Проектирование ЛВС

Содержание

• Реферат
• Введение
• Глава 1. Вычислительные сети история развития, классификация, свойства
  • 1. 1. История возникновения и развития вычислительных сетей
  • 1. 2. Определение и классификация вычислительных сетей
  • 1. 3. Назначение ЛВС и ее свойства
• Глава 2. Выбор схемы и оборудования локальной сети
  • 2. 1. Постановка задачи на проектирование локальной вычислительной сети
  • 2. 2. Выбор и обоснование варианта структурной схемы
  • 2. 3. Выбор оборудования локальной вычислительной сети
  • 2. 4. Принцип работы коммутатора
• Глава 3. Экономическое обоснование создания локальной вычислительной сети
  • 3. 1. Аннотация
  • 3. 2. Описание проекта
  • 3. 3. Источник финансирования
  • 3. 4. Организация и планирование работ
  • 3. 5. Смета затрат на разработку
  • 3. 6. Выводы по разделу
• Глава 4. Экология и охрана труда
  • 4. 1. Цель и решаемые задачи
  • 4. 2. Опасные и вредные факторы при работе с ПЭВМ
  • 4. 3. Эргономические решения по организации рабочего места пользователей ПЭВМ
  • 4. 4. Обеспечение электробезопасности
  • 4. 5. Обеспечение пожаробезопасности
• Заключение
• Список использованной литературы

Информационные методы все шире внедряются во все сферы деятельности. Информатизация, конвергенция компьютерных и телекоммуникационных технологий, переход к широкомасштабному применению современных информационных систем в сфере науки и образования обеспечивают принципиально новый уровень получения и обобщения знаний, их распространения и использования.

На наиболее фундаментальном уровне, сеть это набор соединенных между собой устройств, предоставляющих возможность пользователям сохранять, обмениваться и получать доступ к необходимой информации. Наиболее популярными устройствами, соединяющимися в сеть, являются микрокомпьютеры, миникомпьютеры, мэнфреймы, терминалы, принтеры, факсы, пейджеры и различные устройства для хранения данных [4]. В ближайшем будущем множество других типов устройств станут сетевыми, включая интерактивное телевидение, видеотелефоны, системы навигации и контроля. Принципиально, сетевые устройства везде будут предоставлять возможность двухстороннего доступа к массе ресурсов в глобальной компьютерной сети.

Сегодня в мире бизнеса компьютерная сеть это больше чем набор соединенных между собой устройств. Для множества видов деятельности предприятий компьютерная сеть это ресурс, позволяющий сотрудникам собирать, анализировать, организовывать и распространять информацию, являющуюся основой их бизнеса и источником прибыльности всего предприятия. Сейчас массово используются термины интрасеть (intranet) и экстрасеть (extranet) сети предприятий, базирующихся на технологиях Интернет.

Глава 1. Вычислительные сети история развития, классификация, свойства

1.1 История возникновения и развития вычислительных сетей

В начале 70-х годов 20 го века, вследствие стремительного развития микропроцессорной техники, стали появляться первые компьютерные сети. Сетевые технологии, применяемые и сегодня для объединения компьютеров в локальные сети, были разработаны ещё в те времена для ЭВМ общего назначения или мэйнфреймов.

Созданию локальных сетей предшествовал ряд технических изобретений, в том числе описание коммутации пакетов в диссертации, вышедшей в 1961 году из-под пера сотрудника Массачусетского технологического института Леонарда Клейнрока [8].

Смысл этой технологии заключался в том, что при передаче информации на неопределенно большое расстояние в течение неопределенно большого времени через неопределенное количество промежуточных узлов блок передаваемого сообщения должен быть заключен в капсулу, содержащую все необходимые сведения о сообщении, чтобы любой промежуточный узел мог определить его дальнейшее направление, а приемный узел принять и проверить целостность.

В 1963 г. в США был создан Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE) ставший впоследствии главным разработчиком массовых стандартов в области ЛВС. Тогда же защитил диссертацию Леонард Клейнрок, ставший впоследствии создателем Интернета и его главным теоретиком.

Первую в мире ЛВС создал в 1967 г. Дональд Дэвис в Национальной физической лаборатории Великобритании. К началу 70-х сеть работала с пиковой скоростью 0,25 Мбит/с, обслуживая около 200 пользователей.

В США в 1968 г. в Лаборатории Белла исследователь В. Чу (W. W. Chu) вводит термин «Asynchronous Time Division Multiplexing» так зарождается технология ATM. В том же году Министерство обороны США одобрило черновой вариант стандарта MIL-STD-1553 это был первый в мире стандарт на ЛВС. А в Швеции Олаф Содерблюм из IBM разработал сеть Token Ring.

В 1969-м исследования, финансировавшиеся IPTO, директором которого в это время был Роберт Тейлор, привели к тому, что в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе Леонард Клейнрок создал ARPANET первый узел будущего Интернета. Спустя год, в 1970-м, на Гавайских островах Норман Абрамсон создал сеть ALOHA прообраз будущих и Ethernet, и IEEE 802.11. Это была первая в мире пакетная радиосеть, использовавшая удивительно простой метод доступа к среде передачи: пакеты передавались в эфир, когда в этом возникала необходимость. Если через какое-то время возвращалось посланное таким же простым методом подтверждение получения, то сообщение считалось доставленным. Если подтверждение не приходило, следовала повторная попытка передачи.

Первая ЛВС Ethernet, созданная Бобом Меткалфом и Дэвидом Боггсом в исследовательском центре PARC фирмы Xerox, работала со скоростью 2,944 Мбит/с и соединяла друг с другом два компьютера. Эти компьютеры имели собственные имена «Майкельсон» и «Морли» по имени двух ученых (Michelson и Morley) XIX века, доказавших, что «эфира» (ether) не существует.

Позже Меткалф сформулировал так называемый закон Меткалфа, служивший верой и правдой, когда надо было обосновать необходимость создания ЛВС: стоимость ЛВС с ростом числа узлов растет линейно, а ценность пропорционально квадрату числа узлов.

Первая ЛВС в СССР появилась в ФИАН им. П. Н. Лебедева (Москва) в 1975 году; она еще очень несовершенна, но в ней впервые в мире применен «двунаправленный усилитель формирователь»; потом такое устройство будут называть hub (концентратор).

В 1977 г. в японские ученые М. Токоро (Mario Tokoro в последующем вице-президент компании Sony) и К. Тамару (Kiichirou Tamaru) разработали способ использования Ethernet в радиоканале (Acknowledging Ethernet). В процессе передачи по радиоканалу невозможно осуществить прием информации, а значит, невозможно и установить, имела ли место коллизия. Авторы предложили по окончании приема информационного блока сообщения посылать в ответ небольшой пакет подтверждения. Осутствие такого подтверждения и должно было говорить о коллизии. Эта работа стала первой ступенькой к современным радио ЛВС IEEE 802.11 и IEEE 802.15.

Ровно через год Международная организация стандартизации разработала семиуровневую модель открытой сетевой архитектуры, ставшую своеобразным «переводчиком» для разнородных сетевых разработок: стало ясно, как они соотносятся друг с другом. В том же 1978 г. появился первый вариант стандарта ARINC-429, до настоящего времени исправно служащий в авиации. Топология ЛВС в соответствии с этим стандартом была очень проста: практически точка точка, поскольку на витой паре шины лишь одно устройство имело право передавать, остальные (а их могло быть несколько) должны были только слушать. Если требовался двунаправленный обмен, прокладывали второй канал ЛВС. Столь же просто осуществлялось и кодирование сигналов: положительный импульс означал передачу единицы, отрицательный нуля.

В 1979 г. в США три фирмы Xerox, DEC и Intel объединили свои усилия, чтобы стандартизовать Ethernet.

Американский национальный институт стандартов также в 1979 г. сформировал целевую группу X3T9.5 с задачей разработки высококачественного канала обмена данными, названного Local Distributed Data Interface (LDDI), в результате был создан FDDI.

В сентябре 1979 г. была опубликована работа, посвященная приоритетно-кодовым методам доступа к шине ЛВС, явившая собой одну из первых попыток радикального избавления от коллизий в Ethernet.

Далее технологии локальных сетей, ориентированных на передачу данных, развивались по линии увеличения полосы пропускания, необходимой для передачи сначала текстовой, потом графической, а сейчас и мультимедиа информации, просто семимильными шагми: март 1981 года фирма 3Сom представляет Ethernet-трансивер;

сентябрь 1982 года создан первый сетевой адаптер для персонального компьютера;

1983 год появилась спецификация IEEE 802.3, определена шинная топология сети 10Base 5 (толстый Ethernet) и 10Base 2 (тонкий Ethernet). Скорость передачи 10 Мбит/с. Установлено предельное расстояние между точками одного сегмента 2,5 км;

1985 год выпущена вторая версия спецификации IEEE 802.3 (Ethernet II), в которой небольшие изменения были внесены в структуру заголовка пакета. Сформирована жесткая идентификация Ethernet-устройств (МАС-адреса). Был создан

список адресов, в котором любой производитель может зарегистрировать уникальный диапазон;

сентябрь 1990 года IEEE утверждает технологию 10Вase-T (витая пара) с физической топологией «звезда» и концентраторами (hub). Логическая топология CSMA/CD не изменилась. В основу стандарта легли разработки SynOptics Communications под общим названием LattisNet;

1990 год фирма Kalpana (впоследствии она была быстро куплена вместе с разработанным коммутатором CPW16 будущим гигантом Cisco) предлагает технологию коммутации, основанную на отказе от использования разделяемых линий связи между всеми узлами сегмента;

1992 год начало применения коммутаторов (swich). Используя адресную информацию, содержащуюся в пакете (МАС-адрес), коммутатор организует независимые виртуальные каналы между парами узлов. Коммутация фактически незаметно для пользователя преобразует недетерминированную модель Ethernet (с конкурентной борьбой за полосу пропускания) в систему с адресной передачей данных;

1993 год спецификация IEEE 802.3x, появляется полный дуплекс и контроль соединения для 10Вase-T, спецификация IEEE 802.1p добавляет групповую адресацию и 8-уровневую систему приоритетов. Предложен Fast Ethernet;

в июне 1995 года введен Fast Ethernet, стандарт IEEE 802.3u (100Base-T).

В результате скорость передачи данных в локальных сетях возросла с 2 мбит/с до 100−1000 мбит/с. Однако, вследствие изначальной ориентации этой технологии на локальную передачу данных, она имеет ряд неустранимых недостатков для передачи трафика мультимедиа, который требует постоянной временной задержки, и для создания крупных сетей передачи данных, вследствие заложенных в технологию ограничений на расстояния. Для устранения этих недостатков был разработан целый ряд устройств — маршрутизаторов, коммутаторов, маршрутизирующих коммутаторов и даже коммутаторов с интеграцией служб, позволяющих назначить приоритезацию трафика, а значит и более-менее обеспечить постоянную временную задержку для данных мультимедиа.

Таки образом, локальные сети известны человечеству всего каких-то полвека, но за это время они прошли в своем развитии путь от применения в специализированных, глубоко научных организациях до каждого дома, сделавшись для нас очень привычными и необходимыми.

Следующи шагом в их развитие стало освобождение от многочисленных проводов и кабелей, то есть переход на беспроводную основу, а также дальнейшее увеличения их пропускной способности.

1.2 Определение и классификация вычислительных сетей

Компьютерная сеть (Network) группа компьютеров и/или других устройств, каким-либо способом соединенных для обмена информацией и совместного использования ресурсов [11].

Возможно множество различных способов классификации компьютерных сетей. Рассмотрим основные из них.

В зависимости от расстояния между связываемыми узлами сети можно разделить на три основных класса: локальные, региональные и глобальные (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 Классификация вычислительных сетей по расстоянию между узлами

Глобальная сеть сеть, объединяющая компьютеры разных городов, регионов и государств. Взаимодействие между абонентами такой сети может осуществляться на базе телефонных линий связи, радиосвязи и систем спутниковой связи. Глобальные вычислительные сети разрешат решить проблему объединения информационных ресурсов всего человечества и организации доступа к этих ресурсов.

Региональная сеть сеть, соединяющая множество локальных сетей в рамках одного района, города или региона. Обычно расстояние между абонентами региональной вычислительной сети составляет десятки — сотни километров.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) небольшая группа компьютеров, связанных друг с другом и расположенных обычно в пределах одного здания или организации.

Локальные вычислительные сети могут входить в качестве компонентов в состав региональной сети; региональные сети объединяться в составе глобальной сети; наконец, глобальные сети могут образовывать еще более крупные структуры (рисунок 1.2). Самым большим объединением компьютерных сетей в масштабах планеты Земля на сегодня является «сеть сетей» Интернет.

Рисунок 1.2 Интеграция сетей

Классификация локальных сетей осуществляется по следующим признакам [14]:

1. Используемая среда передачи данных

2. Используемый стандарт

3. Способ соподчиненности компьютеров

Рассмотрим более подробно классификацию локальных сетей по каждому признаку.

По типу физической среды ередачи данных локальные сети подразделяются на два больших класса [15]: проводные, в которых в качестве среды могут быть использованы такие виды кабеля, как витая пара, коаксиальный и оптоволоконный кабель, и беспроводные, где в качестве канала передачи данных используются электромагнитные волны инфракрасного или радиоканала, причем в последнем случае используют различные диапазоны.

Наиболее распространены пока проводные ЛВС, поэтому их классификацию рассмотрим более подробно.

За время, прошедшее с появления первых локальных сетей, было разработано несколько сотен самых разных сетевых технологий, однако заметное распространение получили всего несколько сетей, что связано прежде всего с поддержкой этих сетей известными фирмами и с высоким уровнем стандартизации принципов их организации. Далеко не всегда стандартные сети имеют рекордные характеристики, обеспечивают наиболее оптимальные режимы обмена, но большие объемы выпуска их аппаратуры и, следовательно, ее невысокая стоимость обеспечивают им огромные преимущества. Немаловажно и то, что производители программных средств также в первую очередь ориентируются на самые распространенные сети

Ниже будут кратко описаны основные стандарты современных локальных сетей.

Наибольшее распространение среди стандартных сетей получила сеть Ethernet.

Сеть Ethernet сейчас наиболее популярна в мире и этому в немалой степени способствовало то, что с самого начала все характеристики, параметры, протоколы сети были открыты для всех, в результате чего огромное число производителей во всем мире стали выпускать аппаратуру Ethernet, полностью совместимую между собой.

В классической сети Ethernet применяется 50-омный коаксиальный кабель двух видов (толстый и тонкий), а также витые пары. Определен также стандарт для применения в сети оптоволоконного кабеля. В стандарты были внесены соответствующие добавления. В 1995 году появился стандарт на более быструю версию Ethernet, работающую на скорости 100 Мбит/с (так называемый Fast Ethernet, стандарт IEEE 802.3u), использующую в качестве среды передачи витую пару или оптоволоконный кабель. Появилась и версия на скорость 1000 Мбит/с (Gigabit Ethernet, стандарт IEEE 802.3z).

Для сети Ethernet, работающей на скорости 10 Мбит/с, стандарт определяет четыре основных типа среды передачи информации [3]:

10BASE5 (толстый коаксиальный кабель);

10 BASE2 (тонкий коаксиальный кабель);

10BASE-T (витая пара);

10BASE-FL (оптоволоконный кабель).

Точно так же для сети Ethernet, работающей на скорости 100 Мбит/с (Fast Ethernet) стандарт определяет три типа среды передачи:

100BASE-T4 (счетверенная витая пара);

100BASE-TX (сдвоенная витая пара);

100BASE-FX (оптоволоконный кабель).