Проектирование компьютерной сети торгового предприятия

Федеральное агентство по образованию Воронежский государственный технический университет Естественно-гуманитарный факультет Кафедра САПРИС КУРСОВОЙ ПРОЕКТ По дисциплине: Сети ЭВМ и телекоммуникации Тема: «Проектирование компьютерной сети торгового предприятия»

ЗАДАНИЕ на курсовой проект По дисциплине: Сети ЭВМ и телекоммуникации Тема: «Проектирование компьютерной сети торгового предприятия»

Перечень вопросов, подлежащих разработке: в данной курсовой работе необходимо разработать план помещения, в которой будет ЛВС, создать топологию сети, обозначить схему прокладки кабеля, обосновать выбор сетевого оборудования, операционной системы и назначение IP-адресов.

Объем работы (графические работы, расчеты, прочее)

Общий объем листов 32 , рисунков 15,____________

Сроки выполнения: 24.09.06 — получение задания, 1.10.06 -разработка плана помещения, 10.10.06 — описание теоретической части, 25.10.06 -изучение пакета NetCracker, 13.11.06 -создание топологии сети, 1.12.06 -изображение схемы прокладки кабеля, выбор сетевого оборудования и ОС, 14.12.06 -назначение IP-адресов, 20.12.06 — подготовка к защите курсовой

Срок защиты курсовой работы: _______________

Содержание Задание на курсовую работу Введение

1. Теоретическая часть

1.1 Сетевая модель

1.1.1 Модель взаимодействия открытых систем OSI5

1.1.2 Стек протоколов TCP/IP

1.1.3 Соотношение уровней стеков OSI и TCP/IP

1.2 Топология сети

1.2.1 Шинная топология

1.2.2 Звездообразная топология

1.2.3 Кольцевая топология

1.3 Среда передачи данных

1.4 Структурированные кабельные системы

1.4.1 Основы структурированной проводки

1.4.2 Структурные составляющие проводки

1.4.3 Промышленное обеспечение

1.4.4 Стандарт TIA/EIA-568A

1.4.5 Горизонтальная проводка

1.5 Методы доступа к среде передаче данных

1.5.1 Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD)

2. Практическая часть

2.1 План помещения

2.2 Расположение оборудования

2.3 Кабельное соединение сети

2.4 Генерация потоков данных

2.5 Назначение IP-адресов

2.6 Системное сетевое ПО

2.7 Необходимые комплектующие Заключение Список литературы компьютерный сеть программный кабельный

Разработка, производство и сопровождение аппаратных и программных средств для сетей ЭВМ являются в настоящее время одними из наиболее быстроразвивающихся научных и инженерных областей. Это развитие обусловлено быстрым прогрессом и широким внедрением во все сферы человеческой деятельности компьютерных и сетевых технологий.

В современных условиях именно информация стала наиболее важным стратегическим ресурсом, а наибольший военно-политический, экономический и социальный успех сопутствует тем, кто активно использует и предлагает новейшие информационные и телекоммуникационные средства и услуги.

На сегодняшний день к наиболее эффективным и динамично развивающимся средствам информатизации нашей жизни относятся сети ЭВМ и телекоммуникационные сети. Поэтому изучение основных принципов их построения и функционирования, структурных и технологических особенностей, аппаратных и программных средств является острой необходимостью для научного, инженерного и технического персонала, занятого в сфере разработки и использования современных компьютерных и информационных технологий.

1. Теоретическая часть

1.1 Сетевая модель

1.1.1 Модель взаимодействия открытых систем OSI

На начальном этапе развития сетей многие крупные компании имели свои собственные стандарты для объединения компьютеров между собой. Эти стандарты описывали механизмы, необходимые для перемещения данных с одного компьютера на другой. Однако, эти ранние стандарты не были совместимы между собой.

В последующие годы Международная организация по стандартам (ISO — International Standards Organization) и Институт Инженеров по электротехнике и электронике (IEEE — Institute of Electrical and Electronic Engineers) разработали свои модели, которые стали общепризнанными промышленными стандартами для разработки компьютерных сетей. Обе модели описывают сетевые технологии в терминах функциональных уровней.

ISO разработала модель, которая была названа моделью взаимодействия Открытых Систем (OSI — Open System Interconnection). Эта модель используется для описания потока данных между приложением пользователя и физическим соединением с сетью.

Модель OSI разделяет коммуникационные функции на 7 уровней:

7. Уровень приложений.

6. Уровень представлений.

5. Сеансовый уровень.

4. Транспортный уровень.

3. Сетевой уровень.

2. Канальный уровень.

1. Физический уровень.

Концепция модели — каждый уровень предоставляет сервис последующему, более высокому уровню. Это позволяет каждому уровню взаимодействовать с тем же уровнем на другом компьютере. Концепция семиуровневой модели изображена на рисунке 1.

Рисунок 1- Семиуровневая модель ISO OSI

Функциональное назначение уровней:

1. Физический уровень направляет неструктурированный поток битов данных через физическую среду передачи (кабель).

Физический уровень выполняет роль несущей для всех сигналов, передающих данные сгенерированные всеми более высокими уровнями. Этот уровень отвечает за аппаратное обеспечение. Физический уровень определяет физические, механические и электрические характеристики линий связи (тип кабеля, количество разъемов коннектора, назначение каждого разъёма и т. д.). Физический уровень описывает топологию сети и определяет метод передачи данных по кабелю (электрический, оптический).

