Проектирование локальной вычислительной сети учебного центра

Понятие и классификация локальных вычислительных сетей, технологии построения. Выбор структуры сети учебного центра. Расчет стоимости сетевого оборудования. Анализ вредных факторов, воздействующих на программиста. Организация рабочего места инженера.

Рубрика Программирование, компьютеры и кибернетика
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 11.03.2013
Размер файла 7,3 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

На сегодняшний день в мире существует более 130 миллионов компьютеров и более 80% из них объединены в различные информационно-вычислительные сети от малых локальных сетей в офисах до глобальных сетей типа Internet, FidoNet, FREEnet и т.д. Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких как ускорение передачи информационных сообщений, возможностью быстрого обмена информацией между пользователями, получению и передачи сообщений (факсов, Е-Мail писем, электронных конференций и т.д.) не отходя от рабочего места, возможностью мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара, а так же обмену информацией между компьютерами разных фирм производителей работающих под разным программным обеспечением.

Применение на практике таких огромных потенциальных возможностей, которые несет в себе вычислительная сеть и тот новый потенциальный подъем, который при этом испытывает информационный комплекс, значительно ускоряет производственные процессы.

На базе уже существующего компьютерного парка и программного комплекса, отвечающей современным научно-техническим требованиям возникает необходимость в разработке принципиального решения вопроса по организации ИВС (информационно-вычислительной сети) с учетом возрастающих потребностей и возможностью дальнейшего постепенного развития сети в связи с появлением новых технических и программных решений.

Основной целью выпускной квалификационной работы является проектирование локальной вычислительной сети учебного центра.

Для достижения поставленной цели и необходимо решить следующие задачи.

Провести анализ существующих подходов к проектированию ЛВС.

Определить структуру и информационные потоки учебного центра.

Спроектировать локальную вычислительную сеть учебного центра.

Провести расчет стоимости затрат на проектирование ЛВС.

1. Существующие подходы к проектированию локальных вычислительных сетей

1.1 Понятие и классификация Локальных вычислительных сетей

Компьютерная сеть - совокупность программно-технических средств, обеспечивающих обмен информацией между двумя и более пользователями, работающими на разных (автономных) компьютерах, соединенных между собой.

Компьютерные сети создаются для того, чтобы дать возможность территориально разобщенным пользователям обмениваться информацией между собой, использовать одинаковые программы, общие информационные и аппаратные ресурсы.

Под ресурсами понимаются данные, приложения (программы), различные периферийные устройства (принтеры, модемы, сканеры, жесткие и гибкие диски и т.д.).

По некоторым оценкам, более половины действующих ЭВМ подключены к сетям.

Использование компьютерных сетей имеет множество преимуществ:

Снижение затрат за счет коллективного использования разнообразных баз данных и аппаратных средств

Стандартизация приложений - все пользователи работают на одном и том же ПО (программном обеспечении), «говорят на одном языке»

Оперативность получения информации без отрыва от рабочих мест

Эффективное взаимодействие и планирование рабочего времени (проведении дискуссий, оперативных совещаний без отрыва от рабочих мест)

Общими компонентами всех сетей являются:

Серверы (server) - компьютеры, предоставляющие свои ресурсы сетевым пользователям;

Клиенты (client), рабочие станции - компьютеры, осуществляющие доступ к сетевым ресурсам, предоставляемыми сервером (серверами);

Среда (media) - средства передачи информации;

Совместно используемые данные - файлы, передаваемые серверами по сети;

Совместно используемые периферийные устройства.

Сети появились в результате творческого сотрудничества специалистов вычислительной техники и техники связи. Вычислительные сети подразделяются на два вида: локальные и глобальные.

Для создания единого информационного пространства, способного охватить всех пользователей предприятия и предоставления им информационно созданную в разное время и в разном программном обеспечении используют локальную вычислительную сеть (ЛВС). Под ЛВС понимают совместное подключение нескольких отдельных компьютерных рабочих мест (рабочих станций) к единому каналу передачи данных. Самая простая сеть (англ. Network) состоит как минимум из двух компьютеров, соединенных друг с другом кабелем. Это позволяет им использовать данные совместно. Все сети (независимо от сложности) основываются именно на этом простом принципе. Рождение компьютерных сетей было вызвано практическими потребностями - иметь возможность для совместного использования данных.

Понятие локальная вычислительная сеть (англ. LAN-Lokal Area Network) относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным реализациям, в которых несколько компьютерных систем связанны друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций. Благодаря такому соединению пользователь может взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными с этой ЛВС.

Локальные вычислительные сети классифицируются по нескольким признакам:

Существует два основных типа сетей: одноранговые и сети на основе сервера. В одноранговой сети все компьютеры равноправны т.е. нет иерархии среди компьютеров и нет выделенного (англ. dedicated) сервера. Как правило, каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер; иначе говоря, нет отдельного компьютера, ответственного за администрирование всей сети. Все пользователи самостоятельно решают, какие данные на своем компьютере сделать общедоступным по сети. На сегодняшний день одноранговые сети бесперспективны. Если к сети подключено более 10 пользователей, то одноранговая сеть, где компьютеры выступают в роли и клиентов, и серверов, может оказаться недостаточно производительной. Поэтому большинство сетей используют выделенные серверы. Выделенным называется такой сервер, который функционирует только как сервер (исключая функции клиента или рабочей станции). Они специально оптимизированы для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и для управления защитой файлов и каталогов. Сети на основе сервера стали промышленным стандартом. Существуют и комбинированные типы сетей, совмещающие лучшие качества одноранговых сетей и сетей на основе сервера.

В производственной практики ЛВС играют очень большую роль. Посредством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые используют совместно оборудование, программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую систему. Все ЛВС работают в одном стандарте, принятом для компьютерных сетей - в стандарте Open Systems Interconnection (OSI).

