84

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Сегодня, для эффективного решения ряда производственных и иных задач, уже не достаточно просто иметь большой парк компьютеров, необходимо создавать на их базе целостную структуру, обеспечивающую взаимодействие вычислительных систем, и их отдельных компонентов. Организации всего мира, от крупнейших корпораций до небольших компаний, постоянно развивают и совершенствуют свои вычислительные сети, внедряют новые достижения в области информационных технологий в производственные и иные процессы.

Системы поддержки принятия решений, системы документооборота, системы управления базами данных - все это технологии на порядок увеличивающие эффективность работы любой организации, однако все они практически бесполезны, если вычислительные ресурсы компании не объединены в единую офисную сеть. Именно поэтому ежегодно на развитие корпоративных сетей и систем связи во всем мире выделяются колоссальные деньги.

Целью данной дипломной работы является совершенствование существующей локальной вычислительной сети Солнечногорского филиала Современной Гуманитарной Академии.

Солнечногорский филиал Негосударственного Образовательного Учреждения Современный Гуманитарный Институт существует на рынке образовательных учреждений более шести лет и занимается обучением и подготовкой бакалавров с применением технологий «дистанционного обучения».

Трудно переоценить значимость информационных технологий и для таких областей как наука и образование. Сегодня компьютер является уже не предметом изучения, а средством, способствующим учебному процессу.

Последнее время стали активно развиваться такие проекты как «дистанционное обучение». «Дистанционное обучение» предполагает наличие множество электронных библиотек, банков данных, специализированных электронных учебников. Офисные сети позволяют совместно использовать имеющиеся вычислительные мощности для распределенного решения сложных задач.

Локально вычислительная сеть Солнечногорского филиала имеет одноранговый тип и охватывает сервисную ремонтную службу два компьютерных класса под управлением Windows 98 SE.

Совершенствование образовательных программ, проведение всех видов учебных занятий с применением компьютерных технологий существующая локальная сеть не может удовлетворить качественно учебному процессу. В связи с этим тема данной работы является актуальной для более эффективного обеспечения учебного процесса в Солнечногорском филиале. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выбор и обоснование типа сети позволяющего более эффективно реализовать учебный процесс.

2. Выбор сетевой архитектуры для компьютерной сети, топология, метод доступа, тип кабельной системы;

3. Конфигурация сетевого оборудования - количество серверов, концентраторов, сетевых принтеров;

4. Выбор операционной системы;

5. Переход на доменную систему администрирования сети;

6. Обеспечение безопасности сети;

Реализация предложенной работы необходима для обеспечения учебного процесса в Солнечногорском филиале по учебным и нормативным стандартам базового ВУЗа Современной Гуманитарной Академии. В локальную сеть предложено включить все административные отделы филиала. Это позволит сократить бумажный документооборот внутри института, повысить производительность труда, сократить время на обработку и передачу информации. Как следствие, образуются дополнительные временные ресурсы для реализации новых учебных проектов.

Для учебного заведения крайне необходимо внедрение данного проекта с подключением к сети Internet, что дает оперативное получение руководящих документов из базового ВУЗа для директора филиала и так же обеспечивает учебный процесс в системе IP-helping. Суть системы IP-helping заключается в том, что студент отправляет через сеть Internet возникший вопрос в процессе изучения дисциплины преподавателю в базовый ВУЗ и получает ответ через пару дней.

При объединение компьютеров в локальную сеть появляются новые трудности. Ввиду того, что учебное заведение работает с закрытой информацией, доступ к которой посторонним лицам строго запрещен, то возникает проблема защиты информации в локальной вычислительной сети.

Офисная сеть должна быть реализована таким образом, чтобы обеспечить надлежащую степень защищенности данных и от этого не должно страдать удобство пользователей и администраторов сети.

В качестве основного средства учета студенческой документации в ВУЗе используется база данных «ЛУЧ», прекрасно зарекомендовавшие себя по всем характеристикам. Программа поддерживается операционной системой Windows 2000 и прекрасно работает в локальной сети. Так же в Солнечногорском филиале используются сетевые обучающие программы: Электронная библиотека, Цифровая библиотека, Лабораторные компьютерные занятия, Обучающие программы по Delphi и Java, Слайд-Лекции и многое другое.

1. Обзор существующих принципов построения сетей

1.1 Понятие локальной вычислительной сети

Локальная сеть (Local Area Network - LAN) позволяет совместно использовать файлы, приложения, программное обеспечение типа клиент / сервер, пересылать электронную почту, разделять (выделять для совместного использования) принтеры, дисковое пространство, модемы, факсы, накопители CD-ROM, т.е. объединять разрозненные компьютеры в работоспособный «коллектив». [32]

Существует множество способов построения локальных сетей. Самый простой - соединение двух компьютеров через их параллельные или последовательные порты. Однако под термином сеть подразумевается нечто иное, чем кабельное соединение.

В большинстве случаев компьютеры соединяются в сеть с помощью сетевого адаптера, который представляет собой отдельную плату, помещаемую в разъем системной платы. Иногда сетевой адаптер интегрирован в системную плату. Все сетевые адаптеры компьютеров соединены кабелем. [25]

Для построения сети необходимы следующие элементы:

физическое соединение компьютеров;

общий набор правил соединения, называемый протоколом;

программное обеспечение, с помощью которого можно распределять ресурсы между другими компьютерами, называемое сетевой операционной системой;

совместно используемые ресурсы, такие как принтеры, жесткие диски;

программное обеспечение, с помощью которого можно получить доступ к совместно используемым ресурсам, называемое клиентским.

