8

Содержание

Введение

1. Состав локальной вычислительной сети

1.1 Состав оборудования локальной сети

1.2 Роль кабельной системы

• 1.3 Топология сети
• 1.4 Сетевые адаптеры
• 1.5 Физическая структуризация локальной сети
• 1.6 Логическая структуризация сети. Мосты и коммутаторы
• 1.7 Маршрутизаторы
• 1.8 Модульные многофункциональные концентраторы
• 1.9 Функциональное соответствие видов коммуникационного оборудования уровням модели OSI
• 2. Характеристика локальной вычислительной сети
• 2.1 Медный кабель «ВИТАЯ ПАРА», назначение и характеристики
• 2.1.1 Горизонтальный кабель типа «витая пара», конструктивные особенности
• 2.1.2 Магистральный кабель, конструктивные особенности
• 2.2 Технические характеристики Оптоволоконных кабелей
• 2.2.1 Кабель бокового свечения
• 2.2.2 Кабель торцевого свечения
• 2.3. Технические характеристики коаксиальной кабели
• 2.4. Fast Ethernet
• 2.4.1 100BaseT - старший брат 10BaseT
• 2.4.2 Три вида FAST ETHERNET
• 2.4.3 Бегун на короткие дистанции
• 2.4.4 Как установить 100BASET
• 2.4.5 Обманчивая быстрота

Заключение

Использованная литература

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.

Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких как ускорение передачи информационных сообщений, возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений (факсов, Е - Маil писем и прочего) не отходя от рабочего места, возможность мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара, а так же обмен информацией между компьютерами разных фирм производителей работающих под разным программным обеспечением.

Такие огромные потенциальные возможности, которые несет в себе вычислительная сеть и тот новый потенциальный подъем, который при этом испытывает информационный комплекс, а так же значительное ускорение производственного процесса не дают нам право не принимать это к разработке и не применять их на практике.

Поэтому необходимо разработать принципиальное решение вопроса по организации ИВС (информационно-вычислительной сети) на базе уже существующего компьютерного парка и программного комплекса, отвечающего современным научно-техническим требованиям, с учетом возрастающих потребностей и возможностью дальнейшего постепенного развития сети в связи с появлением новых технических и программных решений.

Под ЛВС понимают совместное подключение нескольких отдельных компьютерных рабочих мест (рабочих станций) к единому каналу передачи данных.

Благодаря вычислительным сетям мы получили возможность одновременного использования программ и баз данных несколькими пользователями.

Понятие локальная вычислительная сеть - ЛВС (англ. LAN - Local Агеа 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 к этой ЛВС.

В производственной практике 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. Рассмотрим преимущества, получаемые при сетевом объединении персональных компьютеров в виде внутрипроизводственной вычислительной сети.

Разделение ресурсов

Разделение ресурсов позволяет экономно использовать ресурсы, например, управлять периферийными устройствами, такими как лазерные печатающие устройства, со всех присоединенных рабочих станций.

Разделение данных.

Разделение данных предоставляет возможность доступа и управления базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации.

Разделение программных средств

Разделение программных средств предоставляет возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных программных средств.

Разделение ресурсов процессора.

При разделении ресурсов процессора возможно использование вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в сеть, Предоставляемая возможность заключается в том, что на имеющиеся ресурсы не «набрасываются» моментально, а только лишь через специальный процессор, доступный каждой рабочей станции.

Многопользовательский режим

Многопользовательские свойства системы содействуют одновременному использованию централизованных прикладных программных средств, ранее установленных и управляемых, например, если пользователь системы работает с другим заданием, то текущая выполняемая работа отодвигается на задний план.

Цель настоящей дипломной работы - состав и характеристику локальной вычислительной сети Министерство Обороны Республики Казахстан. Техническую характеристику сетей, которые были использованы при построении локальной вычислительной сети Министерство Обороны Республики Казахстан.

1. Состав локальной вычислительной сети

1.1 Состав оборудования локальной сети

Фрагмент вычислительной сети (рис. 1) включает основные типы коммуникационного оборудования, применяемого сегодня для образования локальных сетей и соединения их через глобальные связи друг с другом. Для построения локальных связей между компьютерами используются различные виды кабельных систем, сетевые адаптеры, концентраторы-повторители, мосты, коммутаторы и маршрутизаторы. Для подключения локальных сетей к глобальным связям используются специальные выходы (WAN_порты) мостов и маршрутизаторов, а также аппаратура передачи данных по длинным линиям - модемы (при работе по аналоговым линиям) или же устройства подключения к цифровым каналам (TA - терминальные адаптеры сетей ISDN, устройства обслуживания цифровых выделенных каналов типа CSU/DSU и т.п.).

Рис. 1. Фрагмент сети

1.2 Роль кабельной системы

Для построения локальных связей в вычислительных сетях в настоящее время используются различные виды кабелей - коаксиальный кабель, кабель на основе экранированной и неэкранированной витой пары и оптоволоконный кабель. Наиболее популярным видом среды передачи данных на небольшие расстояния (до 100 м) становится неэкранированная витая пара, которая включена практически во все современные стандарты и технологии локальных сетей и обеспечивает пропускную способность до 100 Мб/с (на кабелях категории 5). Оптоволоконный кабель широко применяется как для построения локальных связей, так и для образования магистралей глобальных сетей. Оптоволоконный кабель может обеспечить очень высокую пропускную способность канала (до нескольких Гб/с) и передачу на значительные расстояния (до нескольких десятков километров без промежуточного усиления сигнала).

В качестве среды передачи данных в вычислительных сетях используются также электромагнитные волны различных частот - КВ, УКВ, СВЧ. Однако пока в локальных сетях радиосвязь используется только в тех случаях, когда оказывается невозможной прокладка кабеля, например, в зданиях, являющихся памятниками архитектуры. Это объясняется, прежде всего, недостаточной надежностью сетевых технологий, построенных на использовании электромагнитного излучения. Для построения глобальных каналов этот вид среды передачи данных используется шире - на нем построены спутниковые каналы связи и наземные радиорелейные каналы, работающие в зонах прямой видимости в СВЧ-диапазонах.

