Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Обзорно-постановочная часть

Еще десяток-другой лет назад никто даже понятия не имел, что такое сеть и зачем она нужна. Люди приобретали персональные компьютеры с одной целью - автоматизировать и ускорить требуемые вычисления. Таковыми считались различные операции: работа с текстом, создание и заполнение баз данных, знакомство с возможностями компьютера с помощью обучающих программ и многое другое.

Тем не менее, разнообразные научные группы достаточно быстро стали осознавать, что мощности существующих компьютеров не хватает для выполнения большей части серьезных задач, от которых зависело дальнейшее развитие человечества. Поэтому абсолютно прогнозируемым и ожидаемым было появление способов объединения нескольких компьютеров для повышения их мощности в математических вычислениях. Как результат появилась локальная сеть.

В последнее время, когда информация в ее электронном проявлении превышает все вообразимые объемы, которые с каждым днем возрастают, наличие сети просто необходимо.

Сеть - это соединение двух и более компьютеров с помощью одного из видов связи с целью использования общих ресурсов. Благодаря этому сеть позволяет экономить время и деньги, достигая при этом поставленной цели.

Существует две разновидности сети: локальная (Local Area Networks, LAN) и глобальная (Wide Area Networks, WAN), причем вторая - это частный случай первой сети, только в гораздо больших масштабах.

Локальная сеть представляет собой сеть из компьютеров, расположенных, как правило, на достаточно небольшом удалении друг от друга, например в одном офисе, доме или на предприятии. Однако при этом не исключаются случаи достаточно большого удаления отдельных сегментов сети друг от друга.

Глобальная сеть предусматривает соединение компьютеров, которые могут находиться на значительном удалении друг от друга (10 и более км).

Еще один немаловажный факт при планировании сети - среда передачи данных между сетевыми устройствами, которая, как оказалось, также вносит свои коррективы.

Под средой или способом передачи данных в сети стоит понимать тот вид связи, с помощью которого соединяются компьютеры.

Сегодня используется два типа соединения: проводной и беспроводной.

В качестве проводной связи может служить практически любой вид кабеля. Как правило, это коаксиальный, оптоволоконный или кабель на основе витой пары.

В качестве беспроводной связи используются радиоволны конкретного диапазона частот.

В данной работе поставлена задача: познакомиться с теоретическими, и с практическими основами функционирования сетей. Используя полученные знания, разработать и спроектировать локальную сеть в аудитории.

В качестве среды передачи данных по сети используются проводные технологии (передача данных через коаксиальный кабель, кабель витая пара, оптико-волоконный кабель) и беспроводные технологии. В данной работе для построения сети в аудитории будет использован принцип работы проводных технологий построения сети.

Для создания компьютерной сети я выбрала кабель витая пара, так как он гораздо популярнее коаксиального, и предлагает работу на более высоких скоростях передачи данных, и лучшую масштабируемость сети. В связи с тем, что я прокладываю сеть в аудитории, оптико-волоконный кабель мне тоже не подходит, так как он является самым защищенным, что очень важно для многих систем, например банков и государственных учреждений. Кроме того, длина сегмента оптоволоконного кабеля значительно превосходит длину любого другого кабеля и имеет очень высокую стоимость.

2. Проектная часть

2.1 История создания локальных вычислительных сетей

Первую в мире ЛВС создал в 1967 г. Дональд Дэвис (Donald Davies) в Национальной физической лаборатории Великобритании (British National Physics Laboratory). До этого он принимал участие в экспериментах по созданию цифровых компьютеров и даже возглавлял группу, которая собирала переведенные с русского на английский научные статьи по компьютерной тематике.

К началу 70-х сеть работала с пиковой скоростью 0,25 Мбит/с, обслуживая около 200 пользователей. В дальнейшем Дональд Дэвис стал известным специалистом в области защиты информации. В частности, в 1989 г. он издал монографию «Security for Computer Networks».

В США в 1968 г. в Лаборатории Белла исследователь В. Чу (W.W. Chu) вводит термин «Asynchronous Time Division Multiplexing» - так зарождается технология ATM. В том же году Министерство обороны США одобрило черновой вариант стандарта MIL-STD-1553 - это был первый в мире стандарт на ЛВС. А в Швеции Олаф Содерблюм из IBM разработал сеть Token Ring.

В 1969-м исследования, финансировавшиеся IPTO, директором которого в это время был Роберт Тейлор, привели к тому, что в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе Леонард Клейнрок создал ARPANET - первый узел будущего Интернета. Его создатели были разбиты на две группы. Первая работала в университетах и частных компаниях и отвечала за развитие сетевых технологий, необходимых для функционирования ARPANET. Вторая группа состояла из исследователей в IPTO, выполнявших роль административных директоров. Отдельные лица в эту группу попадали из исследовательских институтов, и их работа была ограничена руководством и распределением финансов.

Спустя год, в 1970-м, на Гавайских островах Норман Абрамсон (Norman Abramson) создал сеть ALOHA - прообраз будущих и Ethernet, и IEEE 802.11.