2. Канальный уровень упаковывает неструктурированные биты данных с физического уровня в структурированные пакеты (фреймы данных).

Канальный уровень отвечает за обеспечение безошибочной передачи пакетов. Пакеты содержат исходный адрес и адрес назначения, что позволяет компьютеру извлекать данные, предназначены только ему.

3. Сетевой уровень отвечает за адресацию сообщений и преобразование логических адресов и имен в физические адреса канального уровня. Сетевой уровень определяет путь (маршрут) прохождения данных от передающего к принимающему компьютеру. Сетевой уровень переструктурирует пакеты данных (фреймы) канального уровня (разбивает большие на совокупность небольших или объединяет мелкие).

4. Транспортный уровень осуществляет контроль качества передачи и отвечает за распознание и коррекцию ошибок. Транспортный уровень гарантирует доставку сообщений, создаваемых на уровне приложений.

5. Сеансовый уровень позволяет двум приложениям на разных компьютерах установить, использовать и завершить соединение, которое называется сеансом. Сеансовый уровень координирует связь между двумя прикладными программами, работающими на разных рабочих станциях. Сеансовый уровень обеспечивает синхронизацию задачи и реализует управление диалогом между взаимодействующими процессами (определяет, какая сторона передаёт, когда, как долго и т. д.).

6. Уровень представления служит для преобразования данных, полученных с уровня приложения в повсеместно распознаваемый промежуточный формат. Уровень представления можно назвать сетевым транслятором. Уровень представления позволяет объединять в единую сеть разнотипные компьютеры (IBM PC, Macintosh, DEC и т. д.), преобразуя их данные в единый формат. Уровень представления осуществляет управление защитой в сети, осуществляет шифрование данных (при необходимости). Обеспечивает сжатие данных с целью уменьшения количества бит данных, требующих передачи.

7. Уровень приложений (прикладной уровень) позволяет прикладным программам получать доступ к сетевому сервису. Уровень приложений непосредственно поддерживает пользовательские приложения (программное обеспечение для передачи файлов, доступа к базе данных, электронная почта). Модель стандарта взаимодействия Открытых Систем считается лучшей из известных моделей и наиболее часто используется для описания сетевых сред.

1.1.2 Стек протоколов TCP/IP

Стек протоколов TCP/IP изображен на рисунке 2.

Рисунок 2 — Стек протоколов TCP/IP

Стек протоколов TCP/IP делится на 4 уровня: прикладной (application), транспортный (transport), межсетевой (internet) и уровень доступа к среде передачи (network access). Термины, применяемые для обозначения блока передаваемых данных, различны при использовании разных протоколов транспортного уровня — TCP и UDP, поэтому на рис. 2 изображено два стека.

1.1.3 Соотношение уровней стеков OSI и TCP/IP

Соотношение уровней стеков OSI и TCP/IP изображено на рисунке 3

Рисунок 3 — Соотношение уровней стеков OSI и TCP/IP

1.2 Топология сети Топология (структура) локальной сети — конфигурация сети, порядок соединения компьютеров в сети и внешний вид сети.

При помощи кабеля в локальной сети каждый компьютер соединяется с другими компьютерами. Структуру локальной сети можно описать с помощью сетевой информационной модели.

1.2.1 Шинная топология Линейная шина — вариант соединения компьютеров между собой, когда кабель проходит от одного компьютера к другому, последовательно соединяя компьютеры между собой. Данная топология изображена на рисунке 4.

Рисунок 4 — Шинная топология сети Особенности шинной топологии.

1. Она надежно работает в небольших сетях, проста в использовании и понятна.

2. Шина требует меньше кабеля для соединения компьютеров и поэтому дешевле, чем другие схемы кабельных соединений.

3. Для расширения сети с шинной топологией можно использовать повторитель. Повторитель (repeater) усиливает сигнал и позволяет передавать его на большие расстояния.

4. Каждый цилиндрический соединитель ослабляет электрический сигнал, и большее их число будет препятствовать корректной передаче информации по шине.

5. Сеть с шинной топологией трудно диагностировать. Разрыв кабеля или неправильное функционирование одного из компьютеров может привести к тому, что другие узлы не смогут взаимодействовать друг с другом. В результате вся сеть становится неработоспособной.

1.2.2 Звездообразная топология К каждой рабочей станции подходи отдельный кабель из одного узла — сервера. Сервер обеспечивает централизованное управление всей сетью, определяет маршруты передачи сообщений, подключает периферийные устройства, является хранилищем данных для всей сети. Звездообразная топология изображена на рисунке 5.

Рисунок 5 — Звездообразная топология сети Особенности звездообразной топологии.

1. При отказе центрального концентратора становится неработоспособной вся сеть

2. Многие сети с топологией типа «звезда» требуют применения на центральном узле устройства для ретрансляции широковещательных сообщений или коммутации сетевого трафика.

3. Все компьютеры должны соединяться с центральной точкой, это увеличивает расход кабеля, и, следовательно, такие сети обходятся дороже, чем сети с иной топологией.