Глобальные сети. Для работы в глобальной сети требуется модем. При этом асинхронная передача каждого символа (буквы или цифры) осуществляется с помощью десяти битов (8 бит требуется для передачи символа и два бита служебных - стартовый и стоповый).

Таким образом, при скорости передачи данных 28800 бит/с в линию передается 2880 символов в секунду. При такой скорости передачи данных для пересылки одной страницы текста, содержащей 3000 символов, потребуется чуть больше одной секунды.

Скорость работы современных модемов различна. Разработаны промышленные модели модемов, работающие со скоростями 14400 бит/с, 16800 бит/с, 28800 бит/с, 33600 бит/с и 56000 бит/с.

В настоящее время в мире зарегистрировано более 200 глобальных сетей. Глобальные сети (как и локальные) состоят из компьютеров, соединенных каналами связи. Глобальные вычислительные сети (ГВС) всего мира объедены между собой с помощью Internet.

Для работы в ГВС пользователю необходимо иметь соответствующее аппаратное и программное обеспечение. В простейшем случае из аппаратных средств нужно дополнительно установить модем, с помощью которого осуществляется связь по телефонной линии (например, из квартиры).

Программное обеспечение делится на два класса:

программы-серверы, размещенные на том узле сети, который обслуживает компьютер пользователя;

программы-клиенты, которые находятся на компьютере пользователя и пользуются услугами сервера.

Глобальные сети предоставляют пользователям разнообразные услуги:

работа с распределенными базами данных,

электронная почта,

телеконференции,

общение в реальном масштабе времени,

пересылка файлов и т.д.

Каждая услуга (иногда говорят служба, сервис) работает по определенным правилам (протоколам).

Для реализации каждой сетевой услуги требуются своя программа-сервер и своя программа-клиент. Например, существуют почтовые серверы и клиенты, серверы и клиенты телеконференций (новостей).

В то же время современные программы-навигаторы (исследователи, браузеры, обозреватели) постепенно берут на себя функции отдельных служб глобальной сети и становятся “универсальными” клиентами.

Термин “сервер” имеет второе значение.

Сервером называют также и компьютер, на котором установлены программы-серверы. На одном сервере-компьютере может работать сразу несколько программ-серверов. Чаще всего мы будем понимать под термином ("сервер" некий компьютер)

Топологии вычислительных сетей

Термин «топология сети» относится к пути, по которому данные перемещаются по сети. Существуют три основных вида топологий: «звезда», «кольцо» и «общая шина».

Топология типа «звезда»

Рисунок 1.1 - Топология типа " Звезда"

Концепция топологии сети в виде звезды пришла из области больших ЭВМ, в которой главная машина получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств как активный узел обработки данных (рис.1.1). Этот принцип применяется в системах передачи данных, например, в электронной почте сети RelCom. Вся информация между двумя периферийными рабочими местами проходит через центральный узел вычислительной сети.

Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий (столкновений) данных не возникает.

Кабельное соединение довольно простое, мак как каждая рабочая станция связана с узлом. Затраты на прокладку кабелей высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии.

При расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненные кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра сети.

Топология в виде «звезды» является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов передачи информации от одной станции к другой невысокая по сравнению с достигаемой в других топологиях.

Производительность вычислительной сети в первую очередь зависит от мощности центрального файлового сервера. Он может быть узким местом вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа всей сети.

Центральный узел управления - файловый сервер реализует оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к информации. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра.

Кольцевая топология

При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны одна с другой по кругу, т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция3 с рабочей станцией 4 и т.д. Последняя рабочая станция связана с первой. Коммуникационная связь замыкается в кольцо (рис. 1.2).

Рис. 1.2

Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географическое расположение рабочих станций далеко от формы кольца.

Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посылает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Пересылка сообщений является очень эффективной, мак как большинство сообщений можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычислительную сеть.

Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко.

Подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети, мак как во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограничения на протяженность вычислительной сети не существует, мак как оно, в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями.

Шинная топология

При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме коммуникационного пути, доступного для всех рабочих станций, к которому они все должны быть подключены. Все рабочие станции могут непосредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети.

Рабочие станции в любое время, без прерывания работы всей вычислительной сети, могут быть подключены к ней или отключены. Функционирование вычислительной сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции.

В стандартной ситуации для шинной сети Ethernet часто используют тонкий кабель или Cheapernet - кабель с тройниковым соединителем. Отключение и особенно подключение к такой сети требуют разрыва шины, что вызывает нарушение циркулирующего потока информации и зависание системы.

Новые технологии предлагают пассивные штепсельные коробки, через которые можно отключать и/или подключать рабочие станции во время работы вычислительной сети.

Благодаря тому, что рабочие станции можно подключать без прерывания сетевых процессов и коммуникационной среды, очень легко прослушивать информацию, т.е. ответвлять информацию из коммуникационной среды.

В ЛВС с прямой (не модулируемой) передачей информации всегда может существовать только одна станция, передающая информацию. Для предотвращения коллизий в большинстве случаев применяется временной метод разделения, согласно которому для каждой подключенной рабочей станции в определенные моменты времени предоставляется исключительное право на использование канала передачи данных. Поэтому требования к пропускной способности вычислительной сети при повышенной нагрузке повышаются, например, при вводе новых рабочих станций. Рабочие станции присоединяются к шине посредством устройств ТАР (англ. Terminal Access Point - точка подключения терминала). ТАР представляет собой специальный тип подсоединения к коаксиальному кабелю. Зонд игольчатой формы внедряется через наружную оболочку внешнего проводника и слой диэлектрика к внутреннему проводнику и присоединяется к нему.

