Беспроводная связь третьего поколения

o Все устройства, подключенные к сети, могут передавать данные

o только получив разрешение на передачу (маркер);

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

o Данные, передаваемые одной станцией, доступны всем станциям сети.

Основные принципы работы.

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

В АRCnet определены 5 типов пакетов:

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

Пакет FBE (Free Buffeг Еnquiries) - запрос о готовности к приему данных. Этим пакетом проверяется готовность узла к приему данных.

Пакет данных. С помощью этой посылки производиться передача данных.

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

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

В сети ARCnet можно использовать две топологии: звезда и шина.

Локальная сеть 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. На сегодняшний день Ethernet является наиболее распространенным протоколом локальных вычислительных сетей.

Когда Ethernet был разработан, он должен был заполнить нишу между глобальными сетями, низкоскоростными сетями и специализированными сетями компьютерных центров, которые работали на высокой скорости, но очень ограниченном расстоянии. Ethernet хорошо подходит для приложений где локальные коммуникации должны выдерживать высокие нагрузки при высоких скоростях в пиках.

Стандарт Ethernet использует метод доступа в сети CSMA/CD (carrier-sense multiple access/collision detection) - множественный доступ с обнаружением несущей. Станции, использующие этот метод могут получить доступ к несущей в любое время. Перед тем как послать данные, такая станция «прослушивает» сеть, чтобы удостовериться, что никто больше не использует её. Если среда передачи в данный момент кем-то используется, станция задерживает передачу. Если же нет, то станция начинает передавать. Коллизия происходит когда две станции, прослушав сетевой трафик и обнаружив «тишину», начинают передачу одновременно. В этом случае обе передачи прерываются, и станции должны повторить передачу спустя некоторое время. Специальный алгоритм «задержки» определяет, когда конфликтующие станции повторят передачу. Станции, использующие метод CSMA/CD могут обнаружить коллизии в сети и, следовательно, они знают, когда надо повторять передачу.

Оба стандарта определяют сети, как сети с широковещательными сообщениями. Другими словами, все станции видят все кадры, не обращая внимания на назначение пакета. Каждая станция должна проверить принятый пакет, чтобы определить является ли она станцией назначения. Если это так, пакет пропускается к протоколу верхнего уровня для соответствующей обработки.

Ethernet спецификации IEEE 802.3 определяет физический уровень (уровень 1 OSI) и часть канального уровня (уровень 2 OSI) - протокол доступа к среде, но не определяет протокол управления логической связью. Ethernet IEEE 802.3 реализован в аппаратной части оборудования.

Физическое подключение.

IEEE 802.3 определяет несколько различных стандартов физического уровня.

Стандарт 10Base-5 соответствует экспериментальной сети. Он использует в качестве среды передачи данных коаксиальный кабель с диаметром центрального медного провода 2,17 мм и внешним диаметром около 10 мм («толстый» Ethernet).

Кабель используется как моноканал для всех станций. Сегмент кабеля имеет максимальную длину 500 м (без повторителей) и должен иметь на концах согласующие терминаторы сопротивлением 50 Ом, поглощающие распространяющиеся по кабелю сигналы и препятствующие возникновению отраженных сигналов.

Станция должна подключаться к кабелю при помощи приемопередатчика - трансивера. Трансивер устанавливается непосредственно на кабеле и питается от сетевого адаптера компьютера . Трансивер может подсоединяться к кабелю как методом прокалывания, обеспечивающим непосредственный физический контакт, так и бесконтактным методом.

К достоинствам стандарта 10Base-5 относятся: хорошая защищенность кабеля от внешних воздействий, сравнительно большое расстояние между узлами, возможность простого перемещения рабочей станции в пределах длины кабеля AUI.

К недостаткам следует отнести: высокую стоимость кабеля, сложность его прокладки из-за большой жесткости, наличие специального инструмента для заделки кабеля, при повреждении кабеля или плохом соединении происходит останов работы всей сети, необходимо заранее предусмотреть подводку кабеля ко всем возможным местам установки компьютеров.

Стандарт 10Base-2 использует в качестве передающей среды коаксиальный кабель с диаметром центрального медного провода 0,89 мм и внешним диаметром около 5 мм («тонкий» Ethernet, волновое сопротивление кабеля 50 Ом). Максимальная длина сегмента без повторителей составляет 185 м, сегмент должен иметь на концах согласующие терминаторы 50 Ом.

Станции подключаются к кабелю с помощью T-коннектора, который представляет из себя тройник, один отвод которого соединяется с сетевым адаптером, а два других - с двумя концами разрыва кабеля. Максимальное количество станций, подключаемых к одному сегменту, 30. Минимальное расстояние между станциями - 1 м.

Этот стандарт очень близок к стандарту 10Base-5. Но трансиверы в нем объединены с сетевыми адаптерами за счет того, что более гибкий тонкий коаксиальный кабель может быть подведен непосредственно к выходному разъему платы сетевого адаптера, установленной в шасси компьютера. Кабель в данном случае «висит» на сетевом адаптере, что затрудняет физическое перемещение компьютеров.

Реализация этого стандарта на практике приводит к наиболее простому решению для кабельной сети, так как для соединения компьютеров требуются только сетевые адаптеры и Т-коннекторы. Однако этот вид кабельных соединений наиболее сильно подвержен авариям и сбоям: кабель восприимчив к помехам, в моноканале имеется большое количество механических соединений (каждый T-коннектор дает три механических соединения, два из которых имеют жизненно важное значение для всей сети), пользователи имеют доступ к разъемам и могут нарушить целостность моноканала. Кроме того, эстетика и эргономичность этого решения оставляют желать лучшего, так как от каждой станции через T-коннектор отходят два довольно заметных провода, которые под столом часто образуют моток кабеля - запас, необходимый на случай даже небольшого перемещения рабочего места.

Общим недостатком стандартов 10Base-5 и 10Base-2 является отсутствие оперативной информации о состоянии моноканала. Повреждение кабеля обнаруживается сразу же (сеть престает работать), но для поиска отказавшего отрезка кабеля необходим специальный прибор - кабельный тестер.