Согласно зарубежным исследованиям (журнал LAN Technologies), 70% времени простоев обусловлено проблемами, возникшими вследствие низкого качества применяемых кабельных систем. Поэтому так важно правильно построить фундамент сети - кабельную систему. В последнее время в качестве такой надежной основы все чаще используется структурированная кабельная система.

Структурированная кабельная система (Structured Cabling System, SCS) - это набор коммутационных элементов (кабелей, разъемов, коннекторов, кроссовых панелей и шкафов), а также методика их совместного использования, которая позволяет создавать регулярные, легко расширяемые структуры связей в вычислительных сетях.

Преимущества структурированной кабельной системы:

· Универсальность. Структурированная кабельная система при продуманной организации может стать единой средой для передачи компьютерных данных в локальной вычислительной сети, организации локальной телефонной сети, передачи видеоинформации и даже передачи сигналов от датчиков пожарной безопасности или охранных систем. Это позволяет автоматизировать многие процессы по контролю, мониторингу и управлению хозяйственными службами и системами жизнеобеспечения.

· Увеличение срока службы. Срок старения хорошо структурированной кабельной системы может составлять 8-10 лет.

· Уменьшение стоимости добавления новых пользователей и изменения их мест размещения. Стоимость кабельной системы в основном определяется не стоимостью кабеля, а стоимостью работ по его прокладке. Поэтому более выгодно провести однократную работу по прокладке кабеля, возможно с большим запасом по длине, чем несколько раз выполнять прокладку, наращивая длину кабеля. Это помогает быстро и дешево изменять структуру кабельной системы при перемещениях персонала или смене приложений.

· Возможность легкого расширения сети. Структурированная кабельная система является модульной, поэтому ее легко наращивать, позволяя легко и ценой малых затрат переходить на более совершенное оборудование, удовлетворяющее растущим требованиям к системам коммуникаций.

· Обеспечение более эффективного обслуживания. Структурированная кабельная система облегчает обслуживание и поиск неисправностей по сравнению с шинной кабельной системой.

· Надежность. Структурированная кабельная система имеет повышенную надежность поскольку обычно производство всех ее компонентов и техническое сопровождение осуществляется одной фирмой-производителем.

1.3 Топология сети

Топология, т.е. конфигурация соединения элементов в ЛВС, привлекает к себе внимание в большей степени, чем другие характеристики сети. Это связано с тем, что именно топология во многом определяет многие важные свойства сети, например, такие, как надежность (живучесть), производительность и др.

Существуют разные подходы к классификации топологий ЛВС. Согласно одному из них конфигурации локальных сетей делят на два основных класса: широковещательные и последовательные. В широковещательных конфигурациях каждый ПК (приемопередатчик физических сигналов) передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными ПК. К таким конфигурациям относятся общая шина, дерево, звезда с пассивным центром. В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одному ПК. Отсюда ясно, что широковещательные конфигурации - это, как правило, ЛВС с селекцией информации, а последовательные - ЛВС с маршрутизацией информации.

В широковещательных конфигурациях должны применяться сравнительно мощные приемники и передатчики, которые могут работать с сигалами в большом диапазоне уровней. Эта проблема частично решается введением ограничений на длину кабельного сегмента и на число подключений или использованием цифровых повторителей (аналоговых усилителей).

Сетевая топология - это геометрическая форма сети. В зависимости от топологии соединений узлов различают сети шинной (магистральной), кольцевой, звездной, иерархической, произвольной структуры (рисунок 3).

а) б) в)

г)

Рисунок 3 - Сетевые топологии

Конфигурация типа дерево представляет собой более развитый вариант конфигурации типа шина. Дерево образуется путем соединения нескольких шин активными повторителями или пассивными размножителями («хабами»). Оно обладает необходимой гибкостью для того, чтобы охватить средствами ЛВС несколько этажей в здании или несколько зданий на одной территории. При наличии активных повторителей отказ одного сегмента не приводит к выходу из строя остальных. В случае отказа повторителя дерево разветвляется на два поддерева или на две шины.

Широкополосные ЛВС с конфигурацией типа дерево часто имеют так называемый корень - управляющую позицию, в которой размещаются самые важные компоненты сети. К надежности этого оборудования предъявляются высокие требования, поскольку от него зависит работа всей сети. По этой причине оборудование часто дублируется.

Другой распространенный способ соединения абонентских систем в ЛВС при их небольшом числе - иерархическое соединение. В нем промежуточные узлы работают по принципу «накопи и передай». Основные преимущества данного метода заключаются в возможности оптимального соединения ЭВМ, входящих в сеть. Недостатки связаны в основном со сложностью логической и программной структуры ЛВС. Кроме того, в таких ЛВС снижается скорость передачи информации между абонентами различных иерархических уровней.

Наиболее распространенные последовательные конфигурации - «кольцо», «цепочка», «звезда с интеллектуальным центром», «снежинка». В конфигурациях «кольцо» и «цепочка» для правильного функционирования ЛВС необходима постоянная работа всех блоков РМА. Чтобы уменьшить эту зависимость, в каждый из блоков включается реле, блокирующее блок при неисправностях. Для упрощения разработки РМА и ПК сигналы обычно передаются по кольцу только в одном направлении. Каждая станция ЛВС располагает памятью объемом от нескольких битов до целого пакета. Наличие памяти замедляет передачу данных в кольце и обусловливает задержку, длительность которой зависит от числа станций. возвращаясь снова к станции - отправителю, отправитель в ходе обработки пакета может установить некоторый индикатор подтверждения. Этот индикатор может служить для управления потоком и (или) квитирования, и должен как можно быстрее вернуться к источнику. Управление потоком предполагает удаление пакетов из кольца станцией - получателем или после завершения полного круга - станцией - отправителем. Поскольку любая станция может выйти из строя и пакет может не попасть по назначению, обычно бывает необходим специальный «сборщик мусора», который опознает и уничтожает такие «заблудившиеся» пакеты.