В ЛВС с модулированной широкополосной передачей информации различные рабочие станции получают, по мере надобности, частоту, на которой эти рабочие станции могут отправлять и получать информацию. Пересылаемые данные модулируются на соответствующих несущих частотах, т.е. между средой передачи информации и рабочими станциями находятся соответственно модели для модуляции и демодуляции. Техника широкополосных сообщений позволяет одновременно транспортировать в коммуникационной среде довольно большой объем информации. Для дальнейшего развития дискретной транспортировки данных не играет роли, какая первоначальная информация подана в модем (аналоговая или цифровая), так как она все равно в дальнейшем будет преобразована.

Таблица 1.1 - Основные характеристики трех наиболее типичных типологий вычислительных сетей

Характеристики

Топологии вычислительных сетей

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

1.2 Технологии построения локальной вычислительной сети

На настоящий момент используются следующие стандарты построения локальных вычислительных сетей:

- Arcnet;(IEEE 802.4)

- Token Ring;(802,5)

- Ethernet.(802,3)

Рассмотрим каждую из них подробнее

ТехнологияIEEE 802.4

ARCNET (или ARCnet, от англ. Attached Resource Computer NETwork) - технология ЛВС, назначение которой аналогично назначению Ethernet или Token ring. ARCNET являлась первой технологией для создания сетей микрокомпьютеров и стала очень популярной в 1980-х при автоматизации учрежденческой деятельности. Предназначена для организации ЛВС в сетевой топологии «звезда».

Основу коммуникационного оборудования составляет:

коммутатор (switch)

пассивный/активный концентратор

Преимущество имеет коммутаторное оборудование, так как позволяет формировать сетевые домены. Активные хабы применяются при большом удалении рабочей станции (они восстанавливают форму сигнала и усиливают его). Пассивные - при маленьком. В сети применяется назначаемый принцип доступа рабочих станций, то есть право на передачу имеет станция, получившая от сервера так называемый программный маркер. То есть реализуется детерминированный сетевой трафик.

Преимущества подхода:

Можно рассчитать точное время доставки пакета данных.

Можно точно рассчитать пропускную способность сети.

Замечания: сообщения, передаваемые рабочими станциями образуют очередь на сервере. Если время обслуживания очереди значительно (более, чем в 2 раза) превышает максимальное время доставки пакета между двумя самыми удалёнными станциями, то считается, что пропускная способность сети достигла максимального предела. В этом случае дальнейшее наращивание сети невозможно и требуется установка второго сервера.

Предельные технические характеристики:

Минимальное расстояние между рабочими станциями, подключенными к одному кабелю - 0,9 м.

Максимальная длина сети по самому длинному маршруту - 6 км.

Ограничения связаны с аппаратной задержкой передачи информации при большом количестве коммутирующих элементов.

Максимальное расстояние между пассивным концентратором и рабочей станцией - 30 м.

Максимальное расстояние между активным и пассивным хабом - 30 м.

Между активным хабом и активным хабом - 600 м.

Достоинства:

Низкая стоимость сетевого оборудования и возможность создания протяжённых сетей.

Недостатки:

Невысокая скорость передачи данных.

После распространения Ethernet в качестве технологии для создания ЛВС, ARCNET нашла применение во встраиваемых системах.

Поддержкой технологии ARCNET (в частности распространением спецификаций) занимается некоммерческая организация ARCNET Trade Association (ATA).

История

Технология ARCNET была разработана Джоном Мёрфи (John Murphy) - инженером из корпорации Datapoint в 1976 году и анонсирована в 1977 году.

Технология - Архитектура ArcNET представлена двумя основными топологиями: шинная и звездная. В качестве среды передачи используется коаксиальный кабель RG-62 с волновым сопротивлением 93 Ом, обжатый на BNC вилки с соответствующим диаметром заделки (отличаются от вилок 10Base-2 («тонкий» Ethernet)).

Сетевое оборудование состоит из сетевых адаптеров и хабов. Сетевые адаптеры могут быть для шинной топологии, для звездной и универсальные. Хабы могут быть активными и пассивными. Пассивные хабы применяются для создания звездных участков сети. Активные хабы могут быть для шинной, звездной и смешанной топологии. Порты для шинной топологии физически не совместимы с портами для звездной топологии, хоть и имеют одинаковое физическое подключение (BNC розетка).

В случае шинной топологии, рабочие станции и серверы подключаются друг к другу с помощью T-коннекторов (таких же, как в 10Base-2 («тонкий» Ethernet)), подключенных к сетевым адаптерам и хабам и соединенных коаксиальным кабелем. Крайние точки сегмента терминируются наконечниками с сопротивлением 93 Ом. Количество устройств на одной шине ограничено. Минимальное расстояние между коннекторами - 0,9 метра и должно быть кратно этой величине. Для облегчения разделки, на кабель могут быть нанесены метки. Отдельные шины могут быть объединены с помощью шинных хабов.

При использовании звездной топологии применяются активные и пассивные хабы. Пассивный хаб представляет собой резистивный делитель-согласователь, позволяющий подключить четыре кабеля. Все кабели в этом случае подключаются по принципу «точка-точка», без образования шин. Между двумя активными устройствами не должно быть подключено больше двух пассивных хабов. Минимальная длина любого сетевого кабеля - 0.9 метра и должна быть кратна этой величине. Существует ограничение длины кабеля между активным и пассивным портами, между двумя пассивными, между двумя активными.

При смешанной топологии применяются активные хабы, поддерживающие оба типа подключения.

На сетевых адаптерах рабочих станций и серверов с помощью джамперов или DIP-переключателей выставляется уникальный сетевой адрес, разрешение использования микросхемы расширения BIOS, позволяющего осуществить удаленную загрузку рабочей станции (может быть бездисковой), тип подключения (шинная или звездная топология), подключение встроенного терминатора (последние два пункта - опционально). Ограничение на количество рабочих станций - 255 (по разрядности регистра сетевого адреса). В случае, если два устройства имеют одинаковый сетевой адрес, оба теряют работоспособность, но на работу сети в целом эта коллизия не влияет.