Стандарт 10Base-T принят в 1991 году как дополнение к существующему набору стандартов Ethernet и имеет обозначение 802.3i.

Использует в качестве среды двойную неэкранированную витую пару (Unshielded Twisted Pair, UTP). Соединения станций осуществляются по топологии «точка - точка» с многопортовым повторителем с помощью двух витых пар. Одна витая пара используется для передачи данных от станции к повторителю, а другая - для передачи данных от повторителя станции.

Многопортовые повторители в данном случае обычно называются концентраторами (англоязычные термины - hub или concentrator). Концентратор осуществляет функции повторителя сигналов на всех отрезках витых пар, подключенных к его портам, так что образуется единая среда передачи данных - моноканал (шина). Повторитель обнаруживает коллизию в сегменте в случае одновременной передачи сигналов по нескольким своим входам и посылает jam-последовательность на все свои выходы. Стандарт определяет битовую скорость передачи данных 10 Мб/с и максимальное расстояние отрезка витой пары между двумя непосредственно связанными узлами (станциями и концентраторами) не более 100 м при использовании витой пары качества не ниже категории 3.

Возможно иерархическое соединение концентраторов в дерево. Для обеспечения синхронизации станций при реализации процедур доступа CSMA/CD и надежного распознавания станциями коллизий в стандарте определено максимально число концентраторов между любыми двумя станциями сети.

Сети, построенные на основе стандарта 10Base-T, обладают по сравнению с коаксиальными вариантами Ethernet'а многими преимуществами. Эти преимущества связаны с разделением общего физического кабеля на отдельные кабельные отрезки, подключенные к центральному коммуникационному устройству. И хотя логически эти отрезки по-прежнему образуют общий домен коллизий, их физическое разделение позволяет контролировать их состояние и отключать в случае обрыва, короткого замыкания или неисправности сетевого адаптера.

Рисунок 3.7 - Иерархическая структура 10BaseTX

Это обстоятельство существенно облегчает эксплуатацию больших сетей Ethernet, так как концентратор обычно автоматически выполняет такие функции, уведомляя при этом администратора сети о возникшей проблеме.

Стандарт 10Base-F использует в качестве среды передачи данных оптоволокно. Функционально сеть стандарта 10Base-F состоит из тех же элементов, что и сеть стандарта 10Base-T - сетевых адаптеров, многопортового повторителя и отрезков кабеля, соединяющих адаптер с портом повторителя. Как и при использовании витой пары, для соединения адаптера с повторителем используется два оптоволокна - одно соединяет выход адаптера со входом повторителя, а другое - вход адаптера с выходом повторителя.

Стандарт FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link) - это первый стандарт комитета 802.3 для использования оптоволокна в сетях Ethernet. Он гарантирует длину оптоволоконной связи между повторителями до 1 км при общей длине сети не более 2500 м. Максимальное число повторителей - 4.

Стандарт 10Base-FL предназначен для соединения конечных узлов с концентратором и работает с сегментами оптоволокна длиной не более 2000 м при общей длине сети не более 2500 м. Максимальное число повторителей - 4.

Стандарт 10Base-FB предназначен для магистрального соединения повторителей. Он позволяет иметь в сети до 5 повторителей при максимальной длине одного сегмента 2000 м и максимальной длине сети 2740 м. Повторители, соединенные по стандарту 10Base-FB постоянно обмениваются специальными последовательностями сигналов, отличающимися от сигналов кадров данных, для обнаружения отказов своих портов. Поэтому, концентраторы стандарта 10Base-FB могут поддерживать резервные связи, переходя на резервный порт при обнаружении отказа основного с помощью тестовых специальных сигналов. Концентраторы этого стандарта передают как данные, так и сигналы простоя линии синхронно, поэтому биты синхронизации кадра не нужны и не передаются. Стандарты 10Base-FL и 10Base-FB не совместимы между собой.

Локальная сеть Token Ring.

Этот стандарт разработан фирмой IBM. В качестве передающей среды применяется неэкранированная или экранированная витая пара (UPT или SPT) или оптоволокно. Скорость передачи данных 4 Мбит/с или 16 Мбит/с. В качестве метода управления доступом станций к передающей среде используется метод - маркерное кольцо (Тоken Ring). Основные положения этого метода:

устройства подключаются к сети по топологии кольцо;

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

в любой момент времени только одна станция в сети обладает таким правом.

Типы пакетов.

В IВМ Тоkеn Ring используются три основных типа пакетов:

пакет управление/данные (Data/Соmmand Frame);

маркер (Token);

пакет сброса (Аbort).

Пакет Управление/Данные. С помощью такого пакета выполняется передача данных или команд управления работой сети.

Маркер. Станция может начать передачу данных только после получения такого пакета, В одном кольце может быть только один маркер и, соответственно, только одна станция с правом передачи данных.

Пакет Сброса. Посылка такого пакета вызывает прекращение любых передач.

В сети можно подключать компьютеры по топологии звезда или кольцо.

Локальная сеть FDDI (Fiber Distributed Data Interface - распределенный волоконно-оптический интерфейс передачи данных).

На сегодняшний день самым быстрым, но требующим больших затрат решением является распределенный волоконно-оптический интерфейс передачи данных (FDDI), предложенный Американским национальным институтом стандартов (ANSI). FDDI обеспечивает передачу данных со скоростью 100 Мбит/с между узлами, рабочими станциями и концентраторами на расстояние до двух километров.

В изделиях стандарта FDDI имеются оптические преобразователи на светодиодах, работающие на длине волны 1300 нм. Применяется многомодовый волоконно-оптический кабель со ступенчато изменяющимся показателем преломления; диаметр световода составляет 62,5 мкм, а диаметр оболочки - 125 мкм. Во многих случаях определяющими факторами при выборе этой технологии являются расстояние между связываемыми узлами и степень защиты. Оптическая передача по волоконно-оптическому кабелю делает данные практически неуязвимыми для помех от расположенной рядом техники и для попыток перехвата.

Основные компоненты сети FDDI.

