Построение локальной сети

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Локальные сети составляют один из быстроразвивающихся секторов промышленности средств связи. Предполагается, что в ближайшем будущем ЛВС станут одним из самых распространенных средств обработки и передачи данных, поскольку по своим характеристикам и возможностям они наиболее полно отвечают потребностям значительной части учреждений и предприятий, занимающихся планированием, управлением и производством. [5]

К настоящему времени в различных странах мира созданы и находятся в эксплуатации многие десятки типов ЛВС с различными физическими средами, топологией, размерами, алгоритмами работы, архитектурной и структурной организацией.

Без сетей теперь не обходятся даже малые предприятия. Простота подключения проводов от компьютера к компьютеру (или установки шлюза беспроводного доступа) как и все современные hi-tech-решения подразумевают под собой на самом деле достаточно сложные явления, понятия и проблемы.

Под локальной сетью (ЛВС, LAN) обычно подразумевают объединение компьютеров, расположенных в ограниченном пространстве. Локальные сети можно объединять в более крупные сети, такие как CAN (группа зданий), MAN (город), WAN (широкомасштабная сеть), GAN (глобальная сеть).



1. Постанока задачи

Дано: центральный офис (central office - CO) и сеть его представительств 1, 2, 3, 4, 5, расположенных на некотором удалении друг от друга с однотипным набором технических средств (Рис. 1).

Необходимо: определить наиболее эффективное решение, с точки зрения цена / качество, по обеспечению передачи информации из всех представительств в центральный офис CO. В центральном офисе организовать ЛВС с выходом в Интернет.

Рис. 1. - Схема разрабатываемой сети

2. Анализ информационных потребностей предприятия

Для повышения эффективности работы предприятия предлагается разработка и внедрение на предприятии компьютерной информационно-вычислительной сети, которая позволит оптимизировать процессы документооборота, делопроизводства и бухгалтерского учета.

Локальные сети служат для объединения рабочих станций, периферии, терминалов и других устройств. Локальная сеть позволяет повысить эффективность работы компьютеров за счет совместного использования ими ресурсов, например файлов и принтеров. Как результат, это дает возможность предприятию использовать локальную сеть для связи воедино данных, функций обмена и вычислений, а также хранения информации на файл-серверах[2].

Характерными особенностями локальной сети являются:

· ограниченные географические пределы;

· обеспечение многим пользователям доступа к среде с высокой пропускной способностью;

· постоянное подключение к локальным сервисам;

· физическое соединение рядом стоящих устройств.

При организации ЛВС с выходом в интернет предприятие получит неограниченные информационные возможности, а также возможность пользования электронной почтой и другими приложениями.

3. Планирование структуры сети

Топология Сети

Топология - это способ физического соединения компьютеров в локальную сеть. [1]

Существует три основных топологии, применяемые при построении компьютерных сетей:

1) топология «Шина»;

2) топология «Звезда»;

2) топология «Кольцо».

При создании сети с топологией «Шина» (Рис. 2) все компьютеры подключаются к одному кабелю.



Рис. 2. - Топология «Шина»

На его концах должны быть расположены терминаторы. По такой топологии строятся 10 Мегабитные сети 10Base-2 и 10Base-5. В качестве кабеля используется коаксиальные кабели.

Пассивная топология, строится на использовании одного общего канала связи и коллективного использования его в режиме разделения времени. Нарушение общего кабеля или любого из двух терминаторов приводит к выходу из строя участка сети между этими терминаторами (сегмент сети). Отключение любого из подключенных устройств на работу сети никакого влияния не оказывает. Неисправность канала связи выводит из строя всю сеть. Все компьютеры в сети «слушают» несущую и не участвуют в передаче данных между соседями. Пропускная способность такой сети снижается с увеличением нагрузки или при увеличении числа узлов. Для соединения кусков шины могут использоваться активные устройства - повторители (repeater) с внешним источником питания.

Топология «Звезда» (Рис. 3) предполагает подключение каждого компьютера отдельным проводом к отдельному порту устройства, называемого концентратором или повторителем (репитер), или хабом (Hub).

Рис. 3. - Топология «Звезда»

Концентраторы могут быть как активные, так и пассивные. Если между устройством и концентратором происходит разрыв соединения, то вся остальная сеть продолжает работать. Правда, если этим устройством был единственный сервер, то работа будет несколько затруднена. При выходе из строя концентратора сеть перестанет работать.