При шинной топологии обрыв кабеля или терминатора приводит к неработоспособности сети для всех устройств, подключенных к сегменту, в который входит этот кабель(то есть от терминатора до терминатора). При звёздной топологии обрыв любого кабеля приводит к отказу того сегмента, который отключается этим кабелем от файл-сервера.

Логическая архитектура ArcNET - кольцо с маркерным доступом. Поскольку такая архитектура в принципе не допускает коллизий, при относительно большом количестве хостов (на практике испытывалось 25-30 рабочих станций) производительность сети ArcNET оказывалась выше, чем 10Base-2, при вчетверо меньшей скорости в среде (2,5 против 10 Mбит/с).

Технология 802,5

Token Ring - технология локальной вычислительной сети (LAN) кольца с «маркёрным доступом» - протокол локальной сети, который находится на канальном уровне(DLL) модели OSI. Он использует специальный трёхбайтовый фрейм, названный маркёром, который перемещается вокруг кольца. Владение маркёром предоставляет право обладателю передавать информацию на носителе. Кадры кольцевой сети с маркёрным доступом перемещаются в цикле.Станции на локальной вычислительной сети (LAN) Token ring логически организованы в кольцевую топологию с данными, передаваемыми последовательно от одной кольцевой станции до другой с управляющим маркером, циркулирующим вокруг кольцевого доступа управления. Этот механизм передачи маркёра совместно использован ARCNET, маркёрной шиной, и FDDI, и имеет теоретические преимущества перед стохастическим CSMA/CD Ethernet.

Передача маркёра

Token Ring и IEEE 802.5 являются главными примерами сетей с передачей маркёра. Сети с передачей маркёра перемещают вдоль сети небольшой блок данных, называемый маркёром. Владение этим маркёром гарантирует право передачи. Если узел, принимающий маркёр, не имеет информации для отправки, он просто переправляет маркёр к следующей конечной станции. Каждая станция может удерживать маркёр в течение определенного максимального времени (по умолчанию - 10 мс).

Данная технология предлагает вариант решения проблемы коллизий, которая возникает при работе локальной сети. В технологии Ethernet, такие коллизии возникают при одновременной передаче информации несколькими рабочими станциями, находящимися в пределах одного сегмента, то есть использующих общий физический канал данных.

Если у станции, владеющей маркёром, имеется информация для передачи, она захватывает маркёр, изменяет у него один бит (в результате чего маркёр превращается в последовательность «начало блока данных»), дополняет информацией, которую он хочет передать и отсылает эту информацию к следующей станции кольцевой сети. Когда информационный блок циркулирует по кольцу, маркёр в сети отсутствует (если только кольцо не обеспечивает «раннего освобождения маркёра» - early token release), поэтому другие станции, желающие передать информацию, вынуждены ожидать. Следовательно, в сетях Token Ring не может быть коллизий. Если обеспечивается раннее высвобождение маркёра, то новый маркёр может быть выпущен после завершения передачи блока данных.

Информационный блок циркулирует по кольцу, пока не достигнет предполагаемой станции назначения, которая копирует информацию для дальнейшей обработки. Информационный блок продолжает циркулировать по кольцу; он окончательно удаляется после достижения станции, отославшей этот блок. Станция отправки может проверить вернувшийся блок, чтобы убедиться, что он был просмотрен и затем скопирован станцией назначения.

Сфера применения В отличие от сетей CSMA/CD (например, Ethernet) сети с передачей маркёра являются детерминистическими сетями. Это означает, что можно вычислить максимальное время, которое пройдет, прежде чем любая конечная станция сможет передавать. Эта характеристика, а также некоторые характеристики надежности, делают сеть Token Ring идеальной для применений, где задержка должна быть предсказуема и важна устойчивость функционирования сети. Примерами таких применений является среда автоматизированных станций на заводах.

Применяется как более дешёвая технология, получила распространение везде, где есть ответственные приложения, для которых важна не столько скорость, сколько надёжная доставка информации. В настоящее время Ethernet по надёжности не уступает Token Ring и существенно выше по производительности.

История

Изначально технология была разработана компанией IBM в 1984 году. В 1985 комитет IEEE 802 на основе этой технологии принял стандарт IEEE 802.5. В последнее время даже в продукции IBM доминируют технологии семейства Ethernet, несмотря на то, что ранее в течение долгого времени компания использовала Token Ring в качестве основной технологии для построения локальных сетей.

В основном, технологии похожи, но имеются незначительные различия. Token ring от IBM описывает топологию «звезда», когда все компьютеры присоединены к одному центральному устройству (англ. multistationaccessunit (MSAU)), в то время, как IEEE 802.5 не заостряет внимания на топологии. В таблице 1 показаны различия между технологиями.

Модификации Token RingСуществуют 2 модификации по скоростям передачи: 4 Мбит/с и 16 Мбит/с. В Token Ring 16 Мбит/с используется технология раннего освобождения маркера. Суть этой технологии заключается в том, что станция, «захватившая» маркёр, по окончании передачи данных генерирует свободный маркёр и запускает его в сеть. Попытки внедрить 100 Мбит/с технологию не увенчались коммерческим успехом. В настоящее время технология Token Ring не поддерживается.

Технология 802,3

Ethernet от англ. ether «эфир») - пакетная технология передачи данных преимущественно локальных компьютерных сетей.

Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде - на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартамиIEEE группы 802.3. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 90-х годов прошлого века, вытеснив такие устаревшие технологии, как Arcnet, FDDI и Token ring.

История

Технология Ethernet была разработана вместе со многими первыми проектами корпорации Xerox PARC. Общепринято считать, что Ethernet был изобретён 22 мая1973 года, когда Роберт Меткалф (Robert Metcalfe) составил докладную записку для главы PARC о потенциале технологии Ethernet. Но законное право на технологию Меткалф получил через несколько лет. В 1976 году он и его ассистент Дэвид Боггс (David Boggs) издали брошюру под названием «Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks»

Меткалф ушёл из Xerox в 1979 году и основал компанию 3Com для продвижения компьютеров и локальных вычислительных сетей (ЛВС). Ему удалось убедить DEC, Intelи Xerox работать совместно и разработать стандарт Ethernet (DIX). Впервые этот стандарт был опубликован 30 сентября 1980 года. Он начал соперничество с двумя крупными запатентованными технологиями: token ring и ARCNET, - которые вскоре были раздавлены под накатывающимися волнами продукции Ethernet. В процессе борьбы 3Com стала основной компанией в этой отрасли.

Технология

В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, в дальнейшем появилась возможность использовать витую пару и оптический кабель.

Преимущества использования витой пары по сравнению с коаксиальным кабелем:

возможность работы в дуплексном режиме;

низкая стоимость кабеля «витой пары»;

более высокая надёжность сетей при неисправности в кабеле (соединение точка-точка: обрыв кабеля лишает связи два узла. В коаксиале используется топология «шина», обрыв кабеля лишает связи весь сегмент);

минимально допустимый радиус изгиба меньше;

большая помехозащищенность из-за использования дифференциального сигнала;

возможность питания по кабелю маломощных узлов, например IP-телефонов (стандарт Power over Ethernet, POE);

гальваническая развязка трансформаторного типа. При использовании коаксиального кабеля в российских условиях, где, как правило, отсутствует заземление компьютеров, применение коаксиального кабеля часто сопровождалось пробоем сетевых карт и иногда даже полным «выгоранием» системного блока.

Причиной перехода на оптический кабель была необходимость увеличить длину сегмента без повторителей.

Метод управления доступом (для сети на коаксиальном кабеле) - множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), скорость передачи данных 10 Мбит/с, размер пакета от 72 до 1526 байт, описаны методы кодирования данных. Режим работы полудуплексный, то есть узел не может одновременно передавать и принимать информацию. Количество узлов в одном разделяемом сегменте сети ограничено предельным значением в 1024 рабочих станции (спецификации физического уровня могут устанавливать более жёсткие ограничения, например, к сегменту тонкого коаксиала может подключаться не более 30 рабочих станций, а к сегменту толстого коаксиала - не более 100). Однако сеть, построенная на одном разделяемом сегменте, становится неэффективной задолго до достижения предельного значения количества узлов, в основном по причине полудуплексного режима работы.

В 1995 году принят стандарт IEEE 802.3u Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с и появилась возможность работы в режиме полный дуплекс. В 1997 году был принят стандарт IEEE 802.3z Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с для передачи по оптическому волокну и ещё через два года для передачи по витой паре.

Разновидности Ethernet

В зависимости от скорости передачи данных и передающей среды существует несколько вариантов технологии. Независимо от способа передачи стек сетевого протокола и программы работают одинаково практически во всех нижеперечисленных вариантах.

Большинство Ethernet-карт и других устройств имеет поддержку нескольких скоростей передачи данных, используя автоопределение (autonegotiation) скорости и дуплексности, для достижения наилучшего соединения между двумя устройствами. Если автоопределение не срабатывает, скорость подстраивается под партнёра, и включается режим полудуплексной передачи. Например, наличие в устройстве порта Ethernet 10/100 говорит о том, что через него можно работать по технологиям 10BASE-T и 100BASE-TX, а порт Ethernet 10/100/1000 - поддерживает стандарты 10BASE-T, 100BASE-TX и 1000BASE-T.

Ранние модификации Ethernet

10 Мбит/с Ethernet

Быстрый Ethernet (Fast Ethernet, 100 Мбит/с)

Гигабитный Ethernet (Gigabit Ethernet, 1 Гбит/с)

10-гигабитный Ethernet (Ethernet 10G, 10 Гбит/с)

40-гигабитный и 100-гигабитный Ethernet

Перспективы

О Terabit Ethernet (так упрощенно называют технологию Ethernet со скоростью передачи 1 ТБит/с) стало известно в 2008 году из заявления создателя Ethernet Боба Меткалфа на конференции OFC который предположил, что технология будет разработана к 2015 году, правда, не выразив при этом какой-либо уверенности, ведь для этого придется решить немало проблем. Однако, по его мнению, ключевой технологией, которая может обслужить дальнейший рост трафика, станет одна из разработанных в предыдущем десятилетии - DWDM.

1.3 Постановка задачи

Таким образом, на основе выше изложенного целью ВКР является организация локальной вычислительной компьютерной сети учебного центра.

Учебный центр имеет два класса 1 и 2 для проведения занятий и четырех кабинетов преподавателей А, В, С и D (рис 1.3)Необходимо: организовать общую полноценную сеть для совместного использования сетевых ресурсов (принтеров, сетевых дисков). Обеспечить выход в Интернет, электронную почту, а также:

Предусмотреть развитие сети за счет увеличения количества компьютеров в классах 1 и 2;

Обеспечить возможность обмена информацией между преподавателями;

Организовать резервирование данных;

Обеспечить возможность вывода на принтер В всем преподавателям, а на принтер Аи В только из кабинетов А и В соответственно.

Рисунок. 1.3 - Схема помещения учебного центра

Основой информационной инфраструктуры современного предприятия является локальная вычислительная сеть (LAN). Скорость и качество функционирования компьютерной сети во многом определяют эффективность работы организации.

Так как локальная сеть учебного центра обеспечивает работу и взаимосвязь приложений, то сбои в работе компьютерной сети оказывает негативное действие на все службы и всех сотрудников, использующих информационную инфраструктуру. В самом худшем случае, при выходе из строя центрального оборудования локальной сети, возможен сбой деятельности всего учебного центра - преподаватели, учащиеся не смогут отправлять электронные сообщения, преподаватель не сможет работать с документами и т.д.

Поэтому при построении или модернизации сетевой инфраструктуры компьютерного центра необходим тщательный подход.

Основными задачами при построении сетевой инфраструктуры являются:

Обеспечение обслуживания различного типа трафика. Сетевая инфраструктура современного предприятия должна гарантировать возможность функционирования интегрированных приложений, реализовать пересылку помимо обычных данных, передачу голоса и видео с требуемым качеством.

Экономичность. Уменьшение стоимости внедрения и владения сетевой инфраструктурой. Обеспечение достаточной производительности. При этом следует учитывать, что значения пиковых нагрузок могут многократно превышать их нормальные повседневные значения. Также необходимо обеспечить необходимый запас производительности, оценив потенциальный рост потребностей предприятия.

Масштабируемость решения. В связи с тем, что в современных условиях структура предприятия оперативно меняется, необходимо чтобы сетевая инфраструктура также быстро менялась без ущерба для бюджета учебного центра и работы учебного центра.

Обеспечение высокой доступности. Необходимо, чтобы инфраструктура компьютерного центра работала максимально непрерывно, а возможный отказ отдельных компонентов был либо незаметен, либо быстро устраним.

Обеспечение информационной безопасности. Сетевая инфраструктура должна соответствовать существующим на предприятии политикам безопасности по разграничению доступа, защите от внутренних и внешних атак.

Простота применения или управления. Решения, внедряемые в сетевую инфраструктуру, должны легко управляться, иметь возможность быстрого диагностирования и замены. Нужно избегать излишних административных расходов.

Помимо вышеперечисленных задач, каждое предприятие при создании инфраструктуры может поставить дополнительные в зависимости от особенностей своих бизнес процессов. Ведение современного бизнеса сложно представить без использования сети Интернет, например, для представления продукции, общения с партнерами, клиентами. Отсутствие доступа к сети Интернет может нанести предприятию почти такой же ущерб как отказ локальной сети.

Целью ВКР является углубление теоретических знаний в области архитектуры компьютерных сетей и приобретение практических навыков проектирования и моделирования локальных сетей предприятий различного масштаба. На первом этапе работы необходимо определить количество и месторасположения активного и пассивного сетевого оборудования, разработать логическую структуру локальной компьютерной сети, произвести, по необходимости, ее сегментацию произвести обоснованный выбор коммуникационного оборудования, разраб. На следующем этапе необходимо проверить работоспособность спроектированной сети путем моделирования ее функционирования на компьютере. Процедура моделирования включает создание топологии сети в редакторе моделирующей программы (например, Boson, NerCracker), конфигурацию оборудования с учетом технического задания и проверку функционирования сети.

После коррекции по результатам моделирования топологии и программы конфигурации необходимо составить и начертить электрическую схему соединений компонентов сети.

Выход в сеть Интернет разрешен только руководству организации, руководителю кадровой службы, работникам отдела снабжения и сотрудникам каждой из служб по особому списку. При проектировании локальной вычислительной сети необходимо решить следующие задачи:

Определить, на какое количество пользователей будет рассчитана сеть.

Для каких прикладных задач предназначена сеть.

Определить топологию сети и метод доступа для пользователей.

Выбрать подходящее активное и пассивное аппаратное обеспечение: тип коммутаторов, маршрутизаторов, распределительных шкафов, тип и количество кабеля и т.д.

Разработать схему электрических соединений компонентов компьютерной сети и рассчитать длины кабелей, входящих в ее состав.

6. Выполнить моделирование спроектированной сети в одном из пакетов моделирования (Boson, NetCracker или др.) и проверить правильность ее конфигурации.

При выполнении выпускной квалификационной работы данные задачи были по возможности реализованы.

2. Проектирование локальной вычислительной сети учебного центра

2.1 Выбор структуры локальной вычислительной сети

В локальных сетях, как правило, используется разделяемая среда передачи данных (моноканал) и основная роль отводится протоколами физического и канального уровней, так как эти уровни в наибольшей степени отражают специфику локальных сетей. Сетевая технология - это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств, достаточный для построения локальной вычислительной сети. Сетевые технологии называют базовыми технологиями или сетевыми архитектурами локальных сетей. Сетевая технология или архитектура определяет топологию и метод доступа к среде передачи данных, кабельную систему или среду передачи данных, формат сетевых кадров тип кодирования сигналов, скорость передачи в локальной сети. В современных локальных вычислительных сетях широкое распространение получили такие технологии или сетевые архитектуры, как: Ethernet, Token-Ring, ArcNet, FDDI.

Рассмотрим вариант построения сети: на основе технологии FastEthernet.

Данный стандарт предусматривает скорость передачи данных 100 Мбит/сек и поддерживает два вида передающей среды - неэкранированная витая пара и волоконно-оптический кабель. Для описания типа передающей среды используются следующие аббревиатуры, табл.2.1

Таблица 2.1 - Стандарт Fast Ethernet

Название

Тип передающей среды

100Base-T

Основное название для стандарта FastEthernet (включает все типы передающих сред)

100Base-TX

Экранированная или неэкранированная витая пара категории 5 и выше.

100Base-FX

Многомодовый двухволоконный оптический кабель

100Base-T4

Витая пара. 4 пары категории 3, 4 или 5.

Правила проектирования топологии стандарта 100Base-T.

Следующие топологические правила и рекомендации для 100Base-TX и 100Base-FX сетей основаны на стандарте IEEE 802.3u

100Base-TX.

Правило 1: Сетевая топология должна быть физической топологией типа «звезда» без ответвлений или зацикливаний.

Правило 2: Должен использоваться кабель категории 5 или 5е.

Правило 3: Класс используемых повторителей определяет количество концентраторов, которые можно каскадировать.

Класс 1. Можно каскадировать (стэковать) до 5 включительно концентраторов, используя специальный каскадирующий кабель.

Класс 2. Можно каскадировать (стэковать) только 2 концентратора, используя витую пару для соединения средозависимых портов MDI обоих концентраторов.