Стандарт FDDI определяет перечень компонентов сети, который включает однократно подключенную станцию (SAS - Single Attached Station), двукратно подключенную станцию (DAS - Dual Attached Station) и концентраторы проводных линий. Соединения однократно подключенных станций с концентраторами имеют топологию звезды (рисунок 3.8.). В роли концентраторов могут выступать мэйнфреймы, мини-компьютеры и высокопроизводительные рабочие станции. Разрыв кабеля однократно подключенной станции не выведет из строя всю сеть, потому что концентратор осуществит обход этой станции и продолжит передачу и прием информации.

Такие концентраторы весьма привлекательны, потому что позволяют подключать к сети от 4 до 16 станций с гораздо меньшими затратами, чем при использовании двукратно подключенных интерфейсов. Кроме того, подключенные к концентраторам устройства можно отключать без какого-либо ущерба для сети в целом. Двукратно подключенное устройство в случае прекращения работы может оказать отрицательное влияние на сеть FDDI, потому что сеть посчитает его неисправным и попытается решить эту проблему путем «заворачивания».

Рисунок 3.8 - Сеть FDDI на двойном кабеле.

Для подсоединения двукратно подключенных станций в сети FDDI используется двойной кабель. Интерфейс двукратного подключения обеспечивает отказоустойчивость системы благодаря своей избыточности. В случае разрыва кабеля сеть выполняет «заворачивание» - включает второе кольцо для обхода отказавшей станции. Сеть продолжает работать, но ее производительность падает.

Локальная сеть ATM.

Технология АТМ (Asynchronous Transfer Mode - режим асинхронной передачи) разрабатывалась изначально для совмещения синхронного голосового трафика и асинхронного компьютерного трафика в рамках одной территориальной сети. Затем сфера применения технологии АТМ была расширена и на локальные сети.

Технология АТМ обладает следующими основными особенностями, которые обеспечивают ее возможности для поддержки качества обслуживания основных типов трафика сегодняшних локальных и глобальных сетей: иерархия битовых скоростей:

- 25 Мб/c, 155 Мб/c, 622 Мб/c;

- небольшой и постоянный размер пакета - 53 байта;

- транспортный сервис с установлением соединений - коммутируемые и постоянные виртуальные каналы;

- обеспечение требуемого качества обслуживания для каждого приложения;

- использование индивидуальных полнодуплексных связей конечного узла с сетью;

- поддержка на физическом уровне основных сред передачи данных - оптоволокна, витой пары категории 5, коаксиального кабеля (в каналах доступа к территориальным сетям). Поддержка стандартных методов кодирования сигнала на физическом уровне - SONET/SDH, FDDI, T1/E1.

АТМ-станции и АТМ-коммутаторы обмениваются между собой кадрами фиксированного размера в 53 байта. Эти кадры принято называть ячейками. Поле данных ячейки занимает 48 байт, а заголовок - 5 байт. При скорости 155 Мб/c - основной скорости работы АТМ-сетей, задержка пакетизации составляет менее 6 мс. Правда, служебная информация составляет около 10 % от полезной информации, что гораздо больше, чем у других протоколов локальных сетей, но при битовой скорости в 155 Мб/c скорость передачи пользовательских данных все равно остается достаточно высокой - около 136 Мб/c в каждую сторону. Задержки в коммутаторах АТМ из-за ожидания обработки неприоритетных ячеек при их фиксированном и небольшом размере также оказываются предсказуемыми и небольшими.

В основном АТМ применяется сегодня на магистрали корпоративной локальной сети, причем с применением спецификации LANE 1.0. Что же касается доведения АТМ до клиентского компьютера, то здесь технология АТМ вряд ли найдет широкое применение. Дешевый вариант использования 25 Мегабитных сетевых адаптеров АТМ и коммутаторов с такими же портами проигрывает в сравнении с аналогичным решением на FastEthernet. Стоимость сети АТМ в этом случае раза в 3 превышает стоимость сети FastEthernet, а пропускная способность получается гораздо меньше.

Локальная сеть Fast Ethernet.

Самой распространенной является спецификация 100Base-TX, в соответствии с которой сигналы передаются по двум парам медных проводов - так называемым неэкранированным витым парам (unshielded twisted pair, UTP) категории 5e или по экранированным витым парам (shielded twisted pair, STP) типа 1. Другая спецификация, 100Base-TF, требует более дорогостоящего волоконно-оптического кабеля, предназначенного прежде всего для магистральных сетей. Третья спецификация - 100Base-T4 - предусматривает применение медного провода категорий 3, 4, 5 или 5е.

Главное преимущество технологии 100BaseX перед другими методами реализации 100-Мбит/с версий Ethernet заключается в том, что степень ее совместимости с существующими сетями Ethernet позволяет интегрировать ее в эти сети с помощью мостов либо двухскоростных сетевых адаптеров.

FastEthernet представляет собою прекрасное, сравнительно недорогое решение, когда необходима пропускная способность между 10 Мбит/с и 100 Мбит/с. Технология на порядок сокращает время передачи каждого бита, так скорость передачи пакетов возрастает десятикратно с 10 до 100 Мбит/с. Она использует тот же метод доступа к среде - CDMA/CD, что и Ethernet, а значит, данные могут передаваться из сети на 10 Мбит/с в сеть на 100 Мбит/с, и обратно, без трансляции протоколов или изменения приложений или сетевого программного обеспечения.

В том, что касается управления рабочими характеристиками и трафиком, Fast Ethernet предоставляет несколько дополнительных функций, в том числе полнодуплексный режим работы, автоматическое согласование и управление потоками. За счет двусторонней связи полнодуплексный режим позволяет увеличить пропускную способность до 200 Мбит/с.

Средства верхнего уровня имеют дело с данными приложений, такими как Web-страницы, электронная почта и печать. Средства среднего уровня занимаются переводом информации уровня приложения в формат, подходящий для передачи по сети. Средства нижнего уровня занимаются непосредственным физическим приемом и передачей данных по сети.

При создании ЛВС на основе технологии Fast Ethernet используют еще три важных компонента: управление сетью, переключение кадров и маршрутизацию.