4. Интенсивный сетевой трафик значительно снижает производительность такой сети. Поскольку любой компьютер может передать данные в произвольный момент времени, и в большинстве сетей они не координируют друг с другом моменты передачи, в сети с шинной технологией с большим число компьютеров станции часто прерывают друг друга, и немалая часть полосы пропускания (мощность передачи информации) теряется понапрасну. При добавления компьютеров к сети проблема еще более усугубляется.

1.2.3 Кольцевая топология Кольцевая — все компьютеры связаны в кольцо, и функции сервера распределены между всеми машинами сети. Топология кольца изображена на рисунке 6.

Рисунок 6 — Топология сети — звезда Особенности кольцевой топологии.

1. Поскольку всем компьютерам предоставляется равный доступ к маркеру, никто из них не сможет монополизировать сеть.

2. Справедливое совместное использование сети обеспечивает постепенное снижение ее производительности в случае увеличения числа пользователей и перегрузки (лучше, если сеть будет продолжать функционировать, хотя и медленно, чем сразу откажет при превышении пропускной способности).

3. Отказ одного компьютера в сети может повлиять на работоспособность всей сети.

4. Кольцевую сеть трудно диагностировать.

5. Добавление или удаление компьютера вынуждает разрывать сеть.

1.3 Среда передачи данных Физическая среда передачи данных может представлять собой кабель, то есть набор проводов, изоляционных и защитных оболочек и соединительных разъемов, а также земную атмосферу или космическое пространство, через которые распространяются электромагнитные волны.

В зависимости от среды передачи данных линии связи разделяются на:

· проводные (воздушные);

· кабельные (медные и волоконно-оптические);

· радиоканалы наземной и спутниковой связи.

Проводные (воздушные) линии связи представляют собой провода без каких-либо изолирующих или экранирующих оплеток, проложенные между столбами и висящие в воздухе. По таким линиям связи традиционно передаются телефонные или телеграфные сигналы, но при отсутствии других возможностей эти линии используются и для передачи компьютерных данных. Скоростные качества и помехозащищенность этих линий оставляют желать много лучшего. Сегодня проводные линии связи быстро вытесняются кабельными.

Кабельные линии представляют собой достаточно сложную конструкцию. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции: электрической, электромагнитной, механической, а также, возможно, климатической. Кроме того, кабель может быть оснащен разъемами, позволяющими быстро выполнять присоединение к нему различного оборудования. В компьютерных сетях применяются три основных типа кабеля: кабели на основе скрученных пар медных проводов, коаксиальные кабели с медной жилой, а также волоконно-оптические кабели.

Скрученная пара проводов называется витой парой (twisted pair). Витая пара существует в экранированном варианте (Shielded Twistedpair, STP), когда пара медных проводов обертывается в изоляционный экран, и неэкранированном (Unshielded TwistedPair, UTP), когда изоляционная обертка отсутствует. Скручивание проводов снижает влияние внешних помех на полезные сигналы, передаваемые по кабелю. Коаксиальный кабель (coaxial) имеет несимметричную конструкцию и состоит из внутренней медной жилы и оплетки, отделенной от жилы слоем изоляции. Существует несколько типов коаксиального кабеля, отличающихся характеристиками и областями применения — для локальных сетей, для глобальных сетей, для кабельного телевидения и т. п. Волоконно-оптический кабель (opticalfiber) состоит из тонких (5−60 микрон) волокон, по которым распространяются световые сигналы. Это наиболее качественный тип кабеля — он обеспечивает передачу данных с очень высокой скоростью (до 10 Гбит/с и выше) и к тому же лучше других типов передающей среды обеспечивает защиту данных от внешних помех.

Радиоканалы наземной и спутниковой связи образуются с помощью передатчика и приемника радиоволн. Существует большое количество различных типов радиоканалов, отличающихся как используемым частотным диапазоном, так и дальностью канала.

1.4 Структурированные кабельные системы Сетевая компьютерная проводка все чаще попадает в проекты зданий и сооружений. В последние годы получил развитие новый вид промышленной продукции — локальные кабельные системы. Имеется несколько крупных фирм, производящих соединители и соединительную арматуру, кабели, а также приспособления для разделки кабелей и заделки их в соединители. Весь этот значительный промышленный потенциал задействован в изготовлении, поставке, обеспечении монтажа, сертификации и последующего обслуживания (что очень важно) полностью комплектных, стыкующихся со всем сетевым оборудованием систем проводки для зданий и других закрытых сооружений. За этим видом промышленной продукции закрепилось название структурированные кабельные системы. Развитие столь высокотехнологичного, относительно нового направления нашло отражение в многочисленных публикациях и на выставках последних лет.

1.4.1 Основы структурированной проводки Между рабочими станциями локальной сети кабель прокладывается не прямо (непосредственно), а проходит через ряд устройств (концентраторы, кроссы) и заканчивается розеткой. Внутри многоэтажного здания обычно прокладывают вертикальные и горизонтальные проводки. Кроме того, горизонтальная проводка еще членится с помощью кроссов. Подобная кабельная система называется структурированной.

