распознают IP-адреса и физические порты коммутатора-концентратора.

Рисунок 4.5 Звездообразная топология

Рисунок 4.6 Коммутируемая топология

Рисунок 4.7 Объединенные в последовательную цепочку концентраторы

Коммутаторы повышают производительность локальной сети двумя способами. Первый способ заключается в расширении полосы пропускания, доступной сетевым устройствам. Например, коммутатор-концентратор Ethernet с восемью портами обладает таким же количеством отдельных доменов по 10 Мбит/с каждый, обеспечивая суммарную пропускную способность 80 Мбит/с.

Второй способ повышения производительности локальной сети сводится к уменьшению количества устройств, которые вынуждены использовать все сегменты полосы пропускания. В каждом выделенном коммутатором домене находятся только два устройства: собственно сетевое устройство и порт коммутатора-концентратора, к которому оно подключено. Вся полоса пропускания 10 Мбит/с принадлежит двум устройствам сегмента. В сетях, которые не поддерживают конкурирующие методы доступа к среде передачи, например, в Token Ring или FDDI, область циркуляции маркера будет ограничена меньшим количеством сетевых устройств.

Открытым вопросом остается изоляция трафика в больших сетях. Приемлемая производительность поддерживается исключительно сегментацией конфликтных, но не передающих доменов. Чрезмерно насыщенный трафик в значительной степени снижает производительность локальной сети.

Локальная вычислительная сеть администрации город Краснодар будет построена по топологии «иерархическая звезда». Ядром сети является коммутатор 3 уровня hp 7500 series, который объединяет сервера системы и этажные коммутаторы, объединяющие рабочие станции каждого сегмента сети.

4.3 Выбор среды передачи данных

4.3.1 Толстый коаксиальный кабель

Толстый коаксиальный кабель, используемый Ethernet, имеет диаметр 0,4 дюйма и волновое сопротивление 50 Ом. Иногда этот кабель называют "желтым кабелем". Это самый дорогостоящий из рассматриваемых нами кабелей. Институт IEEE определил спецификацию на этот кабель - 10BASE5.

Здесь приведена конфигурация сети, состоящей из двух сегментов, разделенных репитером. В каждом сегменте находятся три рабочие станции.

Каждая рабочая станция через сетевой адаптер (установлен в материнской плате компьютера и на рисунке не показан) специальным многожильным трансиверным кабелем подключается к устройству, называемому трансивером. Трансивер служит для подключения рабочей станции к толстому коаксиальному кабелю.

На корпусе трансивера имеется три разъема: два - для подключения толстого коаксиального кабеля, и один - для подключения трансиверного кабеля.

В табл. 2 перечислены устройства, необходимые для подключения рабочей станции к толстому коаксиальному кабелю.

Таблица 2

Сетевой адаптер	Вставляется в материнскую плату компьютера
Трансиверный кабель	Многожильный экранированный кабель, соединяет сетевой адаптер с трансивером
Трансивер	Соединяется трансиверным кабелем с сетевым адаптером, имеет два коаксиальных разъема для подключения к толстому кабелю

К сожалению, длина одного сегмента ограничена и для толстого кабеля не может превышать 500 метров. Если общая длина сети больше 500 метров, ее необходимо разбить на сегменты, соединенные друг с другом через специальное устройство - репитер.

На нашем рисунке изображены два сегмента, соединенные репитером. При этом общая длина сети может достигать одного километра.

Между собой трансиверы соединяются отрезками толстого коаксиального кабеля с припаянными к их концам коаксиальными разъемами. На концах сегмента подключены специальные заглушки - терминаторы. Это просто коаксиальные разъемы, в корпусе которых установлен резистор с сопротивлением 50 Ом. Корпус одного из терминаторов должен быть заземлен. Учтите, что в каждом сегменте сети можно заземлять только один терминатор. Существуют ли какие-нибудь другие ограничения кроме максимальной длины сегмента? Увы, существуют (см. табл. 3).

Таблица 3. Ограничения для Ethernet на толстом кабеле

Максимальная длина сегмента	500 м
Максимальное количество сегментов в сети	5
Максимальная длина сети	2,5 км
Максимальное количество станций, подключенных к одному сегменту (если в сети есть репитеры, они тоже считаются как станции)	100
Минимальное расстояние между точками подключения рабочих станций	2,5 м
Максимальная длина трансиверного кабеля	50 м

Кроме ограничения на длину сегмента существуют ограничения на максимальное количество сегментов в сети (и, как следствие, на максимальную длину сети), на максимальное количество рабочих станций, подключенных к сети и на длину трансиверного кабеля.

Однако в большинстве случаев эти ограничения несущественны. Более того, часто возможности толстого кабеля избыточны. Вы можете сэкономить немало денег, если сделаете сеть на основе тонкого кабеля, так как в этом случае вам не потребуются ни трансиверы, ни трансиверные кабели. Да и тонкий сетевой кабель дешевле толстого.