Управление сетью включает протокол SNMP и формат представления данных ASN.1, который используется для описания объектов и структур данных в сетевом устройстве или составляющей. Сами описания хранятся в текстовых файлах формата ASCII, которые называются MIB (Management Information Base - базы управляющей информации). Объекты и структуры данных, относящиеся к конкретному устройству или составляющей, могут быть обновлены и/или модифицированы при помощи протокола SNMP. Устройство называется управляемым, если оно может взаимодействовать с протоколом SNMP и воспринимать данные, описанные в MIB.

Если технология Ethernet поддерживает топологию типа шина и звезда (концентратор и луч), то технология Fast Ethernet может основываться лишь на топологии типа звезда. В данной сети используется именно эта топология, что также удовлетворяет кабельному стандарту EIA/TIA для коммерческих зданий, который рекомендует использовать трехъярусную топологию типа звезда.

3.2.3 Критерии выбора технологий

Для правильного выбора сетевых технологий следует проанализировать конкретные требования к ним. Проведем сравнение локальных сетевых технологий (таблицы 3.3., 3.4., 3.5., 3.6.).

Таблица 3.3 - Сравнительные характеристики топологий сетей.

Характеристики	Топология
	Звезда	Кольцо	Шина
Стоимость расширения	Незначительная (+)	Средняя	Средняя
Присоединение абонентов	Пассивное (+)	Активное	Пассивное (+)
Защита от отказов	Незначительная	Незначительная	Высокая (+)
Размеры системы	Любые (+)	Любые (+)	Ограниченны
Защищенность от прослушивания	Хорошая (+)	Хорошая (+)	Незначительная
Стоимость подключения	Незначительная (+)	Незначительная (+)	Высокая
Поведение системы при высоких нагрузках	Хорошее (+)	Удовлетворительное	Плохое
Возможность работы в реальном режиме времени	Очень хорошая (+)	Хорошая	Плохая
Разводка кабеля	Хорошая (+)	Удовлетворительная	Хорошая (+)
Обслуживание	Очень хорошее (+)	Среднее	Среднее

Как видно из таблицы 3.3. топология «звезда» обладает основными положительными характеристиками базовой архитектуры: низкая стоимость, возможность неограниченного расширения, относительная надежность, что является наиболее приемлемой топологией построения всей системы.

Таблица 3.4 - Сравнение технологий локальных сетей

Характеристика	Технология
	АТМ	FDDI	FastEthernet
Стоимость сетевого проекта	средняя	Высокая	низкая
Масштабируемость до глобальных сетей	да	Нет	да
Масштабируемость по скорости	да	Нет	да
Использование существующей кабельной системы	да	Нет	да
Множество классов трафика	да	Нет	да

Таблица 3.5 - Сравнение технологий FastEthernet и ATM

Характеристика	Технология
	FastEthernet	АТМ
Максимальная длина сегмента	100м (UTP5), 412 м / 2 км (оптоволокно)	200 м (UTP5), 2 км (оптоволокно)
Диаметр сети	205-320 м	N/A
Скорость передачи	100 Мбит/с	25,6 - 622 Мбит/с
Метод доступа к среде передачи	CSMA/CD	PVC/SVC
Режим полнодуплесной передачи	есть	Есть
Передача мультимедиа	нет	Есть
Интеграция с существующими локальными сетями	есть	Есть
Приоритетная область применения	высокоскоростной доступ к серверам рабочих групп	магистраль сети

Таблица 3.6 - Сравнительные характеристики среды передачи данных

Показатели	Среда передачи данных
	Двух жильный кабель - витая пара	Коаксиальный кабель	Оптоволоконный кабель
Цена	Невысокая (+)	Относительно высокая	Высокая
Наращивание	Очень простое (+)	Проблематично	Простое
Защита от прослушивания	Незначительная	Хорошая	Высокая (+)
Проблемы с заземлением	Нет (+)	Возможны	Нет (+)
Восприимчивость к помехам	Существует	Существует	Отсутствует (+)

Таким образом, учитывая требования к проектируемой локальной вычислительной сети, ее определенную роль в структуре автоматизированной системы, применение технологии FastEthernet, построенной на базе топологии «звезда» и кабельной системы «витая пара», более целесообразно для модернизации существующей сети предприятия, так как это позволит использовать существующие сетевые адаптеры, повысить управляемость и производительность сетевых ресурсов, интегрировать сегменты данной сети в корпоративную сеть, конечные рабочие станции смогут работать в полнодуплексном режиме, а также позволит сохранить сделанные инвестиции в сетевое оборудование. Архитектура FastEthernet является экономичным и эффективным средством передачи информации для сравнительно небольшой локально-вычислительной сети предприятия.

3.3 Кабельная система

Процесс перехода на новую кабельную проводку всегда является достаточно продолжительной операцией, сопровождается весьма существенными финансовыми затратами и останавливает информационную поддержку трудовой деятельности сотрудников, то есть фактически дезорганизует работу всей организации или по крайней мере некоторых ее структурных подразделений на весьма продолжительный период.

Опыт эксплуатации кабельных систем офисных зданий показывает, что удаление ненужных кабелей из кабельных каналов всех типов является весьма нежелательной операцией, так как с высокой вероятностью сопровождается повреждением действующих линий связи. На основании этого в процессе перехода на другой тип кабельной проводки новые кабели прокладывались прямо поверх существующих. Это приводило к быстрому захламлению кабельных трасс, и организация новых линий проводной связи становилась невозможной.

Совокупность перечисленных выше обстоятельств однозначно диктует необходимость создания в здании кабельной системы, которая:

обладает свойством универсальности, то есть дает возможность использовать ее для передачи сигналов основных существующих и перспективных видов сетевой аппаратуры различного назначения, позволяет быстро и с минимальными затратами организовать новые рабочие места и менять топологию трактов передачи без прокладки дополнительных кабельных линий, позволяет организовать единую службу эксплуатации, создается на этапе строительства здания или переоборудования его помещений под офис и иметь гарантированный срок эксплуатации 10 и более лет.