1.4 Сетевые адаптеры

Сетевой адаптер (Network Interface Card, NIC) - это периферийное устройство компьютера, непосредственно взаимодействующее со средой передачи данных, которая прямо или через другое коммуникационное оборудование связывает его с другими компьютерами. Это устройство решает задачи надежного обмена двоичными данными, представленными соответствующими электромагнитными сигналами, по внешним линиям связи. Как и любой контроллер компьютера, сетевой адаптер работает под управлением драйвера операционной системы и распределение функций между сетевым адаптером и драйвером может изменяться от реализации к реализации.

В первых локальных сетях сетевой адаптер с сегментом коаксиального кабеля представлял собой весь спектр коммуникационного оборудования, с помощью которого организовывалось взаимодействие компьютеров. Сетевой адаптер компьютера-отправителя непосредственно по кабелю взаимодействовал с сетевым адаптером компьютера-получателя. В большинстве современных стандартов для локальных сетей предполагается, что между сетевыми адаптерами взаимодействующих компьютеров устанавливается специальное коммуникационное устройство (концентратор, мост, коммутатор или маршрутизатор), которое берет на себя некоторые функции по управлению потоком данных.

Сетевой адаптер обычно выполняет следующие функции:

· Оформление передаваемой информации в виде кадра определенного формата. Кадр включает несколько служебных полей, среди которых имеется адрес компьютера назначения и контрольная сумма кадра, по которой сетевой адаптер станции назначения делает вывод о корректности доставленной по сети информации.

· Получение доступа к среде передачи данных. В локальных сетях в основном применяются разделяемые между группой компьютеров каналы связи (общая шина, кольцо), доступ к которым предоставляется по специальному алгоритму (наиболее часто применяются метод случайного доступа или метод с передачей маркера доступа по кольцу). В последних стандартах и технологиях локальных сетей наметился переход от использования разделяемой среды передачи данных к использованию индивидуальных каналов связей компьютера с коммуникационными устройствами сети, как это всегда делалось в телефонных сетях, где телефонный аппарат связан с коммутатором АТС индивидуальной линией связи. Технологиями, использующими индивидуальные линии связи, являются 100VG-AnyLAN, ATM и коммутирующие модификации традиционных технологий - switching Ethernet, switching Token Ring и switching FDDI. При использовании индивидуальных линий связи в функции сетевого адаптера часто входит установление соединения с коммутатором сети.

· Кодирование последовательности бит кадра последовательностью электрических сигналов при передаче данных и декодирование при их приеме. Кодирование должно обеспечить передачу исходной информацию по линиям связи с определенной полосой пропускания и определенным уровнем помех таким образом, чтобы принимающая сторона смогла распознать с высокой степенью вероятности посланную информацию. Так как в локальных сетях используются широкополосные кабели, то сетевые адаптеры не используют модуляцию сигнала, необходимую для передачи дискретной информации по узкополосным линиям связи (например, телефонным каналам тональной частоты), а передают данные с помощью импульсных сигналов. Представление же двоичных 1 и 0 может быть различным.

· Преобразование информации из параллельной формы в последовательную и обратно. Эта операция связана с тем, что для упрощения проблемы синхронизации сигналов и удешевления линий связи в вычислительных сетях информация передается в последовательной форме, бит за битом, а не побайтно, как внутри компьютера.

· Синхронизация битов, байтов и кадров. Для устойчивого приема передаваемой информации необходимо поддержание постоянного синхронизма приемника и передатчика информации. Сетевой адаптер использует для решения этой задачи специальные методы кодирования, не использующие дополнительной шины с тактовыми синхросигналами. Эти методы обеспечивают периодическое изменение состояния передаваемого сигнала, которое используется тактовым генератором приемника для подстройки синхронизма. Кроме синхронизации на уровне битов, сетевой адаптер решает задачу синхронизации и на уровне байтов, и на уровне кадров.

Сетевые адаптеры различаются по типу и разрядности используемой в компьютере внутренней шины данных - ISA, EISA, PCI, MCA.

Сетевые адаптеры различаются также по типу принятой в сети сетевой технологии - Ethernet, Token Ring, FDDI и т.п. Как правило, конкретная модель сетевого адаптера работает по определенной сетевой технологии (например, Ethernet). В связи с тем, что для каждой технологии сейчас имеется возможность использования различных сред передачи данных (тот же Ethernet поддерживает коаксиальный кабель, неэкранированную витую пару и оптоволоконный кабель), сетевой адаптер может поддерживать как одну, так и одновременно несколько сред. В случае, когда сетевой адаптер поддерживает только одну среду передачи данных, а необходимо использовать другую, применяются трансиверы и конверторы.

Трансивер (приемопередатчик, transmitter+receiver) - это часть сетевого адаптера, его оконечное устройство, выходящее на кабель. В первом стандарте Ethernet, работающем на толстом коаксиале, трансивер располагался непосредственно на кабеле и связывался с остальной частью адаптера, располагавшейся внутри компьютера, с помощью интерфейса AUI (attachment unit interface). В других вариантах Ethernet'а оказалось удобным выпускать сетевые адаптеры (да и другие коммуникационные устройства) с портом AUI, к которому можно присоединить трансивер для требуемой среды.

Вместо подбора подходящего трансивера можно использовать конвертор, который может согласовать выход приемопередатчика, предназначенного для одной среды, с другой средой передачи данных (например, выход на витую пару преобразуется в выход на коаксиальный кабель).

1.5 Физическая структуризация локальной сети

Повторители и концентраторы

Для построения простейшей односегментной сети достаточно иметь сетевые адаптеры и кабель подходящего типа. Но даже в этом простом случае часто используются дополнительные устройства - повторители сигналов, позволяющие преодолеть ограничения на максимальную длину кабельного сегмента.

Основная функция повторителя (repeater), как это следует из его названия - повторение сигналов, поступающих на один из его портов, на всех остальных портах (Ethernet) или на следующем в логическом кольце порте (Token Ring, FDDI) синхронно с сигналами-оригиналами. Повторитель улучшает электрические характеристики сигналов и их синхронность, и за счет этого появляется возможность увеличивать общую длину кабеля между самыми удаленными в сети станциями.