Данная сетевая топология наиболее удобна при поиске повреждений сетевых элементов: кабеля, сетевых адаптеров или разъемов. При добавлении новых устройств «звезда» также удобней по сравнению с топологией общая шина. Также можно принять во внимание, что 100 и 1000 Мбитные сети строятся по топологии «Звезда».

Топология «Кольцо» (Рис. 4) активная топология. Все компьютеры в сети связаны по замкнутому кругу.

Рис. 4. - Топология «Кольцо»

Прокладка кабелей между рабочими станциями может оказаться довольно сложной и дорогостоящей, если они расположены не по кольцу, а, например, в линию. В качестве носителя в сети используется витая пара или оптоволокно. Сообщения циркулируют по кругу. Рабочая станция может передавать информацию другой рабочей станции только после того, как получит право на передачу (маркер), поэтому коллизии исключены. Информация передается по кольцу от одной рабочей станции к другой, поэтому при выходе из строя одного компьютера, если не принимать специальных мер выйдет из строя вся сеть.

Время передачи сообщений возрастает пропорционально увеличению числа узлов в сети. Ограничений на диаметр кольца не существует, т.к. он определяется только расстоянием между узлами в сети.

Кроме приведенных выше топологий сетей широко применяются гибридные топологии: «звезда - шина», «звезда - кольцо», «звезда - звезда».

Кроме трех рассмотренных основных, базовых топологий нередко применяется также сетевая топология «дерево» (tree), которую можно рассматривать как комбинацию нескольких звезд.

Смешанная топология. В то время как небольшие сети, как правило, имеют типовую топологию - звезда, кольцо или общая шина, для крупных сетей характерно наличие произвольных связей между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произвольно подсети, имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией.

Данная локальная сеть может быть использована в различных коммерческих предприятиях заводских конторах, небольших исследовательских центрах, игровых залах.

Сеть представляет собой группу ПК, связанные с более мощным ПК, выполняющего роль сервера. Все ПК в сети могут использовать специализированные приложения хранящиеся на сетевом сервере и работать с общими устройствами (принтерами, факсами и другой периферией). Предоставляется широкий спектр возможностей для администрирования.

Используемая топология звезда, определяет сеть, как высоконадежную и отказоустойчивую. Также в проекте предусмотрена возможность расширения сети.

Кабельная система

Выбор кабельной подсистемы диктуется типом сети и выбранной топологией. Требуемые же по стандарту физические характеристики кабеля закладываются при его изготовлении, о чем и свидетельствуют нанесенные на кабель маркировки. В результате, сегодня практически все сети проектируются на базе UTP и волоконно-оптических кабелей, коаксиальный кабель применяют лишь в исключительных случаях и то, как правило, при организации низкоскоростных стеков в монтажных шкафах.

В проекты локальных вычислительных сетей (стандартных) закладываются на сегодня всего три вида кабелей[4]:

1. Коаксиальный (двух типов):

1.1. тонкий коаксиальный кабель (thin coaxial cable);

1.2. толстый коаксиальный кабель (thick coaxial cable).

2. Витая пара (двух основных типов):

2.1. неэкранированная витая пара;

2.2. экранированная витая пара.

3. Волоконно-оптический кабель (двух типов):

3.1. многомодовый кабель (fiber optic cable multimode);

3.2. одномодовый кабель (fiber optic cable single mode).

Витая пара - вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой.

Свивание проводников производится с целью повышения степени связи между собой проводников одной пары (электромагнитная помеха одинаково влияет на оба провода пары) и последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников, а также взаимных наводок при передаче дифференциальных сигналов. Для снижения связи отдельных пар кабеля (периодического сближения проводников различных пар) в кабелях UTP категории 5 и выше провода пары свиваются с различным шагом. Витая пара - один из компонентов современных структурированных кабельных систем. Используется в телекоммуникациях и в компьютерных сетях в качестве физической среды передачи сигнала во многих технологиях, таких как Ethernet, Arcnet и Token ring. В настоящее время, благодаря своей дешевизне и лёгкости в монтаже, является самым распространённым решением для построения проводных (кабельных) локальных сетей.

Кабель подключается к сетевым устройствам при помощи разъёма 8P8C, который часто называют RJ-45.