Всем перечисленным выше требованиям отвечает структурированная кабельная система (СКС). Под СКС в дальнейшем мы будем понимать кабельную систему, принцип построения которой отвечает трем основным и нескольким дополнительным условиями. К основным признакам СКС относятся: структуризация, универсальность и избыточность.

Структуризация предполагает разбиение кабельной проводки и ее аксессуаров на отдельные части, или подсистемы, каждая из которых выполняет строго определенные функции и снабжена стандартизованным интерфейсом для связи с другими подсистемами и сетевым оборудованием. В состав любой подсистемы обязательно включается развитый набор средств переключения, что обеспечивает ее высокую гибкость и позволяет создавать сложные структуры с конфигурацией, легко и быстро меняемой и адаптируемой под потребности конкретных приложений. При построении системы используется обобщенный подход. Это дает возможность без каких-либо сложностей на любом уровне одинаково легко применять как оптические, так и электрические технологии передачи сигналов.

Универсальность кабельной системы проявляется в том, что она изначально строится не для обеспечения работы какой-либо конкретной, пусть и весьма распространенной сетевой технологии, а на принципах открытой архитектуры с заданным и зафиксированным в стандартах набором основных технических характеристик. Коммутация отдельных подсистем СКС друг с другом, а также с активным сетевым оборудованием осуществляется с помощью ограниченного набора шнуров с универсальными разъемами, что значительно упрощает как процесс администрирования, так и адаптацию кабельной системы к различным приложениям.

Под избыточностью понимается введение в состав СКС дополнительных информационных розеток, количество и размещение которых определяется площадью и топологией рабочих помещений, а не планами размещения сотрудников и расположения офисной мебели. Это позволяет без каких-либо проблем организовывать новые рабочие места, а также выполнять перемещения сотрудников и оборудования. Применение принципа избыточности обеспечивает возможность очень быстрой адаптации кабельной системы под конкретные производственные потребности и позволяет не останавливать работу офиса или его части при проведении каких-либо организационных и технических изменений. Важность принципа избыточности существенно возрастает в связи с тем, что продолжительность эксплуатации СКС в несколько раз превышает аналогичный показатель для остальных компонентов информационной инфраструктуры здания.

В основу структурированной кабельной системы положена древовидная топология, которую называют также структурой иерархической звезды. Узлами структуры являются кроссовые, которые соединяются друг с другом и с рабочими местами электрическими и оптическими кабелями. Все кабели, входящие в кроссовые, обязательно заводятся на коммутационное оборудование, на котором осуществляются переключения в процессе текущей эксплуатации кабельной системы. Это обеспечивает гибкость СКС, возможность легкой переконфигурации и адаптируемость под конкретное приложение.

Для построения СКС необходимы технические помещения двух видов: аппаратные и кроссовые.

Аппаратной называется техническое помещение, в котором располагается сетевое оборудование коллективного пользования (АТС, серверы, концентраторы). Аппаратная может быть совмещена с кроссовой здания (КЗ). В этом случае сетевое оборудование подключается непосредственно к коммутационному оборудованию СКС. Если аппаратная расположена отдельно, то ее сетевое оборудование подключается к локально расположенному коммутационному оборудованию или к обычным информационным розеткам рабочих мест.

Исходя из рассмотренного выше предлагается организовать на этаже серверную, что позволит учесть принципы построения СКС и удовлетворяет по длине сегмента.

Коммутатор 100 Мбит/с соединяется с розетками на рабочих местах в Приложении В1 показаны квадратами со штриховкой) к неэкранированной витой парой 5-й категории, что позволит снизить влияние помех и повысить качество канала.

Розетки рабочих мест соединяются с портами коммутатора неэкранированной витой парой 5-й категории, что обеспечит максимальное быстродействие при минимальных затратах.

Все кабели прокладываются вдоль стен в коробах (в Приложении В1 показаны двойной линией серого цвета) для защиты от внешних повреждений и улучшения внешнего вида. Розетки располагаются в кабинетах отделов - рядами вдоль стен с минимальным расстоянием между ними 1 м.

Fast Ethernet использует неэкранированный кабель из скрученных пар проводников (UTP), как указано в спецификации IEEE 802.3u для 100BASE-T. Стандарт рекомендует использовать кабель категории 5 с двумя или четырьмя парами проводников, помещенных в пластиковую оболочку. Кабели категории 5 сертифицированы для полосы пропускания 100 МГц. В 100BASE-TX одна пара используется для передачи данных, вторая - для обнаружения коллизий и приема.

Длина кабелей в структурированных системах категории 5 описана в спецификации ANSI/EIA/TIA-568-A и не может превышать 100 метров:

6 м между концентратором и патч-панелью;

90 м от кабельного шкафа до настенной розетки;

3 м между розеткой и настольным устройством.

Патч-панели и другое соединительное оборудование удовлетворяют требованиям категории 5е (100 Мбит/с). Длина раскрученных участков пар при заделке в любые коммутационные устройства не превышает 15 мм.

В таблице 3.7. приведены электрические спецификации для кабелей категории 5е.

Таблица 3.7 Электрические спецификации кабелей категории 5

Параметр	Значение
Число пар	2 или 4
Импеданс	100 Ом +/- 15%
Емкость на частоте 1 КГц	< = 5.6 нФ на 100 м
Максимальное затухание (Дб на 100 м, при 20o C)	при 16 МГц: 8.2, при 31 МГц: 11.7, при 100 МГц: 22
Переходное затухание NEXT (Дб, не менее)	при 16 МГц: 44, при 31 МГц: 39, при 100 МГц: 32

При обмене данными между двумя устройствами приемник одного из устройств соединен с передатчиком другого и наоборот. Перекрутка пар (cross-over) обычно реализуется внутри одного из устройств при разводке кабеля в разъеме. При соединении рабочей станции (сетевого адаптера) с портом коммутатора применяется стандарт EIA-T568A (рисунок3.9.).

Рисунок 3.9 - Соединение прямым кабелем.

Все патч-панели соответствуют спецификациям 100BASE-T. При использовании патч-панелей требуются кабели для подключения портов концентратора к панели.

Переходные помехи (NEXT).