При перемещениях служб и персонала внутри здания из одних помещений в другие не изменяют саму проводку — достаточно аппаратуру из одних помещений перенести в другие и сделать необходимые переключения на кроссировочных панелях. Розетки же во всех помещениях однотипные для всех видов оборудования, т. е. проводка обладает хорошей приспособляемостью. Такие системы не требуют каждый раз прокладывать новую проводку и ставить новые розетки, а позволяют использовать при любых переустройствах или перестановках ту сеть, которая капитально смонтирована в здании. Обычно фирмы дают гарантии на работу таких систем в течение 15 лет, без значительных переделок кабельной разводки. На рисунке 7 изображена структурированная кабельная система.

Рисунок 7 — Структурированная кабельная система.

Структурированная сеть требует в начальный период, при строительстве, больших затрат, зато потом она окупается в процессе эксплуатации и более удобна. Основные соединения в структурированной системе выполняют стандартным кабелем с четырьмя неэкранированными витыми парами. В стены помещений монтируют большое количество розеток с различным числом модулей; минимально используют два модуля. По такой кабельной системе кроме компьютеров работают еще телефон, телефакс, телевидение, охранная и другие виды сигнализации, управление открыванием и закрыванием различных кранов, задвижек, вентиляцией, т. е. она универсальна. Предусмотрены способы и устройства соединения структурированной проводки с другими сетями, а также выходы в более крупные — местные, региональные и глобальные сети.

1.4.2 Структурные составляющие проводки Структурированная кабельная система (см. рис.4) состоит из следующих подсистем:

· рабочего места;

· горизонтальной;

· управления;

· вертикальной;

· аппаратной;

· внешней.

Если вся система строится в одном здании, то имеются только первые четыре или пять подсистем. На рабочем месте устанавливаются розетки с модулем типа RJ-45. К каждому восьмиконтактному модулю подводится неэкранированный четырехпарный кабель.

Унифицированная проводка (4 витые пары + модуль RJ-45) применяется для передачи всех видов сигналов — голоса, данных, видео (см. Рисунок 2), а также мультимедиа и графики. Для любой сети (телефонной, компьютерной, видео) можно выбрать любые порты — качество связи при этом не меняется. В одном корпусе розетки на рабочем месте может устанавливаться от двух до четырех (и более) модулей, в зависимости от количества сетей. На проводку в структурированных системах приходится около 20% стоимости, в то время как в обычных (неструктурированных) сетях — 4−6% стоимости сетевого оборудования. Таким образом, в структурированной системе заложена значительная избыточность, позволяющая наращивать виды передачи сигналов и применять различные комбинации сетей.

Рассмотрим назначение и состав подсистем.

1. Подсистема рабочего места. Эта подсистема предназначена для подключения оконечных устройств (компьютеров, терминалов, принтеров и т. п.) к локальной сети.

2. Горизонтальная подсистема. Она может быть проложена коаксиалами, оптическими волокнами или витыми парами. Однако при использовании коаксиальных кабелей возникают большие трудности кроссировки. Сейчас применяют в основном неэкранированные пары, а в дальнейшем пойдут оптические волокна.

3. Подсистема управления. Состоит из панелей для кроссировки и соединительных шнуров, обеспечивающих переключение цепей. Здание, как правило, уже имеет подобные устройства для телефонной и других видов связи.

4. Вертикальная подсистема. Соединяет между собой этажи здания и обеспечивает соединение подсистем управления. Она должна удовлетворять определенным требованиям на вертикальную проводку. Выполняется из оптического волокна, коаксиального кабеля или витых пар. Уже определилась тенденция: в новых сетях для передачи данных использовать оптическое волокно (см. рис.5). Применение оптического волокна в этой проводке приводит к большой экономии меди. На рисунке 8 изображена структурированная кабельная система внутри здания.

Рисунок 8 — Структурированная кабельная система внутри здания.

5. Подсистема аппаратной. В крупных сетях с центральным компьютером служит для соединений электронного оборудования в центральном зале (аппаратной).

6. Внешняя подсистема. Служит для соединения между собой различных зданий, находящихся на территории предприятия, учебного заведения и т. п. Могут использоваться коаксиал или волокно, но предпочтительнее оптическое волокно, т. к. оно хорошо стыкуется с вертикальной подсистемой.

1.4.3 Промышленное обеспечение Построение сетей по структурированной схеме находится в главном фокусе многих сетевых компаний. Они создали ряд интеллектуальных концентраторов. Последние снабжаются большим числом соединителей для различных типов направляющих систем: коаксиального кабеля, оптического волокна, неэкранированных и экранированных витых пар. Такие компании, как Bay Networks, Cabletron Systems, Lucent Technologies, 3Com и др., снабдили структурированные кабельные системы сетевым электронным оборудованием. Многие из подобных устройств позволяют выполнять передачу голоса, данных и видео по однотипным кабелям, в том числе неэкранированным витым парам. К одному рабочему месту можно проложить два (или более) четырехпарных кабеля или сдвоенный (восьмипарный) кабель. Четырехпарная проводка поддерживает и стандарт ISDN (цифровая сеть с интеграцией служб). Указанные ниже виды продукции соответствуют топологии «звезда» в горизонтальной и вертикальной подсистемах.