1.2 Классификация локальных сетей по топологии

Под топологией (компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютерной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи. Важно отметить, что понятие топологии относится, прежде всего, к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно скрыта от пользователей, не слишком важна, так как каждый сеанс связи может производиться по своему собственному пути. [22]

Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, возможные и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы, возможности расширения сети. И хотя выбирать топологию пользователю сети приходится нечасто, знать об особенностях основных топологий, их достоинствах и недостатках, наверное, надо всем.

Существует три основных топологии сети:

Шина (bus), при которой все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи и информация от каждого компьютера одновременно передается всем остальным компьютерам (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Сетевая топология «шина»

При использовании топологии «звезда», каждый компьютер подключается к специальному концентратору (хабу). Преимуществом этой топологии является ее устойчивость к повреждениям кабеля - при обрыве перестает работать только один из узлов сети и поиск повреждения значительно упрощается. Недостатком является более высокая стоимость (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Сетевая топология «звезда»

Кольцо (ring), при которой каждый компьютер передает информацию всегда только одному компьютеру, следующему в цепочке, а получает информацию только от предыдущего в цепочке компьютера, и эта цепочка замкнута в «кольцо» (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Сетевая топология «кольцо»

Иерархическая - каждое устройство обеспечивает непосредственное управление устройствами, находящимися ниже в иерархии (рис. 1.4).



Рис. 1.4. Иерархическая сетевая топология

1.3 Два типа сетей

Существует два основных типа локальных сетей, основанных на схеме соединения компьютеров, - клиент / сервер и одноранговая (peer - to - peer - равный-с-равным) сеть.

В одноранговой сети каждый компьютер может соединиться с любым другим компьютером, к которому он подключен (рис. 1.6). Фактически, каждый компьютер может работать и как клиент, и как сервер.

Для небольшой группы пользователей подобные сети легко обеспечивают разделение данных и периферийных устройств. Вместе с тем, поскольку администрирование в одноранговых сетях нецентрализованное, обеспечить развитую защиту данных трудно. [15]

Сети на основе сервера наиболее эффективны только в том случае, когда совместно используется огромное количество ресурсов и данных. Администратор может управлять защитой данных, наблюдая за функционированием сети. В таких сетях может быть один или несколько серверов, в зависимости от объема сетевого трафика, количества периферийных устройств и т.п. Например, в одной сети могут присутствовать принт-сервер, коммуникационный сервер и сервер баз данных. [16] Сервер предназначен для предоставления своих ресурсов всем клиентским компьютерам в сети. Чаще всего сервер расположен в отдельной охраняемой комнате, поскольку именно на нем хранится наиболее важная информация. Остальные компьютеры сети выступают в роли клиентов.

В компьютере, представляющем сервер, установлено больше оперативной памяти, более емкий жесткий диск, более быстрый процессор, чем в клиентском компьютере. Такое требование к ресурсам обусловлено тем, что сервер должен одновременно обрабатывать запросы от нескольких клиентов. На сервере устанавливается специальная сетевая операционная система например Windows NT Server или Windows 2000 Server. Чаще всего сервер предназначен для выполнения определенных задач, например файловый сервер, сервер печати, почтовый сервер и т.д.

Рис. 1.5. Компоненты сети клиент / сервер

Рис. 1.6. Логическая архитектура типичной одноранговой сети

Компьютер - клиент - это обычный персональные компьютеры с установленной операционной системой Windows, который соединяется с сервером, или с другими компьютерами локальной сети.

Существуют также и комбинированные сети, объединяющие свойства обоих типов сетей. Такие сети довольно популярны, хотя для эффективной работы они требуют более тщательного планирования, в связи с этим и подготовка пользователей должна быть выше. [11]

Таблица 1. Характеристика двух основных типов сетей

Параметры	Одноранговые сети	Сети на основе сервера
Размер	Не более 10 компьютеров	Ограничены аппаратным обеспечением сервера и сети
Защита	Вопросы защиты решаются каждым пользователем самостоятельно	Широкая комплексная защита ресурсов и пользователей
Администрирование	Вопросы администрирования своего компьютера занимается каждый пользователь. Нет необходимости в отдельном администраторе	Администрирование осуществляется централизованно. Необходим хотя бы один администратор с соответствующим уровнем знаний

1.4 Сетевые архитектуры

1.4.1 Сетевая архитектура Ethernet

Днем рождения Ethernet можно считать 22 мая 1973 г., когда Роберт Меткалф (Robert Metcalfe) и Дэвид Боггс (David Boggs) опубликовали докладную записку, в которой описывалась экспериментальная сеть, построенная ими в Исследовательском центре фирмы Xerox в Пало-Альто. При рождении сеть получила имя Ethernet, базировалась на толстом коаксиальном кабеле и обеспечивала скорость передачи данных 2,94 Мбит/с.

Ключевой фигурой в судьбе Ethernet становится Роберт Меткалф, который в 1979 г. для воплощения своих идей в жизнь создает собственную компанию 3Com, одновременно начиная работать консультантом в Digital Equipment Corporation (DEC). В DEC Меткалф получает задание на разработку сети, спецификации на которую не затрагивали бы патентов Xerox. Создается совместный проект Digital, Intel и Xerox, известный под названием DIX. Задачей консорциума DIX был перевод Ethernet из лабораторно-экспериментального состояния в технологию для построения новых систем, работающих с немалой на то время скоростью передачи данных 10 Мбит/с. Таким образом, Ethernet превращался из разработки Xerox в открытую и доступную всем технологию, что оказалось решающим в становлении его как мирового сетевого стандарта. [18]

В феврале 1980 г. результаты деятельности DIX были представлены в IEEE, где вскоре была сформирована группа 802 для работы над проектом. Ethernet закреплял свои позиции в качестве стандарта. Для успешного внедрения технологии важное значение сыграли дальнейшие шаги «родителей» Ethernet по взаимодействию с другими производителями чипов и аппаратного обеспечения - так, например, группа разработчиков Digital представила чип Ethernet и исходные тексты его программного обеспечения компаниям Advanced Micro Devices (AMD) и Mostek. В результате возможность производить совместимые чипсеты Ethernet получили и другие компании, что сказалось на качестве «железа» и снижении его стоимости. В марте 1981 г. 3Com представила 10 Мбит/с Ethernet-трансивер, а в сентябре 1982 г. - первый Ethernet-адаптер для ПК.