Одной из характеристик кабелей UTP является переходное затухание или уровень переходных помех (NEXT). Уровень переходных помех характеризуется мощностью сигнала, наведенного от соседних пар. Поскольку затухание в кабеле снижает уровень принятого сигнала, высокий уровень переходных помех может приводить к искажению принятого сигнала.

Межпарные наводки на концах кабеля зависят от длины раскрученной части каждой пары при установке разъема. При малой длине раскрученной части пар и хорошей скрутке по всей длине уровень переходных помех снижается. Одним из способов снижения переходных помех является использование пар с наиболее частой скруткой.

3.4 Структурная схема ЛВС

Сеть должна удовлетворять следующим требованиям: масштабируемость, производительность и управляемость. Структура кабельной проводки практически определяет архитектуру сети, расположение основных ее составляющих. На основе имеющейся структурированной кабельной системы и с учетом данных требований была составлена следующая структурная схема локальной вычислительной сети (Приложение В2).

Для построения сети используется сетевая технология FastEthernet. Все рабочие станции подключены к 48-х портовому коммутатору, а коммутатор подключен к маршрутизатору. К маршрутизатору также подключается модем и выделенная линия ISDN, которая связывает ЛВС ООО «РОЙЛКОМ» . Сервер сети подключен непосредственно к коммутатору. Все порты коммутатора FastEthernet работают в полнодуплексном режиме с автоматическим определением скорости (10/100 Мбит/с).

3.5 Функциональная структура ЛВС

В основе качественного построения сети лежит правильный выбор сетевого оборудования и корректная его установка. Сетевое оборудование должно соответствовать требованиям предъявляемым к сети. Компьютерная сеть реализуется на базе структурированной кабельной системы SYGNAMAX SCS фирмы AESP.

Особенности компьютерной сети:

Топология иерархической звезды;

Модульность построения;

Гибкость и простота в эксплуатации;

Минимизация эксплуатационных расходов;

- Соответствие кабельной системы существующим мировым стандартам;

- Совместимость с современными технологиями передачи данных.

Пропускная способность кабельной системы удовлетворяет требованиям современных систем передачи данных АТМ-155 и Fast Ethernet и обеспечивает условия простого перехода на новые высокоскоростные технологии передачи информации: Gigabit Ethernet иАТМ-622.

Кабельная система SYGNAMAX SCS фирмы AESP использует компоненты, удовлетворяющие и превосходящие своими параметрами требования дополнений к стандартам EIA/TIA-568A HISO-11801.

На сертифицированную СКС SYGNAMAX SCS фирмы AESP выдается прямая Расширенная Гарантия и Программа Поддержки Приложений от AESP сроком действия 20 лет.

Применение структурированной кабельной системы SYGNAMAX SCS фирмы AESP дает следующие преимущества:

¦ При относительно высокой начальной стоимости оправдывает капиталовложения за счет минимизации расходов на эксплуатацию;

¦ Возможность наращивания и простого внесения изменений в процессе эксплуатации;

¦ Возможность одновременного использования различных протоколов;

¦ Независимость от изменений информационной технологии;

¦ Возможность использования уже существующего оборудования;

¦ Простое и гибкое управление, и администрирование с минимальным количеством персонала;

¦ Возможность создавать независимые участки в единой сети.

3.5.1 Выбор коммутатора

Технология Fast Ethernet накладывает довольно строгие требования для топологии на которой строится сеть. Использование коммутаторов для построения сети позволяет решить одну или сразу несколько задач: преодоления ограничений топологии Fast Ethernet; повышения производительности; обеспечения более высокой производительности заданных узлов.

Рынок предлагает много различных типов коммутаторов, отличающихся широкой гаммой мощных и зачастую сложных функциональных возможностей. Полезной может оказаться их классификация на коммутаторы сети рабочей группы, сети подразделения, опорной сети и сети предприятия. Компьютерную сеть ООО «РОЙЛКОМ» можно отнести к сети подразделения.

На сегодняшний день существует множество различных фирм, предлагающих коммутационное оборудование, среди которых можно выделить Cisco Systems, 3Com, BayNetworks. Учитывая, что все технологическое оборудование корпоративной информационной сети в рамках края ООО «РОЙЛКОМ» строится на базе Построение новой компьютерной сети предусмотрено на базе оборудования фирмы 3Com. Выбор оборудования 3Com обусловлен:

¦ полным спектром сетевых устройств, позволяющим реализовывать проекты любой сложности, используя продукцию только одного производителя;

¦ поддержкой всех современных протоколов управления и передачи данных;

¦ наличием единой для устройств 3Com платформы управления и мониторинга;

¦ высоким качеством и надежностью выпускаемых устройств;

¦ высоким качеством технической поддержки;

¦ наличием в России центров обучения и сертификации специалистов.

В качестве базовой технологии при создании компьютерной сети была выбрана технология FastEthernet. Данная технология сочетает в себе такие характеристики как высокая пропускная способность, простота, надежность и сравнительно низкая стоимость реализации. Для подключения серверов и рабочих мест используются коммутаторы, которые обеспечат высокое качество обслуживания пользователей, безопасность при подключении к компьютерной сети, а также простоту управления и мониторинга сети. Использование технологии FastEthernet позволит использовать компьютерную сеть для передачи больших объемов графической, аудио/видео информации, а также создать достаточный резерв производительности компьютерной сети для задач, которые возникнут в будущем. В настоящее время FastEthernet традиционно используют для создания сетевых магистралей и подключения серверов в сетях с большими объемами передаваемых данных и высокими требованиями к качеству предоставляемого сетевого сервиса. Таким образом, использование технологии FastEthernet позволит избежать проблем, связанных с низкой скоростью передачи данных при доступе с рабочих мест пользователей к информационным ресурсам.

На основании прилагаемого технического задания, для построения компьютерной сети здания предлагается вариант построения компьютерной сети с топологией «звезда». Для обеспечения безопасного подключения к глобальной сети Интернет рекомендуется пользоваться оборудованием с системой защиты от несанкционированного доступа (НСД).