Мощные концентраторы и структурированная кабельная система являются основой инфраструктуры современных локальных компьютерных сетей. Благодаря своим особенностям, структурированная проводка попадает в разряд капитальных (а не текущих) затрат. Сооружают такую сложную систему на 15−20 лет. Обычная, неструктурированная проводка для локальных сетей сохраняется без переоборудования не более 3−5 лет — потом ее обязательно приходится переделывать. Строят структурированную сеть основательно, как всякое долговременное сооружение, поэтому и закладывают значительную избыточность. Еще в проекте предусматривают дополнительные рабочие места, возможности перестановок оборудования и переездов персонала. Это требует значительного количества дополнительных розеток, кабеля, шнуров, кроссировочных панелей. Предусматривают размещение пассивного и активного оборудования в специальных комнатах связи или монтажных шкафах, предназначенных для администрирования (управления) сетью.

Структурированность (разбиение на подсистемы) позволяет эксплуатировать части локальной сети как отдельные сети, что делают во время аварий, ремонта и при других вынужденных обстоятельствах. Уже теперь по проводкам Категории 5 передают потоки 100 Мбит/с, причем по любым парам четырехпарного кабеля. Можно не сомневаться, что в ближайшее время темпы передачи возрастут во много раз.

Таким образом, структурированная кабельная система является современным, скоростным, многофункциональным (голос, данные, видео, графика и мультимедиа) сетевым решением долговременного использования, относящимся к разряду капитальных сооружений.

1.4.4 Стандарт TIA/EIA-568A

Предлагаемые различными компаниями структурированные проводки очень похожи, что не должно удивлять: все они соответствуют стандарту TIA/EIA-568 Commercial building telecommunication wiring standard, вышедшему в июле 1991 г. Позднее этот стандарт был дополнен документами TSB-36 (декабрь 1991 г.) и TSB-40 (август 1992 г.), в которых введены Категории 3, 4 и 5 для кабелей с неэкранированными витыми парами и соединительного оборудования, соответственно. Основное новшество в этих документах — установление технических требований к изделиям трех Категорий, позволяющим создавать в здании кабельную систему, функционирующую до 100 МГц. Такая проводка поддерживает как давно существующие локальные сети (Ethernet, Token Ring), так и недавно появившиеся (100VG-AnyLAN, TP-PMD, Fast Ethernet) и обеспечивает развитие еще более скоростных сетей. В 1995 г. выпущена новая редакция этого стандарта — ANSI/TIA/EIA-568A.

Стандарт TIA/EIA-568 закрепляет следующий состав горизонтальной проводки.

1. Длина горизонтальных кабелей не должна превышать 90 м, независимо от типа кабеля.

2. Допускаются к применению четыре типа кабелей:

а) четырехпарный из неэкранированных витых пар с волновым сопротивлением 100 Ом;

б) двухпарный из экранированных витых пар с волновым сопротивлением 150 Ом;

в) коаксиальный (по типу RG-58) с волновым сопротивлением 50 Ом (в новых системах не рекомендован);

г) оптический кабель с волокнами размером 62,5/125 мкм.

3. Соответственно рекомендованы следующие типы соединителей:

а) модульный восьмиконтактный RJ-45;

б) специальный IBM (IEEE 802.5);

в) коаксиальный BNC;

г) оптический соединитель.

4. На каждом рабочем месте устанавливают не менее двух розеток: одна — модульная восьмиконтактная типа RJ-45, и вторая — любая из приведенных в п. 3.

5. Приняты две схемы разводки четырехпарного кабеля в разъеме RJ-45:

а) T-568A (рекомендована);

б) T-568B (соответствует AT&T 258A).

6. Для проводки принята топология «звезды». В стандарте имеются и другие существенные рекомендации (о принципах размещения оборудования, о расположении адаптеров, о способах соединения и т. п. Особо хочется отметить, что стандарт и дополнения к нему постоянно развиваются и совершенствуются специальной группой подкомитета TR41.8. Так, в последнее время были разработаны документы, в которых представлены пересмотренные требования к элементам проводки, а также предложены критерии для оценки проводки в собранном, смонтированном виде.

1.4.5 Горизонтальная проводка Горизонтальная проводка может в своем составе иметь до 90 м горизонтальных кабелей, до 10 м соединительных шнуров и 4 соединителя. Окончательные требования к такой проводке еще только вырабатываются. В документе TIA (Telecommunications Industry Association) TSB 67 сформулированы технические требования к наихудшему сочетанию элементов (т. е. минимальные), которыми и следует руководствоваться.

В последовавшие после принятия стандарта годы происходит вытеснение коаксиальных кабелей и, частично, экранированных витых пар из сетевых проводок. Обусловлено сказанное двумя обстоятельствами: быстрым ростом характеристик неэкранированных витых пар и стремлением к однотипности линий для различных видов связи. Поскольку (как следует из п. 4, см. выше) на каждом рабочем месте устанавливается хотя бы одна розетка с гнездом RJ-45, проявилось стремление и другие розетки ставить такие же, т. е. RJ-45. Были разработаны переходники (balun — balance/unbalance) с витых пар на другие типы кабелей, и системы проводки значительно упростились.

Логические конфигурации локальных сетей — кольцо, звезда, шина — реализуются топологически (на пространстве этажа) в виде звезды. «Звездная» проводка из неэкранированных витых пар поддерживает практически все типы локальных сетей. Изменения, связанные с различиями сетей, имеют место в других подсистемах структурированной кабельной системы. Горизонтальная подсистема остается неизменной, что очень важно при долговременной эксплуатации проводки. Эти логические конфигурации обозначениы на рисунке 9.