После выхода первых изделий, в июне 1983 г. IEEE утвердил стандарты Ethernet 802.3 и Ethernet 10Base5. В качестве среды передачи предусматривался «толстый» коаксиальный кабель, а каждый узел сети подключался с помощью отдельного трансивера. Такая реализация оказалась дорогостоящей. Дешевой альтернативой с применением менее дорогого и более тонкого коаксиального кабеля, стал 10Base2. Станции уже не требовали отдельных трансиверов для подключения к кабелю. В такой конфигурации Ehternet начал победное шествие по просторам экс - СССР. Главными его преимуществами была простота развертывания и минимальное количество активного сетевого оборудования. Сразу же определились и недостатки. На время подключения новых станций приходилось останавливать работу всей сети. Для выхода сети из строя достаточно было обрыва кабеля в одном месте, поэтому эксплуатация кабельной системы требовала от технического персонала проявлений прикладного героизма.

Следующим шагом развития Ethernet стала разработка стандарта 10Base-T, предусматривавшего в качестве среды передачи неэкранированную витую пару (Unshielded Twisted Pair - UTP). В основу этого стандарта легли разработки SynOptics Communications под общим названием LattisNet, которые относятся к 1985 г. В 10Base-T использовалась топологии «звезда», в которой каждая станция соединялась с центральным концентратором (hub). Такой вариант реализации устранял необходимость прерывания работы сети на время подключения новых станций и позволял локализовать поиск обрывов проводки до одной линии концентратор-станция. Производители получили возможность встраивать в концентраторы средства мониторинга и управления сетью. В сентябре 1990 г. IEEE утверждает стандарт 10Base-T.

Спецификация Ethernet 10Base5 предусматривает выполнение следующих условий (рис. 1.7).

Среда передачи - «толстый» около 12 мм в диаметре коаксиальный кабель (RG-8 или RG-11) с волновым сопротивлением 50 Ом.

Длина кабеля между соседними станциями не менее 2,5 м.

Максимальная длина сегмента сети не более 500 метров.

Общая длина всех кабелей в сегментах не более 2,500 метров.

Общее число узлов на один сегмент сети не более 100.

Сегмент оканчивается терминаторами, один из которых должен быть заземлен. [19]

Ответвительные кабели могут быть сколь угодно короткими, но расстояние от трансивера до адаптера не более 50 метров. В идеальном случае расстояние между соседними станциями должно быть кратно 2,5 м. Основные преимущества 10Base5: большая длина сегмента, хорошая помехозащищенность кабеля и высокое напряжение изоляции трансивера. Благодаря этим качествам «толстый» Ethernet чаще всего применялся для прокладки базовых сегментов (Backbone). Сейчас этот стандарт практически полностью вытеснен более дешевыми и производительными реализациями Ethernet. [11]

Рис. 1.7. Ethernet 10Base5

Сеть Ethernet 10Base2 часто называют «тонкой Ethernet» или Thinnet из-за применяемого кабеля. Это одна из самых простых в установке и дешевых типов сетей. Топология сети - общая шина. Кабель прокладывается вдоль маршрута, где размещены рабочие станции, которые подключаются к сегменту при помощи Т-коннекторов. Отрезки сети, соединяющие соседние станции, подключаются к T-коннекторам при помощи BNC-разъемов. Для соединения двух отрезков кабеля применяются I-коннекторы. В сети не более 1024 станций. Сейчас 10base2 применяется в «домашних» сетях. [29]



Рис. 1.8. Ethernet 10Base2

Ограничения по спецификации Ethernet 10Base2 (рис. 1.8):

Среда передачи - «тонкий» (около 6 мм в диаметре) коаксиальный кабель (RG-58 различных модификаций) с волновым сопротивлением 50 Ом.

Длина кабеля между соседними станциями не менее 0,5 м.

Максимальная длина сегмента сети не более 185 метров.

Общая длина всех кабелей в сегментах (соединенных через повторители) не более 925 метров.

Общее число узлов на один сегмент сети не более 30.

Сегмент оканчивается терминаторами, один из которых заземляется.

Ответвления от сегмента недопустимы.

Правило 5-4-3

Правила построения сетей, использующих физическую топологию «общая шина».

В этом случае действует правило 5-4-3, т.е.:

· не более чем 5 сегментов сети;

· могут быть объединены не более чем 4-мя повторителями;

· при этом станции могут быть подключены не более чем к 3-м сегментам, остальные 2 могут быть использованы для увеличения общей длины сети. [31]

Спецификация Ethernet 10Base-T

Соответствует стандарту IEEE 802.3i, принятому в 1991 г.

Ограничения спецификации Ethernet 10Base-T:

· Среда передачи - неэкранированный кабель на основе витой пары (UTP - Unshielded Twisted Pair) категории 3 и выше. При этом задействуются 2 пары - одна на прием, вторая на передачу.

· Физическая топология «звезда».

· Длина кабеля между станцией и концентратором не более 100 м.

· Максимальный диаметр сети не более 500 метров.

· Количество станций в сети не более 1024.