Многопортовый повторитель часто называют концентратором (hub, concentrator), что отражает тот факт, что данное устройство реализует не только функцию повторения сигналов, но и концентрирует в одном центральном устройстве функции объединения компьютеров в сеть. Практически во всех современных сетевых стандартах концентратор является необходимым элементом сети, соединяющим отдельные компьютеры в сеть.

Отрезки кабеля, соединяющие два компьютера или какие либо два других сетевых устройства называются физическими сегментам. Таким образом, концентраторы и повторители, которые используются для добавления новых физических сегментов, являются средством физической структуризации сети.

Концентраторы образуют из отдельных физических отрезков кабеля общую среду передачи данных - логический сегмент (рис. 2). Логический сегмент также называют доменом коллизий, поскольку при попытке одновременной передачи данных любых двух компьютеров этого сегмента, хотя бы и принадлежащих разным физическим сегментам, возникает блокировка передающей среды. Следует особо подчеркнуть, что какую бы сложную структуру не образовывали концентраторы, например, путем иерархического соединения (рис. 3), все компьютеры, подключенные к ним, образуют единый логический сегмент, в котором любая пара взаимодействующих компьютеров полностью блокирует возможность обмена данными для других компьютеров.



Рис. 2. Повторитель Ethernet синхронно повторяет биты кадра на всех своих портах

Рис. 3. Логический сегмент, построенный с использованием концентраторов

Появление устройств, централизующих соединения между отдельными сетевыми устройствами, потенциально позволяет улучшить управляемость сети и ее эксплуатационные характеристики (модифицируемость, ремонтопригодность и т.п.). С этой целью разработчики концентраторов часто встраивают в свои устройства, кроме основной функции повторителя, ряд вспомогательных функций, весьма полезных для улучшения качества сети.

Различные производители концентраторов реализуют в своих устройствах различные наборы вспомогательных функций, но наиболее часто встречаются следующие:

· Объединение сегментов с различными физическими средами (например, коаксиал, витая пара и оптоволокно) в единый логический сегмент.

· Автосегментация портов - автоматическое отключение порта при его некорректном поведении (повреждение кабеля, интенсивная генерация пакетов ошибочной длины и т.п.).

· Поддержка между концентраторами резервных связей, которые используются при отказе основных.

· Защита передаваемых по сети данных от несанкционированного доступа (например, путем искажения поля данных в кадрах, повторяемых на портах, не содержащих компьютера с адресом назначения).

· Поддержка средств управления сетями - протокола SNMP, баз управляющей информации MIB.

1.6 Логическая структуризация сети. Мосты и коммутаторы

Несмотря на появление новых дополнительных возможностей основной функцией концентраторов остается передача пакетов по общей разделяемой среде. Коллективное использование многими компьютерами общей кабельной системы в режиме разделения времени приводит к существенному снижению производительности сети при интенсивном трафике. Общая среда перестает справляться с потоком передаваемых кадров и в сети возникает очередь компьютеров, ожидающих доступа. Это явление характерно для всех технологий, использующих разделяемые среды передачи данных, независимо от используемых алгоритмов доступа (хотя наиболее страдают от перегрузок трафика сети Ethernet с методом случайного доступа к среде).

Поэтому сети, построенные на основе концентраторов, не могут расширяться в требуемых пределах - при определенном количестве компьютеров в сети или при появлении новых приложений всегда происходит насыщение передающей среды, и задержки в ее работе становятся недопустимыми. Эта проблема может быть решена путем логической структуризации сети с помощью мостов, коммутаторов и маршрутизаторов.

Мост (bridge), а также его быстродействующий функциональный аналог - коммутатор (switching hub), делит общую среду передачи данных на логические сегменты. Логический сегмент образуется путем объединения нескольких физических сегментов (отрезков кабеля) с помощью одного или нескольких концентраторов. Каждый логический сегмент подключается к отдельному порту моста / коммутатора (рис. 1.10). При поступлении кадра на какой-либо из портов мост / коммутатор повторяет этот кадр, но не на всех портах, как это делает концентратор, а только на том порту, к которому подключен сегмент, содержащий компьютер-адресат.

Разница между мостом и коммутатором состоит в том, что мост в каждый момент времени может осуществлять передачу кадров только между одной парой портов, а коммутатор одновременно поддерживает потоки данных между всеми своими портами. Другими словами, мост передает кадры последовательно, а коммутатор параллельно. (Для упрощения изложения далее в этом разделе будет использоваться термин «коммутатор» для обозначения этих обеих разновидностей устройств, поскольку все сказанное ниже в равной степени относится и к мостам, и к коммутаторам.) Следует отметить, что в последнее время локальные мосты полностью вытеснены коммутаторами. Мосты используются только для связи локальных сетей с глобальными, то есть как средства удаленного доступа, поскольку в этом случае необходимость в параллельной передаче между несколькими парами портов просто не возникает.

Рис. 4. Разделение сети на логические сегменты

При работе коммутатора среда передачи данных каждого логического сегмента остается общей только для тех компьютеров, которые подключены к этому сегменту непосредственно. Коммутатор осуществляет связь сред передачи данных различных логических сегментов. Он передает кадры между логическими сегментами только при необходимости, то есть только тогда, когда взаимодействующие компьютеры находятся в разных сегментах.

Деление сети на логические сегменты улучшает производительность сети, если в сети имеются группы компьютеров, преимущественно обменивающиеся информацией между собой. Если же таких групп нет, то введение в сеть коммутаторов может только ухудшить общую производительность сети, так как принятие решения о том, нужно ли передавать пакет из одного сегмента в другой, требует дополнительного времени.

Однако даже в сети средних размеров такие группы, как правило, имеются. Поэтому разделение ее на логические сегменты дает выигрыш в производительности - трафик локализуется в пределах групп, и нагрузка на их разделяемые кабельные системы существенно уменьшается.