Выбор оборудования для компьютерной сети определяется следующими факторами:

¦ размер сети и количество пользователей;

¦ необходимость обеспечения доступа всем пользователям ко всем разрешенным сетевым и информационным ресурсам;

¦ необходимость разделения пользователей на рабочие группы, вне зависимости от их физического расположения, с применением виртуальных сетей;

¦ обеспечение гарантированных высокоскоростных соединений для серверов и рабочих групп вне зависимости от загруженности остальных сегментов и всего сетевого оборудования;

¦ исключение потерь информации при перегрузке сетевых сегментов и оборудования;

¦ возможность увеличения количества рабочих станций и серверов и наращивания сети без нарушения ее функционирования;

¦ возможность постепенного перехода на более скоростной стандарт для рабочих станций, серверов и рабочих групп без реконструкции сети;

¦ минимизация номенклатуры применяемого оборудования и числа фирм-поставщиков для снижения расходов на администрирование;

¦ потенциальная возможность реализации сети с расширенным набором услуг по передаче любой информации - данные, телефония, видео - без реконструкции сети;

¦ выполнение требований международных стандартов;

¦ начальная стоимость сети и стоимость последующего наращивания.

Центральный узел состоит из одного коммутатора 3Com SuperStack 3 Switch 4924, и двух подключенных к нему коммутаторов 3Com SuperStack 3 Switch 4400 соединенных между собой. Коммутаторы 3Com SuperStack 3 Switch 4400 представлены двумя моделями: 24- и 48-портовый. Использование трех центральных коммутаторов необходимо для повышения отказоустойчивости сети на уровне топологии. Это позволяет в случае выхода любого элемента в сети (одного из центральных коммутаторов, магистрального канала, сетевого адаптера сервера) использовать резервный маршрут

Основная функция центральных коммутаторов - высокая скорость обработки сетевого трафика, создание резервных маршрутов для серверов и пользователей компьютеров. Рабочие станции подключаются непосредственно к портам коммутаторов 3Com SuperStack 3 Switch 4400, которые поддерживают две скорости работы, в зависимости от типа используемого сетевого адаптера рабочей станции. Сетевые адаптеры, используемые в настоящее время, это в основном 10 или 10/100 Мбит/с карты PCI. В связи с этим приобретение сетевых адаптеров в проекте не предусмотрено и будет производиться по мере необходимости.

3.5.2 Выбор маршрутизатора

При выборе маршрутизатора необходимо ориентироваться на уже выбранные сетевую архитектуру, кабельную систему и коммутатор. Таким образом продукция компании Cisco Systems является наиболее предпочтительней, тем более что она отвечает всем жестким требованиям ООО «РОЙЛКОМ»».

Среди множества маршрутизаторов фирмы Cisco Systems наиболее подходящим является серия Cisco 2600 - новая экономичная серия модульных маршрутизаторов для малых и средних офисов, включающих в себя возможность передачи голоса и факса. Предлагаемый набор модулей позволяет также использовать устройства Cisco 2620 в качестве серверов доступа и межсетевых экранов, а также для передачи голоса и факсов через сети TCP/IP.

Основные возможности: поддерживает полный спектр ПО Cisco IOS; модульная архитектура; встроенные порты ЛВС; возможность использования модулей от серий Cisco 1600, Cisco 3600, в том числе для передачи голосовых и факсимильных соединений; поддерживается как передача голоса поверх протокола IP, так и передача голоса поверх протокола Frame Relay (стандарты FRF.11 и FRF.12); флеш-память для простой замены и обслуживания программного обеспечения; интегрированный асинхронный порт (AUX) поддерживает соединения на скорости до 115.2 Кб/сек;

Сервисный модуль для аппаратного сжатия данных позволяет более эффективно использовать возможности ПО Cisco IOS

Маршрутизатор Cisco 2620 содержит один слот для модуля глобальной сети высокой плотности или модуля ЛВС, два слота для модулей глобальной сети низкой плотности и одно посадочное место на системной плате для установки сервисного модуля AIM (Advanced Integration Module), который может использоваться для аппаратного сжатия или шифрования данных.

Маршрутизаторы серии Cisco 2600 могут содержать до 64 Мб оперативной памяти (DRAM) и до 16 Мб флеш-памяти.

К маршрутизаторам также разработаны следующиемодули.

Модули ЛВС.

1 или 4 порта 10BaseT Ethernet; 1 порт ATM 25; 4/8 портов ATM E1 IMA (инверсного мультиплектирования поверх сети ATM).

Модули глобальных сетей низкой плотности.

1 или 2 синхронных высокоскоростных последовательных порта; 2 синхронно/асинхронных низкоскоростных последовательных порта; 1 ISDN BRI.

Модули глобальных сетей высокой плотности.

8 или 16 аналоговых модемов с максимальной скоростью передачи до 33,6 Кб/с; 16 или 32 асинхронных порта; 4 или 8 синхронных/асинхронных низкоскоростных последовательных портов; 4 или 8 ISDN BRI; 1 или 2 порта структурированного (channelized) T1/E1 ISDN PRI; модули для передачи голоса и факса с интерфейсами ISDN BRI, FXS, FXO и E&M (всего до 4 голосовых портов на маршрутизатор).

Сервисные модули AIM (Advanced Integration Module): модуль аппаратного сжатия данных.

Варианты программного обеспечения: маршрутизация IP (IP Feature Set); маршрутизация IP, IPX, Apple Talk (AT) и DEC (IP/IPX/AT/DEC Feature Set); межсетевой экран (IOS Firewall Feature Set); полный набор сетевых протоколов (Enterprise Feature Set); функции трансляции адресов (NAT), удаленного мониторинга (RMON), протокола резервирования ресурсов (RSVP) и поддержки протоколов IBM (Plus Feature Set); шифрование на сетевом уровне с использованием стандартной технологии IPSec (Plus Encryption Feature Set).

3.5.3 Остальное сетевое оборудование

Остальное сетевое оборудование включает в себя сетевые адаптеры рабочих станций, поддерживающими выбранный стандарт FastEthernet.