В сети 10Base-Т термин «сегмент» применяют к соединению станция-концентратор. Дополнительные расходы в 10Base-T, связанные с необходимостью наличия концентратора и большим количеством кабеля, компенсируются большей надежностью и удобством эксплуатации. Индикаторы, присутствующие даже на самых простых концентраторах, позволяют быстро найти неисправный кабель. Управляемые модели концентраторов способны осуществлять мониторинг и управление сетью. Совместимость кабельной системы со стандартами Fast Ethernet увеличивает пропускную способность без изменения кабельных систем. Для оконцовки кабеля применяются восьмиконтактные разъемы и розетки RJ-45. [20]

Рис. 1.9. Ethernet 10Base - Т

Правила построения сетей, использующих физическую топологию «звезда».

Правило 5-4-3 можно интерпретировать в этом случае следующим образом:

· каскадно могут объединяться не более чем 4 концентратора;

· «дерево» каскадируемых концентраторов должно быть построено таким образом, чтобы между двумя любыми станциями в сети было не более чем 4 концентратора;

В смешанных сетях могут быть исключения из этого правила - например, если один из хабов поддерживает не только витую пару, но и оптоволоконный кабель, то допустимое число каскадируемых концентраторов увеличивается до 5.

Стандарт 10Base-F

Среда передачи данных стандарта 10Base-F - оптоволокно. В стандарте повторяется топология и функциональные элементы 10Base-T: концентратор, к портам которого с помощью кабеля подключаются сетевые адаптеры станций. Для соединения адаптера с повторителем используется два оптоволокна - одно на прием, второе на передачу.

Существует несколько разновидностей 10Base-F. Первым стандартом для использования оптоволокна в сетях Ethernet был FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link). Ограничение длины оптоволоконных линий между повторителями 1 км при общей длине сети не более 2,5 км. Максимальное число повторителей - 4.

В стандарте 10Base-FL, предназначенном для соединения станций с концентратором, длина сегмента оптоволокна до 2 км при общей длине сети не более 2,5 км. Максимальное число повторителей также 4. Ограничения длин кабелей даны для многомодового кабеля. Применение одномодового кабеля позволяет прокладывать сегменты длиной до 20 км.

Существует также стандарт 10Base-FB, предназначенный для магистрального соединения повторителей. Ограничение на длину сегмента - 2 км при общей длине сети 2,74 км. Количество повторителей - до 5. Характерной особенностью 10Base-FB является способность повторителей обнаруживать отказы основных портов и переходить на резервные за счет обмена специальными сигналами, которые отличаются от сигналов передачи данных. [20]

Стандарты 10Base-FL и 10Base-FB не совместимы между собой. Дешевизна оборудования 10Base-FL позволила ему обогнать по распространенности волоконно-оптические сети других стандартов.

Оконцовка оптоволоконных кабелей представляет собой существенно более сложную задачу, чем оконцовка медных кабелей. Необходимо точное совмещение осей светопроводящего материала - волокон и коннекторов. Типы коннекторов в основном отличаются друг от друга размером и формой направляющего ободка. Если в самых первых биконических коннекторах использовались конические ободки, то в настоящее время используются коннекторы типа SC (square cross-section), имеющие ободок квадратного сечения. Для надежного закрепления коннектора в гнезде в ранних типах коннекторов использовалась байонетная (ST) или резьбовая (SMA) фиксация. Сейчас в коннекторах SC используется технология «push-pull», предусматривающая закрепление коннектора в гнезде защелкиванием. Коннекторы типа SC применяются не только в локальных сетях, но также и в телекоммуникационных системах и в сетях кабельного телевидения.

Отдельная проблема - соединение оптических волокон. Надежное и долговечное соединение достигается сваркой волокон, что требует специального оборудования и навыков.

Область применения оптоволокна в сетях Ethernet - это магистральные каналы, соединения между зданиями, а также те случаи, когда применение медных кабелей невозможно из-за больших расстояний или сильных электромагнитных помех на участке прокладки кабеля. На сегодняшний день стандарт 10Base-F вытесняется более скоростными стандартами Ethernet на оптоволоконном кабеле. [13]

1.4.2 Создание стандарта Fast Ethernet

В 1992 году группа производителей сетевого оборудования, включая таких лидеров технологии Ethernet как SynOptics, 3Com и ряд других, образовали некоммерческое объединение Fast Ethernet Alliance для разработки стандарта на новую технологию, которая обобщила бы достижения отдельных компаний в области Ethernet-преемственного высокоскоростного стандарта. Новая технология получила название Fast Ethernet.

Одновременно были начаты работы в институте IEEE по стандартизации новой технологии - там была сформирована исследовательская группа для изучения технического потенциала высокоскоростных технологий. За период с конца 1992 года и по конец 1993 года группа IEEE изучила 100-Мегабитные решения, предложенные различными производителями. Наряду с предложениями Fast Ethernet Alliance группа рассмотрела также и другую высокоскоростную технологию, предложенную компаниями Hewlett-Packard и AT&T. [15]

В центре дискуссий была проблема сохранения соревновательного метода доступа CSMA/CD. Предложение по Fast Ethernet сохраняло этот метод и тем самым обеспечивало преемственность и согласованность сетей 10Base-T и 100Base-T. Коалиция HP и AT&T, которая имела поддержку гораздо меньшего числа производителей в сетевой индустрии, чем Fast Ethernet Alliance, предложила совершенно новый метод доступа, называемый Demand Priority. Он существенно менял картину поведения узлов в сети, поэтому не смог вписаться в технологию Ethernet и стандарт 802.3, и для его стандартизации был организован новый комитет IEEE 802.12.

В мае 1995 года комитет IEEE принял спецификацию Fast Ethernet в качестве стандарта 802.3u, который не является самостоятельным стандартом, а представляет собой дополнение к существующему стандарту 802.3 в виде глав с 21 по 30.

