Разработка проекта телекоммуникационной сети здания

КУРСОВАЯ Работа Разработка проекта телекоммуникационной сети здания

1. Выбор сетевой среды

1.1 Кабель витая пара

1.2 Коаксиальный кабель

1.3 Оптоволоконный кабель

1.4 Беспроводные технологии

1.5 Топология сети

2. Выбор сетевого оборудования

2.1 Активное оборудование

2.1.2 Мост

2.1.3 Концентратор

2.1.4 Маршрутизатор

2.1.5 Коммутатор

2.1.6 Модем

2.2 Пассивное оборудование

2.2.1 Розетка сетевая

2.2.2 Патч-корд

2.2.3 Коннекторы

2.2.4 Стяжки

2.2.5 Гофрированные трубы

2.2.6 Кабель канал

2.2.7 Шкафы для телекоммуникационного оборудования

3. Размещение сетевых устройств и оборудования

3.1 Расчет кабеля

3.2 Выбор оборудования и расчет цены

4. Подключение к глобальным сетям

5. Выбор сетевого программного обеспечения

Заключение

Список использованных источников

Приложение А

Компьютерная сеть — система связи компьютеров или компьютерного оборудования (серверы, маршрутизаторы и другое оборудование). Для передачи информации могут быть использованы различные физические явления, как правило — различные виды электрических сигналов, световых сигналов или электромагнитного излучения. Основные понятия, которые используются в вычислительных сетях. Клиент — компьютер, подключенный к вычислительной сети. Сервер (server) — компьютер, предоставляющий свои ресурсы клиентам сети. Различают следующие виды серверов: файловый сервер предназначен для хранения и предоставления файлов, с которыми работают пользователи; сервер баз данных обеспечивает доступ клиентам к общим базам данных; сервер приложений служит для предоставления пользователям прикладных программ; сервер печати обеспечивает печать на общем печатном устройстве со всех рабочих мест; Web-сервер обеспечивает предоставление информации через сеть Internet; почтовый сервер обеспечивает циркуляцию электронной почты, как внутри организации, так и во внешней сети.

Среда — способ соединения компьютеров. Ресурсы — диски, файлы, принтеры, модемы и другие элементы, используемые при работе в сети.

Темой курсовой работы является «Разработать проект телекоммуникационной сети здания». При проектировании сети для определенной работы ее вид определяется размером и территориальным распространением. План проекта в задании курсовой содержит 6 комнат: в 1, 2 и 4 комнате по 2 компьютера; в 3 и 5 комнате по 6 компьютера; в 6 комнате 7 компьютеров. Пример плана здания показан на рисунке 1. Стрелкой на схеме здания обозначается главный вход. Помещения соединены коридором шириной 2 м. Сетевая среда — проводная среда.

Рисунок 2 — План здания

Размеры помещений: А — ширина 1,2,3 — 5 м; В — ширина 4,5,6 — 6 м; С длина 1 и 4 — 4 м; D — длина 2 и 5 — 7 м; E — длина 3 и 6 — 7 м. Высота — 3,5 м.

1. Выбор сетевой среды

1.1 Кабель витая пара

Витая пара (twisted pair) — вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой. Свивание проводников производится с целью повышения связи проводников одной пары (электромагнитная помеха одинаково влияет на оба провода пары) и последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников, а также взаимных наводок при передаче дифференциальных сигналов.

Для снижения связи отдельных пар кабеля (периодического сближения проводников различных пар) в кабелях UTP категории 5 и выше провода пары свиваются с различным шагом. Витая пара — один из компонентов современных структурированных кабельных систем. Используется в телекоммуникациях и в компьютерных сетях в качестве сетевого носителя во многих технологиях, таких как Ethernet, ARCNet и Token ring. В настоящее время, благодаря своей дешевизне и лёгкости в установке, является самым распространённым решением для построения локальных сетей.

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.

Конструкция кабеля витая пара представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 — Конструкция кабеля витая пара В зависимости от наличия медной оплетки или алюминиевой фольги вокруг скрученных пар, определяют разновидности витой пары:

— кабель UTP (Unshielded Twisted Pair) — в данном кабеле защитный экран отсутствует;

— кабель FTP (Foiled Twisted Pair) — в данном кабеле один общий, внешний защитный экран, выполненный в виде фольги;

— кабель STP (Shielded Twisted Pair) — в данном кабеле каждая пара проводников имеет защитный экран и у кабеля есть общий, внешний экран, выполненный в виде сетки;

— кабель S/FTP (Screened Foiled Twisted Pair) — фольгированная экранированная витая пара. В данном кабеле общий, внешний защитный экран выполнен в виде медной оплетки, а каждая пара проводников защищена фольгой;

— кабель SF/UTP (Screened Foiled Unshielded Twisted Pair) — незащищенная экранированная витая пара. Данный кабель имеет двойной общий, внешний защитный экран, выполненный из медной оплетки и фольги.

UTP-кабели в сравнении с экранированными обладают следующими преимуществами:

— меньшая стоимость;

— меньшая трудоемкость монтажа и эксплуатации;

— отсутствие повышенных требований к внутреннему заземляющему контуру здания;

— лучшие массогабаритные показатели;

— меньший радиус изгиба.

Экранирование обеспечивает лучшую защиту от электромагнитных наводок как внешних, так и внутренних. Экран по всей длине соединен с неизолированным дренажным проводом, который объединяет экран в случае разделения на секции при излишнем изгибе или растяжении кабеля.

В зависимости от структуры проводников — кабель применяется однои многожильный. В первом случае каждый провод состоит из одной медной жилы, а во втором — из нескольких.

Одножильный кабель не предполагает прямых контактов с подключаемой периферией. То есть, как правило, его применяют для прокладки в коробах, стенах и т. д. с последующим оконечиванием розетками. Связано это с тем, что медные жилы довольно толсты и при частых изгибах быстро ломаются. Однако для «врезания» в разъемы панелей розеток такие жилы подходят как нельзя лучше.

В свою очередь многожильный кабель плохо переносит «врезание» в разъёмы панелей розеток (тонкие жилы разрезаются), но замечательно ведет себя при изгибах и скручиваниях. Кроме того, многожильный провод обладает большим затуханием сигнала. Поэтому многожильный кабель используют в основном для изготовления патчкордов (PatchCord), соединяющих периферию с розетками.

Существует несколько категорий витой пары, которые нумеруются от CAT1 до CAT7 и определяют эффективный пропускаемый частотный диапазон. Кабель более высокой категории обычно содержит больше пар проводов и каждая пара имеет больше витков на единицу длины.

Категории:

— CAT1 — полоса частот 0,1 МГц, одна пара проводников. Применяются только для передачи голоса или данных через модем;

— CAT2 — полоса частот 1 МГц, две пары проводников. Скорость передачи данных до 4 Мбит/с;

— CAT3 — полоса частот 16 МГц, четыре пары проводников. Скорость передачи данных до 10 Мбит/с и до 100 Мбит/с, при использовании технологии 100BASE-TX (длина кабеля не должна превышать 100 метров). Используется для построения телефонных и локальных сетей по технологии 10BASE-Т, 100BASE-TX;

— CAT4 — полоса частот 20 МГц, четыре пары проводников. Скорость передачи данных до 16 Мбит/с;

— CAT5 — полоса частот 100 МГц, четыре пары проводников. Скорость передачи данных до 100 Мбит/с, при использовании двух пар. Используется для построения телефонных и локальных сетей по технологии 100BASE-TX;

— CAT5e — полоса частот 125 МГц, четыре пары проводников. Скорость передачи данных до 100 Мбит/с, при использовании двух пар и 1000 Мбит/с, при использовании четырех пар;

— CAT6 — полоса частот 250 МГц, четыре пары проводников. Скорость передачи данных до 1000 Мбит/с. Применяется для построения сетей Fast Ethernet и Gigabit Ethernet;

— CAT6a — полоса частот 500 МГц, четыре пары проводников. Скорость передачи до 10 Гбит/с;

— CAT7 — полоса частот до 600−700 МГц, четыре пары проводников. Скорость передачи до 10 Гбит/с.

При монтаже кабеля витой пары должен выдерживаться минимально допустимый радиус изгиба (8 внешних диаметров кабеля) — сильный изгиб может привести к увеличению внешних наводок на сигнал или привести к разрушению оболочки кабеля.

При монтаже экранированной витой пары необходимо следить за целостностью экрана по всей длине кабеля. Растяжение или изгиб приводит к разрушению экрана, что влечёт уменьшение сопротивляемости наводкам. Дренажный провод должен быть соединен с экраном разъема. [1]

1.2 Коаксиальный кабель

Не так давно коаксиальный кабель был самым распространенным типом кабеля. Это объяснялось двумя причинами. Во-первых, он был относительно недорогим, легким, гибким и удобным в применении. А во-вторых, широкая популярность коаксиального кабеля привела к тому, что он стал безопасным и простым в установке. Самый простой коаксиальный кабель состоит из медной жилы (core), изоляции, ее окружающей, экрана в виде металлической оплетки и внешней оболочки. Если кабель, кроме металлической оплетки, имеет и слой фольги, он называется кабелем с двойной экранизацией. При наличии сильных помех можно воспользоваться кабелем с учетверенной экранизацией. Он состоит из двойного слоя фольги и двойного слоем металлической оплетки. Некоторые типы коаксиальных кабелей покрывает металлическая сетка — экран (shield). Он защищает передаваемые по кабелю данные, поглощая внешние электромагнитные сигналы, называемые помехами или шумом. Таким образом, экран не позволяет помехам исказить данные. Электрические сигналы, кодирующие данные, передаются по жиле. Жила-это один провод (сплошная) или пучок проводов. Сплошная жила изготавливается, как правило, из меди. Жила окружена изоляционным слоем, который отделяет ее от металлической оплетки. Оплетка играет роль заземления и защищает жилу от электрических шумов (noise) и перекрестных помех (crosstalk). Перекрестные помехи — это электрические наводки, вызванные сигналами в соседних проводах.

Проводящая жила и металлическая оплетка не должны соприкасаться, иначе произойдет короткое замыкание, помехи проникнут в жилу, и данные разрушатся. Снаружи кабель покрыт непроводящим слоем — из резины, тефлона или пластика. Конструкция кабеля приведена на рисунке 4.

Рисунок 4 — Конструкция коаксиального кабеля Кабели делятся по шкале Radio Guide. Наиболее распространённые категории кабеля:

— RG-8 и RG-11 — «Толстый Ethernet» (Thicknet), 50 Ом. Стандарт 10BASE5;

— RG-58 — «Тонкий Ethernet» (Thinnet), 50 Ом. Стандарт 10BASE2: RG-58/U — сплошной центральный проводник; RG-58A/U — многожильный центральный проводник; RG-58C/U — военный кабель; RG-59 — телевизионный кабель (Broadband/Cable Television), 75 Ом. Российский аналог РК-75-х-х («радиочастотный кабель»);

— RG-6 — телевизионный кабель (Broadband/Cable Television), 75 Ом. Кабель категории RG-6 имеет несколько разновидностей, которые характеризируют его тип и материал исполнения. Российский аналог РК-75-х-х;

— RG-11 — магистральный кабель, практически незаменим, если требуется решить вопрос с большими расстояниями. Этот вид кабеля можно использовать даже на расстояниях около 600 м. Укреплённая внешняя изоляция позволяет без проблем использовать этот кабель в сложных условиях (улица, колодцы). Существует вариант S1160 с тросом, который используется для надёжной проброски кабеля по воздуху, например, между домами;

— RG-62 — ARCNet, 93 Ом.

Существует два типа коаксиальных кабелей:

— тонкий коаксиальный кабель;

— толстый коаксиальный кабель.

Тонкий коаксиальный кабель — гибкий кабель диаметром около 0,5 см прост в применении и годится практически для любого типа сети. Подключается непосредственно к платам сетевого адаптера компьютеров.

Тонкий (thin) коаксиальный кабель способен передавать сигнал на расстояние до 185 м без его заметного искажения, вызванного затуханием. Тонкий коаксиальный кабель относится к группе, которая называется семейством RG-58, его волновое сопротивление равно 50 Ом. Толстый (thick) коаксиальный кабель — относительно жесткий кабель с диаметреом около 1 см (около 0,5 дюймов). Иногда его называют «стандартный Ethernet», поскольку он был первым типом кабеля, применяемым в Ethernet — популярной сетевой архитектуре. Медная жила толстого коаксиального кабеля больше в сечении, чем тонкого. Чем толще жила у кабеля, тем большее расстояние способен преодолеть сигнал. Следовательно, толстый коаксиальный кабель передает сигналы дальше, чем тонкий, — до 500 м. Поэтому толстый коаксиальный кабель иногда используют в качестве основного кабеля магистрали (backbone), который соединяет несколько небольших сетей, построенных на тонком коаксиальном кабеле. Для подключения к толстому коаксиальному кабелю применяют специальное устройство — трансивер (transceiver).

Как правило, чем толще кабель, тем сложнее с ним работать. Тонкий коаксиальный кабель гибок, прост в установке и относительно недорог. Толстый кабель трудно гнуть, и, следовательно, его сложнее устанавливать. Это очень существенный недостаток, особенно если необходимо проложить кабель по трубам или желобам. Толстый коаксиальный кабель дороже тонкого, но при этом он передает сигналы на большие расстояния. 2]

1.3 Оптоволоконный кабель

Оптоволоконные линии предназначены для перемещения больших объемов данных на очень высоких скоростях.

В оптоволоконном кабеле цифровые данные распространяются по оптическим волокнам в виде модулированных световых импульсов. Это относительно надежный (защищенный) способ передачи, поскольку электрические сигналы при этом не передаются. Следовательно, оптоволоконный кабель нельзя вскрыть и перехватить данные, от чего не застрахован любой кабель, проводящий электрические сигналы. Кроме того, такие проблемы передачи информации по проводам как электромагнитные помехи, перекрестные помехи (переходное затухание) и необходимость заземления, полностью устраняются. Вдобавок, чрезвычайно уменьшается погонное затухание, позволяя протягивать оптоволоконные связи без регенерации сигналов на много большие дистанции, достигающие 120 км.

Оптическое волокно — чрезвычайно тонкий стеклянный цилиндр, называемый жилой (core), покрытый слоем стекла, называемого оболочкой, с иным, чем у жилы, коэффициентом преломления. Иногда оптоволокно производят из пластика. Пластик проще в использовании, но он передает световые импульсы на меньшие расстояния по сравнению со стеклянным оптоволокном. Каждое стеклянное оптоволокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон с отдельными коннекторами. Одно из них служит для передачи, а другое — для приема. Жесткость волокон увеличена покрытием из пластика, а прочность — волокнами из кевлара. Схема простейшего оптоволоконного кабеля представлена на рисунке 5. Существуют два различных типа оптоволоконного кабеля:

— многомодовый или мультимодовый кабель, более дешевый, но менее качественный;

— одномодовый кабель, более дорогой, но имеет лучшие характеристики по сравнению с первым.

Рисунок 5 — Конструкция оптоволоконного кабеля Суть различия между этими двумя типами сводится к разным режимам прохождения световых лучей в кабеле.

В одномодовом кабеле практически все лучи проходят один и тот же путь, в результате чего они достигают приемника одновременно, и форма сигнала почти не искажается. Одномодовый кабель имеет диаметр центрального волокна около 1,3 мкм и передает свет только с такой же длиной волны (1,3 мкм). Дисперсия и потери сигнала при этом очень незначительны, что позволяет передавать сигналы на значительно большее расстояние, чем в случае применения многомодового кабеля. Для одномодового кабеля применяются лазерные приемопередатчики, использующие свет исключительно с требуемой длиной волны. Такие приемопередатчики пока еще сравнительно дороги и не долговечны. Однако в перспективе одномодовый кабель должен стать основным типом благодаря своим прекрасным характеристикам. К тому же лазеры имеют большее быстродействие, чем обычные светодиоды. Затухание сигнала в одномодовом кабеле составляет около 5 дБ/км и может быть даже снижено до 1 дБ/км.

В многомодовом кабеле траектории световых лучей имеют заметный разброс, в результате чего форма сигнала на приемном конце кабеля искажается. Центральное волокно имеет диаметр 62,5 мкм, а диаметр внешней оболочки 125 мкм (это иногда обозначается как 62,5/125). Для передачи используется обычный (не лазерный) светодиод, что снижает стоимость и увеличивает срок службы приемопередатчиков по сравнению с одномодовым кабелем. Длина волны света в многомодовом кабеле равна 0,85 мкм, при этом наблюдается разброс длин волн около 30−50 нм. Допустимая длина кабеля составляет 2−5 км. Многомодовый кабель — это основной тип оптоволоконного кабеля в настоящее время, так как он дешевле и доступнее. Затухание в многомодовом кабеле больше, чем в одномодовом и составляет 5−20 дБ/км.

Типичная величина задержки для наиболее распространенных кабелей составляет около 4−5 нс/м, что близко к величине задержки в электрических кабелях.

Оптоволоконные кабели, как и электрические, выпускаются в исполнении plenum и non-plenum.

Оптоволоконный кабель идеально подходит для создания сетевых магистралей, и в особенности для соединения между зданиями, так как он нечувствителен к влажности и другим внешним условиям. Также он обеспечивает повышенную по сравнению с медью секретность передаваемых данных, поскольку не испускает электромагнитного излучения, и к нему практически невозможно подключиться без разрушения целостности.

Недостатки оптоволокна в основном связаны со стоимостью его прокладки и эксплуатации, которые обычно намного выше, чем для медной среды передачи данных. Эта разница стала привычной, тем не менее, в последние годы она стала сглаживаться. Сама оптоволоконная среда только слегка дороже UTP категории 5. Но независимо от указанных преимуществ и недостатков применение оптоволокна приносит с собой другие проблемы, такие как процесс прокладки. Разводка оптоволоконного кабеля в основном ничем не отличается от укладки медного, но присоединение коннекторов требует принципиально иного инструмента и технических навыков. 3]

1.4 Беспроводные технологии

Беспроводные технологии — подкласс информационных технологий, служат для передачи информации на расстояние между двумя и более точками, не требуя связи их проводами. Для передачи информации может использоваться инфракрасное излучение, радиоволны, оптическое или лазерное излучение.

В настоящее время существует множество беспроводных технологий, наиболее часто известных пользователям по их маркетинговым названиям, таким как Wi-Fi, WiMAX, Bluetooth. Каждая технология обладает определёнными характеристиками, которые определяют её область применения.

Существует два основных направления применения беспроводных компьютерных сетей:

— работа в замкнутом объеме (офис, выставочный зал и т. п.);

— соединение удаленных локальных сетей (или удаленных сегментов локальной сети).

Для организации беспроводной сети в замкнутом пространстве применяются передатчики со всенаправленными антеннами. Стандарт IEEE 802.11 определяет два режима работы сети — Ad-hoc и клиент-сервер. Режим Ad-hoc (иначе называемый «точка-точка») — это простая сеть, в которой связь между станциями (клиентами) устанавливается напрямую, без использования специальной точки доступа. В режиме клиент-сервер беспроводная сеть состоит, как минимум, из одной точки доступа, подключенной к проводной сети, и некоторого набора беспроводных клиентских станций. Поскольку в большинстве сетей необходимо обеспечить доступ к файловым серверам, принтерам и другим устройствам, подключенным к проводной локальной сети, чаще всего используется режим клиент-сервер.

Без подключения дополнительной антенны устойчивая связь для оборудования IEEE 802.11b достигается в среднем на следующих расстояниях: открытое пространство — 500 м, комната, разделенная перегородками из неметаллического материала — 100 м, офис из нескольких комнат — 30 м. Следует иметь в виду, что через стены с большим содержанием металлической арматуры (в железобетонных зданиях таковыми являются несущие стены) радиоволны диапазона 2,4 ГГц иногда могут вообще не проходить, поэтому в комнатах, разделенных подобной стеной, придется ставить свои точки доступа.

Для соединения удаленных локальных сетей (или удаленных сегментов локальной сети) используется оборудование с направленными антеннами, что позволяет увеличить дальность связи до 20 км (а при использовании специальных усилителей и большой высоте размещения антенн — до 50 км). Причем в качестве подобного оборудования могут выступать и устройства Wi-Fi, нужно лишь добавить к ним специальные антенны (конечно, если это допускается конструкцией). Комплексы для объединения локальных сетей по топологии делятся на «точку-точку» и «звезду». При топологии «точка-точка» (режим Ad-hoc в IEEE 802.11) организуется радиомост между двумя удаленными сегментами сети. При топологии «звезда» одна из станций является центральной и взаимодействует с другими удаленными станциями. При этом центральная станция имеет всенаправленную антенну, а другие удаленные станции — однонаправленные антенны. Применение всенаправленной антенны в центральной станции ограничивает дальность связи дистанцией примерно 7 км. Поэтому, если требуется соединить между собой сегменты локальной сети, удаленные друг от друга на расстояние более 7 км, приходится соединять их по принципу «точка-точка». При этом организуется беспроводная сеть с кольцевой или иной, более сложной топологией.

Мощность, излучаемая передатчиком точки доступа или же клиентской станции, работающей по стандарту IEEE 802.11, не превышает 0,1 Вт, но многие производители беспроводных точек доступа ограничивают мощность лишь программным путем, и достаточно просто поднять мощность до 0,2−0,5 Вт. Для сравнения — мощность, излучаемая мобильным телефоном, на порядок больше (в момент звонка — до 2 Вт). Поскольку, в отличие от мобильного телефона, элементы сети расположены далеко от головы, в целом можно считать, что беспроводные компьютерные сети более безопасны с точки зрения здоровья, чем мобильные телефоны.

Если беспроводная сеть используется для объединения сегментов локальной сети, удаленных на большие расстояния, антенны, как правило, размещаются за пределами помещения и на большой высоте.

Для вторжения в сеть необходимо к ней подключиться. В случае проводной сети требуется электрическое соединение, беспроводной — достаточно оказаться в зоне радиовидимости сети с оборудованием того же типа, на котором построена сеть.

В проводных сетях основное средство защиты на физическом и MAC-уровнях — административный контроль доступа к оборудованию, недопущение злоумышленника к кабельной сети. В сетях, построенных на управляемых коммутаторах, доступ может дополнительно ограничиваться по MAC-адресам сетевых устройств.

В беспроводных сетях для снижения вероятности несанкционированного доступа предусмотрен контроль доступа по MAC-адресам устройств и тот же самый WEP. Поскольку контроль доступа реализуется с помощью точки доступа, он возможен только при инфраструктурной топологии сети. Механизм контроля подразумевает заблаговременное составление таблицы MAC-адресов разрешенных пользователей в точке доступа и обеспечивает передачу только между зарегистрированными беспроводными адаптерами. При топологии «ad-hoc» (каждый с каждым) контроль доступа на уровне радиосети не предусмотрен.

Преимущество беспроводной сети связано с тем, что физические характеристики сети делают ее локализованной. В результате дальность действия сети ограничивается лишь определенной зоной покрытия. Для подслушивания потенциальный злоумышленник должен будет находиться в непосредственной физической близости, а значит, привлекать к себе внимание. В этом преимущество беспроводных сетей с точки зрения безопасности. Беспроводные сети имеют также уникальную особенность: их можно отключить или модифицировать их параметры, если безопасность зоны вызывает сомнения.

Канал с использованием инфракрасного излучения может быть установлен на расстоянии прямой видимости, например, между двумя зданиями.

При развертывании спутникового канала возможны различные варианты: когда запрос передается по обычным каналам, а передаваемая в ответ информация — через спутник, либо когда и для прямой, и для обратной передачи используется спутниковый канал.

Подключение к Интернет по радиоканалу может быть организовано через сеть сотовых опорных станций, аналогично сотовой телефонной связи. Скорость приема при использовании радиоканала сильно зависит от помех и загруженности эфира.

Беспроводные технологии привлекательны высокими скоростями передачи данных, возможностью развертывания сети на любых расстояниях и в любой точке земного шара, использованием доступа на движущихся объектах. Самым важным сдерживающим фактором для них является высокая стоимость. 4]

Из-за таких недостатков как высокая стоимость оборудования, низкая скорость передачи данных, в данной курсовой работе беспроводные сети не используется.

1.5 Топология сети

Существует бесконечное число способов соединения компьютеров. Топология сети — геометрическая форма и физическое расположение компьютеров по отношению к друг другу. Топология сети позволяет сравнивать и классифицировать различные сети. Различают три основных вида топологии: Звезда; Кольцо; Шина.

При построении сети по шинной схеме каждый компьютер присоединяется к общему кабелю, на концах которого устанавливаются терминаторы. Сигнал проходит по сети через все компьютеры, отражаясь от конечных терминаторов.

Топология «Кольцо» — эта топология представляет собой последовательное соединение компьютеров, когда последний соединён с первым. Сигнал проходит по кольцу от компьютера к компьютеру в одном направлении. Каждый компьютер работает как повторитель, усиливая сигнал и передавая его дальше. Поскольку сигнал проходит через каждый компьютер, сбой одного из них приводит к нарушению работы всей сети.

Топология «Звезда» — схема соединения, при которой каждый компьютер подсоединяется к сети при помощи отдельного соединительного кабеля. Один конец кабеля соединяется с гнездом сетевого адаптера, другой подсоединяется к центральному устройству, называемому концентратором (hub). Устанавливать сеть топологии «Звезда» легко и недорого. Число узлов, которые можно подключить к концентратору, определяется возможным количеством портов самого концентратора, однако имеются ограничения по числу узлов (максимум 1024). Рабочая группа, созданная по данной схеме может функционировать независимо или может быть связана с другими рабочими группами.

В проектировании сети будет использоваться топология звезда в силу своей низкой стоимости и легкостью установления в сравнении с другими топологиями. Еще будет использоваться кабель витая пара, типа UTP категории 5е в силу своей низкой стоимости и меньшего радиуса изгиба в сравнении с другими типами.

компьютерный сеть кабель маршрутизатор

2. Выбор сетевого оборудования

2.1 Активное оборудование

2.1.1 Сетевой адаптер

Активное оборудование управляет циркулирующими в сети битами, кадрами и пакетами, стараясь организовать их передачу так, чтобы данные терялись как можно реже, а попадали к адресатам как можно быстрее, в соответствии с потребностями трафика работающих в сети приложений.

Сетевые адаптеры — это сетевое оборудование, обеспечивающее функционирование сети на физическом и канальном уровнях.

Сетевой адаптер относится к периферийному устройству компьютера, непосредственно взаимодействующему 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.

Компьютер, будь то сервер или рабочая станция, подключается к сети с помощью внутренней платы — сетевого адаптера (хотя бывают и внешние сетевые адаптеры, подключаемые к компьютеру через параллельный порт). Сетевой адаптер вставляется в гнездо материнской платы. Карты сетевых адаптеров устанавливаются на каждой рабочей станции и на файловом сервере. Рабочая станция отправляет запрос к файловому серверу и получает ответ через сетевой адаптер, когда файловый сервер готов. Сетевые адаптеры преобразуют параллельные коды, используемые внутри компьютера и представленные маломощными сигналами, в последовательный поток мощных сигналов для передачи данных по внешней сети. Сетевые адаптеры должны быть совместимы с кабельной системой сети, внутренней информационной шиной ПК и сетевой операционной системой.

Сетевой адаптер — устройство, служащее для подключения компьютера к локальной сети. Сетевой адаптер контролирует доступ к среде передачи данных и обмен данными между единицами сети.

По конструктивной реализации сетевые платы делятся на:

— внутренние — отдельные платы, вставляющиеся в ISA, PCI или PCI-E слот;

— внешние, подключающиеся через USB или PCMCIA интерфейс, преимущественно использующиеся в ноутбуках;

— встроенные в материнскую плату.

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.

2.1.2 Мост

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

Мосты «изучают» характер расположения сегментов сети путем построения адресных таблиц вида «Интерфейс:MAC-адрес», в которых содержатся адреса всех сетевых устройств и сегментов, необходимых для получения доступа к данному устройству.

Мост рассматривается как устройство с функциями хранения и дальнейшей отправки, поскольку он должен проанализировать поле адреса пункта назначения фрейма и вычислить контрольную сумму CRC в поле контрольной последовательности фрейма перед отправкой фрейма на все порты.

Если порт пункта назначения в данный момент занят, то мост может временно сохранить фрейм до освобождения порта.

Мост не старается поддержать побитовый синхронизм в обеих объединяемых сетях. Вместо этого он выступает по отношению к каждой из сетей как конечный узел. Он принимает кадр, буферизует его, анализирует адрес назначения кадра и только в том случае, когда адресуемый узел действительно принадлежит другой сети, он передает его туда.

Для передачи кадра в другую сеть мост должен получить доступ к ее разделяемой среде передачи данных в соответствии с теми же правилами, что и обычный узел.

Таким образом мост, изолирует трафик одного сегмента от трафика другого сегмента, фильтруя кадры.

Мост не только снижает нагрузку в объединенной сети, но и уменьшает возможности несанкционированного доступа, так как пакеты, предназначенные для циркуляции внутри одного сегмента, физически не появляются на других, что исключает их «прослушивание» станциями других сегментов.

В мостах используется интерфесы USB, FireWire. Имеются комбинированные модели, которые имеют оба разъема. Скорости передачи USB интерфеса — 10 MBit/s, FireWire — до 400 MBit/s.

2.1.3 Концентратор

Hub или концентратор — многопортовый повторитель сети с автосегментацией. Назначение концентраторов — объединение отдельных рабочих мест в рабочую группу в составе локальной сети. Все порты концентратора равноправны. Получив сигнал от одной из подключенных к нему станций, концентратор транслирует его на все свои активные порты. При этом, если на каком-либо из портов обнаружена неисправность, то этот порт автоматически отключается (сегментируется), а после ее устранения снова делается активным. Обработка коллизий и текущий контроль за состоянием каналов связи обычно осуществляется самим концентратором. Концентраторы можно использовать как автономные устройства или соединять друг с другом, увеличивая тем самым размер сети и создавая более сложные топологии.

Устройства подключаются при помощи витой пары, коаксиального кабеля или оптоволокна. Термин концентратор (хаб) применим также к другим технологиям передачи данных: USB, FireWire и пр. 6]

2.1.4 Маршрутизатор

Маршрутизатор объединяет компьютерные сети друг с другом, осуществляя при этом пересылку сетевых пакетов согласно набору правил. Обычно набор правил определяет фильтры, по которым отсеиваются пакеты, не предназначенные для маршрутизации, например — траффик внутри локальной сети, или даже попытки несанкционированного доступа в сеть извне.

Среди маршрутизаторов выделяется три класса устройств — верхний, средний и нижний.

Верхний класс устройств является высокопроизводительным, они объединяют рабочие локальные сети, поддерживают множество интерфейсов и протоколов (xDSL, PPP, ATM, Frame relay и т. д.), как стандартных, так и необычных. Устройства этого класса могут обладать большим количеством портов локальных и глобальных сетей.

К использованию устройств среднего класса прибегают при создании и формировании меньших по размеру сетевых групп в масштабах предприятия. Обычно такие маршрутизаторы включают в себя два-три порта локальных сетей и от четырех до восьми портов глобальных сетей. Данный класс устройств поддерживает самые широко используемые протоколы маршрутизации (RIP, OSPF, EIGRP, IS-IS, BGP и др.).

Нижний класс маршрутизаторов применяется для небольших локальных сетей. Они служат, в основном, для связи небольших офисов с основной локальной сетью предприятия. Имеют всего несколько портов для различных видов сетей.

Современные маршрутизаторы обладают следующими свойствами:

— поддерживают коммутацию уровня 3, высокоскоростную маршрутизацию уровня 3 и коммутацию уровня 4;

— поддерживают передовые технологии передачи данных, такие как Fast Ethernet, Gigabit Ethernet и АТМ;

— поддерживают технологии АТМ с использованием скоростей до 622 Мбит/сек;

— поддерживают одновременно разные типы кабельных соединений (медные, оптические и их разновидности);

— поддерживают WAN-соединения включая поддержку PPP, Frame Relay, HSSI, SONET и др.;

— поддерживают технологию коммутации уровня 4 (Layer 4 Switching), использующую не только информацию об адресах отправителя и получателя, но и информацию о типах приложений, с которыми работают пользователи сети;

— обеспечивают возможность использования механизма «сервис по запросу» (Quality of Service) — QoS, позволяющего назначать приоритеты тем или иным ресурсам в сети и обеспечивать передачу трафика в соответствии со схемой приоритетов;

— позволяют управлять шириной полосы пропускания для каждого типа трафика;

— поддерживают основные протоколы маршрутизации, такие как IP RIP1, IP RIP2, OSPF, BGP-4, IPX RIP/SAP, а также протоколы IGMP, DVMPR, PIM-DM, PIM-SM, RSVP;

— поддерживают несколько IP сетей одновременно;

— поддерживают протоколы SNMP, RMON и RMON 2, что дает возможность осуществлять управление работой устройств, их конфигурированием со станции сетевого управления, а также осуществлять сбор и последующий анализ статистики как о работе устройства в целом, так и его интерфейсных модулей;

— поддерживать как одноадресный (unicast), так и многоадресный (multicast) трафик.

В некоторых случаях место маршрутизатора может занять рабочая станция или сервер, которые имеют несколько сетевых интерфейсов и специальное программное обеспечение. 7]

2.1.5 Коммутатор

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

По конструктивному исполнению коммутаторы делятся на три группы:

— автономные коммутаторы с фиксированным количеством портов;

— модульные коммутаторы на основе шасси;

— коммутаторы с фиксированным количеством портов, собираемые в стек.

Коммутаторы первой группы обычно предназначены для небольших рабочих групп. Модульные коммутаторы на основе шасси чаще всего используются на магистрали сети. Модули такого коммутатора допускают замену блоков без выключения коммутатора.

Стековые коммутаторы представляют собой множество коммутаторов, которые могут работать автономно, так как выполнены в отдельных корпусах, но имеют специальный интерфейс (высокоскоростную шину), который позволяет объединить их в одну систему — единый коммутатор.

Коммутаторы делятся на четыре категории:

— Простые автономные коммутаторы сетей рабочих групп позволяют некоторым сетевым устройствам или сегментам обмениваться информацией с максимальной для данной кабельной системы скоростью. Они могут выполнять роль мостов для связи с другими сетевыми сегментами, но не транслируют протоколы и не обеспечивают повышенную пропускную способность с отдельными выделенными устройствами, такими как серверы.

— Коммутаторы рабочих групп второй категории обеспечивают высокоскоростную связь одного или нескольких портов с сервером или базовой станцией.

— Третью категорию составляют коммутаторы сети отдела предприятия, которые часто используются для взаимодействия сетей рабочих групп. Они представляют более широкие возможности администрирования и повышения производительности сети. Такие устройства поддерживают древовидную архитектуру связей, которая используется для передачи информации по резервным каналам и фильтрации пакетов. Физически такие коммутаторы поддерживают резервные источники питания и позволяют оперативно менять модули.

— Последняя категория — это коммутаторы сети масштаба предприятия, выполняющие диспетчеризацию трафика, определяя наиболее эффективный маршрут. Они могут поддерживать большое количество логических соединений сети. Многие производители корпоративных коммутаторов предлагают в составе своих изделий модули АТМ. Эти коммутаторы осуществляют трансляцию протоколов Ethernet в протоколы АТМ.

Коммутаторы могут выполнять трансляции одного протокола канального уровня в другой, например, Ethernet в FDDI, Fast Ethernet в Token Ring и т. д.

Коммутаторы при передаче пакетов данных можно настроить на один из трех режимов коммутации:

— с буферизацией (store-and-forwarding); в этом режиме, для того чтобы исключить распространение ошибки по сети, все ошибочные пакеты, поступившие на порт устройства, отфильтровываются. Данный режим требует получения всего пакета данных перед пересылкой, что увеличивает время коммутации;

— режим свободных фрагментов (fragment free), который проверяет не все, а лишь короткие пакеты (они могут оказаться «обломками»);

— сквозная коммутация (cutthrough), без проверки FSC, контрольной суммы пакета, позволяет передавать пакеты на максимально возможной скорости.

Коммутаторы бывают стоечного и настольного типа. Коммутационное оборудование устанавливается в шкафы или стойки, специально предназначенные для размещения такого оборудования.

2.1.6 Модем

Модем — это устройство прямого и обратного преобразования сигналов к виду, принятому для использования в определенном канале связи. С помощью модема можно подключиться к Интернету.

По исполнению:

— внешние — подключаются через COM или LPT, USB порт или стандартный разъем в сетевой карте RJ-45, обычно имеют отдельный блок питания (существуют и USB-модемы с питанием от шины USB).

— внутренние — дополнительно устанавливаются внутрь аппарата (в слот ISA, PCI, PCI-E, PCMCIA, AMR, CNR)

— встроенные — являются частью аппарата, куда встроены (например ноутбука или док-станции).

— По принципу работы:

— аппаратные — все операции преобразования сигнала, поддержка физических протоколов обмена, производятся встроенным в модем вычислителем (например с использованием DSP, контроллера). Так же в аппаратном модеме присутствует ПЗУ, в котором записана микропрограмма, управляющая модемом;

— программные (софт-модемы, Host based soft-modem) — все операции по кодированию сигнала, проверке на ошибки и управление протоколами реализованы программно и производятся центральным процессором компьютера. В модеме находится только входные аналоговые цепи и преобразователи (ЦАП и АЦП), также контроллер интерфейса (например USB);

— полупрограммные (Controller based soft-modem) — модемы, в которых часть функций модема выполняет компьютер, к которому подключён модем.

По виду соединения:

— модемы для коммутируемых телефонных линий — наиболее распространённый тип модемов;

— ISDN — модемы для цифровых коммутируемых телефонных линий;

— DSL — используются для организации выделенных (некоммутируемых) линий используя обычную телефонную сеть. Отличаются от коммутируемых модемов тем, что используют другой частотный диапазон, а также тем, что по телефонным линиям сигнал передается только до АТС. Обычно позволяют одновременно с обменом данными осуществлять использование телефонной линии в обычном порядке;

— кабельные — используются для обмена данными по специализированным кабелям — к примеру, через кабель коллективного телевидения по протоколу DOCSIS;

— радио — работают в радиодиапазоне, используют собственные наборы частот и протоколы;

— сотовые — работают по протоколам сотовой связи — GPRS, EDGE, и т. п. Часто имеют исполнения в виде USB-брелка. В качестве таких модемов также часто используют терминалы мобильной связи;

— PLC — используют технологию передачи данных по проводам бытовой электрической сети.

Внутренний модем представляет собой съемную карту расширения, на которой размещены все компоненты, обеспечивающие обмен данными. Он устанавливается в слот материнской платы. На внешней стороне карты модема находятся гнезда для подключения кабеля телефонной линии. При использовании внутреннего модема возникает необходимость вскрытия корпуса системного блока для перенастройки модема.

Внешний модем — это самостоятельное устройство, оснащенное блоком питания, разъемами для подключения к аппаратуре (к последовательному порту компьютера — разъем RS-232), телефонному каналу (разъем RJ-11) и панелью с индикаторами.

2.2 Пассивное оборудование

2.2.1 Розетка сетевая

Сетевые розетки под «витую пару» представляют собой пластмассовый короб со съемной крышкой, в верхней части которого смонтирована ответная часть разъема RJ-45, оснащенная восемью подпружиненными контактами, а также имеется то или иное приспособление для подключения проводников сетевого кабеля. Обычно розетка имеет либо специальный клеящий слой, либо отверстия под винты для крепления ее к стене. Так же, как и сам кабель «витая пара», сетевые розетки различаются по категориям, наиболее распространенными из которых являются категория 3 и категория 5.

Розетки существуют в исполнениях для крепления как на, так и в (глубине) поверхности (скажем, стены).

2.2.2 Патч-корд

Коммутационный шнур, коммутационный кабель или патч-корд (от англ. patching cord — соединительный шнур) — одна из составных частей структурированной кабельной системы. Представляет собой электрический кабель для подключения одного электрического устройства к другому. Может быть любых типов и размеров, на одном или обоих концах кабеля обязательно присутствуют соответствующие соединяемым устройствам коннекторы.

Кроссовер — разновидность патч-корда витой пары, используемого в компьютерных сетях. Особенностью является перекрёстное (кроссовое) соединение концов кабеля с коннекторами. Применяется для соединения однотипных сетевых устройств: ПК-ПК, свитч-свитч и т. п. Следует заметить, что многие современные устройства автоматически определяют тип патч-корда (прямой или кроссовый) и могут совместно работать на любом из типов кабеля.

2.2.3 Коннекторы

Разъемы являются полноправной составной частью структурированных кабельных систем (СКС). Без них невозможно подключить к любому сетевому или компьютерному устройству ни один кабель. В разъемы, или коннекторы («соединители») врезаются концы utp или ftp витой пары, телефонного кабеля, других соединительных шнуров. Разъемы и колпачки к ним используются при изготовлении коммутационных кабелей — не привязанных к жесткой разводке шнуров, соединяющих два цифровых узла гибким кабелем, что называется, «по месту». Такие соединительные детали носят название «разъемы для патч-кордов».

Разъемы выпускаются различных модификаций и разделяются по типам используемых кабелей и назначению (телефонные, компьютерные, неэкранированные, экранированные и т. п.), а также по числу контактов (4p4c, 6p4c, 6p6c, 8p8c). Первая цифра в обозначении указывает на общее число контактных мест в разъеме, вторая — на число задействованных (снабженных медной вставкой). При всем своем разнообразии коннекторы имеют единственное назначение — обеспечить надежное электрическое соединение проводников кабеля с соответствующими контактами розеток сетевых или вычислительных узлов.

2.2.4 Стяжки

Крепежные стяжки — один из наиболее быстрых, удобных и экономически выгодных способов бандажирования, крепления и маркировки.

Крепежные нейлоновые стяжкипредставляют собой цельную полоску из гибкого и прочного полиамида, наодном из концов которой расположена головка с замковым устройством.

Длина стяжек варьируется от 60 мм до 1200 мм, что позволяет проводить работы по бандажированию объектов различных диаметров.

Наибольшее распространение и популярность нейлоновые стяжкиполучили в области электротехники. Крепеж, бандажирование иструктурирование кабельных линий и проводов с использованием стяжекстали неотъемлемой частью современного электромонтажа. Отсюда не менееизвестное название — «кабельные стяжки» или «кабельные хомуты».

Ширина хомута и тип замкового устройства определяют величину максимальной нагрузки, которую он способен выдержать.

2.2.5 Гофрированные трубы

Предназначены для электромонтажных работ. Применяются для скрытой проводки, для прокладки проводов по потолкам из сгораемых и несгораемых материалов. Труба гофрированная производится из самозатухающей композиции ПВХ с зондом для протяжки кабеля и без зонда различных диаметров.

2.2.6 Кабель канал

Предназначен для скрытия и защиты кабельной сети.

Кабель-каналы состоят из основания и крышки. Вначале основание закрепляется на поверхности (приклеивается, в случае мини-канала или крепится на винтах/заклёпках/специальных крепёжных элементах), затем в него укладывается кабель (или провод), а потом вся конструкция кабель-канала закрывается крышкой. Благодаря соответствующему профилированию крышки и основания кабель-канала, они просто и надежно фиксируется между собой без использования дополнительных крепежных элементов.

2.2.7 Шкафы для телекоммуникационного оборудования

Телекоммуникационные шкафы и телекоммуникационные стойки являются неотъемлемой частью любой СКС и предназначены для размещения в них телекоммуникационного оборудования.