Правило 4: Длина сегмента ограничена 100 метрами.

Правило 5: Диаметр сети не должен превышать 205 метров.

Правило 6: Метод доступа CSMA/CD.

100Base-FX.

Правило 1: Максимальное расстояние между двумя устройствами - 2 километра при полнодуплексной связи и 412 метров при полудуплексной для коммутируемых соединений. Правило 2: Расстояние между концентратором и конечным устройством не должно превышать 208 метров. Существует несколько факторов, которые необходимо учитывать при выборе наиболее подходящей к данной ситуации топологии.

Таблица 2.2 - Преимущества и недостатки топологий

Топология

Преимущества

Недостатки

Шина

Экономный расход кабеля. Сравнительно недорогая и несложная в использовании среда передачи. Простота, надежность. Легко расширяется

При значительных объемах трафика уменьшается пропускная способность сети. Трудно локализовать проблемы. Выход из строя кабеля останавливает работу многих пользователей

Кольцо

Все компьютеры имеют равный доступ. Количество пользователей не оказывает сколько-нибудь значительного влияния на производительность

Выход из строя одного компьютера может вывести из строя всю сеть. Трудно локализовать проблемы. Изменение конфигурации сети требует остановки работы всей сети

Звезда

Легко модифицировать сеть, добавляя новые компьютеры. Централизованный контроль и управление. Выход из строя одного компьютера не влияет на работоспособность сети

Выход из строя центрального узла выводит из строя всю сеть

Исходя из всего вышеперечисленного, оптимальным видом топологии для проекта является звездная топология стандарта 100Base-TX с методом доступа CSMA/CD, так как она имеет широкое применение в наши дни, её легко модифицировать и у нее имеется высокая отказоустойчивость.

2.2 Выбор способа управления локальной вычислительной сети

В зависимости от способа управления различают сети:

клиент/сервер - в них выделяется один или несколько узлов (их название - серверы), выполняющих в сети управляющие или специальные обслуживающие функции, а остальные узлы (клиенты) являются терминальными, в них работают пользователи. Сети клиент/сервер различаются по характеру распределения функций между серверами, другими словами по типам серверов (например, файл-серверы, серверы баз данных). При специализации серверов по определенным приложениям имеем сеть распределенных вычислений.

Одноранговые - в них все узлы равноправны; поскольку в общем случае под клиентом понимается объект (устройство или программа), запрашивающий некоторые услуги, а под сервером - объект, предоставляющий эти услуги, то каждый узел в одноранговых сетях может выполнять функции и клиента, и сервера.

Каждая организация формулирует собственные требования к конфигурации сети, определяемые характером решаемых задач. В первую очередь необходимо определить, сколько человек будут работать в сети. От этого решения, по существу, будут зависеть все последующие этапы созданиясети. Для учебного центра была выбрана ЛВС на основе клиент-сервер.

Согласно плану учебного центра приходиться 6 рабочих помещений, предназначенных для размещения пользователей.(Рис. 2.2)Сервера будут стоять в помещении для А, В и класса 1 и 2. Интернет сервер будет стоять в А кабинете. Количество компьютеров 15+15+2+2+2+2=34 компьютеров. Предусмотреть расширение классов до 8 компьютеров дополнительно, в каждом классе.

В нашем проекте учебный центр имеется 34 рабочих станции, которые требуется объединить в локальную сеть, решаем, что в нашем случае требуется установка сервера, так как во-первых мы должны обеспечить вертикальную структуру(то есть разграниченный доступ к информации) и во-вторых количество рабочих станций предполагает управление сетью с выделенным сервером. При проектировании логической структуры компьютерной сети была использована иерархическая звездная топология. В данном случае кабели от каждой из телекоммуникационных розеток заканчиваются на телекоммуникационном распределительном пункте этажа - «кроссовой». В частности, в кроссовом помещении будет осуществляться соединение нескольких коммутаторов между собой для формирования иерархической структуры. На первом этаже расположили «главную кроссовую», в которой будет находиться коммутатор здания, маршрутизатор, используемый для доступа в Интернет, также данная комната будет использоваться в качестве серверной.

Рисунок 2.1 - Схема расположения рабочих мест

2.3 Выбор сетевого оборудования

Состав выбираемого сетевого оборудования зависит от типа локальной сети. Исходя из описанной выше изложенного, в качестве активного оборудования будут выступать следующие элементы:

Коммутатор LinkBuilder. Количество 3 штуки

Swith 8-Port 10BaseT SwithModule, RJ-45=10 штук.

ПлатыInternet 3Com EtherLink 10/100 РС1 = 1 штука.

ПлатыInternet 3Com EtherLink 10/100 РС1 = 1 штука.

ПлатыInternetGugabit Ethernet adapter= 1 штука.

При этом одна часть активного оборудования будет размещаться в комнате 1, 2, В.

Перечень необходимого пассивного оборудования приведен ниже:

Розетка телекоммуникационная: 34+16=50 штук;

Розетка телефонная: 3 4+16 штук;

Розетка электрическая: 34+16 штуки;

Патч-панель на 12 кабелей: 5 штук;

Коммутационный шкаф: 1 штука.

Для данной организации был выбран кабель «Витая пара». Архитектура предприятия (меньше 100 метров прокладки от ПК к switch) позволяет использовать витую пару, как основу связи ЛВС.