1.4.3 Основные характеристики стандарта Token Ring

Сети стандарта Token Ring, также как и сети Ethernet, используют разделяемую среду передачи данных, которая состоит из отрезков кабеля, соединяющих все станции сети в кольцо. Кольцо рассматривается как общий разделяемый ресурс, и для доступа к нему используется не случайный алгоритм, как в сетях Ethernet, а детерминированный, основанный на передаче станциями права на использование кольца в определенном порядке. Право на использование кольца передается с помощью кадра специального формата, называемого маркером или токеном. [20]

Стандарт Token Ring был принят комитетом 802.5 в 1985 году. В это же время компания IBM приняла стандарт Token Ring в качестве своей основной сетевой технологии. В настоящее время именно компания IBM является основным законодателем моды технологии Token Ring, производя около 60% сетевых адаптеров этой технологии.

Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями - 4 Мб/с и 16 Мб/с. Первая скорость определена в стандарте 802.5, а вторая является новым стандартом де-факто, появившимся в результате развития технологии Token Ring. Смешение станций, работающих на различных скоростях, в одном кольце не допускается.

Сети Token Ring, работающие со скоростью 16 Мб/с, имеют и некоторые усовершенствования в алгоритме доступа по сравнению со стандартом 4 Мб/с.

1.5 Метод доступа CSMA/CD

Ethernet использует «случайный» метод доступа к сети (CSMA/CD - carrier-sense multiple access/collision detection) - множественный доступ с обнаружением несущей. В нем отсутствует последовательность, в соответствии с которой станции могут получать доступ к среде для осуществления передачи. В этом смысле доступ к среде осуществляется случайным образом. Преимущество метода: алгоритмы случайного доступа реализуются значительно проще по сравнению с алгоритмами детерминированного доступа. Следовательно, аппаратные средства могут быть дешевле. Поэтому Ethernet более распространен по сравнению с другими технологиями для локальных сетей. При загрузке сети уже на уровне 30% становятся ощутимыми задержки при работе станций с сетевыми ресурсами, а дальнейшее увеличение нагрузки вызывает сообщения о недоступности сетевых ресурсов. Причиной этого являются коллизии, возникающие между станциями, начавшими передачу одновременно или почти одновременно. При возникновении коллизии, передаваемые данные не доходят до получателей, а передающим станциям приходится возобновлять передачу. В классическом Ethernet все станции в сети образовывали домен коллизий (collision domain). При этом одновременная передача любой пары станций приводила к возникновению коллизии.

1.6 Маркерный метод доступа к разделяемой среде

В сетях с маркерным методом доступа право на доступ к среде передается циклически от станции к станции по логическому кольцу. 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 (токен).

Получив маркер, станция анализирует его, при необходимости модифицирует 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.

При поступлении кадра данных к одной или нескольким станциям, эти станции копируют для себя этот кадр и вставляют в этот кадр подтверждение приема. Станция, выдавшая кадр данных в кольцо, при обратном его получении с подтверждением приема изымает этот кадр из кольца и выдает новый маркер для обеспечения возможности другим станциям сети передавать данные.

Время удержания одной станцией маркера ограничивается тайм-аутом удержания маркера, после истечение которого станция обязана передать маркер далее по кольцу.

В сетях Token Ring 16 Мб/с используется также несколько другой алгоритм доступа к кольцу, называемый алгоритмом раннего освобождения маркера (Early Token Release). В соответствии с ним станция передает маркер доступа следующей станции сразу же после окончания передачи последнего бита кадра, не дожидаясь возвращения по кольцу этого кадра с битом подтверждения приема. В этом случае пропускная способность кольца используется более эффективно и приближается к 80% от номинальной.

Для различных видов сообщений передаваемым данным могут назначаться различные приоритеты.

Каждая станция имеет механизмы обнаружения и устранения неисправностей сети, возникающих в результате ошибок передачи или переходных явлений (например, при подключении и отключении станции).

Не все станции в кольце равны. Одна из станций обозначается как активный монитор, что означает дополнительную ответственность по управлению кольцом. Активный монитор осуществляет управление тайм-аутом в кольце, порождает новые маркеры (если необходимо), чтобы сохранить рабочее состояние, и генерирует диагностические кадры при определенных обстоятельствах. Активный монитор выбирается, когда кольцо инициализируется, и в этом качестве может выступить любая станция сети. Если монитор отказал по какой-либо причине, существует механизм, с помощью которого другие станции (резервные мониторы) могут договориться, какая из них будет новым активным монитором. [4]

2. Локальная сеть Солнечногорского филиала Современной Гуманитарной Академии

2.1 Характеристика существующей локальной сети

Организационно-штатная структура управления Солнечногорского филиала следующая: во главе филиала стоит директор ВУЗа. В состав подразделения входят 8 отделов: секретарь, бухгалтерия, отдел кадров, аттестационный отдел, методический отдел, библиотека, хозотдел, ремонтно-сервисная служба.

Локальная вычислительная сеть Солнечногорского представительства НОУСГИ существует с 1998 года. Работоспособность сети поддерживается и развивается ремонтно-сервисной службой института. Цель объединения компьютеров в локальную сеть имеет производственный и образовательный характер. Для студентов сеть является средством интерактивного взаимодействия, общения, обучения а так же средой при совместном решении различных учебных задач.

За 6 лет существования, ЛВС претерпела множество качественных изменений. На данный момент она территориально охватывает 4 класса и все отделы филиала. Число рабочих станций, подключенных к сети растет. В настоящее время количество рабочих станций сети филиала оставляет 102 компьютерных рабочих мест. Динамику расширения сети можно видеть на приведенной диаграмме рис 2.1.