Коммутаторы принимают решение о том, на какой порт нужно передать кадр, анализируя адрес назначения, помещенный в кадре, а также на основании информации о принадлежности того или иного компьютера определенному сегменту, подключенному к одному из портов коммутатора, то есть на основании информации о конфигурации сети. Для того, чтобы собрать и обработать информацию о конфигурации подключенных к нему сегментов, коммутатор должен пройти стадию «обучения», то есть самостоятельно проделать некоторую предварительную работу по изучению проходящего через него трафика. Определение принадлежности компьютеров сегментам возможно за счет наличия в кадре не только адреса назначения, но и адреса источника, сгенерировавшего пакет. Используя информацию об адресе источника, коммутатор устанавливает соответствие между номерами портов и адресами компьютеров. В процессе изучения сети мост / коммутатор просто передает появляющиеся на входах его портов кадры на все остальные порты, работая некоторое время повторителем. После того, как мост / коммутатор узнает о принадлежности адресов сегментам, он начинает передавать кадры между портами только в случае межсегментной передачи. Если, уже после завершения обучения, на входе коммутатора вдруг появится кадр с неизвестным адресом назначения, то этот кадр будет повторен на всех портах.

Мосты/коммутаторы, работающие описанным способом, обычно называются прозрачными (transparent), поскольку появление таких мостов / коммутаторов в сети совершенно не заметно для ее конечных узлов. Это позволяет не изменять их программное обеспечение при переходе от простых конфигураций, использующих только концентраторы, к более сложным, сегментированным.

Существует и другой класс мостов / коммутаторов, передающих кадры между сегментами на основе полной информации о межсегментном маршруте. Эту информацию записывает в кадр станция-источник кадра, поэтому говорят, что такие устройства реализуют алгоритм маршрутизации от источника (source routing). При использовании мостов / коммутаторов с маршрутизацией от источника конечные узлы должны быть в курсе деления сети на сегменты и сетевые адаптеры, в этом случае должны в своем программном обеспечении иметь компонент, занимающийся выбором маршрута кадров.

За простоту принципа работы прозрачного моста / коммутатора приходится расплачиваться ограничениями на топологию сети, построенной с использованием устройств данного типа - такие сети не могут иметь замкнутых маршрутов - петель. Мост/коммутатор не может правильно работать в сети с петлями, при этом сеть засоряется зацикливающимися пакетами и ее производительность снижается.

Для автоматического распознавания петель в конфигурации сети разработан алгоритм покрывающего дерева (Spanning Tree Algorithm, STA). Этот алгоритм позволяет мостам / коммутаторам адаптивно строить дерево связей, когда они изучают топологию связей сегментов с помощью специальных тестовых кадров. При обнаружении замкнутых контуров некоторые связи объявляются резервными. Мост/коммутатор может использовать резервную связь только при отказе какой-либо основной. В результате сети, построенные на основе мостов / коммутаторов, поддерживающих алгоритм покрывающего дерева, обладают некоторым запасом надежности, но повысить производительность за счет использования нескольких параллельных связей в таких сетях нельзя.

1.7 Маршрутизаторы

Маршрутизатор (router) позволяет организовывать в сети избыточные связи, образующие петли. Он справляется с этой задачей за счет того, что принимает решение о передаче пакетов на основании более полной информации о графе связей в сети, чем мост или коммутатор. Маршрутизатор имеет в своем распоряжении базу топологической информации, которая говорит ему, например, о том, между какими подсетями общей сети имеются связи и в каком состоянии (работоспособном или нет) они находятся. Имея такую карту сети, маршрутизатор может выбрать один из нескольких возможных маршрутов доставки пакета адресату. В данном случае под маршрутом понимают последовательность прохождения пакетом маршрутизаторов. Например, на рисунке 5 для связи станций L2 сети LAN1 и L1 сети LAN6 имеется два маршрута: М1_М5_М7 и М1_М6_М7.

В отличии от моста / коммутатора, который не знает, как связаны сегменты друг с другом за пределами его портов, маршрутизатор видит всю картину связей подсетей друг с другом, поэтому он может выбрать правильный маршрут и при наличии нескольких альтернативных маршрутов. Решение о выборе того или иного маршрута принимается каждым маршрутизатором, через который проходит сообщение.

Для того, чтобы составить карту связей в сети, маршрутизаторы обмениваются специальными служебными сообщениями, в которых содержится информация о тех связях между подсетями, о которых они знают (эти подсети подключены к ним непосредственно или же они узнали эту информацию от других маршрутизаторов).



M1, M2,…, M7 - маршрутизаторы LAN1, LAN2, LAN3, WAN4, WAN5, LAN6 - уникальные номера сетей в едином формате L1, L2,… - локальные номера узлов (дублируются, разный формат)

Рис. 5. Структура интерсети, построенной на основе маршрутизаторов

Построение графа связей между подсетями и выбор оптимального по какому-либо критерию маршрута на этом графе представляют собой сложную задачу. При этом могут использоваться разные критерии выбора маршрута - наименьшее количество промежуточных узлов, время, стоимость или надежность передачи данных.

Маршрутизаторы позволяют объединять сети с различными принципами организации в единую сеть, которая в этом случае часто называется интерсеть (internet). Название интерсеть подчеркивает ту особенность, что образованное с помощью маршрутизаторов объединение компьютеров представляет собой совокупность нескольких сетей, сохраняющих большую степень автономности, чем несколько логических сегментов одной сети. В каждой из сетей, образующих интерсеть, сохраняются присущие им принципы адресации узлов и протоколы обмена информацией. Поэтому маршрутизаторы могут объединять не только локальные сети с различной технологией, но и локальные сети с глобальными.

Маршрутизаторы не только объединяют сети, но и надежно защищают их друг от друга. Причем эта изоляция осуществляется гораздо проще и надежнее, чем с помощью мостов / коммутаторов. Например, при поступлении кадра с неправильным адресом мост / коммутатор обязан повторить его на всех своих портах, что делает сеть незащищенной от некорректно работающего узла. Маршрутизатор же в таком случае просто отказывается передавать «неправильный» пакет дальше, изолируя дефектный узел от остальной сети.