Это была первая в мире пакетная радиосеть, использовавшая удивительно простой метод доступа к среде передачи: пакеты передавались в эфир, когда в этом возникала необходимость. Если через какое-то время возвращалось посланное таким же простым методом подтверждение получения, то сообщение считалось доставленным. Если подтверждение не приходило, следовала повторная попытка передачи.

Локальная вычислительная сеть - ЛВС [local area network - LAN] - это группа связанных друг с другом ЭВМ, расположенных в ограниченной территории, например, в здании. Расстояния между ЭВМ в локальной сети может достигать нескольких километров. Локальные сети развёртываются обычно в рамках некоторой организации, поэтому их называют также корпоративными сетями.

Развитие локальных вычислительных сетей вызвано несколькими причинами:

ѕ объединение компьютеров в сеть позволяет значительно экономить денежные средства за счет уменьшения затрат на содержание компьютеров (достаточно иметь определенное дисковое пространство на файл-сервере (главном компьютере сети) с установленными на нем программными продуктами, используемыми несколькими рабочими станциями);

ѕ локальные сети позволяют использовать почтовый ящик для передачи сообщений на другие компьютеры, что позволяет в наиболее короткий срок передавать документы с одного компьютера на другой;

ѕ локальные сети, при наличии специального программного обеспечения, служат для организации совместного использования файлов (к примеру, бухгалтеры на нескольких машинах могут обрабатывать проводки одной и той же бухгалтерской книги).

2.1.1 Преимущества использования ЛВС

Преимущества использования локальных вычислительных сетей:

1. Разделение ресурсов позволяет экономно использовать ресурсы, например, управлять периферийными устройствами, такими как лазерные печатающие устройства, со всех присоединенных рабочих станций;

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

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

4. Разделение ресурсов процессора. При нем 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;

5. 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.

2.2 Типы сетей

Существует два типа сетей: одноранговые сети и сети с выделенным сервером. Каждый из этих типов обладает своими достоинствами и недостатками. Одноранговая сеть появилась первой, и именно на ней оттачивали свое умение первые «сетевики». Как ни странно, такого рода сеть встречается гораздо чаще, чем другие, поскольку основное ее достоинство - дешевизна.

Одноранговую сеть построить достаточно просто. Ее особенность в том, что все входящие в ее состав компьютеры работают сами по себе, то есть ими никто не управляет.

Фактически одноранговая сеть выглядит как некоторое количество компьютеров, объединенных в одну рабочую группу с помощью одного из существующих вариантов связи. Именно отсутствие управляющего компьютера - сервера - делает ее построение дешевым и эффективным.

Любой компьютер в такой сети можно смело называть сервером, поскольку он сам определяет тот набор правил, которых должны придерживаться другие пользователи сети, если они хотят использовать его ресурсы. За компьютером такой сети следит пользователь (или пользователи), который работает на нем. В этом кроется главный недостаток одноранговой сети - ее участники должны не просто уметь работать на компьютере, но и иметь хотя бы некоторое представление об администрировании. Кроме того, каждому пользователю такой сети в большинстве случаев приходится самому справляться с возникающими внештатными ситуациями и защищать свой компьютер от разнообразных неприятностей, начиная с вирусов и заканчивая возможными программными и аппаратными неполадками.

Одноранговая сеть позволяет использовать общие ресурсы, файлы, принтеры, модемы и т.п. Тем не менее, из-за отсутствия управляющего компьютера каждый пользователь разделяемого ресурса должен самостоятельно устанавливать правила его использования.

Для работы с одноранговыми сетями можно использовать любую существующую операционную систему. Например, ее поддерживает операционная система Windows, начиная с версии Windows 95, поэтому никакого дополнительного программного обеспечения для работы в локальной сети не требуется. Однако, чтобы обезопаситься от разных программных проблем, лучше использовать операционную систему достаточно высокого класса, например Windows ХР и выше.

Одноранговую сеть обычно применяют, когда нужно объединить несколько (как правило, до десяти) компьютеров и не нужно использовать строгую защиту данных. Большее количество компьютеров подключать не рекомендуется, так как отсутствие «контролирующих органов» рано или поздно приведет к возникновению различных проблем. Ведь из-за одного необразованного или ленивого пользователя под угрозу ставится защита и работа всей сети.

В таблице 2.1 приведены основные преимущества и недостатки одноранговой сети.

Таблица 2.1. Основные преимущества и недостатки одноранговой сети

Преимущества	Недостатки
Они относительно дешевы, если говорить о стоимости аппаратного обеспечения. Вам не придется покупать новый компьютер, предназначенный выполнять функции сервера;	Повышение нагрузки на компьютеры из-за совместного использования ресурсов. Если пользователи обращаются к вашему принтеру, это отражается на вычислительных мощностях вашего же компьютера;
Они легки в установке;	Отсутствие централизованного хранилища совместно используемых файлов затрудняет резервное копирование информации;
Обычно все необходимое программное обеспечение уже включено в состав операционной системы;	Единственно возможной защитой является защита на уровне ресурсов;
Не требуется системное администрирование, и отдельные пользователи сами смогут управлять ресурсами;	Ресурсы размещаются не централизованно, и поэтому пользователям труднее найти нужный ресурс;

Таким образом, одноранговую сеть очень часто можно встретить в небольших офисах. Тем не менее ее главный плюс - домашние сети, в которых изначально не планируется никаких серверов и главное требование - дешевизна создания и замены поврежденных устройств.

Сеть на основе сервера - наиболее часто встречающийся тип сети, который используется в крупных офисах и на предприятиях разного масштаба. Как ясно из названия, данная сеть использует сервер, контролирующий работу всех подключенных клиентских компьютеров. Главная задача такого сервера - создание, настройка и обслуживание учетных записей пользователей, настройка прав доступа к общим ресурсам, механизма авторизации и смены паролей доступа и многое другое.

Обычно сервер характеризуется большой мощностью и быстродействием, необходимыми для выполнения поставленных задач: будь то работа с базой данных или обслуживание других запросов пользователей. Сервер оптимизирован для обработки запросов пользователей, обладает специальными механизмами программной защиты и контроля. Достаточная мощность серверов позволяет снизить требование к мощности клиентской машины.

За работой сети на основе сервера обычно следит специальный человек - системный администратор, который отвечает за регулярное обновление антивирусных баз, устраняет возникшие неполадки, разделяет общие ресурсы и т.п.

Количество рабочих мест в такой сети может быть разным - от нескольких штук до сотен или тысяч компьютеров. Для поддержки производительности сети на необходимом уровне при возрастании количества подключенных пользователей устанавливают дополнительное или более скоростное сетевое оборудование, серверы и т.д. Это позволяет оптимально распределить вычислительную мощь, обеспечив максимальную скорость передачи данных в сети.

Не все серверы выполняют одинаковую работу. Существует большое количество следующих специализированных серверов, позволяющих автоматизировать или просто облегчить выполнение тех или иных задач.

* Файл-сервер. Используется в основном для хранения разнообразных данных, начиная с офисных документов и заканчивая музыкой и видео. Обычно на таком сервере создают личные папки пользователей, доступ к которым имеют только они (или другие пользователи, получившие право на их использование). Для управления таким сервером используют любую серверную операционную систему, например Windows ХР или Windows 7. Благодаря наличию механизма кэширования файлов доступ к последним значительно ускоряется.

* Принт-сервер. Главная его задача - обслуживание очереди печати сетевых принтеров и обеспечение постоянного доступа к ним. Очень часто в целях экономии средств файл-сервер и принт-сервер совмещают.

* Сервер базы данных. Основная его задача - обеспечение максимальной скорости поиска и записи нужной информации в базу данных или получения сведений из нее с последующей передачей их конечному пользователю сети. Это самые мощные из всех серверов, обладают максимальной производительностью, так как от этого зависит комфортность работы всех пользователей.

* Сервер приложений. Промежуточный сервер между пользователем и сервером базы данных. Как правило, на нем выполняются те запросы, которые требуют максимальной производительности и должны быть переданы пользователю, не затрагивая ни сервер базы данных, ни пользовательский компьютер. Это могут быть как часто запрашиваемые из базы данные, так и любые программные модули.

* Другие серверы. Кроме перечисленных выше серверов, существуют другие, например почтовые, коммуникационные, серверы-шлюзы и т.д.

Достаточно часто с целью экономии средств на один из серверов «вешают» обслуживание нехарактерных для него заданий. В этом случае стоит понимать, что скорость выполнения им тех или иных задач может значительно понижаться в силу разных обстоятельств.

Сеть на основе сервера предоставляет широкий спектр услуг и возможностей, которых трудно или невозможно добиться в одноранговой сети. Кроме того, одноранговая сеть уступает в плане защищенности и администрирования. Имея выделенный сервер или серверы, легко обеспечить резервное копирование, что является первоочередной задачей, если в сети присутствует сервер базы данных.

В таблице 2.2 перечислены основные преимущества и недостатки сети на основе сервера.

Таблица 2.2. Основные преимущества и недостатки сети на основе сервера

Преимущества	Недостатки
Для получения доступа к сетевым ресурсам пользователь вводит только одно регистрационное имя и пароль.	Мелким компаниям стоимость сетевого оборудования, сетевой операционной системы и соответствующих клиентских лицензий может оказаться не по карману;
Управление безопасностью в сети и сетевыми ресурсами осуществляется централизованно.	Кому-то приходится осуществлять, настройку и управление ресурсами в сети. То есть, необходим системный администратор;
Преимущества	Недостатки
Централизованное размещение каталогов и файлов позволяет с легкостью выполнять резервное копирование.	При сбое главного сервера доступ к сетевым ресурсам прекращается
Специализированные мощные серверы обеспечивают быстрый доступ к ресурсам;	Необходимо специальное программное обеспечение, способное работать в сети.
Сеть с выделенным сервером можно легко расширить.
Единая антивирусная база.

2.3 Преимущества и недостатки проводной сети

Из преимуществ проводной сети можно отметить следующее:

1. Высокая производительность. Существует целый ряд стандартов, позволяющих передавать данные в сети со скоростью более 100 Мбит/с. Как показывает практика, такой скорости вполне хватает для комфортной работы достаточно большой сети с несколькими серверами. Кроме того, можно в любой момент перейти и на более быстрый стандарт, просто заменив имеющееся оборудование более скоростным.

2. Практически неограниченная расширяемость сети. Запаса по количеству подключаемого оборудования хватает для сети любого объема.

3. Возможность обслуживания сегментов сети с разными топологиями. Данный факт очень важен, так как позволяет соединить воедино сети с разными топологиями, для чего потребуется только иметь соответствующий мост или маршрутизатор. При этом можно организовывать виртуальные сети с четко ограниченными наборами прав доступа и т.п.

4. Широкие возможности настройки сетевого окружения (DNS, DHCP, шлюзы, домены, рабочие группы и т.д.).

5. Защищенность сети. Проводная сеть - достаточно защищенная среда, чтобы подключиться к ней, придется получить доступ к концентратору или каким-то образом врезаться в существующую сетевую магистраль или кабель.

6. Достаточно простая локализация неисправности в случае использования топологии «звезда».

7. Возможность выбора среди стандартов сети оптимального показателя качество / цена.

8. Возможно использование высокоскоростного доступа к Интернету.

Из недостатков проводной сети можно отметить следующее:

1. При большом количестве компьютеров дорога в создании. Особенно это заметно, если приходится прокладывать сеть по всем правилам: необходимо подключать новый компьютер, используя для этого кабель достаточной длины, который зачастую необходимо прокладывать в коробах с возможными переходами между этажами. Если невозможно подключиться к существующей системе, то приходится покупать дополнительное активное оборудование.

2. Сложность добавления нового рабочего места при использовании топологии «звезда».

3. Требуется знание основ прокладки кабеля и обжима коннекторов.

4. Необходима четкая организация рабочих мест.

5. Очень плохая мобильность сетевых устройств.

6. При большом количестве компьютеров требуется дорогостоящее оборудование для расширения сети.

7. При создании домашней сети зачастую требуется разрешение на проводку кабельной системы.

2.4 Появление Ethernet

Данная технология появилась в 70-е годы XX века, когда инженер-исследователь из Массачусетского технологического института Билл Меткалф, сотрудничавший также с исследовательским центром компании Xerox в г. Пало-Альто, подготовил докторскую диссертацию, посвященную методикам организации компьютерных коммуникаций. Вскоре совместно со специалистами из корпораций Intel и DEC (Digital Equipment Corporation) фирма Xerox разработала на основе этой диссертации коммерческий стандарт, который и получил название Ethernet.

Чуть позже, в 1980 году, стандарт Ethernet лег в основу универсальной спецификации для локальных сетей, построенных по принципу множественного доступа определения несущей частоты и автоматического обнаружения сбоев (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection, CSMA/CD); эта спецификация, разработанная Институтом инженеров по радиотехнике и электронике (Institute of Electrical and Electronic Engineers, IEEE), получила название IEEE 802.3. Поскольку стандарты IEEE 802.3 и Ethernet крайне близки не только по своей идеологии, но и с точки зрения технической совместимости, в современной литературе их традиционно принято называть общим термином - Ethernet.

Очевидно, что технология Ethernet накладывает собственные ограничения не только на архитектуру локальной сети, но и на ее технические характеристики. Причем подобные ограничения имеют несколько своеобразных логических уровней: с одной стороны, они определяют способ подключения компьютеров к сети, с другой - подчеркивают различия между разными типами сетей по признаку используемого оборудования, типу кабеля или скорости передачи данных.

2.4.1 Классы сетей Ethernet

Данные классы различаются, прежде всего, пропускной способностью линий, типом используемого кабеля, топологией и некоторыми иными характеристиками. Каждый из классов сетей Ethernet имеет собственное обозначение, отражающее его технические характеристики. Такое обозначение имеет вид XBase/BroadY, где X - пропускная способность сети, обозначение Base или Broad говорит о методе передачи сигнала - основополосный (baseband) или широкополосный (broadband), число Y отображает максимальную длину сегмента сети в сотнях метров, либо обозначает тип используемого в такой системе кабеля, который и накладывает ограничения на максимально возможное расстояние между двумя узлами сети, исходя из собственных технических характеристик.

Классы сетей Ethernet:

1. Класс 10Base5 (Thick Ethernet), который также иногда называют «толстым Ethernet», - это один из наиболее старых стандартов локальных сетей. Сегодня уже очень трудно отыскать в продаже оборудование этого типа, тем более трудно найти действующую сеть, работающую с данным типом устройств. Сети стандарта 10Base5 использовали топологию «общая шина» и создавались на основе коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом и пропускной способностью 10 Мбит/с. Общая шина локальной сети ограничивалась с обеих сторон терминаторами, однако помимо Т-коннекторов в подобных системах использовались специальные устройства, получившие общее название «трансиверы», которое произошло от совмещения английских понятий transmitter (передатчик) и receiver (приемник). Собственно, трансиверы являлись приемниками и передатчиками данных между работающими в сети компьютерами и самой сетью. Помимо функций собственно приемника-передатчика информации, трансиверы обеспечивали надежную электроизоляцию работающих в сети компьютеров, а также выполняли функции устройства, снижающего уровень посторонних электростатических помех.