Сеть постоянно развивается и модернизируется с учетом появления новых сетевых и информационных технологий, а также с учетом потребностей и возможностей института.

Администрированием и развитием сети занимается группа инженеров ремонтно-сервисной службы института. Основными принципами подбора кадров ремонтно-сервисной службы являются: профессиональная пригодность, желание поддерживать функциональность сети, совершенствовать ее инфраструктуру, а также повышать уровень собственной квалификации в области сетевых технологий.

Рис. 2.1. Динамика расширения ЛВС Солнечногорского филиала НОУСГИ

Офисная сеть Солнечногорского представительства НОУСГИ построена на технологии Ethernet и поддерживает стандарты 10Base-T. Сеть имеет тип топологии иерархическая звезда, то есть существует центральный коммутатор, который связывает между собой дочерние концентраторы. Структурная схема топологии локальной сети до модернизации приведена на рисунке. 2.2.

К концентратору подключены рабочие станции по технологии 10Base-T со скоростью передачи данных 10 Мбит/с.

Сеть имеет одноранговый тип и охватывает два компьютерных класса и сервисную ремонтную службу. Кабельная система полностью построена с использованием симметричного 4-парного медного кабеля («неэкранированная витая пара» или UTP) категории 5 фирмы Alcatel.



Рис. 2-2. Структурная схема топологии локальной сети до модернизации

2.2 Анализ локальной сети

Локальная сеть состоит из двух компьютерных классов по двадцать три персональных компьютера в каждом и сервисной ремонтной службы.

В компьютерной сети используются обучающие программы: лабораторный компьютерный тренинг и индивидуальный компьютерный тренинг. Рассчитаем, ежедневную загруженность персональных компьютеров в локальной сети.

Количество учебных дней в семестре (d) - 90;

Количество групп (g) - 30;

Количество занятий в компьютерном классе за семестр у группы (z) - 50;

Загруженность компьютерных классов в учебный день (x) - ?;

Количество часов отработанных компьютерами за семестр (St);

Количество занятий отработанных компьютерами за семестр (Sz);

x = St / d; где St = Sz * 1,5; где Sz = z * g;

Получим Sz = 30 * 50 = 1500 (кол-во занятий);

St = 1500 * 1,5 = 2250 (кол-во часов);

х = 2250 / 90 * 2 = 12,5 часов.

Ежедневная загруженность персональных компьютеров в локальной сети составляет примерно 12,5 часов сутки.

С развитием программного обеспечения для учебного процесса, увеличением базы учебных продуктов стало возможным проведение большинства типов занятий в компьютерных классах с применением информационных технологий. Анализ показывает, что средняя загруженность персональных компьютеров в существующей локальной сети превышает допустимые нормы. Для обеспечения эффективности учебных занятий необходимо увеличить компьютерный парк и количество компьютерных классов. Это в свою очередь влечет за собой изменение типа сети и ее топологии.

2.3 Модернизация существующей локальной сети Солнечногорского филиала

2.3.1 Функциональная схема локальной вычислительной сети

В связи с внедрением новых учебных продуктов, увеличением количества компьютерных классов и объединения административных отделов филиала необходимо пересмотреть существующую организацию локальной сети. При объединении административных отделов филиала необходимо рассмотреть функциональную схему будущей офисной сети.

2.3.2 Выбор типа сети

В организации точно известно, какой сотрудник и к какой информации должен иметь доступ, следует ориентироваться на более дорогой вариант сети - с выделенным сервером. Только в такой сети существует возможность администрирования прав доступа.

При планировании офисной сети были определены следующие требования:

1. Централизованный доступ к данным. Хранение данных на выделенном файл-сервере с разграничением прав доступа к информации;

2. Сетевая печать;

3. Доступ к электронной почте;

4. Централизованный доступ к сетевой базе данных «Луч». Хранение базы данных на выделенном сервере с разграничением прав доступа;

5. Распределение системы учета и автоматизация бухгалтерских расчетов;

6. Использование Internet-технологий для обеспечения учебного процесса;

7. Обеспечение информационной безопасности и сохранности данных.

Анализ структуры предприятия и функциональной нагрузки офисной сети показал необходимость перехода на другой тип сети. В таблице 1 приведены основные характеристики двух типов сетей. Сеть типа «клиент-сервер» наиболее полно удовлетворяет требованиям ЛВС филиала: разграниченный доступ к информации, широкая комплексная защита ресурсов и пользователей.

При модернизации офисной сети одним из главных этапов является создание предварительной схемы. При этом в зависимости от типа сети возникает вопрос об ограничении длины кабельного сегмента. Это может быть несущественно для небольшого офиса, однако если сеть охватывает несколько этажей здания, проблема предстает в совершенно ином свете. В таком случае необходима установка дополнительных репитеров (repeater).

Офисная сеть Солнечногорского представительства НОУСГА будет располагаться на одном этаже, и расстояние между сегментами сети не столь велико, чтобы требовалось использование репитеров.

Очень важную роль играет план помещения на выбор топологии сети

(Приложение 3 План помещений после модернизации ЛВС) где:

1. Директор предприятия

2. Секретарь (отдел прямого подчинения;

3. Бухгалтерия; Отдел кадров; Методический отдел;

4. Аттестационный отдел;

5. Библиотека;

6. Хозотдел;

7. Ремонтно-сервисная служба;

8. Класс с приборами тестирования 1; Класс с приборами тестирования 2;

9. Компьютерный класс №1;

10. Компьютерный класс №2;

11. Компьютерный класс №3;

12. Компьютерный класс №4;

- Принтер;

- ПК;

- Сервер.

После определения места установки сервера можно сразу определить, какое количество кабеля потребуется.