Рабочие станции ООО «РОЙЛКОМ»» оснащены сетевыми адаптерами фирмы 3Com типа 3C905TX. Они поставлялись совместно с комплексом персонального компьютера.

3.6 Аппаратное обеспечение сервера ЛВС

По количеству рабочих станций данная сеть относится к семейству средних сетей. Для обслуживания такой сети достаточно одного или двух серверов, при наличии необходимого оборудования на них.

Для устойчивого функционирования сети сервер должен обладать определенными свойствами. Во-первых сервер должен иметь достаточную мощность для обслуживания всех запросов от клиентов данной сети. Мощность cерверов на основе процессоров Intel Pentium ЙV в настоящее время позволяет обслуживать большие сети, при увеличении числа процессоров (более двух) данные компьютеры могут обеспечивать работу огромных сетей.

Для бесперебойной работы желательна поддержка технологии «горячей» замены дисков. Кроме того, сервер должен обеспечивать надежную, отказоустойчивую работу, что, естественно, обеспечивается надежностью всех узлов компьютера. Также, для бесперебойной работы сети необходима поддержка сервером кластерных технологий Microsoft (Microsoft Cluster Server).

Compaq ProLiant ML370 предназначается для рабочих групп, отделов и удаленных офисов. В значительной мере эти серверы ориентированы на организации малого и среднего бизнеса: они могут использоваться как файл/принт-серверы, для работы с базами данных и небольшими приложениями, а также как почтовые и телекоммуникационные, Web- и firewall-серверы.

Производительность.

Процессоры Intel Pentium IV на 3.6 МГц с кэш-памятью 1024 Кбайт на частоте процессора. Возможность установки второго процессора.

Основная шина на 800 МГц.

Новый чипсет обеспечивает поддержку шины и памяти на 800 МГц, слоты PCI на 128 бит, архитектура сдвоенной шины PCI. Память DDR на 400-800 МГц: 1024 Мбайт стандартно на всех моделях, возможность расширения до 16 Гбайт. Интегрированный двухканальный SCSI-контроллер Wide-Ultra2, способный при необходимости работать также с дисками Wide-Ultra3. Интегрированный RAID-контроллер, активизируется при установке дополнительного комплекта SA Controller Option Kit. Четыре слота PCI на 128 бит. Интегрированный сетевой контроллер Compaq 100/1000 FastEthernet со средствами Wake-On-LAN. Видеоподсистема ATI Radeon5800 с памятью 64 Мбайт.

Возможности расширения.

Расширение основной памяти до 16 Гбайт. Шесть дисков высотой 1 дюйм hot-plug. 109,2 Гбайт внешней памяти без использования отсеков для заменяемых устройств. Четыре отсека для заменяемых устройств, два из которых доступны для установки устройств. Поддержка DLT-накопителей в отсеках заменяемых устройств. Шесть слотов расширения: четыре PCI на 64 бит, два на 32 бит. Десять отсеков для внешних устройств. Два порта USB.

Отказоустойчивость.

Возможность установки контроллера дисковых массивов на чипе (опционально). Гарантии на процессоры, память и диски до их фактического отказа. Память типа DDR . Поддержка избыточных сетевых контроллеров. Средства автоматического восстановления сервера ASR-2. Поддержка кластеров Microsoft и Novell. Поддержка резервного источника питания RPS. Средства управления, сервис. Простота обслуживания и доступа к компонентам в шасси. Интегрированная удаленная консоль. Интегрированный дисплей управления (опция). Поставляются с Compaq Smart Start 4.60 и Insight Manager 4.60. Поддержка Remote Insight Lights-out Edition.

Данный сервер предусматривает возможность дальнейшего расширения сети и возможность бесперебойной работы сети за счет жестких дисков горячей замены и блоков питания горячей замены. Кроме того к серверу будет подключен Источник бесперебойного питания производства APC (American Power Conversion) модель - Smart UPS 1000 NET.

3.7 Аппаратное обеспечение рабочих станций

В проекте используются несколько типов рабочих станций: на базе процессора Pentium III-IV с частотой 500-3600 МГц. Все рабочие станции оснащены оперативной памятью объемом от 64 Мб до 1024 Мб. Более подробно аппаратное обеспечение рабочих станций рассмотрено в п.п. 1.1. настоящего раздела.

3.8 Аппаратное обеспечение почтового сервера

Учитывая общие концепции создания территориальной АСУ, описанной во втором разделе настоящего дипломного проекта, для организации электронного документооборота предполагается организовать почтовый сервер через коммутируемые телефонные линии.

Почтовый сервер представляет собой рабочую станцию, на которой установлены специализированные почтовые службы

Технические характеристики сервера.

К данному серверу не предъявляется высоких требований по производительности. На основе данного фактора можно установить в качестве почтового сервера компьютер на база одного процессора Intel Pentium ЙV с тактовой частотой 3000 МГц, с характеристиками ОЗУ - 512 Мб, HDD - 120 Гб. Данные параметры в настоящее время удовлетворят запросы сети на производительность почтового сервера.

3.9 Анализ эффективности сети

Скорость передачи данных Fast Ethernet, равную 100 Мбит/с, нельзя интерпретировать как реальную пропускную способность. Самый удачный показатель, который может характеризировать сеть, - это максимально возможная производительность, измеренная в байтах в секунду. Fast Ethernet, как и остальные технологии ЛВС, не является стопроцентно эффективной, потому что с передачей данных связаны накладные расходы. Не каждый передающийся по сети бит полезен для использующего сеть приложения высокого уровня, будь то текстовый процессор или СУБД. Например, биты адреса получателя не являются полезными для приложения но являются необходимыми для сетевого оборудования, их следует рассматривать как накладные расходы. В эту категорию попадают многие передаваемые биты.

Максимальную пропускную способность и максимальную эффективность сети можно вычислить непосредственно, исходя из максимального числа пакетов, которые можно передать за одну секунду. Хотя межпакетная щель IPG, строго говоря не является частью пакета, но она включена в расчет, поскольку до ее окончания следующий кадр передавать нельзя. Если передает один узел, то он может отсылать пакеты друг за другом и разделять их только IPG.