2. Класс 10Base2. Локальные сети, относящиеся к классу 10Base2, которые также иногда называют Thin Ethernet, создавались на основе коаксиального кабеля. Максимальная длина одного сегмента сети 10Base2 может достигать 185 м, при этом минимальное расстояние между точками подключения составляет 0,5 м. Наибольшее число компьютеров, подключаемых к одному сегменту такой сети, не должно превышать 30, максимально допустимое количество сегментов сети составляет 5. Пропускная способность данной сети, как это следует из обозначения ее класса, составляет 10 Мбит/с.

3. Класс 10BaseT (Ethernet на «витой паре») Одним из наиболее распространенных сегодня классов локальных сетей Ethernet являются сети 10BaseT. Как и стандарт 10Base2, такие сети обеспечивают передачу данных со скоростью 10 Мбит/с, однако используют в своей архитектуре топологию «звезда» и строятся с применением специального кабеля, называемого twisted pair, или «витая пара». Фактически витая пара представляет собой восьмижильный провод, в котором для обмена информации по сети используется лишь две пары проводников: одна - для приема сигнала, и одна - для передачи. В качестве центрального звена в звездообразной структуре локальной сети 10BaseT применяется специальное устройство, называемое концентратором. Максимально допустимое расстояние между узлами сети 10BaseT составляет 100 м, но можно сказать, что это значение взято, скорее из практики построения таких сетей, поскольку стандарт 10BaseT предусматривает иное ограничение: затухание сигнала на отрезке между приемником и источником не должно превышать порога в 11,5 децибела.

4. Класс 10BaseF (Fiber Optic). К нему принято относить распределенные вычислительные сети, сегменты которых соединены посредством магистрального оптоволоконного кабеля, длина которого может достигать 2 км. Очевидно, что в силу высокой стоимости такие сети используются в основном в корпоративном секторе рынка и по карману они достаточно крупным предприятиям, располагающим необходимыми средствами для организации подобной системы.

5. Классы 100BaseT, 100BaseTX, 100BaseT4 и 100BaseFX. Класс локальных сетей 100BaseT, называемый также Fast Ethernet, появился относительно недавно: он был создан в 1992 году группой разработчиков, называемой Fast Ethernet Alliance (FEA). Фактически Fast Ethernet является «наследником» сетей стандарта 10BaseT, однако в отличие от них позволяет передавать данные со скоростью до 100 Мбит/с. В 1995 году данный стандарт вошел в спецификацию IEEE 802.3 (это расширение спецификации получило обозначение IEEE 802.3u), обретя тем самым официальный статус.

Технология 100BaseTX подразумевает использование стандартной витой пары пятой категории, в которой задействовано только четыре проводника из восьми имеющихся: два - для приема данных, и два - для передачи. Таким образом, в сети обеспечивается двунаправленный обмен.

В сетях 100BaseT4 также используется витая пара, однако в ней задействованы все восемь жил проводника: одна пара работает только на прием данных, одна - только на передачу, а оставшиеся две обеспечивают двунаправленный обмен информацией.

Класс 100BaseFX. Предназначен для работы с оптоволоконными линиями связи. Максимальная длина одного сегмента в сетях 100BaseT (кроме подкласса 100BaseFX) не превышает 100 м, в качестве конечного оборудования используются сетевые адаптеры и концентраторы, поддерживающие этот стандарт. Существуют также универсальные сетевые адаптеры 10BaseT/ 100BaseT. Принцип их работы состоит в том, что в локальных сетях этих двух классов используются одинаковые линии с одним и тем же типом разъемов, а задача автоматического распознавания пропускной способности каждой конкретной сети (10 Мбит/с или 100 Мбит/с) возлагается на протокол канального уровня, являющийся частью программного обеспечения самого адаптера.

6. Класс 1000BaseT (Gigabit Ethernet). В архитектуре сетей 1000BaseT используется топология «звезда» на базе высококачественного кабеля ввитая пара» категории 5, в котором задействованы все восемь жил, причем каждая из четырех пар проводников используется как для приема, так и для передачи информации. По сравнению с технологией 100BaseT, несущая частота в сетях 1000BaseT увеличена вдвое, благодаря чему достигается десятикратное увеличение пропускной способности линии связи. Длина одного сегмента Gigabit Ethernet не должна превышать 100 м.

2.4.2 Топологии сетей Ethernet

В рамках стандарта Ethernet принято различать несколько типов построения распределенной вычислительной системы, исходя из ее топологической структуры. Фактически можно сказать, что топология локальной сети - это конфигурация кабельных соединений между компьютерами, выполненных по некоему единому принципу.