Сервером называют любой сетевой компьютер, предоставляющий свои ресурсы другим компьютерам. Это может быть: хранение файлов, печать, совместное использование приложений и т.д. [19]

Размещение сервера является важным аспектом при построении офисной сети.

На выбор места влияет несколько факторов:

1. постоянный доступ к серверу для технического обслуживания;

2. необходимость ограничения доступа к серверу по соображениям защиты информации.

Сервер было решено установить в помещении сервисной ремонтной службы, так как только это помещение удовлетворяет требованиям, помещение изолированно от посторонних лиц, следовательно, доступ к серверу будет ограничен. В то же время в помещении сервисной ремонтной службы более удобно проводить обслуживание сервера, так как при установке сервера в кабинете директора обслуживание будет затрудненно в связи с выполнением ими своих служебных обязанностей, а в кабинете отдела кадров доступ к серверу посторонних лиц не сильно затруднен. Размещение же сервера в компьютерных классах не отвечает ни одному условию.

В сервисной ремонтной службе размещено 3 сервера:

Luch - сервер базы данных c установленным программным обеспечением база данных информационная система «Луч» версии 4.00 использующая для хранения данных о студентах в Access Microsoft office XP.

TVServer - сервер приложений содержит компьютерные обучающие программы, которые запускают на клиентских рабочих станциях в компьютерных классах.

NetServer - коммуникационный сервер обеспечивает доступ из офисной сети в Internet и принт-сервер, предоставляющий принтер для печати.

2.3.3 Выбор сетевой топологии

Сетевая архитектура - это комбинация стандартов, топологий и протоколов, необходимых для создания работоспособной сети. [14]

Выбор топологии определяется, в частности, планировкой помещения, в котором разворачивается ЛВС. Кроме того, большое значение имеют затраты на приобретение и установку сетевого оборудования, что является важным вопросом для фирмы, разброс цен здесь также достаточно велик.

«Звезда» - это топология с явно выделенным центром, к которому подключаются все остальные абоненты. Весь обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который таким образом ложится очень большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети, он заниматься не может. Понятно, что сетевое оборудование центрального абонента должно быть существенно более сложным, чем оборудование периферийных абонентов. О равноправии абонентов в данном случае говорить не приходится. Как правило, именно центральный компьютер является самым мощным, и именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети с топологией «звезда» в принципе невозможны, так как управление полностью централизовано, конфликтовать нечему. [5]

Если говорить об устойчивости звезды к отказам компьютеров, то выход из строя периферийного компьютера никак не отражается на функционировании оставшейся части сети, зато любой отказ центрального компьютера делает сеть полностью неработоспособной. Поэтому должны приниматься специальные меры по повышению надежности центрального компьютера и его сетевой аппаратуры. Обрыв любого кабеля или короткое замыкание в нем при топологии «звезда» нарушает обмен только с одним компьютером, а все остальные компьютеры могут нормально продолжать работу.

В центре сети с данной топологией помещается не компьютер, а концентратор, или хаб (hub), выполняющий ту же функцию, что и репитер. Он восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их в другие линии связи.

К числу других преимуществ использования концентраторов относятся:

· простота изменения или расширения сети: достаточно просто подключить еще один компьютер или концентратор;

· централизованный контроль за работой сети и сетевым трафиком: во многих сетях активные концентраторы наделены диагностическими возможностями, позволяющими определить работоспособность соединения.

Рассмотрев преимущества существующей топологии, решено было модернизировать сеть по существующей топологии.

2.3.4 Конфигурирование сервера

Сервер в сетях клиент / сервер - это компьютер, который обслуживает все рабочие станции, предоставляя для них свое дисковое пространство. Обычно серверами являются компьютеры, построенные на старших моделях процессоров Pentium III или Pentium 4, имеющие не меньше 64 Мбайт памяти. В большинстве серверов, как правило, устанавливаются недорогие мониторы и клавиатуры, что связано с малоинтенсивным использованием консоли сервера. Серверы не требуют постоянного наблюдения и обслуживания, что же касается дискового пространства, то почти на всех серверах установлен один или несколько быстродействующих жестких дисков большой емкости. Качество серверов должно быть очень высоким, так как, обслуживая всю сеть, они выполняют намного больше работы, чем обычная рабочая станция. [2]

Очевидно, что производительность офисной сети не в последнюю очередь зависит от компьютера, используемого в качестве сервера. При использовании Windows 2000 Server необходимо ориентироваться на наиболее высокоскоростной компьютер. При выборе сервера можно приобрести уже собранный компьютер, предлагаемый производителями и поставщиками компьютерной техники, или произвести сборку вручную.

Владея определенным опытом, самостоятельно собранный под заказ сервер может составить конкуренцию готовому продукту. Необходимо обратить внимание на следующие компоненты при сборке сервера.

1. Процессор сервера указывает жесткому диску, какие данные сохранить, а какие извлечь. Даже если в вашей локальной сети работают всего несколько пользователей и расширения ее не предвидится, то целесообразнее вложить средства в сервер с быстрым процессором Pentium III или Pentium 4, имеющим достаточный объем памяти.

В функции процессора входит выполнение команд, которые он получает от запускаемого пользователем программного обеспечения. Понятно, что от скорости работы процессора зависит скорость выполнения того или иного приложения, т.е. программа и сетевая операционная система будут работать быстрее на компьютере с более быстрым процессором.

Наиболее предпочтительными являются многопроцессорные (чаще всего двухпроцессорные) серверы. Такой сервер обеспечивает большую производительность и отказоустойчивость - при выходе из строя одного процессора остальные будут продолжать работать.