Рисунок 9 — Логические конфигурации сетей — «кольцо», «звезда», «шина», реализованные в физической топологии «звезда»

При такой топологии, в случае отключения или повреждения какого-либо из лучей звезды, в подсистеме управления производятся необходимые переключения, но логическая конфигурация остается без изменений. Большие преимущества звездной топологии привели к тому, что теперь она применяется практически во всех проводках. Подобные структурированные системы поставляют многие компании — производители оборудования.

Все основные изменения, относящиеся к типу локальной сети, происходят в подсистемах управления и вертикальной (см. рис. 4, 5). Горизонтальная проводка из неэкранированных витых пар Категории 5 остается неизмененной для всех скоростных локальных сетей: Token Ring, TP-PMD (TPDDI), 100VG-AnyLAN, Fast Ethernet.

Кроме скоростных локальных сетей по проводке из неэкранированных витых пар функционируют системы телефонной связи, сигнализации, охраны, пожарной безопасности, системы контроля вентиляции, кондиционирования, отопления. Появилась даже концепция интеллектуального здания, основой проводки для которого служит структурированная кабельная система.

1.5 Методы доступа к среде передаче данных Доступом к сети называют взаимодействие станции (узла сети) со средой передачи данных для обмена информацией с другими станциями. Управление доступом к среде — это установление последовательности, в которой станции получают доступ к среде передачи данных.

Различают следующие методы доступа:

1. случайные (СМД)

2. детерминированные (ДМД) Случайные методы доступа делятся на:

1. множественный доступ с обнаружением конфликтов (МДОК):

а) чистая ALOHA;

б) слотированная ALOHA;

2. множественный доступ с контролем несущей (МДПН):

а) с обнаружением коллизий CSMA/CD;

б) с предотвращением коллизий CSMA/CA.

Детерминированные методы доступа делятся на:

1. метод опроса;

2. эстафетный метод;

3. метод вставки регистра;

4. маркерный метод;

5. метод доступа по приоритету запроса.

1.5.1 Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD)

CSMA/CD является широковещательным (broadcasting) методом. Все станции при применении CSMA/CD равноправны по доступу к сети. Если линия передачи данных свободна, то в ней отсутствуют электрические колебания, что легко распознается любой станцией, желающей начать передачу. Такая станция захватывает линию. Любая другая станция, желающая начать передачу в некоторый момент времени t, если обнаруживает электрические колебания в линии, то откладывает передачу до момента t + t_d, где t_d — задержка.

Различают настойчивый и ненастойчивый CSMA/CD в зависимости от того, как определяется t_d. Эти доступы изображены на рисунке 10. В первом случае попытка захвата канала происходит сразу после его освобождения, что допустимо при слабой загрузке сети. При заметной загрузке велика вероятность того, что несколько станций будут претендовать на доступ к сети сразу после ее освобождения, и, следовательно, конфликты станут частыми. В ненастойчивом CSMA/CD задержка t_d является случайной величиной. При работе сети каждая станция анализирует адресную часть передаваемых по сети кадров с целью обнаружения и приема кадров, предназначенных для нее. Алгоритмы доступа изображены на рисунке 11.

Рисунок 10 — Метод случайного доступа CSMA/CD

Рисунок 11. Алгоритмы доступа по методу CSMA/CD

Конфликтом называется ситуация, при которой две или более станции «одновременно» пытаются захватить линию. Понятие «одновременность событий» в связи с конечностью скорости распространения сигналов по линии конкретизируется как отстояние событий во времени не более чем на величину 2*d, называемую окном столкновений, где d — время прохождения сигналов по линии между конфликтующими станциями. Если какие-либо станции начали передачу в окне столкновений, то по сети распространяются искаженные данные. Это искажение и используется для обнаружения конфликта либо сравнением в передатчике данных, передаваемых в линию (неискаженных) и получаемых из нее (искаженных), либо по появлению постоянной составляющей напряжения в линии, что обусловлено искажением используемого для представления данных манчестерского кода. Обнаружив конфликт, станция должна оповестить об этом партнера по конфликту, послав дополнительный сигнал затора, после чего станции должны отложить попытки выхода в линию на время t_d. Очевидно, что значения t_d должны быть различными для станций, участвующих в столкновении (конфликте); поэтому t_d— случайная величина. Ее математическое ожидание должно иметь тенденцию к росту по мере увеличения числа идущих подряд неудачных попыток захвата линии.

К достоинству этого метода относится достаточная простота реализации.

К серьёзному недостатку — значительное падение производительности при увеличении объёма передаваемых данных до критического значения.

Увеличение числа компьютеров в сети приводит к росту их запросов на передачу данных. При этом вероятность возникновения коллизий значительно возрастает. После каждой коллизии компьютерам приходится возобновлять передачу. Если сеть сильно загружена, повторные попытки могут привести к коллизиям с другими компьютерами, затем с новыми и т. д. Такое лавинообразное нарастание повторных передач может значительно снизить производительность сети, а иногда и полностью её заблокировать.

2. Практическая часть

2.1 План помещения

При моделировании сети научно-исследовательского центра используем пакет прикладных программ Netcracker Professional, возможности которого позволяют в графическом режиме спроектировать помещение, в котором будет реализована сеть.

На рисунке 12 показан план помещения, где все размеры указаны в метрах.