Витая пара (англ. twisted pair) или как его еще называют кабель витая пара - это вид кабеля связи. Витая пара представляет из себя одну и более пар изолированных проводов, свитых между собой с определённым количеством витков на единицу длины и покрытых сверху пластиковой оболочкой. Свивание проводов производится для повышения взаимной связи проводов одной пары (при этом электромагнитная помеха влияет одинаково на оба проводника пары) и снижения электромагнитных помех от посторонних внешних источников, а так же снижения взаимных наводок между парами при передаче дифференциальных сигналов. Для уменьшения связи между отдельными парами кабеля в витой паре UTP категории 5 и более высоких категорий провода пары свиваются между собой с разным шагом.

Витая пара - один из основных компонентов современных структурированных кабельных систем. На сегодняшний день наиболее распространенной является кабель витая пара UTP Cat 5e. В зависимости от назначения и характеристик витую пару можно разделить на группы: телефонный кабель и компьютерную витую пару. Одной из основных характеристик витой пары является ее категория. По категории витую пару делят на телефонную витую пару Cat 3, витую пару 5 категории, витую пару 5e категории, витую пару 6 категории, витую пару категории 7 и витую пару категории 8. По количеству пар витую пару делят на однопарную витую пару, витую пару 2 пары, витую пару 4 пары и многопарный кабель. По степени защищенности от внешних помех различают не экранированную витую пару UTP и экранированную витую пару FTP. Так же различают витую пару для внутренней прокладки и витую пару для внешней прокладки.

В настоящее время, витая пара благодаря своей дешевизне и лёгкости в установке, является самым распространенным решением для построения локальных сетей.

В данном курсовом проекте будет использован тип кабеля «Витая пара».

Сетевое оборудование

Под этим названием подразумевается оборудование, за которым следует некоторая «интеллектуальная» особенность. То есть маршрутизатор, коммутатор (свитч) и т.д. являются активным сетевым оборудованием. Напротив - повторитель (репитер) и концентратор (хаб) не являются АСО, так как просто повторяют электрический сигнал для увеличения расстояния соединения или топологического разветвления и ничего «интеллектуального» собой не представляют. Но управляемые свитчи относятся к активному сетевому оборудованию, так как могут быть наделены некоей «интеллектуальной особенностью».

Повторитель (от англ. repeater) - сетевое оборудование. Предназначен для увеличения расстояния сетевого соединения путём повторения электрического сигнала «один в один». Бывают однопортовые повторители и многопортовые. В терминах модели OSI работает на физическом уровне. Одной из первых задач, которая стоит перед любой технологией транспортировки данных, является возможность их передачи на максимально большое расстояние. Физическая среда накладывает на этот процесс своё ограничение - рано или поздно мощность сигнала падает, и приём становится невозможным. Но ещё большее значение имеет то, что искажается «форма сигнала» - закономерность, в соответствии с которой мгновенное значение уровня сигнала изменяется во времени. Это происходит в результате того, что провода, по которым передаётся сигнал, имеют собственную ёмкость и индуктивность. Электрические и магнитные поля одного проводника наводят ЭДС в других проводниках (длинная линия). Привычное для аналоговых систем усиление не годится для высокочастотных цифровых сигналов. Разумеется, при его использовании какой-то небольшой эффект может быть достигнут, но с увеличением расстояния искажения быстро нарушат целостность данных.

Сетевой коммутатор или свитч (от англ. switch - переключатель) - устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю, исключение составляет широковещательный трафик всем узлам сети. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались.

Коммутатор работает на канальном уровне модели OSI, и потому в общем случае может только объединять узлы одной сети по их MAC - адресам. Коммутаторы были разработаны с использованием мостовых технологий и часто рассматриваются как многопортовые мосты.

Маршрутизатор или роутер - сетевое устройство, на основании информации о топологии сети и определённых правил принимающее решения о пересылке пакетов сетевого уровня (уровень 3 модели OSI) между различными сегментами сети. Работает на более высоком уровне, нежели коммутатор и сетевой мост. Обычно маршрутизатор использует адрес получателя, указанный в пакетах данных, и определяет по таблице маршрутизации путь, по которому следует передать данные. Если в таблице маршрутизации для адреса нет описанного маршрута, пакет отбрасывается.

Существуют и другие способы определения маршрута пересылки пакетов, когда, например, используется адрес отправителя, используемые протоколы верхних уровней и другая информация, содержащаяся в заголовках пакетов сетевого уровня. Нередко маршрутизаторы могут осуществлять трансляцию адресов отправителя и получателя, фильтрацию транзитного потока данных на основе определённых правил с целью ограничения доступа, шифрование / дешифрование передаваемых данных и т.д.

Сетевой мост - сетевое устройство 2 уровня модели OSI, предназначенное для объединения сегментов (подсети) компьютерной сети разных топологий и архитектур.

4. Необходимые расчеты

локальный компьютер сеть

Расчет площадей зданий и количества компьютеров

Допустим, мы имеем один центральный офис, два офиса в центральном здании и три филиалов. В центральном офисе расположим 20 компьютеров. В первых двух филиалах по 10, в последнем 3 компьютера, а в офисах центрального здания 7 и 5.

Для нормального функционирования под каждую машину необходимо минимум 2 м², так же нам понадобится место для оборудования для дополнительного оборудования, поэтому выделим под каждый ПК 4 м². В задании сказано, что нужно разработать наиболее экономную систему, следовательно, нам необходимы такие здания (Табл. 1):

Таблица №1 Список помещений проекта

Здания	Площадь	Количество компьютеров
1 филиал	40	10
2 филиал	40	10
3 филиал	12	3
1 офис	30	7
2 офис	20	5
Центральный офис	80	20

Выбор среды передачи

Для того чтобы сеть была более производительной мы будем использовать технологию Fast Ethernet, которая быстрее в 10 раз Ethernet. Fast Ethernet или 100Base-T работает со скоростью 100 мегабит в секунду. Наша сеть построена на основе топологии «звезда», где сервер является центром сети, а кабели от него идут к концентраторам, а от них тянутся к каждому компьютеру. Такая топология используется в сетях Fast Ethernet.

При установке новой сети целесообразно применять кабель с витыми парами в рабочей группе. Максимальная длина у кабеля с витыми парами - 100 метров.

В данном проекте мною используется кабель UTP CAT5 (полоса частот 100 МГц) - 4-парный кабель, применяющийся при построении локальных сетей 100BASE-TX и для прокладки телефонных линий, поддерживает скорость передачи данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар. Кабели присоединяются 8-контактными разъемами типа RJ-45, в которых используются только четыре контакта.

Минимальный набор оборудования для сети на витой паре включает в себя следующие элементы:

1) сетевые адаптеры, имеющие разъемы RJ-45;

2) отрезки кабеля с разъемами RJ-45 на концах;

3) один концентратор, имеющий столько UTP-портов, сколько необходимо объединить компьютеров.

В представленном мною проекте, используются концетраторы 2 класса.

Репитеры Класса II непосредственно повторяют приходящие на них сигналы и передают их в другие сегменты без преобразования. Поэтому к ним можно подключаться только сегменты одного типа (например, 100BASE-TX) или сегменты, использующие одну систему сигналов (например, 100BASE-TX и 100BASE-FX). Задержка в репитерах Класса II меньше, чем в репитерах Класса I, поэтому можно применять два таких репитера в пределах одной зоны конфликта.

По условию задания, необходимо в центрального офисе организовать локальную вычислительную сеть с выходом в Интернет. Для соединения компьютера с Интернетом в центральном офисе понадобится поставить шлюз. Шлюз - сетевое устройство (англ. gateway), которое передаёт протоколы одного типа физической среды в протоколы другой физической среды (сети).

Расчет необходимого количества кабеля

Площади помещений 1, 2 филиалов - 40 м²(Рис. 6); 2 офиса - 20 м²(Рис. 7); 3 филиала - 12 м² (Рис. 8); 1 офиса - 30 м²; центральный офис - 80 м² (Рис. 5). Центральное здание являются многоэтажными и в нем находятся еще 2 офисных помещения на этаж выше и для их соединения на понадобится воспользоваться «вертикальной» архитектурой построения. Так же еще 2 филиала, которые находятся в отдельных одноэтажных зданиях. Расстояние от центрального офиса до каждого из зданий - 100 метров.

Рис. 5. - Схема расположения компьютеров в центральном офисе.

Для центрального офиса нам понадобится:

40+40+40+40+32+32+32+32+24+24+24+24+16+16+16+16+8+8+8+8 = 480 м - необходимо для соединения каждого компьютера и концентратора. 10 м от концентратора к сетевому оборудования и 10 м на мелкий недочёт. Итого: 500 м.



Рис. 6. - Схема расположения компьютеров в филиалах с площадью 40 м

Для первых двух филиалов необходимо:

20+20+16+16+12+12+8+8+4+4 = 120 необходимо для соединения всех компьютеров и концентратора. 100 м соединение с центральным офисом и 10 м на мелкий недочет. Итого: 230 м.

Рис. 7. - Схема расположения компьютеров в филиалах с площадью 20 м²

Для второго офиса необходимо необходимо:

14+10+10+6+6 = 46 необходимо для соединения всех компьютеров и концентратора. 20 м соединение с центральным офисом и 10 м на мелкий недочет. Итого: 70 м.

Рис. 8. - Схема расположения компьютеров в филиалах с площадью 12 м²

Для последнего филиала необходимо:

10+8+8=26 необходимо для соединения всех компьютеров и концентратора. 100 м соединение с центральным офисом и 10 м на мелкий недочет. Итого: 140 м.

Рис. 9 - Схема 1-го офиса

Для второго офиса необходимо:

20+16+16+12+12+8+8 = 92 необходимо для соединения всех компьютеров и концентратора. 20 м соединение с центральным офисом и 10 м на мелкий недочет. Итого: 120 м.

Общая схема подключения (Рис. 10):



Рис. 10 - Общая схема

В целом нам понадобится 1160 м кабеля «Витой пары».

Расчет работоспособности сети

Максимально допустимая величина PDV=512 битовых интервалов. При расчете сегменты делятся на правый и левый.

Для расчета берутся задержки, которые вносят две взаимодействующих через повторитель сетевые карты компьютеров (или сетевая карта компьютера и порт коммутатора). Также учитывается задержка сигнала в повторителе и задержка, вносимая кабелем.

Исходные данные ниже (Табл. 2)

Таблица №2. Характеристика данных для UTP кабеля

Тип кабеля	Задержка, вносимая кабелем	Класс повторителя	Задержка, вносимая повторителем
UTP CAT5	1,112bt	2	92

Определяем работоспособность сети:

Для этого выбираем два ПК (один - в здании центрального офиса, второй - в здании его представительства) наиболее удаленных друг от друга. Между наиболее удаленными друг от друга 180 м (20+100+40+10), связь между ними, осуществляется через два «Switch», серии ТХ, кабелем «Витая пара».

Находим PDV:

PDV=180*1,112+100+2*92=484,16 битовых интервалов.

Это меньше чем 512, следовательно, сеть корректна.

Расчет расходов на необходимое оборудование

Стоимость телекоммуникационного оборудования (Табл. 3)

Таблица №3 Смета стоимости оборудования[4]

№	Наименование	Единица измерения	Количество	Цена (грн.) за 1 шт. (м.)	Всего (грн.)
Оборудование
1.	D-Link DES-1016D 16-портовый 10/100 (Концентратор II класса на 16 портов) [6]	шт.	6	309	1854
2.	D-Link DVG-2101S [DVG-2101S] (Шлюз)	шт.	1	282	282
Комплектующие
1.	UTP-кабель категории 5	м.	1200	1,5	1800
2.	Вилка RJ-45	шт.	60	1	60
3.	Розетка RJ-45	шт.	60	10	600
Дополнительное оборудование
1.	Напольный коммутационный шкаф (SNC-41U6060GS)	шт.	1	3710	3710
2.	Патч-панель 48хRJ45, UTP, кат. 5Е	шт.	1	1499	1499
3.	Кабель-канал ПВХ 25х16	м.	400	3,5	1400

Подключение к интернету осуществаляется по пакету «Корпоративный» и будет стоить 200 грн. подключение и 500 грн. ежемесячной оплаты.

Итого: 11905 грн.



Вывод

В проделанной мною работе я не только изучила вопросы конфигурации сетей Fast Ethernet, и применила знания на практике, построив локальную вычислительную сеть организации.

Соблюдение многочисленных ограничений, установленных для различных стандартов физического уровня сетей Fast Ethernet, гарантирует корректную работу сети.



Литература

локальный компьютер сеть

1. Компьютерные сети. / В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. - СПб: изд. «Питер».

2. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 3-е изд. - СПб: Питер., 2006.

3. Конспекты по предмету «Компьютерные сети».

4. http://pcshop.ua/. - Цена для оборудования

5. http://ru.wikipedia.org/wiki/Компьютерные сети

6. http://www.dlink.ru/ru/ Список оборудования Dlink

Размещено на Allbest.ru