2. Сетевая операционная система, как и любое другое приложение, загружается в память компьютера; естественно, объем памяти должен быть достаточным. В одноранговой сети необходимое количество памяти определяется требованиями используемых на станции приложений, но для эффективной работы в локальной сети с выделенным сервером объем его памяти должен быть равным 64 Мбайт или больше. Для работы Windows 9x в одноранговой среде необходимо минимум 32 Мбайт памяти, для работы Windows 2000 Server - еще больше.

3. Жесткий диск - один из самых важных компонентов сервера, используемый для хранения файлов различных пользователей локальной сети. В основном от надежности, скорости доступа и вместимости жесткого диска зависит, можно ли эффективно использовать ресурсы сети. Наибольшим ограничением на производительность в средних локальных сетях является время доступа к жесткому диску сервера, а самый распространенный повод для недовольства пользователей этих же сетей - нехватка свободного пространства на этом диске. [26]

В настоящее время практически все серверы оснащаются SCSI-дисками (Ultra2 Wide SCSI). Несмотря на существенное различие в ценах между IDE - (EIDE) и SCSI-дисками, предпочтительнее использовать второй тип устройств. Емкость и производительность жесткого диска должны быть достаточными для комфортной работы пользователей. В современных серверах довольно часто используется массив жестких дисков для хранения и резервного копирования данных. Он называется системой RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks - дополнительный массив недорогих дисков). Система RAID допускает «горячую» замену устройств. В настоящее время существует несколько уровней системы RAID, и только RAID 5 поддерживается большинством сетевых операционных систем. В приложении 6 приведена сравнительная характеристика различных уровней системы RAID. [7]

В последнее время становятся популярными массивы накопителей CD-ROM. Такой массив представляет собой несколько высокопроизводительных накопителей CD-ROM, помещенных в один корпус.

4. Важность блока питания сервера часто недооценивают, в то время как при его неисправности нарушается работа всех узлов сервера.

5. Клавиатура, монитор и мышь не относятся к самым важным частям сервера хотя бы потому, что они используются не так часто, как их «собратья», установленные на рабочих станциях. Можно обойтись дешевыми клавиатурой, монитором и мышью, не отличающимися высоким качеством, ведь обычно сервер может в течение очень долгого времени работать без вмешательства пользователя. Когда сервер работает «сам по себе», монитор можно просто выключить.

6. Маленький корпус для сервера противопоказан, так как это может привести к перегреву, особенно при использовании производительного процессора и нескольких жестких дисков. Идеальным корпусом будет корпус большого типа, кроме всего прочего, обеспечивающий возможность дальнейшего расширения системы. Еще более удобны специальные корпуса для серверов, снабженные мощными блоками питания, дополнительными вентиляторами, съемными заглушками и защитной передней панелью.

7. Сетевые адаптеры устанавливаются в разъемы каждой рабочей станции и сервера. (Некоторые современные компьютеры выпускаются с сетевым аппаратным обеспечением, встроенным в системную плату, хотя большинство сетевых администраторов предпочитают выбирать сетевой адаптер сами.) Через сетевой адаптер рабочая станция посылает запрос серверу и через него же получает запрошенный файл. Поэтому одним из важнейших компонентов сервера является производительная сетевая карта. В таблице 3 даны технические характеристики сервера локальной сети Солнечногорского филиала.

Таблица 2. Конфигурация сервера

№№	Наименование.	Цена pуб.
1 11	Материнская плата Socket 478 ASUS P4C800 DeLuxe i875P, dual DDR400, SATA, RAID, AGP8X, (+AC'97 6ch), U/100 LAN USB 2.0 (ATX)	5281
22	Процессор Socket 478 PENTIUM 4 - 3,0 C GHz (800) INTEL in BOX (1Mb) Prescott	6490
33	Память DDR 512 Mb PC-3200 / DDR400 Samsung	2685
44	Винчестеры IDE 120 Gb Seagate Barracuda 7200 об. ULTRA - DMA / 100	2596
55	Видео карта AGP 128 mb ASUS A9200SE/T Radeon 9200SE DDR TV	1564
66	CD-ROM CD REWRITER NEC 48x32x48 NR-9400A	974

2.3.5 Выбор сетевой архитектуры Fast Ethernet

Сетевая архитектура модернизированной локальной вычислительной сети Солнечногорского филиала - Fast Ethernet. Выбор этой сетевой архитектуры продиктован следующими факторами:

§ повышение производительности клиентских компьютеров;

§ увеличение числа пользователей в сети;

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

К тому же в сети для перехода от Ethernet до Fast Ethernet необходимо поменять всего лишь два концентратора на два коммутатора.

Схема объединения компьютеров в сеть 100BASE-TX практически ничем не отличается от схемы в случае 10BASE-T. Однако в этом случае необходимо применение кабелей с неэкранированными витыми парами (UTP) категории 5 или выше.

Для присоединения кабелей так же, как и в случае 10BASE-T, использованы 8-контактные разъемы типа RJ-45. Как и для 10BASE-T, длина кабеля не может превышать 100 м. Только сетевые адаптеры должны быть Fast Ethernet, и концентратор должен быть рассчитан на подключение сегментов 100BASE-TX. Именно поэтому при установке сети 10BASE-T сразу же прокладывался кабель категории 5. Хотя максимальная длина кабеля как в 10BASE-T, так и в 100BASE-TX равна 100 м, но природа этих ограничений различна. В случае 10BASE-T предельная длина кабеля в 100 м ограничена только качеством кабеля (точнее, затуханием сигнала в нем) и в принципе может быть увеличена при использовании более совершенного кабеля (например, до 150 м). А в случае 100BASE-TX предельная длина 100 м определяется заданными временными соотношениями обмена (установленным ограничением на двойное время прохождения) и не может быть увеличена ни при каких условиях. Поэтому стандарт даже рекомендует ограничиваться длиной сегмента в 90 м, чтобы иметь 10-процентный запас.