Рисунок 12 — План помещения

Как видно из рисунка 12, мы можем весьма условно представить будущее помещение. Но на данном этапе проектирования даже такой, упрощённой схемы будет достаточно, чтобы определить структуру сети, взаимное расположение оборудования и так далее.

2.2 Расположение оборудования

На рисунке 13 представлено, как расположено необходимое оборудование.

Рисунок 13 — Расположение оборудования

Сеть имеет следующее оборудование: 2 сервера, 10 рабочих компьютеров и 5 принтеров. Исходя из задач и назначения центра, данных устройств достаточно для работы.

Сервер обеспечивает выход в Интернет и организацию локальной сети. Являясь файл-сервером, он разрешает доступ компьютеров к необходимым файлам и данным.

Два компьютера, находящиеся в складском помещении имеет свое основное назначение — хранение информации о каждой единице склада. То есть на компьютерах 6 и 7 находятся базы данных всего хранимого на складе предприятия.

В бухгалтерии компьютеры 4 и 5 служат для оперативной работ с базами данных, почтовыми серверами и программными пакетами по бухгалтерии.

В администраторской компьютер предназначен для хранения всей информации о предприятии, бухгалтерских отчетов, различных операций с клиентами и другое.

Отдельная комната отведена для серверов — что бы грамотно систематизировать проект помещения, не захламляя его проводами.

Все устройства взаимосвязаны с помощью концентратора Fast Ethernet Hub. Хаб является центральным устройством в сети на витой паре, от него зависит ее работоспособность. Располагать его надо в легкодоступном месте, чтобы можно было легко подключать кабель и следить за индикацией портов.

2.3 Кабельное соединение сети

Для нашей сети предлагается использовать аппаратуру FastEthernet. Аппаратура FastEthernet обычно состоит из кабеля, разъемов, Т-коннекторов, терминаторов и сетевых адаптеров. Кабель используется для передачи данных между рабочими станциями. Для подключения кабеля используются разъемы. Эти разъемы через Т-коннекторы подключаются к сетевым адаптерам — специальным платам, вставленным в слоты расширения материнской платы рабочей станции. Терминаторы подключаются к открытым концам сети.

В зависимости от кабеля меняются такие характеристики сети, как максимальная длина кабеля и максимальное количество рабочих станций, подключаемых к кабелю.

Основной узел на витой паре — hub (в переводе называется накопителем, концентратором или просто хаб). Каждый компьютер должен быть подключен к нему с помощью своего сегмента кабеля. На концах кабельных сегментов устанавливаются разъемы RJ-45. Одним разъемом кабель подключается к хабу, другим — к сетевой плате. Разъемы RJ-45 очень компактны, имеют пластмассовый корпус и восемь миниатюрных площадок.

Хабы выпускаются на разное количество портов — 8, 12, 16 или 24. Соответственно к нему можно подключить такое же количество компьютеров.

Для того чтобы рассчитать требуемое количество кабеля, на рисунке 14 покажем соединения в сети. Размеры кабеля для некоторых соединений отсутствуют, потому что расстояние между компонентами сети, находящиеся в одном маленьком помещении ничтожны.

Рисунок 14 — Кабельное соединение

Теперь, зная длину каждого отрезка, посчитаем сумму, представив результаты в таблице 1.

Таблица 1 — Расчёт общей длины кабельных соединений

Топология полученного типа соединения имеет название, звезда" .

2.4 Генерация потоков данных

Используемый в работе пакет NetCracker Professional позволяет генерировать необходимые потоки данных. Для этого используется кнопка Set traffic.

Установим необходимое программное обеспечение на 2 сервера, выбрав в меню пункт Network and enterprise software / Server software .

Так как наше предприятие имеет достаточно внушительные размеры: существует проблема в систематизации информации. Ко всему прочему у нас 10 компьютеров, то лучше для данной сети использовать два сервера. Необходимость увеличения количества серверов (два вместо одного) объясняется безопасной работой сети, высокая пропускная способность и гарантия безотказной работы.

Исходя из свойств и потребностей сети, устанавливаем следующие виды трафиков:

— File server’s client (клиент файл-сервера);

— Small-office;

— HTTP-client;

— SQL server’s client;

— Small office peer-to-peer;

— Database (доступ к базам данных).

Помимо этого, установим трафики CAD/CAM-приложений и текстовых документов для работы и распечатки на принтерах.

Как отмечалось ранее, необходимо обеспечение рассматриваемому центру доступа к глобальной сети Интернета. Причём, учитывая возможность мобильности, следует использовать беспроводной Интернет. Для подключения компьютера к Интернету необходимо обеспечить его связь с Интернет-провайдером (поставщиком услуг), для чего существует несколько вариантов, различающихся по доступности, пропускной способности, стоимости.

Таким образом, определён поток данных, который будет проходить в моделируемой сети. Нагрузка, соответствующая заданным трафикам является нормальной и не вызовет затруднений в работе.

На рисунке 15 показана динамика сети — отображение гипотетических взаимодействий между элементами.

Рисунок 15 — Динамическое взаимодействие элементов сети

Как видно из рисунка, потоки различных данных обозначены разными цветами, чтобы можно было отслеживать необходимую информацию о взаимодействиях. Помимо этого, можно просматривать статистику работы. В этом примере для всех компьютеров показана текущая нагрузка, а для сервера дополнительно — количество пакетов, пришедших за последнюю секунду.

Также можно посмотреть дополнительную информацию об устройствах в виде сообщений, вызываемых из меню Tools / Reports.

2.5 Назначение IP-адресов

IP-адреса должны быть уникальными в пространстве Интернет — глобальной TCP/IP-сети, представляющей собой конгломерат MILNET, NSFNET, региональных, университетских, учрежденческих сетей и сетей, обслуживаемых коммерческими провайдерами. Сетевые номера присваивает центральный орган — служба регистрации центра InterNIC.

Распределить адресное пространство, выделенное центром InterNIC, можно, как угодно. Обычно говорят, что IP-адрес назначают конкретной host-машине. На самом деле адреса назначают сетевым интерфейсам, а не машинам. Если у машины несколько интерфейсов, у нее будет несколько адресов. У каждого адреса будет свой номер сети, что отражает тот факт, что эти интерфейсы подключены к разным физическим сетям.

В данной сети сервер будет иметь два IP-адреса: в качестве элемента локальной сети и для выхода в Интернет.

Используя Netcracker Professional, можно назначать IP-адреса автоматически с помощью IP-планировщика, находящегося в меню Tools. При запуске планировщика появляется окно, изображённое на рисунке 16.

Рисунок 16 — Планировщик IP-адресов Итак, устройства данной сети будут иметь IP-адреса, представленные в таблице 2.

Таблица 2 — IP-адреса устройств

Маршрутизация подразумевает участие маршрутизаторов и компьютеров, которые принимают решение о том, кому передавать пакет для успешной доставки к узлу назначения.

2.6 Системное сетевое программное обеспечение

При выборе операционной системы, которая будет установлена на компьютерах, решено было использовать такую систему, как Unix. Unix обладает рядом достоинств:

— система написана на языке высокого уровня, благодаря чему ее легко читать, понимать, изменять и переносить на другие машины. По оценкам, сделанным Ричи, первый вариант системы на Си имел на 20−40% больший объем и работал медленнее по сравнению с вариантом на ассемблере, однако преимущества использования языка высокого уровня намного перевешивают недостатки;

— наличие довольно простого пользовательского интерфейса, в котором имеется возможность предоставлять все необходимые пользователю услуги;

— наличие элементарных средств, позволяющих создавать сложные программы из более простых;

— наличие иерархической файловой системы, легкой в сопровождении и эффективной в работе;

— обеспечение согласования форматов в файлах, работа с последовательным потоком байтов, благодаря чему облегчается чтение прикладных программ;

— наличие простого, последовательного интерфейса с периферийными устройствами;

— система является многопользовательской, многозадачной; каждый пользователь может одновременно выполнять несколько процессов.

Архитектура машины скрыта от пользователя, благодаря этому облегчен процесс написания программ, работающих на различных конфигурациях аппаратных средств.

Простота и последовательность вообще отличают систему UNIX и объясняют большинство из вышеприведенных доводов в ее пользу.

2.7 Необходимые комплектующие Представим в виде таблиц необходимые комплектующие для организации сети.

Таблица 3 — Комплектующие сервера 1

Таблица 4- Комплектующие сервера 2

Таблица 5 — Комплектующие рабочих станций (в количестве 10)

Таблица 6 — Другие комплектующие

Заключение

В данной работе были рассмотрены основные составные части ЛВС, а также процесс передачи данных в сети на всех уровнях (логических и аппаратных). Смоделирована локальная вычислительная сеть торгового предприятия с учетом требований к будущей структуре. Исходя из размеров помещения найдена и максимально оптимизирована длина кабеля, соединяющая все компоненты сети.

На сегодняшний день разработка и внедрение ЛВС является одной из самых интересных и важных задач в области информационных технологий. Все больше возрастает необходимость в контроле информации в режиме реального времени, постоянно растет трафик сетей всех уровней. В связи с этим появляются новые технологии передачи информации в ЛВС.

Например, среди последних открытий следует отметить возможность передачи данных с помощью обычных линий электропередач, при чем данный метод позволяет увеличить не только скорость, но и надежность передачи.

Сетевые технологии очень быстро развиваются, в связи с чем они начинают выделяться в отдельную информационную отрасль. Ученые прогнозируют, что ближайшим достижением этой отрасли будет полное вытеснение других средств передачи информации (телевидение, радио, печать, телефон и т. д.). На смену этим «устаревшим» технологиям придет компьютер, он будет подключен к некоему глобальному потоку информации, возможно даже это будет Internet, и из этого потока можно будет получить любую информацию в любом представлении.

Список используемой литературы

1 Гук М. Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия, 2-е изд. — Спб: Питер, 2002. — 928 с.: ил.

2 Гук М. Аппаратные средства локальных сетей. Энциклопедия. Спб: Питер, 2000. — 657 с.: ил.

3 Короткевич Д., Воробьёв Э., Гаршина В. Основы проектирования и эксплуатации вычислительных сетей программой NetCracker Professional: Учеб. пособие. Воронеж: Воронеж. гос. техн. ун-т, 2005. 109 с.

4 Рейчард К., Фостер — Джонсон Э. UNIX: справочник. Спб: Питер Ком, 1999. -384 с.