4.3.2 Тонкий коаксиальный кабель

Тонкий коаксиальный кабель, используемый для Ethernet, имеет диаметр 0,2 дюйма и волновое сопротивление 50 Ом. Импортный кабель называется RG-58A/U и соответствует спецификации 10BASE2. Можно использовать также кабель РК-50, выпускаемый нашей промышленностью.

Как правило, все сетевые адаптеры имеют два разъема. Один из них предназначен для подключения многожильного трансиверного кабеля, второй - для подключения небольшого тройника, называемого Т-коннектором.

Т-коннектор с одной стороны подключается к сетевому адаптеру, а с двух других сторон к нему подключаются отрезки тонкого коаксиального кабеля с соответствующими разъемами на концах. При этом получается, что коаксиальный кабель подключается как бы непосредственно к сетевому адаптеру, поэтому не нужны трансивер и трансиверный кабель.

На концах сегмента должны находиться терминаторы, которые подключаются к свободным концам Т-коннекторов. Один терминатор в сегменте должен быть заземлен.

Сети на тонком кабеле имеют худшие параметры по сравнению с сетями на базе толстого кабеля (табл. 4). Но стоимость сетевого оборудования, необходимого для создания сети на тонком кабеле, существенно меньше. Следует отметить, что некоторые фирмы выпускают адаптеры Ethernet, способные работать при длине сегмента до 300 метров (например, адаптеры фирмы 3COM). Однако такие адаптеры стоят дороже и вся сеть в этом случае должна быть сделана с использованием адаптеров только одного типа. Для того чтобы принять решение о покупке более дорогих адаптеров, сравните дополнительные затраты со стоимостью репитера, который потребуется для получения необходимой общей длины сети.

Таблица 4. Ограничения для Ethernet на тонком кабеле

Максимальная длина сегмента	185 м
Максимальное количество сегментов в сети	5
Максимальная длина сети	925 м
Максимальное количество станций, подключенных к одному сегменту (если в сети есть репитеры, они тоже считаются как станции)	30
Минимальное расстояние между точками подключения рабочих станций	0,5 м

4.3.3 Витая пара

Витая пара (twisted pair) -- вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой. Свивание проводников производится с целью повышения связи проводников одной пары (электромагнитная помеха одинаково влияет на оба провода пары) и последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников, а также взаимных наводок при передаче дифференциальных сигналов. Для снижения связи отдельных пар кабеля (периодического сближения проводников различных пар) в кабелях UTP категории 5 и выше провода пары свиваются с различным шагом. Витая пара -- один из компонентов современных структурированных кабельных систем. Используется в телекоммуникациях и в компьютерных сетях в качестве сетевого носителя во многих технологиях, таких как Ethernet, ARCNet и Token ring. В настоящее время, благодаря своей дешевизне и лёгкости в установке, является самым распространённым решением для построения локальных сетей.

Кабель подключается к сетевым устройствам при помощи соединителя 8P8C (зачастую ошибочно называемого RJ45 или RJ-45), немного бомльшим, чем телефонный соединитель RJ11.

Виды кабеля, который применяется в сетях

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

· незащищенная витая пара (UTP -- Unshielded twisted pair) - какие-либо защита или экранирование отсутствуют;

· фольгированная витая пара (FTP -- Foiled twisted pair) -- также известна как S/UTP присутствует один общий внешний экран;

· защищенная витая пара (STP -- Shielded twisted pair) -- присутствует экран для каждой пары;

· фольгированная экранированная витая пара (S/FTP -- Shielded Foiled twisted pair) -- отличается от FTP наличием дополнительного внешнего экрана из медной оплетки;

· защищенная экранированная витая пара (S/STP -- Screened shielded twisted pair) -- отличается от STP наличием дополнительного общего внешнего экрана.

Экранирование обеспечивает лучшую защиту от электромагнитных наводок как внешних, так и внутренних, и т. д. Экран по всей длине соединен с неизолированным дренажным проводом, который объединяет экран в случае разделения на секции при излишнем изгибе или растяжении кабеля.

В зависимости от структуры проводников -- кабель применяется одно- и многожильный. В первом случае каждый провод состоит из одной медной жилы, а во втором -- из нескольких.

Одножильный кабель не предполагает прямых контактов с подключаемой периферией. То есть, как правило, его применяют для прокладки в коробах, стенах и т. д. с последующим оконечиванием розетками. Связано это с тем, что медные жилы довольно толсты и при частых изгибах быстро ломаются. Однако для «врезания» в разъемы панелей розеток такие жилы подходят как нельзя лучше.

В свою очередь многожильный кабель плохо переносит «врезание» в разъёмы панелей розеток (тонкие жилы разрезаются), но замечательно ведет себя при изгибах и скручиваниях. Кроме того, многожильный провод обладает бомльшим затуханием сигнала. Поэтому многожильный кабель используют в основном для изготовления патчкордов (patchcord), соединяющих периферию с розетками.

...