Кроме того, маршрутизатор предоставляет администратору удобные средства фильтрации потока сообщений за счет того, что сам распознает многие поля служебной информации в пакете и позволяет их именовать понятным администратору образом. Нужно заметить, что некоторые мосты / коммутаторы также способны выполнять функции гибкой фильтрации, но задавать условия фильтрации администратор сети должен сам в двоичном формате, что достаточно сложно.

Кроме фильтрации, маршрутизатор может обеспечивать приоритетный порядок обслуживания буферизованных пакетов, когда на основании некоторых признаков пакетам предоставляются преимущества при выборе из очереди.

В результате, маршрутизатор оказывается сложным интеллектуальным устройством, построенным на базе одного, а иногда и нескольких мощных процессоров. Такой специализированный мультипроцессор работает, как правило, под управлением специализированной операционной системы.

1.8 Модульные многофункциональные концентраторы

При построении сложной сети могут быть полезны все типы коммуникационных устройств: и концентраторы, и мосты, и коммутаторы, и маршрутизаторы (сетевые адаптеры исключены из этого списка потому, что они необходимы всегда). Чаще всего отдельное коммуникационное устройство выполняет только одну основную функцию, представляя собой либо повторитель, либо мост, либо коммутатор, либо маршрутизатор. Но это не всегда удобно, так как в некоторых случаях более рационально иметь в одном корпусе многофункциональное устройство, которое может сочетать эти базовые функции и тем самым позволяет разработчику сети использовать его более гибко.

В идеале можно представить себе универсальное коммуникационное устройство, имеющее достаточное количество портов для подключения сетевых адаптеров, которые объединяются в группы с программируемыми функциями взаимоотношений между собой (по алгоритму повторителя, коммутатора или маршрутизатора). Однако известно, что всякая универсализация всегда вредит качеству выполнения узких специальных функций и, возможно поэтому, на современном уровне развития техники такое полностью универсальное устройство пока не появилось, хотя отдельное совмещение функций в одном устройстве иногда выполняется.

Так маршрутизаторы часто могут работать и в качестве мостов, в зависимости от того, как сконфигурировано администратором их программное обеспечение. А вот функции повторителя требуют высокого быстродействия, которое может быть достигнуто только на сугубо аппаратном уровне. Поэтому функции повторителя не объединяются с функциями моста или маршрутизатора.

Для совмещения функций может быть использован другой подход. В специальных устройствах - модульных концентраторах - отдельные компоненты, выполняющие одну из трех описанных основных функций, реализованы в виде модулей, устанавливаемых в общем корпусе. При этом межмодульные связи организуются не внешним образом, как это делается, когда модули представляют собой отдельные устройства, а по внутренним шинам единого устройства.

Модульные многофункциональные устройства часто называют концентраторами, подчеркивая их централизующую роль в сети. При этом термин «концентратор» используется не как синоним термина повторитель, а в более широком смысле. Нужно хорошо понимать в каждом конкретном случае функциональное назначение отдельных модулей такого концентратора. В зависимости от комплектации модульный многофункциональный концентратор может сочетать функции и повторителя (причем различных технологий), и моста, и коммутатора, и маршрутизатора, а может выполнять и только одну из них.

1.9 Функциональное соответствие видов коммуникационного оборудования уровням модели OSI

Лучшим способом для понимания отличий между сетевыми адаптерами, повторителями, мостами / коммутаторами и маршрутизаторами является рассмотрение их работы в терминах модели OSI. Соотношение между функциями этих устройств и уровнями модели OSI показано на рисунке 6.

Повторитель, который регенерирует сигналы, за счет чего позволяет увеличивать длину сети, работает на физическом уровне.

Сетевой адаптер работает на физическом и канальном уровнях. К физическому уровню относится та часть функций сетевого адаптера, которая связана с приемом и передачей сигналов по линии связи, а получение доступа к разделяемой среде передачи, распознавание МАС-адреса компьютера - это уже функция канального уровня.

Мосты выполняют большую часть своей работы на канальном уровне. Для них сеть представляется набором МАС-адресов устройств. Они извлекают эти адреса из заголовков, добавленных к пакетам на канальном уровне, и используют их во время обработки пакетов для принятия решения о том, на какой порт отправить тот или иной пакет. Мосты не имеют доступа к информации об адресах сетей, относящейся к более высокому уровню. Поэтому они ограничены в принятии решений о возможных путях или маршрутах перемещения пакетов по сети.

Рис. 6. Соответствие функций коммуникационного оборудования модели OSI

Маршрутизаторы работают на сетевом уровне модели OSI. Для маршрутизаторов сеть - это набор сетевых адресов устройств и множество сетевых путей. Маршрутизаторы анализируют все возможные пути между любыми двумя узлами сети и выбирают самый короткий из них. При выборе могут приниматься во внимание и другие факторы, например, состояние промежуточных узлов и линий связи, пропускная способность линий или стоимость передачи данных.

Для того, чтобы маршрутизатор мог выполнять возложенные на него функции ему должна быть доступна более развернутая информация о сети, нежели та, которая доступна мосту. В заголовке пакета сетевого уровня кроме сетевого адреса имеются данные, например, о критерии, который должен быть использован при выборе маршрута, о времени жизни пакета в сети, о том, какому протоколу верхнего уровня принадлежит пакет.

Благодаря использованию дополнительной информации, маршрутизатор может осуществлять больше операций с пакетами, чем мост / коммутатор. Поэтому программное обеспечение, необходимое для работы маршрутизатора, является более сложным.

На рисунке 6 показан еще один тип коммуникационных устройств - шлюз, который может работать на любом уровне модели OSI. Шлюз (gateway) - это устройство, выполняющее трансляцию протоколов. Шлюз размещается между взаимодействующими сетями и служит посредником, переводящим сообщения, поступающие из одной сети, в формат другой сети. Шлюз может быть реализован как чисто программными средствами, установленными на обычном компьютере, так и на базе специализированного компьютера. Трансляция одного стека протоколов в другой представляет собой сложную интеллектуальную задачу, требующую максимально полной информации о сети, поэтому шлюз использует заголовки всех транслируемых протоколов.