Какая-либо конкретная топология сети выбирается, во-первых, исходя из используемого оборудования, которое, как правило, поддерживает некий строго определенный вариант организации сетевых подключений; во-вторых, на основе имеющихся требований к мобильности, масштабируемости и вычислительной мощности всей системы в целом. В ряде ситуаций возможна организация нескольких подсетей, построенных с использованием различных топологий и связанных впоследствии в единую сеть.

В частности, применительно к стандарту Ethernet возможна организация локальных сетей с топологией «общая шина» или «звезда». Для построения сети я использовала топологию «звезда».

Топология «звезда»

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

При топологии «звезда» (рис 2.1) все ПК с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту - концентратору (Hub).

Пакеты данных от каждого компьютера направляются к центральному концентратору. Он в свою очередь, перенаправляет пакеты к месту назначения.

Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями.

Рисунок 2.1 - Топология «звезда»

Преимущества сети с топологией «звезда»:

ѕ Если выйдет из строя только 1 компьютер (или кабель, соединяющий его с концентратором), то лишь этот компьютер не сможет передавать или принимать данные по сети;

ѕ Сети, построенные на концентраторах, легко расширить, если подключить дополнительные концентраторы;

ѕ Легче найти неисправность в кабельной сети;

ѕ Подключение кабеля и управление конфигурацией сети централизовано;

Недостатки сети:

ѕ Так как все компьютеры подключены к центральной точке, для больших сетей значительно увеличивается расход кабеля;

ѕ Если центральный компонент выйдет из строя, то нарушится работа всей сети;

Среди концентраторов выделяют активные и пассивные. Активные концентраторы регенерируют и предают сигналы, так же как это делают репитеры. Иногда их называют еще многопортовыми репитерами. Они имеют от 8 до 12 портов для подключения компьютеров.

Пассивные концентраторы - это монтажные панели или коммутирующие блоки. Ни пропускают через себя сигнал, не усиливая и не восстанавливая его. Пассивные в отличие от активных не надо подключать к источнику питания.

2.5 Протокол TCP/IP

Протокол - это совокупность правил, определяющих взаимодействие абонента вычислительной системы и описывающих способ выполнения определенного класса функций. Говоря проще протокол - это набор правил, по которым взаимодействуют компьютеры между собой.

Протокол TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol - Протокол Управления Передачей / Интернет Протокол). Именно на этом протоколе основана вся сеть Интернет. Протокол TCP/IP - это не один, а два протокола:

ѕ Протокол TCP - является транспортным протоколом, который обеспечивает гарантированную передачу данных по сети.

ѕ Протокол IP - является адресным протоколом, который отвечает за адресацию всей сети.

2.5.1 Структура стека протоколов TCP/IP

При рассмотрении процедур межсетевого взаимодействия всегда опираются на стандарты, разработанные Organization Standard International (OSI). Эти стандарты получили название «Семиуровневой модели сетевого обмена». В данной модели обмен информацией может быть представлен в виде стека, представленного на рисунке 2.2. Как видно из рисунка, в этой модели определяется все - от стандарта физического соединения сетей до протоколов обмена прикладного программного обеспечения.

Рисунок 2.2 - Уровни модели OSI

1. Прикладной уровень - верхний уровень модели, обеспечивающий взаимодействие пользовательских приложений с сетью:

ѕ позволяет приложениям использовать сетевые службы:

· удалённый доступ к файлам и базам данных,

· пересылка электронной почты;

ѕ отвечает за передачу служебной информации;

ѕ предоставляет приложениям информацию об ошибках;

ѕ формирует запросы к уровню представления.

Протоколы прикладного уровня: RDP, HTTP, SMTP, POP3, FTP и др.

2. Представительский уровень - (уровень представления) обеспечивает преобразование протоколов и шифрование / дешифрование данных.

Протоколы уровня представления: AFP, ICA, LPP, NCP, NDR, XDR и др.

3. Сеансовый уровень - обеспечивает поддержание сеанса связи, позволяя приложениям взаимодействовать между собой длительное время.

Уровень управляет созданием / завершением сеанса, обменом информацией, синхронизацией задач, определением права на передачу данных и поддержанием сеанса в периоды неактивности приложений.

Протоколы сеансового уровня: ADSP, ASP, ISO-SP, iSNS, L2F, PPTP, RPC, RTCP и тд.

4. Транспортный уровень - предназначен для обеспечения надёжной передачи данных от отправителя к получателю. При этом уровень надёжности может варьироваться в широких пределах.

Протоколы транспортного уровня: ATP, CUDP, DCCP, FCP, IL, NBF, NCP, SCTP, SPX, SST, TCP, UDP.

5. Сетевой уровень - предназначен для определения пути передачи данных. Отвечает за трансляцию логических адресов и имён в физические, определение кратчайших маршрутов, коммутацию и маршрутизацию, отслеживание неполадок и «заторов» в сети. Протоколы сетевого уровня маршрутизируют данные от источника к получателю. Работающие на этом уровне устройства (маршрутизаторы) условно называют устройствами третьего уровня (по номеру уровня в модели OSI).

Протоколы сетевого уровня: IP/IPv4/IPv6, IPX, CLNP, IPsec, протоколы маршрутизации RIP, OSPF.

6. Канальный уровень - предназначен для обеспечения взаимодействия сетей на физическом уровне и контроля за ошибками, которые могут возникнуть.

Канальный уровень может взаимодействовать с одним или несколькими физическими уровнями, контролируя и управляя этим взаимодействием. На этом уровне работают коммутаторы, мосты и другие устройства.

Протоколы канального уровня: ARCnet, ATM, CAN, Econet, Ethernet, IEEE 802.2

7. Физический уровень - нижний уровень модели, который определяет метод передачи данных, представленных в двоичном виде, от одного устройства (компьютера) к другому.

Осуществляют передачу электрических или оптических сигналов в кабель или в радиоэфир и, соответственно, их приём и преобразование в биты данных в соответствии с методами кодирования цифровых сигналов.

Стандартными типами сетевых интерфейсов, относящимися к физическому уровню, являются: V.35, RS-232, RS-485, RJ-11, RJ-45, разъемы AUI и BNC.

Протоколы физического уровня: IEEE 802.15 (Bluetooth), IRDA, EIA RS-232, EIA-422, EIA-423, RS-449, RS-485, DSL, ISDN, SONET/SDH, 802.11 Wi-Fi.

2.6 Кабель «витая пара»

Витая пара (twisted pair) - вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой и 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.

сеть локальный витой кримпер

Рисунок 2.3 - Кабель «Витая пара»

Витая пара (рис 2.3) - 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.

2.6.1 Категории кабеля витая пара

Существуют следующие категории кабеля витая пара:

· CAT1 (полоса частот 0,1 МГц) - телефонный кабель, всего одна пара. Используется только для передачи голоса или данных при помощи модема.

· CAT2 (полоса частот 1 МГц) - старый тип кабеля, 2 пары проводников, поддерживал передачу данных на скоростях до 4 Мбит/с, использовался в сетях Token ring и Arcnet.

· CAT3 (полоса частот 16 МГц) - 4-парный кабель, используется при построении телефонных и локальных сетей 10BASE-T и token ring, поддерживает скорость передачи данных до 10 Мбит/с или 100 Мбит/с по технологии 100BASE-T4 на расстоянии не дальше 100 метров. В отличие от предыдущих двух, отвечает требованиям стандарта IEEE 802.3.

· CAT4 (полоса частот 20 МГц) - кабель состоит из 4 скрученных пар, использовался в сетях token ring, 10BASE-T, 100BASE-T4, скорость передачи данных не превышает 16 Мбит/с по одной паре, сейчас не используется.

· CAT5 (полоса частот 100 МГц) - 4-парный кабель, использовался при построении локальных сетей 100BASE-TX и для прокладки телефонных линий, поддерживает скорость передачи данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар.

· CAT5e (полоса частот 100 МГц) - 4-парный кабель, усовершенствованная категория 5. Скорость передач данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар и до 1000 Мбит/с при использовании 4 пар. Кабель категории 5e, является самым распространённым и используется для построения компьютерных сетей. Иногда встречается двухпарный кабель категории 5e.

· CAT6 (полоса частот 250 МГц) - применяется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 10 Гбит/с на расстояние до 55 м. Добавлен в стандарт в июне 2002 года.

· CAT6a (полоса частот 500 МГц) - применяется в сетях Gigabit Ethernet, состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 10 Гбит/с на расстояние до 100 метров.

Для построения компьютерной сети была выбрана неэкранированная витая пара 5й категории UTP cat 5e. UTP cat 5e - кабель UTP парной скрутки для структурированных кабельных систем. Предназначен для передачи сигналов до 100 МГц и скоростью до 100Мбит/с.

2.6.2 Структура кабеля «витая пара»

Кабель витая пара структурно состоит из:

1. Медная жила предназначена для передачи сигнала;

2. Цветовая изоляция предназначена для уменьшения помех;

3. Экранирующая оболочка (присутствует только у кабеля STP) - предназначена для подавления паразитических токов

4. Защитная изоляция предназначена для защиты от механических и химических факторов;

2.6.3 Виды кабеля «витая пара»

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

ѕ неэкранированная витая пара (англ. UTP - Unshielded twisted pair) - без защитного экрана;

ѕ фольгированная витая пара (англ. FTP - Foiled twisted pair), так же известна как F/UTP) - присутствует один общий внешний экран в виде фольги;

ѕ экранированная витая пара (англ. STP - Shielded twisted pair) - присутствует защита в виде экрана для каждой пары и общий внешний экран в виде сетки;

ѕ фольгированная экранированная витая пара (англ. S/FTP - Screened Foiled twisted pair) - внешний экран из медной оплетки и каждая пара в фольгированной оплетке;

ѕ незащищенная экранированная витая пара (англ. U/STP - Unshielded Screened twisted pair) - без внешнего экрана и каждая пара в фольгированной оплетке;

ѕ защищенная экранированная витая пара (SF/UTP - или с англ. Screened Foiled Unshielded twisted pair).Отличие от других типов витых пар заключается в наличии двойного внешнего экрана, сделанного из медной оплётки, а также фольги.

2.7 Разъем RJ-45 (8P8C)

Разъем RJ-45 (8P8C) - это стандартизированный физический интерфейс, используемый для соединения телекоммуникационного оборудования или в компьютерных сетях.

«8p8c» - расшифровывается, как разъем, имеющий 8 посадочных мест под ножи-контакты, а также 8 ножей-вставок.

Разъем «RJ-45» состоит из прозрачного пластикового корпуса, а также ножей-контактов различных конфигураций. Примечательно, однако, ножи-контакты покрыты тоненьким напылением золота. Именно количеством золота определяется, к какой категории относится разъем.

2.8 Обжимной инструмент

Обжимной инструмент (кримпер) - это инструмент, предназначенный для обжима разъема RJ-45 на кабеле «витая пара», состоит из 3 рабочих поверхностей (рис. 2.6)

1. Кусачки;

2. Круглая ниша с режущим лезвием для снятия изоляции и упором для зачистки на определенное расстояние;

3. Кромка, для разъема RG-45 (гнездо 8Р).

Pro'sKit CP-376TR имеет металлический корпус и пластмассовые ручки с резиновым покрытием. Рабочая система кримпера позволяет обрезать кабель или снимать с него изоляцию и обжимать коннекторами RJ11/RJ12/RJ22/RJ45.

При сжатии ручек срабатывает трещоточный механизм. Он помогает при работе и хранении инструмента в блистере. На крышке блистера есть иллюстрации по применению инструмента и краткое его описание.

2.9 Расчетная часть эксперимента

Для создания одноранговой сети, состоящей из 12 компьютеров, кабеля витая пара, топологии звезда, в помещении площадью 77 м², мне понадобятся следующие компоненты и инструменты (табл. 2.3)^.

Таблица 2.3. Компоненты и инструменты

Компоненты	Количество (шт.)
Кабель «витая пара» UTP 4 5е 24AWG Cabletech	13
Разъем RG-45	35
Коммутатор Acorp HU5DP	1
Коммутатор X-Net SH-9008p	1
Обжимной инструмент	1

В данной сети будут использоваться 2 уже имеющихся в аудитории коммутатора (switch) модели Acorp HU5DP и X-Net SH-9008p.

Для построения компьютерной сети, также будет использоваться уже имеющийся кабель - витая пара UTP 4 5е 24AWG Cabletech - это не экранированный медный кабель 5 категории, состоящий из 4 пар, изоляция - полиэтилен, оболочка - ПВХ. Предназначен для передачи сигналов с частотой до 100 МГц и скоростью 100 Мбит/сек. Идеально подходит для построения локальных сетей класса 100BASE-TX (Fast Ethernet) и для прокладки телефонных линий. Имеет невысокую цену, а так же сможет обеспечить высокую скорость работы локальной сети.

Используя «приложение А», была составлена таблица длины каждого сегмента сети. Кабель будет проложен по плинтусу. Для подключения компьютеров к сети необходимо 12 сегментов кабеля разной длины и еще один сегмент для подключения коммутаторов между собой. Так же необходимо учитывать то, что коммутаторы будут расположены на расстоянии друг от друга и на столах, на высоте равной 1,5 метра от плинтуса, эту длину необходимо добавить в общую длину каждого сегмента. На основе этих расчетов, мною была создана таблица 2.3.

Таблица 2.3. Длина сегментов сети

№ сегмента	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Длина сегмента (м)	10	8	6,8	5,4	4	3	1,5	1	2	1	1,5	4,5
Запас сегмента (м)	15
Итого (м)	66

После подготовки 12 сегментов сети необходимо подготовить еще один, для соединения коммутаторов между собой, причем, другого стандарта (перекрестный кабель). Поэтому к основной длине кабеля необходимо добавить еще 3 метра, для 13 сегмента сети.

Список литературы

1. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. Учебник. - Санкт-Петербург, Питер, 2001.

2. Ватаманюк А. И, проводная сеть своими руками, СПБ, Питер, 2011.

3. Щербо В.К. Стандарты вычислительных сетей. - М.: Кудиц - Образ, 2000.

4. «Сети и системы радиодоступа» / Григорьев В.А., Лагутенко О.И., Распаев Ю.А. - М.: Эко-Трендз, 2005.

5. «Анатомия беспроводных сетей» / Сергей Пахомов. - Компьютер-Пресс, №7, 2002.

6. «WLAN: практическое руководство для администраторов и профессиональных пользователей» / Томас Мауфер. - М.: КУДИЦ-Образ, 2005.

7. «Современные технологии и стандарты подвижной связи» / Кузнецов М.А., Рыжков А.Е. - СПб.: Линк, 2006.

8. «Базовые технологии локальных сетей» / В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. - СПб.: Питер, 1999.

Размещено на Allbest.ru

...