Для прокладки горизонтальных и магистральных кабелей подсистемы внутренних магистралей проектируемой ЛВС будем использовать следующие разновидности каналов:

закрытые металлические лотки за фалыппотолком, предназначенные для прокладки кабелей горизонтальной подсистемы в коридорах;

декоративные кабельные короба (в связи с отсутствием каналов в стенах и в полу рабочих помещений пользователей), изготовленные из негорючего пластика и используемые для прокладки кабелей горизонтальной подсистемы и силовых кабелей питания;

закладные трубки типа гильз диаметром в свету 32 мм, через которые производится ввод за фалыппотолок рабочих помещений пользователей горизонтальных кабелей, снимаемых с лотка в коридоре (кондуиты);

вертикальные трубчатые элементы типа рукавов диаметром в свету 80 мм, расположенные вдоль правой стены технического помещения на расстоянии примерно 80 см от его задней стены и выполняющие функции каналов стояка и используемые для прокладки по ним кабелей подсистемы внутренней магистрали.

Ход процесса расчета расхода приведенных выше элементов и их аксессуаров приведен ниже. Для расчета необходимого количества кабеля воспользуемся известным из теории методом:

1.Средняя длина {Ьср) кабельных трасс вычисляется по формуле:

Следовательно:

Исходя из этого:

Формула нахождения общей длины кабельных трасс Lимеет вид:

где: N = р - количество розеток в кабинетах.

То получим:

вычислительный сеть учебный центр

Так как кабель для прокладки предоставляется в бухтах, содержащих по 305 метров кабеля в каждой, то нам потребуется 1 бухт кабеля или 123 метров кабеля. При расчете количества декоративного короба (куда помещается прокладываемый кабель) была использована автоматизированная система расчета параметров компьютерных сетей, разработанная фирмой Netwizard В таблице 2.1приведены расчеты данной программы.

Таблица 2.3 - Результаты расчетов программы Netwizard

Наименование

Единицы измерения

Количество

Короб 100x50

м

50

Соединитель 100x50

шт.

23

Заглушка на шов 100x50

шт.

23

Плоский угол 100x50

шт.

28

Заглушка внутренняя 100x50

шт.

50

Выбор программного обеспечения.

Основными разработчиками сетевых программных продуктов для серверных ЛВС являются фирмы Novell и Microsoft. Семейство основных сетевых операционных систем фирмы Novell содержит продукты NetWare версий 1.X, 2.X, 3.X, 4.X, 5.X.

В 1985 году фирма Novell выпустила сетевую ОС, названную AdvancedNetWare 1.0 (версия 1.2 появилась чуть позже, в том же году), которая явилась первой ОС, использующая преимущества защищенного режима процессора 80286.

Версия 2.0 AdvancedNetWare была выпущена в 1986-м году и предоставляла ЛВС улучшенные характеристики, лучшую производительность и возможности организации межсетевого обмена. Одной из выдающихся особенностей данной версии была способность соединять до четырех различных сетей с одним файловым сервером.

С появлением процессоров 80386 фирма выпустила следующую версию продукта NetWare 3.12 которая использовала преимущества этих процессоров. Она предоставляет расширенные возможности: доступ к памяти до 4 гигабайт для кэширования, присоединение к одному серверу до 250 пользователей, максимальный размер файла до 4 гигабайт, один файл может располагаться на нескольких носителях. До 100000 файлов могут быть открыты одновременно.

Версия 3.12 ОС NetWare воплотила обещание фирмы Novell поддерживать рабочие станции под управлением различных ОС. На сервере могут храниться файлы для рабочих станций с операционными системами Dos, Macintosh, OS/2, UNIX. Для этого на сервере, управляемом ОС NetWare 3.12 предусмотрены специальные атрибуты для имен файлов.

В 1993-м году фирмой была выпущена версия NetWare 4.X Эта версия полностью совместима с предыдущими версиями систем, однако в эту версию фирма внесла ряд существенных новшеств. Стало возможным присоединение к серверу с рабочих станций, работающих под управлением OC Windows всех версий, включая Windows 95, 98, и более поздние версии. Для этого необходимо инсталлировать на рабочих станциях специальную программу, входящую в комплект системы NetWare 4.X.


Подобные документы

  • Выбор типа и топологии сети. Разделение ресурсов процессора. Разработка плана расположения оборудования. Прокладка кабеля витая пара. Планирование информационной безопасности. Анализ опасных и вредных факторов при эксплуатации вычислительной сети.

    курсовая работа [490,3 K], добавлен 22.10.2015

  • Общая характеристика локальных вычислительных сетей, их основные функции и назначение. Разработка проекта модернизации локальной компьютерной сети предприятия. Выбор сетевого оборудования, расчет длины кабеля. Методы и средства защиты информации.

    дипломная работа [1,5 M], добавлен 01.10.2013

  • Способы связи разрозненных компьютеров в сеть. Основные принципы организации локальной вычислительной сети (ЛВС). Разработка и проектирование локальной вычислительной сети на предприятии. Описание выбранной топологии, технологии, стандарта и оборудования.

    дипломная работа [2,3 M], добавлен 19.06.2013

  • Подбор соответствующего сетевого оборудования, удовлетворяющего требованиям выбранной технологии и потребностям организации. Расчет общей стоимости кабелей, затрат на проектирование и монтаж локальной вычислительной сети, а также срока окупаемости.

    дипломная работа [634,9 K], добавлен 20.07.2015

  • Выбор протокола и технологии построения локальной вычислительной сети из расчёта пропускной способности - 100 Мбит/с. Выбор сетевого оборудования. Составление план сети в масштабе. Конфигурация серверов и рабочих станций. Расчёт стоимости владения сети.

    курсовая работа [908,5 K], добавлен 28.01.2011

  • Понятие локальной вычислительной сети, анализ требований к ней, внутренняя структура и принцип работы, исследование используемого телекоммуникационного оборудования и программного обеспечения. Разработка проекта локальной сети для учебного процесса.

    дипломная работа [1,9 M], добавлен 17.12.2014

  • Анализ существующих решений для построения сети. Сравнение программной и аппаратной реализации маршрутизаторов. Анализ виртуальных локальных сетей. Построение сети с привязкой к плану-схеме здания. Программирование коммутатора и конфигурирование сети.

    дипломная работа [1,4 M], добавлен 16.08.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.