2. Характеристика локальной вычислительной сети

2.1 Медный кабель «ВИТАЯ ПАРА», назначение и характеристики

Общие положения и классификация кабеля типа» витая пара»

Кабели на основе витых пар с медными проводниками, применяемые в СКС, предназначены для передачи электрических сигналов

Кабель содержит несколько скрученных с различными шагами витых пар проводов и может иметь несколько дополнительных защитных, экранирующих и технологических элементов, которые образуют сердечник.

Каждый провод снабжается изоляцией из сплошного или вспененного диэлектрика.

Использование последнего несколько снижает удельную массу кабеля и значительно улучшает его частотные свойства, однако приводит к удорожанию готового изделия.

На сердечник наложена защитная оболочка в виде шланга, в большем или меньшем объеме предохраняющая витые пары от внешних воздействий и сохраняющая структуру сердечника во время прокладки и эксплуатации.

Наличие общей внешней защитной оболочки сердечника является основанием для отнесения рассматриваемой конструкции к классу кабелей.

В зависимости от основной области применения и соответственно конструкции, кабельные изделия для СКС на основе витых пар подразделяются на четыре основных вида:

? горизонтальный кабель;

? магистральный кабель;

Кабели СКС должны отвечать требованиям пожарной безопасности».

На основе кабелей «витая пара» могут быть реализованы все три подсистемы СКС, хотя на внешних магистралях их применение для высокоскоростных приложений класса D затруднено ввиду достаточно жестких физических ограничений на максимальную длину сегмента.

На основании этого большинство электрических кабелей предназначено для применения внутри здания.

Имеется также ограниченная номенклатура кабелей на основе витых пар, которые могут прокладываться между зданиями (так называемые уличные кабели или outdoor - кабели).

2.1.1 Горизонтальный кабель типа «витая пара», конструктивные особенности

Горизонтальный кабель типа «витая пара», предназначен для использования в горизонтальной подсистеме на участке от коммутационного оборудования в кроссовой этажа до информационных розеток рабочих мест.

Наиболее распространенные на практике конструкции содержат четыре витые пары.

По видам скрутки проводников горизонтального кабеля различают парную и четверочную (см. рисунок 7).

Рис. 7. Виды скруток витых пар: а) парная; б) четверочная

Четверочная скрутка позволяет добиться меньших внешних габаритов кабеля, большей стабильности его конструкции и лучших электрических характеристик, однако кабель с четверочной скруткой более сложен в производстве и разделке и поэтому достаточно мало распространен в технике СКС.

В качестве материала изоляции проводников обычно используется поливинилхлорид, встречаются также другие изоляционные материалы, например, полиолефин, полиэтилен и полипропилен.

Применяются как сплошные, так и вспененные материалы, причем последние позволяют получить несколько лучшие электрические характеристики, однако являются более дорогими и применяются преимущественно в кабелях с верхней граничной частотой выше 100 МГц.

С целью снижения уровня затухания проводники горизонтального кабеля изготавливаются из монолитной (Solid) медной проволоки.

Отдельные витые пары образуют кабельный сердечник, покрытый общей для всех пар внешней защитной изоляционной оболочкой толщиной примерно 0,5-0,6 мм.

Для придания сердечнику определенной структуры в процессе производства и ее сохранения во время эксплуатации может применяться обмотка пар полимерными ленточками или нитями.

Облегчение разделки некоторых конструкций кабелей обеспечивается использованием разрывной нити (rip-cord), расположенной под оболочкой. При вытягивании эта нить делает на оболочке продольный разрез и открывает доступ к кабельному сердечнику.

Кабели «витая пара», у которых под общей оболочкой находятся три и более четырехпарных элемента, относятся к многопарным.

Для изготовления внешней оболочки наряду с обычным поливинил-хлоридом достаточно часто применяется материал типа компаунда, который не содержит галогенов и не поддерживает горения, а также так называемые малодымные полимеры.

Полному вытеснению поливинилхлорида из материалов оболочки препятствует тот факт, что переход на оболочку из негорючих материалов немедленно увеличивает цену готового продукта примерно на 20-30 процентов, а не содержащие галогенов компаунды обладают низкой огнестойкостью.

Внешняя оболочка окрашивается обычно в серый цвет различных оттенков, встречаются также другие стандартные для конкретного производителя цвета (синий, фиолетовый, белый, красный).

Оранжевая окраска обычно указывает на то, что оболочка изготовлена из негорючего материала и кабель может быть использован для прокладки в так называемых plenum_полостях.

Конструкции, предназначенные для внешней прокладки, снабжаются полиэтиленовой оболочкой, так как этот материал обладает существенно более высокой влагостойкостью по сравнению с поливинилхлоридом и огнестойким компаундом.

На внешнюю оболочку наносятся маркирующие надписи, в которых указывается тип кабеля, диаметр и тип проводников, характеристики оболочки, наименование производителя и его фирменное обозначение кабеля, наименование стандарта и сертифицирующей лаборатории, а также футовые или метровые метки длины.

По двум последним параметрам имеются определенные различия между американскими и европейскими кабельными компаниями.

Так, основной сертифицирующей лабораторией для американских производителей кабельной продукции является UL Laboratory, европейские обращаются в датскую испытательную организацию DELTA.

Американские кабельные компании применяют в основном футовые метки длины, европейские изготовители используют метровый дискрет этого параметра

Экранированный и неэкранированный горизонтальный кабель типа «витая пара»

В зависимости от наличия или отсутствия дополнительных экранирующих покрытий отдельных витых пар и / или сердечника в целом горизонтальные кабели из витых пар подразделяются на неэкранированные и экранированные.

В свою очередь, среди экранированных конструкций различают кабели с общим внешним экраном, с экранами для каждой пары и с одновременным экранированием отдельных пар и сердечника в целом.

