Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Волгоградской области государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования «Котовский промышленно-экономический техникум» (ГБОУ СПО «КПЭТ»)

Основная профессиональная образовательная программа среднего профессионального образования базовой подготовки

230000 «информатика и вычислительная техника»

230111 Компьютерные сети

ПМ.01 УЧАСТИЕ В ПРОЕКТИРОВАНИИ СЕТЕВОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ

мдк 01.01.организация и принципы построения и функционирования компьютерных сетей профессионального модуля

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема: «Проектирование вычислительной локальной сети»

Выполнил студент группы КС 2-3:

Бараниченко Владимир

Руководитель: Л.В. Трунова,

преподаватель высшей квалификационной категории

Котово 2014



Содержание

• 1. Теоретическое обоснование построение вычислительной локальной сети
• 1.1 Локальные и глобальные сети. сети других типов классификации
• 1.2 Сравнительный анализ различных топологий сетей
• 1.3 Анализ источников стандартизация сетей. структура стандарта ieee 802.x

1.4 Исследование элементов структурированной кабельной системы (скс)

• 1.5 Выбор кабеля. основные типы кабелей и их характеристики
• 1.6 Выбор технологий
• 1.6.1 Технология Ethernet. Методы доступа и форматы кадров технологии Ethernet
• 1.6.2 Высокоскоростные технологии компьютерных сетей: Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10G Ethernet

1.6.3Локальные сети на основе разделяемой среды: технология tokenring, технология fddi

• 1.7 Анализ спецификаций физической среды fast ethernet
• 2. Создание проекта вычислительной локальной сети


Введение

вычислительный локальный сеть

Современная эпоха характеризуется стремительным процессом информатизации общества. Это сильней всего проявляется в росте пропускной способности и гибкости информационных сетей. Полоса пропускания в расчете на одного пользователя стремительно увеличивается благодаря нескольким факторам. Во-первых, растет популярность приложений WorldWideWeb и количество электронных банков информации, которые становятся достоянием каждого человека. Падение цен на компьютеры приводит к росту числа домашних ПК, каждый из которых потенциально превращается в устройство, способное подключиться к сети Internet. Во-вторых, новые сетевые приложения становятся более требовательными в отношении полосы пропускания - входят в практику приложения Internet, ориентированные на мультимедиа и видеоконференцсвязь, когда одновременно открывается очень большое количество сессий передачи данных. Как результат, наблюдается резкий рост в потреблении ресурсов Internet - по оценкам средний объем потока информации в расчете на одного пользователя в мире увеличивается в 8 раз каждый год. Именно поэтому данная тема является актуальной и востребованной.

Настоящий проект ставит своей целью спроектировать локальную вычислительную сеть для условного предприятия с учетом его характеристик, рассчитать технические характеристики разрабатываемой сети, определить аппаратные и программные средства, расположение узлов сети, каналов связи.

Задачи, выполняемые при проектировании:

выбор структуры сети;

выбор сетевой технологии;

выбор топологии сетевых соединений;

определение перечня необходимого сетевого оборудования и типа кабельной системы.

Практическая значимость работы заключается в том, что знания базовых технологий, методов решения задач, возникающих при создании и развитии сетей, являются фундаментальными в образовании сетевого специалиста и пригодятся в дальнейшей работе при проектировании локальных сетей любого учреждения.



1. Теоретическое обоснование построение вычислительной локальной сети

1.1 Локальные и глобальные сети. сети других типов классификации

В соответствии с заданием в курсовой работе, спроектировать сеть условного предприятия. Поэтому, в начале, надо систематизировать и классифицировать компьютерные сети.

Локальные сети

Локальными сетями называют частные сети, размещающиеся в одном здании или на территории какой-либо организации и имеющие размеры до одного километра. Их часто используют для объединения компьютеров и рабочих станций в офисах компании или предприятия для обмена информацией и предоставления совместного доступа к ресурсам сети (принтерам, сканерам и т.д.)

Локальные вычислительные сети применяются и при разработке коллективных проектов, например, сложных программных комплексов. На базе ЛВС можно создавать системы автоматизированного проектирования. Это позволяет реализовывать новые технологии проектирования изделий машиностроения, радиоэлектроники и вычислительной техники. В условиях развития рыночной экономики появляется возможность создавать конкурентоспособную продукцию, быстро модернизовать ее. Кроме того, ЛВС позволяют реализовывать новые информационные технологии в системах организационно-экономического управления, а в учебных лабораториях вузов они дают возможность качество обучения и внедрять современные интеллектуальные технологии обучения.

Локальные сети характеризуются размерами, технологией передачи данных и топологией их построения.

Глобальные сети

Глобальные вычислительные сети Wide Area Networks (WAN), которые относятся к территориальным компьютерными сетями, предназначены, как и ЛВС для предоставления услуг, но значительно большему количеству пользователей, находящихся на большой территории. Глобальные вычислительные сети - это компьютерные сети, объединяющие локальные сети и отдельные компьютеры, удаленные друг от друга на большие расстояния. Самая известная и популярная глобальная сеть - это Интернет. Кроме того, к глобальным вычислительным сетям относятся: всемирная некоммерческая сеть: FidoNet, CREN, EARNet, EUNet и другие глобальные сети, в том числе и корпоративные.

Из-за большой протяженности каналов связи построение требует очень больших затрат, поэтому глобальные сети чаще всего создаются крупными телекоммуникационными компаниями для оказания платных услуг абонентам. Такие сети называют общественными или публичными. Но в некоторых случаях WAN создаются как частные сети крупных корпораций.

Компании, осуществляющие поддержку функционирования сети, называются операторами сети, а компании, предоставляющие платные услуги абонентам сети, называются провайдерами или поставщиками услуг.

Практически все услуги Internet построены на принципе клиент-сервер. Вся информация в Интернет хранится на серверах. Обмен информацией между серверами сети осуществляется по высокоскоростным каналам связи или магистралям.

VPN (Virtual Private Network) сети

Для компаний крупных, имеющих разветвленную сеть филиалов по стране или небольших с несколькими офисами в черте одного города очень часто бывает необходимо объединить локальные сети на основе VPN соединения. Благодаря этому все разобщенные локальные сети офисов будут выглядеть единым пространством с взаимно доступными ресурсами и приложениями, единым адресным пространством. Помимо объединения локальных сетей офисов технология VPN позволит вашим сотрудникам иметь удаленный безопасный доступ в корпоративную сеть - например из дома, в командировке или с мобильных устройств.

Соединение происходит на основе «виртуального защищенного туннеля», или пути, с помощью которого можно организовать удаленный защищенный доступ через открытые каналы Интернета к серверам баз данных и почтовым серверам. Физическая сущность технологии VPN заключается в способности изолировать трафик любых информационных систем, проходящий транзитом через публичные сети.

1.2 Сравнительный анализ различных топологий сетей

Сетевая топология - это геометрическая форма сети. В зависимости от топологии соединений узлов различают сети шинной (магистральной), кольцевой, звездной, иерархической, произвольной структуры.

- шинная (bus) - локальная сеть, в которой связь между любыми двумя станциями устанавливается через один общий путь и данные, передаваемые любой станцией, одновременно становятся доступными для всех других станций, подключенных к этой же среде передачи данных (последнее свойство называют широковещательностью);

- кольцевая (ring) - узлы связаны кольцевой линией передачи данных (к каждому узлу подходят только две линии); данные, проходя по кольцу, поочередно становятся доступными всем узлам сети;

- звездная (star) - имеется центральный узел, от которого расходятся линии передачи данных к каждому из остальных узлов. И именно эта топология будет в дальнейшем проектировании, так как она наиболее подходит данному условному зданию и условиям;

- иерархическая - каждое устройство обеспечивает непосредственное управление устройствами, находящимися ниже в иерархии.

Применяются довольно часто и комбинированные топологии, среди которых, наибольшее распространение получили звездно-шинная и звездно-кольцевая.

На рисунке 1 показаны наиболее распространённые топологии сетей.

Рисунок 1. Сетевые топологии

В звездно-шинной (star-bus) топологии используется комбинация шины и пассивной звезды. В этом случае к концентратору подключаются как отдельные компьютеры, так и целые шинные сегменты, то есть на самом деле реализуется физическая топология «шина», включающая все компьютеры сети. В данной топологии может использоваться и несколько концентраторов, соединенных между собой и образующих так называемую магистральную, опорную шину. К каждому из концентраторов при этом подключаются отдельные компьютеры или шинные сегменты. Таким образом, пользователь получает возможность гибко комбинировать преимущества шинной и звездной топологий, а также легко изменять количество компьютеров, подключенных к сети.

На основе анализа сетевых топологий для построения ЛВС, в данной курсовой работе будет применяться топология «звезда».

1.3 Анализ источников стандартизация сетей. структура стандарта IEEE 802.x

Источники стандартов

Работы по стандартизации вычислительных сетей ведутся большим количеством организаций. Необходимо различать следующие виды стандартов:

стандарты отдельных фирм (например, стек протоколов DECnet фирмы Digital Equipment или графический интерфейс OPEN LOOK для Unix-систем фирмы SUN),

стандарты специальных комитетов и объединений, создаваемых несколькими фирмами (например, стандарты технологии ATM, разрабатываемые специально созданным объединением ATM Forum, насчитывающем около 100 коллективных участников, или стандарты союза Fast Ethernet Alliance по разработке стандартов 100 Мб Ethernet),

стандарты национальных организаций по стандартизации, (например, стандарт FDDI, представляющий один из многочисленных стандартов, разработанных американским национальным институтом стандартов ANSI, или стандарты безопасности для операционных систем),

международные стандарты (например, модель и стек коммуникационных протоколов ISO, многочисленные стандарты Международного союза электросвязи (ITU), в том числе стандарты на сети с коммутацией пакетов X.25, сети frame relay, ISDN, модемы и многие другие).

Семейство стандартов IEEE 802.X

IEEE 802.1. В стандарте приводятся основные понятия и определения, общие характеристики и требования к локальным сетям.

IEEE 802.2. Стандарт определяет подуровень управления логическим каналом LLC.

IEEE 802.3. Стандарт на метод коллективного доступа для локальных сетей CSMA/CD и на физический уровень. Он положен в основу ISO/IEC 8802-3. Стандарт Ethernet.

IEEE 802.3j. Стандарт на активные и пассивные сегменты в конфигурации "звезда" на 10 Мбит/с с использованием оптической среды передачи, т. е. 10BaseF.

IEEE 802.3r. Стандарт на метод коллективного доступа к среде передачи CSMA/CD, а также спецификации физического уровня для 10Base5.

IEEE 802.3u. Дополнение к 802.3, касающееся параметров MAC, физического уровня и повторителей на 100 Мбит/с, т. е. 100BaseT или, иначе, Fast Ethernet.

IEEE 802.3v. Стандарт для поддержки 150-омных кабелей в сегментах с каналами 10BaseT.

IEEE 802.3x. Предложение по стандарту на полнодуплексный режим для 802.3.

IEEE 802.3y. Предложение по спецификации физического уровня для работы на 100 Мбит/с по двум парам Категории 3 или еще лучше сбалансированного кабеля на основе витой пары, т. е. 100BaseT2.

IEEE 802.3z. Стандарт на физический уровень, повторители и управляющие параметры для работы на 1000 Мбит/с. Технология Gigabit Ethernet.

IEEE 802.3ae. Предложение по стандарту 10 Gigabit Ethernet.

IEEE 802.3af. Спецификации по подаче электропитания (до 48V) устройствам по кабелю Ethernet. Используется 2 метода: mid-span (подача тока по незадействованным парам 8-жильного кабеля Ethernet и Fast Ethernet) и end-span (более популярный метод, уже применяется в современных коммутаторах, подача электропитания по используемым для передачи данных парам, но по другой частоте). Носит название Power on Ethernet.

IEEE 802.4. Стандарт на метод доступа к шине с передачей маркера - Token Bus и спецификации физического уровня. Прототип - ArcNet

IEEE 802.5. Стандарт на методы доступа к кольцу с передачей маркера и спецификации физического уровня, т. е. на общую архитектуру Token Ring. Основа стандарта ISO/IEC 8802-5

IEEE 802.6. Семейство стандартов на сеть с двойной шиной и распределенной очередью.

IEEE 802.9. Стандарт на локальную сеть с интеграцией услуг - Integrated Services LAN - для подключения локальных сетей 802.х к общедоступным и частным магистральным сетям, таким как FDDI и ISDN.

IEEE 802.10. Стандарт на защиту локальных сетей Interoperable LAN Security, известный так же, как SILS.

IEEE 802.11. Стандарт на уровень MAC и спецификации физического уровня для локальных беспроводных сетей WLAN. Предлагаемый проект рассчитан на диапазон 2,4-2,4835 ГГц. Максимальная пропускная способность сети составляет: 2 Мбит/с.

IEEE 802.11a. Ориентирован на работу в диапазоне 5 ГГц. Предусматривая скорость передачи данных до 54 Мбит/с. Определены три обязательных скорости - 6, 12 и 24 Мбит/с и пять необязательных - 9, 18, 36, 48 и 54 Мбит/с. Пропускная способность точки доступа 25 Мбит/с.

IEEE 802.11b. Работает в диапазоне 2,4 ГГц. Высокая скорость передачи данных (до 11 Мбит/с). В стандарте предусмотрено автоматическое понижение скорости при ухудшении качества сигнала.

IEEE 802.11c. Таблицы маршрутизации для беспроводных "мостов" MAC-уровня.

IEEE 802.11g. Стандарт представляет собой развитие стандарта 802.11b и позволяет повысить скорость передачи данных в беспроводных локальных сетях до 22 Мбит/с. Возможна совместная работа с 802.11b в смешанной беспроводной сетевой среде.

IEEE 802.11h. Дополнение существующих спецификаций уровня MAC и физического уровня алгоритмами эффективного выбора частот для беспроводных сетей, а также средствами по контролю и управлению мощностью сигнала.

IEEE 802.11i. Стандарт определяет механизмы защиты информации в беспроводных сетях WLAN.

IEEE 802.11n. Спецификации протокола связи в беспроводных локальных сетях WLAN. Скорость до 540 Мбит/с (увеличена в 10 раз). Пропускная способность точки доступа от 100Mбит/с. Ускорение достигается за счет более оптимального использования частотного диапазона, аналоговых радиочипов, выполненных по улучшенной CMOS-технологии и интеграции WLAN-адаптера в один чип. Стандарт совместим с 802.11b и 802.11g.

IEEE 802.12. Стандарт на метод доступа с приоритетом запросов и спецификация на физический уровень и повторители на 100 Мбит/с, известные так же, как 100VG-AnyLAN.

IEEE 802.15.1. Стандарт на радио интерфейс Bluetooth для построения персональных беспроводных сетей WPAN, обеспечивающий передачу в режиме реального времени как цифровых данных, так и звуковых сигналов.

IEEE 802.16. Стандарт на построение городских беспроводных сетей WMAN, способ организации и протоколы беспроводного доступа к разнообразным сервисам, включая телефонную сеть, Интернет, кабельное телевидение и т.д. Предусматривает использование полосы частот 10-66 ГГц и технологии доставки сигнала с одной несущей. Используются для организации широкополосной беспроводной передачи данных на "последней миле".

IEEE 802.16a. Дополнение к спецификациям стандарта IEEE 802.16. Стандарт описывает радио интерфейс в диапазоне частот 2-11 ГГц, который не требует прямой видимости (NLOS) между терминалом пользователя и базовой станцией.

IEEE 802.16b. Спецификации WirelessHUMAN радио интерфейса для нелицензируемого диапазона 5-6 ГГц.

Анализируя подкомитет стандарта IEEE 8.x по скоростным характеристикам, методу доступа, среды передачи данных. Сетевое оборудование будет подбираться в соответствии с 802.11n.

1.4 Исследование элементов структурированной кабельной системы (СКС)

Структурированные кабельные системы (СКС)

Структурированная кабельная система (СКС) -- это основа инженерной инфраструктуры интеллектуального здания. От ее стабильной работы напрямую зависит функционирование служб и подразделений любого современного предприятия. Структурированная кабельная система включает в себя:

-внутренние компьютерные и телефонные сети;

-технологическое оборудование;

-системы видеосвязи;

-охранное и промышленное телевидение.

Проектирование структурированных систем должно проводиться с запасом по количеству подключений. Это позволит обеспечить стабильность функционирования СКС даже при пожаре или повреждении целостности кабеля. Благодаря тому, что структурированная кабельная система (СКС) состоит из отдельных модулей, неполадки системы можно устранять в самые короткие сроки, восстанавливая связь за счет перехода на резервные линии. Кабельные системы для подключения рабочих мест могут быть дополнены портами для точек доступа Wi-Fi, DECT, камер видеонаблюдения, датчиков систем интеллектуального здания. Как правило, администрирование соединений структурированной кабельной системы ведется службой эксплуатации в электронной форме, но из-за человеческого фактора это не гарантирует достоверности и актуальности информации о произведенных коммутациях. Для решения этой проблемы в СКС с большим количеством портов, в территориально распределенных системах, а также при повышенных требованиях к надежности и безопасности целесообразно использовать автоматизированные системы администрирования (интеллектуальные СКС). Интеллектуальная структурированная кабельная система имеет в своем составе датчики на кроссовых панелях, которые отслеживают реальную коммутацию шнуров. Кроме того, в интеллектуальные СКС входит программное обеспечение, поддерживающее актуальность базы данных коммутаций СКС и предупреждающее администратора системы обо всех незапланированных и ошибочных подключениях. Для больших и распределенных систем особенно актуально то, что задания на коммутацию формирует их администратор, а точное исполнение каждого действия обеспечивается светодиодами индикации и датчиками на кроссовых панелях и не требует от исполнителя высокой квалификации. Интеллектуальные структурированные кабельные системы объединяют таблицы соединений СКС (кабельный журнал) и таблицы коммутации шнуров с этажными планами расположения точек подключения и схемами кроссовых шкафов, могут интегрироваться со средствами управления локальной вычислительной сети. Это обеспечивает быструю и точную идентификацию и локализацию всех пользователей, а также позволяет вести учет свободных портов, которые входят в структурированную кабельную систему и локальную вычислительную сеть.

1.5 Выбор кабеля. Основные типы кабелей и их характеристики

Кабель, очевидно, используется для передачи данных между рабочими станциями. Для Ethernet могут быть использованы кабели разных типов: тонкий коаксиальный кабель, толстый коаксиальный кабель, неэкранированная витая пара и волоконно-оптический кабель. Для каждого типа кабеля используются свои разъемы и свой способ подключения кабеля к сетевому адаптеру.

Витая пара

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[1] 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 большим затуханием сигнала. Поэтому многожильный кабель используют в основном для изготовления патчкордов (англ. patchcord), соединяющих периферию с розетками.

Кабель обычно состоит из четырёх пар. Проводники в парах изготовлены из монолитной медной проволоки толщиной 0,5--0,65 мм. Кроме метрической, применяется система AWG, в которой эти величины составляют 24 или 22 соответственно. Толщина изоляции - около 0,2 мм, материал обычно поливинилхлорид (английское сокращение PVC), для более качественных образцов 5 категории - полипропилен (PP), полиэтилен (PE). Особенно высококачественные кабели имеют изоляцию из вспененного (ячеистого) полиэтилена, который обеспечивает низкие диэлектрические потери, или тефлона, обеспечивающего высокий рабочий диапазон температур.

Также внутри кабеля встречается так называемая "разрывная нить" (обычно капрон), которая используется для облегчения разделки внешней оболочки - при вытягивании она делает на оболочке продольный разрез, который открывает доступ к кабельному сердечнику, гарантированно не повреждая изоляцию проводников. Так же разрывная нить, ввиду своей высокой прочности на разрыв, выполняет защитную функцию.

Внешняя оболочка имеет толщину 0,5-0,6 мм и обычно изготавливается из привычного поливинилхлорида с добавлением мела, который повышает хрупкость. Это необходимо для точного облома по месту надреза лезвием отрезного инструмента. Кроме этого, начинают применяться так называемые "молодые полимеры", которые не поддерживают горения и не выделяют при нагреве галогенов (такие кабели маркируются как LSZH - Low Smoke Zero Halogen и обычно имеют яркую окраску внешней оболочки).

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель делится на толстый и тонкий и состоит из несеметричных пар проводников.

Каждая пара проводников представляет собой внутренюю медную жилу и внешнюю жилу которая может быть полой трубкой или оплеткой отделенной от внутренней жылы диэлектриком.

По внешней жиле передаются информационные сигналы, а так же она является экраном, который защищает внутренюю жилу от внешних электро магнитных полей.

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

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

Волоконно-оптический кабель

Оптоволокно - это стеклянная или пластиковая нить, используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения.

Оптоволокно может быть использовано как средство для дальней связи и построения компьютерной сети, вследствие своей гибкости, позволяющей даже завязывать кабель в узел. Несмотря на то, что волокна могут быть сделаны из прозрачного пластичного оптоволокна или кварцевого волокна, волокна, использующиеся для передачи информации на большие расстояния, всегда сделаны из кварцевого стекла, из-за низкого оптического ослабления электромагнитного излучения. В связи используются многомодовые и одномодовые оптоволокна; многомодовое оптоволокно обычно используется на небольших расстояниях (до 500 м), а одномодовое оптоволокно - на длинных дистанциях. Из-за строгого допуска между одномодовым оптоволокном, передатчиком, приемником, усилителем и другими одномодовыми компонентами, их использование обычно дороже, чем применение мультимодовых компонентов.

Выбор типа кабеля

Для построения сети в данной работе будет использована витая пара. Достоинства сети на базе витой пары по сравнению с устаревшим толстым и тонким коаксиальным кабелем заключаются в её более высокой надежности и отвечает скоростным условиям в поставленной задаче.

В самом деле, при использовании коаксиального кабеля работоспособность сети может нарушиться в случае обрыва кабеля. Обрыв витой пары, при помощи которой рабочая станция подключается к концентратору, никак не скажется на работоспособности всей сети в целом. А по отношению к оптоволокну, оборудование для построения сети на витой паре, сам кабель гораздо дешевле и проще монтируется при построении локальной сети.

1.6 Выбор технологий

1.6.1 Технология Ethernet. Методы доступа и форматы кадров технологии Ethernet

Ethernet был разработан Исследовательским центром в Пало Альто (PARC) корпорации Xerox в 1970-м году. Ethernet стал основой для спецификации IEEE 802.3, которая появилась 1980-м году. После недолгих споров компании Digital Equipment Corporation, Intel Corporation и Xerox Corporation совместно разработали и приняли спецификацию (Version 2.0), которая была частично совместима с 802.3. На сегодняшний день Ethernet и IEEE 802.3 являются наиболее распространенными протоколами локальных вычислительных сетей (ЛВС).

Метод доступа CSMA/CD

В сетях Ethernet используется метод доступа к среде передачи данных, называемый методом коллективного доступа с опознаванием несущей и обнаружением коллизий (carrier-sense-multiply-access with collision detection, CSMA/CD).

Этот метод применяется исключительно в сетях с логической общей шиной (к которым относятся и радиосети, породившие этот метод). Все компьютеры такой сети имеют непосредственный доступ к общей шине, поэтому она может быть использована для передачи данных между любыми двумя узлами сети. Одновременно все компьютеры сети имеют возможность немедленно (с учетом задержки распространения сигнала по физической среде) получить данные, которые любой из компьютеров начал передавать на общую шину (рисунок 3.). Простота схемы подключения - это один из факторов, определивших успех стандарта Ethernet.

Рисунок 2. Метод случайного доступа CSMA/CD

Чтобы получить возможность передавать кадр, станция должна убедиться, что разделяемая среда свободна. Это достигается прослушиванием основной гармоники сигнала, которая также называется несущей частотой (carrier-sense, CS). Признаком незанятости среды является отсутствие на ней несущей частоты, которая при манчестерском способе кодирования равна 5-10 МГц, в зависимости от последовательности единиц и нулей, передаваемых в данный момент.

Форматы кадров технологии Ethernet

Стандарт технологии Ethernet, описанный в документе IEEE 802.3, дает описание единственного формата кадра уровня MAC. Так как в кадр уровня MAC должен вкладываться кадр уровня LLC, описанный в документе IEEE 802.2, то по стандартам IEEE в сети Ethernet может использоваться только единственный вариант кадра канального уровня, заголовок которого является комбинацией заголовков MAC и LLC подуровней.

Тем не менее на практике в сетях Ethernet на канальном уровне используются кадры 4-х различных форматов (типов). Это связано с длительной историей развития технологии Ethernet, насчитывающей период существования до принятия стандартов IEEE 802, когда подуровень LLC не выделялся из общего протокола и, соответственно, заголовок LLC не применялся.

Один и тот же тип кадра может иметь разные названия, поэтому ниже для каждого типа кадра приведено по нескольку наиболее употребительных названий:

-кадр 802.3/LLC (кадр 802.3/802.2 или кадр Novell 802.2);

-кадр Raw 802.3 (или кадр Novell 802.3);

-кадр Ethernet DIX (или кадр Ethernet II);

-кадр Ethernet SNAP.

Форматы всех этих четырех типов кадров Ethernet приведены на рисунке 3.

Рисунок 3. Форматы кадров Ethernet

Автоматическое распознавание типов кадров Ethernet выполняется достаточно несложно. Для кодирования типа протокола в поле EtherType указываются значения, превышающие значение максимальной длины поля данных, равное 1500, поэтому кадры Ethernet II легко отличить от других типов кадров по значению поля L/T. Дальнейшее распознавание типа кадра проводится по наличию или отсутствию полей LLC. Поля LLC могут отсутствовать только в том случае, если за полем длины идет начало пакета IPX, а именно 2-байтовое поле контрольной суммы пакета, которое всегда заполняется единицами, что дает значение в 255 байт. Ситуация, когда поля DSAP и SSAP одновременно содержат такие значения, возникнуть не может, поэтому наличие двух байт 255 говорит о том, что это кадр Raw 802.3. В остальных случаях дальнейший анализ проводится в зависимости от значений полей DSAP и SSAP. Если они равны 0*АА, то это кадр Ethernet SNAP, а если нет, то 802.3/LLC.

1.6.2 Высокоскоростные технологии компьютерных сетей: Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10G Ethernet

Fast Ethernet

Как и его предшественник, Fast Ethernet использует метод передачи данных CSMACD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - Множественный доступ к среде с контролем несущей и обнаружением коллизий). За этим длинным и непонятным акронимом скрывается очень простая технология. Когда плата Ethernet должна послать сообщение, то сначала она ждет наступления тишины, затем отправляет пакет и одновременно слушает, не послал ли кто-нибудь сообщение одновременно с ним. Если это произошло, то оба пакета не доходят до адресата. Если коллизии не было, а плата должна продолжать передавать данные, она все равно ждет несколько микросекунд, прежде чем снова попытается послать новую порцию. Это сделано для того, чтобы другие платы также могли работать, и никто не смог захватить канал монопольно. В случае коллизии, оба устройства замолкают на небольшой промежуток времени, сгенерированный случайным образом, а затем предпринимают новую попытку передать данные.

Для того чтобы снизить перегрузку, сети стандарта Ethernet разбиваются на сегменты, которые объединяются с помощью мостов и маршрутизаторов. Это позволяет передавать между сегментами лишь необходимый трафик. Сообщение, передаваемое между двумя станциями в одном сегменте, не будет передано в другой и не сможет вызвать в нем перегрузки. Сегодня при построении центральной магистрали, объединяющей серверы используют коммутируемый Ethernet. Ethernet-коммутаторы можно рассматривать как высокоскоростные многопортовые мосты, которые в состоянии самостоятельно определить, в какой из его портов адресован пакет. Коммутатор просматривает заголовки пакетов и таким образом составляет таблицу, определяющую, где находится тот или иной абонент с таким физическим адресом. Это позволяет ограничить область распространения пакета и снизить вероятность переполнения, посылая его только в нужный порт.

Gigabit Ethernet

Эта технология использует тот же формат кадров, тот же метод доступа к среде передачи CSMA/CD, те же механизмы контроля потоков и те же управляющие объекты. Gigabit Ethernet значительно отличается от Fast Ethernet. Кроме того, Gigabit Ethernet ставит несравнимо более сложные технические задачи и предъявляет гораздо более высокие требования к качеству проводки. Иными словами, он гораздо менее универсален, чем его предшественники. Основные трудности при использовании Gigabit Ethernet связаны с возникновением дифференциальной задержки сигналов (differential mode delay, DMD) в многомодовых волоконных кабелях. Эта задержка появляется при использовании некоторых комбинаций многомодового волокна и лазерных диодов, применяемых для ускорения передачи данных по волоконному кабелю. В результате возникают нарушения синхронизации сигнала, ограничивающие максимальное расстояние, на которое могут передаваться данные по Gigabit Ethernet. В настоящее время четырехпарная 100-омная проводка Категории 5 является наиболее распространенной кабельной системой во всем мире.

10 Gigabit Ethernet

Технология Ethernet получила наиболее широкое распространение из всех существующих технологий ЛС. Она демонстрировала быстрый рост скорости передачи: 10 и 100 Мбит/с, затем 1 и 10 Гбит/с, а теперь осваивает 100 Гбит/с. Важным в ее развитии был переход на дуплексный вариант работы и выход на среду ОВ благодаря взаимодействию с глобальными сетями (ГлС) WDM и SDH новой генерации.

Основные особенности:

-для 10GE минимальное значение интервала между пакетами может быть уменьшено до 40 BT (при измерении на интерфейсе XGMII, DTE) или 47 ВТ (на интерфейсе AUI, DTE) при наличии переменной сетевой задержки;

-при адаптации номинальной скорости 10GE к скорости SONET/SDH для WAN-совместимых приложений может быть использовано большее межкадровое расстояние (IFS - Inter-frame Spacing), при этом относительное расширение пробела (104 бит) позволяет адаптировать среднюю скорость MAC-подуровня к скорости SONET/SDH STS-192/STM-64

1.6.3 Локальные сети на основе разделяемой среды: технология TokenRing, технология FDDI

Технология Token Ring (802.5)

Сети Token Ring, так же как и сети Ethernet, характеризует разделяемая среда передачи данных, которая в данном случае состоит из отрезков кабеля, соединяющих все станции сети в кольцо. Кольцо рассматривается как общий разделяемый ресурс, и для доступа к нему требуется не случайный алгоритм, как в сетях Ethernet, а детерминированный, основанный на передаче станциям права на использование кольца в определенном порядке. Это право передается с помощью кадра специального формата, называемого маркером или токеном (token). Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями - 4 и 16 Мбит/с. Смешение станций, работающих на различных скоростях, в одном кольце не допускается. Сети Token Ring, работающие со скоростью 16 Мбит/с, имеют некоторые усовершенствования в алгоритме доступа по сравнению со стандартом 4 Мбит/с.

Token Ring использует маркерный метод доступа к разделяемой среде. В сети Token Ring кольцо образуется отрезками кабеля, соединяющими соседние станции. Таким образом, каждая станция связана со своей предшествующей и последующей станцией и может непосредственно обмениваться данными только с ними. Для обеспечения доступа станций к физической среде по кольцу циркулирует кадр специального формата и назначения - маркер. В сети Token Ring любая станция всегда непосредственно получает данные только от одной станции - той, которая является предыдущей в кольце. Такая станция называется ближайшим активным соседом. Получив маркер, станция анализирует его и при отсутствии у нее данных для передачи обеспечивает его продвижение к следующей станции. Станция, которая имеет данные для передачи, при получении маркера изымает его из кольца, что дает ей право доступа к физической среде и передачи своих данных. Затем эта станция выдает в кольцо кадр данных установленного формата последовательно по битам. Переданные данные проходят по кольцу всегда в одном направлении от одной станции к другой. Кадр снабжен адресом назначения и адресом источника.

На рисунке 4 описанный алгоритм доступа к среде иллюстрируется временной диаграммой.

Рисунок 4. Принцип маркерного доступа

Следует заметить, что сеть Token Ring может строиться на основе нескольких колец, разделенных мостами, маршрутизирующими кадры по принципу «от источника», для чего в кадр Token Ring добавляется специальное поле с маршрутом прохождения колец.

Технология FDDI

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:

-Повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мб/с.

-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.

-Максимально эффективно использовать потенциальную пропускную способность сети как для асинхронного, так и для синхронного трафиков.

Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Использование двух колец - это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI, и узлы, которые хотят им воспользоваться, должны быть подключены к обоим кольцам. В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля первичного (Primary) кольца, поэтому 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 5), образуя вновь единое кольцо. Этот режим работы сети называется Wrap, то есть "свертывание" или "сворачивание" колец. Операция свертывания производится силами концентраторов и/или сетевых адаптеров FDDI.

Рисунок 5. Реконфигурация колец FDDI при отказе

В стандартах FDDI отводится много внимания различным процедурам, которые позволяют определить наличие отказа в сети, а затем произвести необходимую реконфигурацию. Сеть FDDI может полностью восстанавливать свою работоспособность в случае единичных отказов ее элементов.

1.7 Анализ спецификаций физической среды Fast Ethernet

Для технологии Fast Ethernet разработаны различные варианты физического уровня, отличающиеся не только типом кабеля и электрическими параметрами импульсов, как это сделано в технологии 10 Мб/с Ethernet, но и способом кодирования сигналов, и количеством используемых в кабеле проводников. Поэтому физический уровень Fast Ethernet имеет более сложную структуру, чем классический Ethernet. Эта структура представлена на рисунке 6.

Рисунок 6. Структура физического уровня Fast Ethernet



Физический уровень состоит из трех подуровней:

-Уровень согласования (reconciliation sublayer).

-Независимый от среды интерфейс (Media Independent Interface, MII).

-Устройство физического уровня (Physical layer device, PHY).

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

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



2. Создание проекта вычислительной локальной сети

Необходимо создать проект вычислительной сети для условного предприятия с учётом его характеристик (территориальное положение, требования к скоростным режимам, надёжности передачи информации). Кроме того, следует рассчитать стоимость реализации проекта с учётом использования реального оборудования и кабеля.

Схема расположения предприятия (вид сверху):

A{4} - количество компьютерных классов (кабинетов) внутри здания. Предполагается, что трафик каждого класса будет изолирован от других. Здесь: в здании А 4 изолированных класса, в первом классе 7 компьютеров в сети, во втором - 7 компьютера и т.д.

Дополнительные требования - ряд требований, обязательно нуждающихся в реализации.



Таблица.

№	Количество классов в А	Количество компьютеров в каждом классе (последовательно для всех зданий)	Удаленность классов от места подключения	Дополнительные требования
2	4	7	7	12	7	83	79	24	68	Скорость >=100 мб/с. Сеть одноранговая

В общей сложности получается 33 рабочих компьютеров (33 сетевых карт).

Понадобиться 33 Сетевых адаптеров

WiFi D-LINK DWA-525/B1A PCI Express: 33*1 020 руб.= 33600 руб.

В этом проекте для построения сети понадобится 4 роутера и один коммутатор.

Беспроводной маршрутизатор ASUS RT-N12: 4*1252.5 руб.=5010 руб.

Коммутатор (5 портов) ASUS GX1005B: 630 руб.

Расстояние до кабинетов: 83, 79, 24 и 68 метров или в общем это 254 метра. Чтобы подключить роутеры к коммутатору понадобиться витая пара:

Кабель сетевой UTP, cat.5E, 305м: 5 110 руб.

Для обжимки кабеля потребовались 8-мь коннекторов стандарта RJ-45: 8*6 руб.=48 руб. И инструмент для обжимки кабеля составил 835 руб.

В общей сложности на устройство сети в здании понадобилось: 45233 руб.



Заключение

Проект сети в полностью выполняет поставленные задачи, необходимые для работы данного условного предприятия. Всего в сети 33 рабочих станции. Пользуясь топологией «звезда», поиск неисправностей в сети наиболее прост и пользователи работают независимо друг от друга. В качестве среды использовалась неэкранированная витая пара(UTP cat5e).

Каждый пользователь сети может обмениваться данными, а также получать доступ к общим сетевым принтерам и базе данных. Сеть хорошо расширяется и масштабируется.

Стоимость проекта получилась небольшой, так как сеть требует минимального количества активного оборудования: четыре роутера и один коммутатор.

Размещено на Allbest.ru

...