Экранирование применяют для повышения переходного затухания (NEXT), снижения уровня ЭМИ и для повышения помехозащищенности.

Внешний вид различных вариантов кабелей изображен на рисунке

Рис. 8. Конструкции горизонтальных кабелей

Наибольшее распространение для экранирования отдельных пар получили металлизированные алюминием тонкие полимерные пленки, причем известны конструкции с ориентацией стороны металлизации как внутрь, так и наружу.

Внешние экраны, окружающие кабельный сердечник, изготавливаются из такой же пленки, или же выполняются в виде оплетки из оцинкованной медной проволоки.

В состав конструкции пленочного экрана обычно вводится дополнительный тонкий неизолированный медный луженый или оцинкованный дренажный проводник диаметром около 0,5 мм.

В функции последнего входит обеспечение электрической непрерывности экрана при случайных разрывах пленки во время прокладки и эксплуатации.



Рис. 9. Экранированный и неэкранированный кабель «витая пара»

1. Внешняя оболочка

2. Витая пара

3. Общий экран

4. Дренажный проводник

5. Экран витой пары

На практике получили достаточно широкое распространение кабели «витая пара» с общим пленочным экраном, который дополняется оплеткой.
Пленочные экраны хорошо защищают кабель от высокочастотных помех (RFI), а экраны в виде оплетки - от низкочастотных (EMI), то есть двухслойный экран рассматриваемого вида обеспечивает надежное экранирование кабельного сердечника во всем диапазоне частот.

Таблица 1.

Условное обозначение	Экран	Цель экранирования
Основное	Альтернативное
UTP	-	Отсутствует	-
STP	-	Экранирование каждой пары	- Снижение уровня ЭММИ - Повышение защищенности от внешних помех - Повышение переходного затухания
-	PiMF	Индивидуальный пленочный экран каждой пары
S/UTP	STP, FTP	Общий экран для всех пар	- Снижение уровня ЭММИ - Повышение защищенности от внешних помех
S/STP	STP, S-STP	Экранирование каждой пары плюс общий экран вокруг всех пар	- Снижение уровня ЭММИ - Повышение защищенности от внешних помех - Повышение переходного затухании - Увеличение механической прочности

Подобные документы

• Проектирование локальной вычислительной сети управления систем связи и телекоммуникаций

  Основные возможности локальных вычислительных сетей. Потребности в интернете. Анализ существующих технологий ЛВС. Логическое проектирование ЛВС. Выбор оборудования и сетевого ПО. Расчёт затрат на создание сети. Работоспособность и безопасность сети.
  
  курсовая работа [979,9 K], добавлен 01.03.2011
  

• Разработка локальной вычислительной сети технологии GIGABIT Ethernet

  Понятие компьютерных сетей, их виды и назначение. Разработка локальной вычислительной сети технологии Gigabit Ethernet, построение блок-схемы ее конфигурации. Выбор и обоснование типа кабельной системы и сетевого оборудования, описание протоколов обмена.
  
  курсовая работа [2,0 M], добавлен 15.07.2012
  

• Проектирование локальной вычислительной сети

  Телекоммуникация и сетевые технологии. Обоснование и выбор технического и программного обеспечения. Схема размещения и соединения сетевого оборудования. Топология локальных вычислительных сетей (ЛВС). Совместимость, расширяемость и масштабируемость ЛВС.
  
  курсовая работа [462,1 K], добавлен 30.11.2013
  

• Проектирование локальной вычислительной сети с применением структурированной кабельной системы

  Назначение проектируемой локальной вычислительной сети (ЛВС). Количество абонентов проектируемой ЛВС в задействованных зданиях. Перечень оборудования, связанного с прокладкой кабелей. Длина соединительных линий и сегментов для подключения абонентов.
  
  реферат [158,4 K], добавлен 16.09.2010
  

• Принципы построения и работа локальных вычислительных сетей на предприятии

  Характеристика типовых топологий сетей. Состав линии связи и виды компьютерных сетей. Принцип и стандарты технологии Ethernet. Структура MAC-адреса и модель взаимодействия открытых систем (OSI). Состав сетевого оборудования и процесс маршрутизации.
  
  отчет по практике [322,5 K], добавлен 23.05.2015
  

• Проектирование локальной вычислительной сети в УПТС Арселор МиталлСтил (ш.Костенко)

  Обзор существующих принципов построения локальных вычислительных сетей. Структурированные кабельные системы (СКС), коммутационное оборудование. Проект локальной вычислительной сети: технические требования, программное обеспечение, пропускная способность.
  
  дипломная работа [1,8 M], добавлен 25.02.2011
  

• Разработка проекта локальной вычислительной сети

  Построение информационной системы для автоматизации документооборота. Основные параметры будущей локальной вычислительной сети. Схема расположения рабочих станций при построении. Протокол сетевого уровня. Интеграция с глобальной вычислительной сетью.
  
  курсовая работа [330,8 K], добавлен 03.06.2013
  

• Локальные вычислительные сети

  Основные преимущества, получаемые при сетевом объединении персональных компьютеров в виде внутрипроизводственной вычислительной сети. Методы оценки эффективности локальных вычислительных сетей. Типы построения сетей по методам передачи информации.
  
  реферат [34,8 K], добавлен 19.10.2014
  

• Разработка локальной сети предприятия (на материалах ОАОТ "Дабрабыт")

  Аналитический обзор технологий локальных вычислительных сетей и их топологий. Описание кабельных подсистем для сетевых решений и их спецификаций. Расчет локальной вычислительной системы на соответствие требованиям стандарта для выбранной технологии.
  
  дипломная работа [652,8 K], добавлен 28.05.2013
  

• Проектирование локальной сети организации

  Понятие локальной сети, ее сущность, виды, назначение, цели использования, определение ее размеров, структуры и стоимости. Основные принципы выбора сетевого оборудования и его программного обеспечения. Обеспечение информационной безопасности в сети.
  
  курсовая работа [115,4 K], добавлен 13.11.2009
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам