Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
|
[1] СОДЕРЖАНИЕ [2] ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПОСТРОЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ЛОКАЛЬНОЙ СЕТИ [2.1] Локальные и глобальные сети. Сети других типов классификации [2.2] Сравнительный анализ различных топологий сетей [2.3] Анализ источников стандартизация сетей. Структура стандарта IEEE 802.x [2.4] Исследование элементов структурированной кабельной системы (СКС) [2.5] Выбор кабеля. Основные типы кабелей и их характеристики [2.6] Выбор технологий. [2.6.1] Технология Ethernet. Методы доступа и форматы кадров технологии Ethernet [2.6.2] Высокоскоростные технологии компьютерных сетей: Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10G Ethernet [2.6.3] Локальные сети на основе разделяемой среды: технология TokenRing, технология FDDI. [2.7] Анализ спецификаций физической среды Fast Ethernet [3] СОЗДАНИЕ ПРОЕКТА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ЛОКАЛЬНОЙ СЕТИ [3.1] ЗАКЛЮЧЕНИЕ [3.2] СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ [3.3] Приложение 1 |
ВВЕДЕНИЕ
Тема моей курсовой работы: проектирование локальной вычислительной сети. Эта тема достаточно актуальна, так как она обусловлена всемирной тенденцией объединения компьютеров в сети. Компьютерная Вычислительная сеть — это совокупность компьютеров, соединенных линиями связи. Линии связи образованы кабелями, сетевыми адаптерами и другими коммуникационными устройствами. Все сетевое оборудование работает под управлением системного и прикладного программного обеспечения.
Актуальность темы определяется тем, что компьютерные сети стали логическим результатом эволюции компьютерных и телекоммуникационных технологий. С одной стороны, они являются частным случаем распределённых компьютерных систем, а с другой – могут рассматриваться как средство передачи информации на большие расстояния, для чего в них применяются методы кодирования и мультиплексирования данных, получившие развитие в различных телекоммуникационных системах.[1]
Цель: Спроектировать локальную вычислительную сеть группы компьютерных классов учебного заведения.
Объект исследования: Объектом курсовой работы является процесс проектирования локальной вычислительной сети
Предмет исследования: Поиск и обработка знаний о предмете исследования будет вестись с помощью учебных материалов, указанных в списке литературы и ресурсов сети Интернет.
Задачи работы: 1. Теоретическое обоснование построение вычислительной локальной сети;
2. Проработка предпосылок и условий для создания вычислительной сети;
3.Создание проекта вычислительной локальной сети.
По способу управления
клиент/сервер - в них выделяется один или несколько узлов (их название - серверы), выполняющих в сети управляющие или специальные обслуживающие функции, а остальные узлы (клиенты) являются терминальными, в них работают пользователи. Сети клиент/сервер различаются по характеру распределения функций между серверами, другими словами по типам серверов. При специализации серверов по определенным приложениям имеем сеть распределенных вычислений. Такие сети отличают также от централизованных систем, построенных на мэйнфреймах;
одноранговые - в них все узлы равноправны; поскольку в общем случае под клиентом понимается объект (устройство или программа), запрашивающий некоторые услуги, а под сервером - объект, предоставляющий эти услуги, то каждый узел в одноранговых сетях может выполнять функции и клиента, и сервера.
По методу доступа
Типичная среда передачи данных в ЛВС - отрезок (сегмент) коаксиального кабеля. К нему через аппаратуру окончания канала данных подключаются узлы - компьютеры и возможно общее периферийное оборудование. Поскольку среда передачи данных общая, а запросы на сетевые обмены у узлов появляются асинхронно, то возникает проблема разделения общей среды между многими узлами, другими словами, проблема обеспечения доступа к сети. 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 случайные и детерминированные методы доступа. Среди случайных методов наиболее известен метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов. [1]стр. 55
На данный момент существует множество способов объединение компьютеров. Способ описания конфигурации сети, схема расположения и соединения сетевых устройств характеризуется термином сетевая тополо́гия.
Выделим наиболее распространенные сетевые топологии:
-шинная (bus) - локальная сеть, в которой связь между любыми двумя станциями устанавливается через один общий путь и данные, передаваемые любой станцией, одновременно становятся доступными для всех других станций, подключенных к этой же среде передачи данных .
-кольцевая (ring) - узлы связаны кольцевой линией передачи данных (к каждому узлу подходят только две линии); данные, проходя по кольцу, поочередно становятся доступными всем узлам сети;
-звездная (star) - имеется центральный узел, от которого расходятся линии передачи данных к каждому из остальных узлов;
-иерархическая - каждое устройство обеспечивает непосредственное управление устройствами, находящимися ниже в иерархии.
Термин «топология», или «топология сети», характеризует физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов сети. Топология — это стандартный термин, который используется профессионалами при описании основной компоновки сети. Кроме термина «топология», для описания физической компоновки употребляют также следующие:
- физическое расположение; компоновка;
- диаграмма;
- карта.
Топология сети обуславливает ее характеристики. В частности, выбор той или иной топологии влияет:
- на состав необходимого сетевого оборудования; - характеристики сетевого оборудования;
- возможности расширения сети;
- способ управления сетью.
Чтобы совместно использовать ресурсы или выполнять другие сетевые задачи, компьютеры должны быть подключены друг к другу. Для этой цели в большинстве сетей применяется кабель.
Однако просто подключить компьютер к кабелю, соединяющему другие компьютеры, не достаточно. Различные типы кабелей в сочетании с различными сетевыми платами, сетевыми операционными системами и другими компонентами требуют и различного взаимного расположения компьютеров.
Сравнительный анализ топологий организации сетей
Сравнительный анализ проведён на основе следующих показателей:
1) Простота структурной организации. Измеряемая количеством каналов связи между узлами сети
2) Надежность. Определяется наличием узких мест, при отказе которых сеть перестает функционировать. Надежность также характеризуется наличием альтернативных путей благодаря которым при отказе отдельных каналов связь может быть установлена в обход отказавшего участка
3) Производительность сети. Определяется количеством блоков данных передаваемых по сети в единицу времени. При этом необходимо учитывать возможность снижения скорости из-за конфликтов в сети
4) Время доставки сообщений. Может измеряться не обязательно во временных единицах, а например в хопах. Хоп представляет собой прямой участок канала связи между двумя соседними узлами. Чем больше хопов необходимо пройти, тем больше время доставки
5) Стоимость топологии. Определяется как стоимостью аппаратуры, так и сложностью реализации сети
Составим таблицу сравнения различных топологий по указанным признакам. Признаки будут оцениваться значениями от 1 до 5, причем 1 – это наилучшее значение.
Таблица 1
Сравнительный анализ топологии сетей
|
Показатели |
Общая шина |
Звезда |
Кольцо |
Многосвязная |
|
Простота |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Стоимость |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Надежность |
5 |
4 |
3 |
2 |
|
Производительность |
5 |
4 |
3 |
2 |
|
Доставка (время) |
5 |
4 |
5 |
3 |
Простота структурной организации и стоимость – это два показателя, которые очень сильно зависят друг от друга. По количеству каналов связи наиболее простой топологий является общая шина, которая имеет только 1 канал связи. Достоинством этой топологии является также отсутствие каких-либо дополнительных сетевых устройств, типа маршрутизатора. Сеть строится на основе достаточно простого устройства – сетевой карты. Отсутствие сложностей при добавлении новых компьютеров, также добавляет преимущества этой топологии. Таким образом, общая шина несомненно самая простая и дешевая топология. К сравнительно дешевым можно также отнести топологи звезда и дерево, что связано с малым количеством типов связей между узлами, т.е. каждый компьютер связан напрямую с центральным узлом. Далее следует топология кольцо. В ней количество каналов связи равно количеству узлов. Полносвязная топология является наиболее сложной, и дорогой, соответственно. Это делает нецелесообразным использование такой топологии при построении больших сетей. При построении глобальных сетей наибольшее распространение получила многосвязная\ячеистая топология. Она занимает промежуточное положение по этим показателям, однако альтернативы этой топологии в глобальных сетях нет, потому что такие сети не строятся с нуля, а объединяет уже существующие сети.
Надежность. По этому показателю лидером является полносвяная топология. У нее отсутствуют узкие места и имеется максимально возможное количество альтернативных путей при выходе какого-либо звена из строя. Наименее надежные топологии: общая шина, звезда и дерево. Топология кольцо занимает промежуточное положение, также как и многосвязная.
Производительность сети. Если в качестве единицы измерения производительности использовать количество пакетов, передаваемых в сети за единицу времени, то очевидно, что производительность будет тем выше, чем больше пакетов одновременно находится в сети. С увеличением числа пакетов производительность растет и при каком-то значении наступает насыщение. Насыщение обычно связано с каким-то узлом или каналом в сети, нагрузка которого приближается к 1. Поэтому при построении такой сети стараются обеспечить равную пропускную способность для всех каналов, что обеспечивает максимальную производительность для полносвящной топологии и минимальную производительность для общей шины.
Время доставки. Необходимо анализировать при условии отсутствия узких мест в сети. В этом случае время доставки напрямую связано с числом хопов, т.е. каналов связи между соседними узлами. Время доставки в 1 хоп обеспечивает полносвязная топология. Наибольшее время доставки при большом количестве узлов в сети с топологией кольцо. Наиболее сложно оценить время доставки в топологии общая шина. Это связано с тем, что шина используется всеми узами, и если для одного узла время доставки оказывается минимальным, то другие узлы ждут своей очереди, и время доставки резко увеличивается. Кроме того в топологии общей шины на время доставки оказывает влияние оказывают коллизии, т.е. столкновения пакетов.
Представленный анализ носит качественный характер и не может использоваться для количественной оценки. Решение об использовании той или иной топологии должно приниматься на основе учета всех параметров. При этом может оказаться, что более сложная топология оказывается дешевле, чем более простая.[4]
На основе приведенного материала, было принято решение о применении топологии ”звезда” , так как она обладает наибольшей эффективностью из представленных.
В 1980 году в институте IEEE был организован комитет 802 по стандартизации локальных сетей, в результате работы которого было принято семейство стандартов IEEE 802-х, которые содержат рекомендации по проектированию нижних уровней локальных сетей. Позже результаты работы этого комитета легли в основу комплекса международных стандартов ISO 8802-1...5. Эти стандарты были созданы на основе очень распространенных фирменных стандартов сетей Ethernet, ArcNet и Token Ring.
Стандарты семейства IEEE 802.X охватывают только два нижних уровня семи-уровневой модели OSI - физический и канальный. Это связано с тем, что именно эти уровни в наибольшей степени отражают специфику локальных сетей. Старшие же уровни, начиная с сетевого, в значительной степени имеют общие черты как для локальных, так и для глобальных сетей.
Специфика локальных сетей также нашла свое отражение в разделении канального уровня на два подуровня, которые часто называют также уровнями. Канальный уровень (Data Link Layer) делится в локальных сетях на два подуровня:
логической передачи данных (Logical Link Control, LLC);
управления доступом к среде (Media Access Control, MAC).
Уровень MAC появился из-за существования в локальных сетях разделяемой среды передачи данных. Именно этот уровень обеспечивает корректное совместное использование общей среды, предоставляя ее в соответствии с определенным алгоритмом в распоряжение той или иной станции сети. После того как доступ к среде получен, ею может пользоваться более высокий уровень - уровень LLC, организующий передачу логических единиц данных, кадров информации, с различным уровнем качества транспортных услуг. В современных локальных сетях получили распространение несколько протоколов уровня MAC, реализующих различные алгоритмы доступа к разделяемой среде. Эти протоколы полностью определяют специфику таких технологий, как Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring, FDDI, l00VG-AnyLAN.
Уровень LLC отвечает за передачу кадров данных между узлами с различной степенью надежности, а также реализует функции интерфейса с прилегающим к нему сетевым уровнем. Именно через уровень LLC сетевой протокол запрашивает у канального уровня нужную ему транспортную операцию с нужным качеством. На уровне LLC существует несколько режимов работы, отличающихся наличием или отсутствием на этом уровне процедур восстановления кадров в случае их потери или искажения, то есть отличающихся качеством транспортных услуг этого уровня.
Протоколы уровней MAC и LLC взаимно независимы - каждый протокол уровня MAC может применяться с любым протоколом уровня LLC, и наоборот.
Стандарты IEEE 802 имеют достаточно четкую структуру, указанную на рисунке 1. 1.[1, стр 55].
.
Рисунок 1.1 Структура стандарта IEEE 802.x.
Сегодня комитет 802 включает следующий ряд подкомитетов, в который входят как уже упомянутые, так и некоторые другие:
802.1 - Internetworking - объединение сетей;
802.2 - Logical Link Control, LLC - управление логической передачей данных;
802.3 - Ethernet с методом доступа CSMA/CD;
802.4 - Token Bus LAN - локальные сети с методом доступа Token Bus;
802.5 - Token Ring LAN - локальные сети с методом доступа Token Ring;
802.6 - Metropolitan Area Network, MAN - сетимегаполисов;
802.7 - Broadband Technical Advisory Group - техническая консультационная группа по широкополосной передаче;
802,8 - Fiber Optic Technical Advisory Group - техническая консультационная группа по волоконно-оптическим сетям;
802.9 - Integrated Voice and data Networks - интегрированные сети передачи голоса и данных;
802.10 - Network Security - сетевая безопасность;
802.11 - Wireless Networks - беспроводные сети;
802.12 - Demand Priority Access LAN, l00VG-AnyLAN - локальные сети с методом доступа по требованию с приоритетами.
На основе выполненного анализа было принято решение использовать при проектировании ЛВС следующий подкомитет IEEE 802.3. Спецификация данного подкомитета будут рассмотрены ниже
Кабельная система является фундаментом любой сети. Как при строительстве нельзя создать хороший дом на плохо построенном фундаменте, так и сеть, отлично работающая на плохой кабельной системе, - это явление из области ненаучной фантастики. Если в кабелях ежедневно происходят короткие замыкания, контакты разъемов то отходят, то снова входят в плотное соединение, добавление новой станции приводит к необходимости тестирования десятка контактов разъемов из-за того, что документация на физические соединения не ведется, то ясно, что на основе такой кабельной системы любое, самое современное и производительное оборудование будет работать из рук вон плохо. Пользователи будут недовольны большими периодами простоев и низкой производительностью сети, а обслуживающий персонал будет в постоянной «запарке», разыскивая места коротких замыканий, обрывов и плохих контактов. Причем проблем с кабельной системой становится намного больше при увеличении размеров сети.
Ответом на высокие требования к качеству кабельной системы стали структурированные кабельные системы.
Структурированная кабельная система представляет собой набор коммуникационных элементов - кабелей, разъемов, коннекторов, кроссовых панелей и шкафов, которые удовлетворяют стандартам и позволяют создавать регулярные, легко расширяемые структуры связей.
Структурированная кабельная система состоит из трех подсистем: горизонтальной (в пределах этажа), вертикальной (между этажами ) и подсистемы кампуса (в пределах одной территории с несколькими зданиями).
Для горизонтальной подсистемы характерно наличие большого количества ответвлений и перекрестных связей. Наиболее подходящий тип кабеля - неэкранированная витая пара категории 5.
Вертикальная подсистема состоит из более протяженных отрезков кабеля, количество ответвлений намного меньше, чем в горизонтальной подсистеме. Предпочтительный тип кабеля - волоконно-оптический.
Для подсистемы кампуса характерна нерегулярная структура связей с центральным зданием. Предпочтительный тип кабеля - волоконно-оптический в специальной изоляции.
Кабельная система здания строится избыточной, так как стоимость последующего расширения кабельной системы превосходит стоимость установки избыточных элементов.[1] стр 103..
Для строительства СКС почти всегда используются коммутаторы или концентраторы. В связи с этим появляется вопрос – какое устройство использовать?
При передаче данных между компьютерами пакет содержит не только передаваемые данные, но и адрес компьютера-получателя.
Концентратор игнорирует адрес, содержащийся в пакете, и пересылает данные всем компьютерам, подключенным к нему. Пропускная способность концентратора (количество бит в секунду, которые способен передавать концентратор) делится между задействованными портами, поскольку данные передаются всем одновременно. Компьютер читает адрес, и только законный получатель принимает пакет данных (остальные компьютеры его игнорируют).
Коммутатор работает более интеллектуально — он хранит информацию о компьютерах в памяти и знает, где находится получатель. Коммутатор передает данные порту этого компьютера и обслуживает только этот порт.
Однако в данном случае речь идет о скоростях, измеряемых миллионами бит в секунду.
Следовательно, когда концентратор делит эту скорость между несколькими компьютерами, передача замедляется до сотен тысяч бит в секунду. Думаете, вы сможете заметить различия? Тогда купите коммутатор.
Это крайне упрощенное описание принципов работы концентраторов и коммутаторов, но оно дает общее представление о процессе. Также учтите, что здесь описан очень простой коммутатор, тогда как для мощных коммутаторов, используемых в крупных сетях, существуют более совершенные технологии.
Кстати говоря, в маршрутизаторах имеются встроенные коммутаторы, а не концентраторы.[10] стр 29.
На основе приведенной информации было принято решение о использовании коммутаторов (свичей) при постройке сети.
Кабели категории 1 применяются там, где требования к скорости передачи минимальны. Обычно это кабель для цифровой и аналоговой передачи голоса и низкоскоростной (до 20 Кбит/с) передачи данных. До 1983 года это был основной тип кабеля для телефонной разводки.
Кабели категории 2 были впервые применены фирмой IBM при построении собственной кабельной системы. Главное требование к кабелям этой категории - способность передавать сигналы со спектром до 1 МГц.
Кабели категории 3 были стандартизованы в 1991 году, когда был разработан Стандарт телекоммуникационных кабельных систем для коммерческих зданий (EIA-568), на основе которого затем был создан действующий стандарт EIA-568A. Стандарт EIA-568 определил электрические характеристики кабелей категории 3 для частот в диапазоне до 16 МГц, поддерживающих, таким образом, высокоскоростные сетевые приложения. Кабель категории 3 предназначен как для передачи данных, так и для передачи голоса. Шаг скрутки проводов равен примерно 3 витка на 1 фут (30,5 см). Кабели категории 3 сейчас составляют основу многих кабельных систем зданий, в которых они используются для передачи и голоса, и данных.
Кабели категории 4 представляют собой несколько улучшенный вариант кабелей категории 3. Кабели категории 4 обязаны выдерживать тесты на частоте передачи сигнала 20 МГц и обеспечивать повышенную помехоустойчивость и низкие потери сигнала. Кабели категории 4 хорошо подходят для применения в системах с увеличенными расстояниями (до 135 метров) и в сетях Token Ring с пропускной способностью 16 Мбит/с. На практике используются редко.
Кабели категории 5 были специально разработаны для поддержки высокоскоростных протоколов. Поэтому их характеристики определяются в диапазоне до 100 МГц. Большинство новых высокоскоростных стандартов ориентируются на использование витой пары 5 категории. На этом кабеле работают протоколы со скоростью передачи данных 100 Мбит/с - FDDI (с физическим стандартом TP-PMD), Fast Ethernet, l00VG-AnyLAN, а также более скоростные протоколы - АТМ на скорости 155 Мбит/с, и Gigabit Ethernet на скорости 1000 Мбит/с (вариант Gigabit Ethernet на витой паре категории 5 стал стандартом в июне 1999 г.). Кабель категории 5 пришел на замену кабелю категории 3, и сегодня все новые кабельные системы крупных зданий строятся именно на этом типе кабеля (в сочетании с волоконно-оптическим).
Наиболее важные электромагнитные характеристики кабеля категории 5 имеют следующие значения:
полное волновое сопротивление в диапазоне частот до 100 МГц равно 100 Ом (стандарт ISO 11801 допускает также кабель с волновым сопротивлением 120 Ом);
величина перекрестных наводок NEXT в зависимости от частоты сигнала должна принимать значения не менее 74 дБ на частоте 150 кГц и не менее 32 дБ на частоте 100 МГц;
затухание имеет предельные значения от 0,8 дБ (на частоте 64 кГц) до 22 дБ (на частоте 100 МГц);
активное сопротивление не должно превышать 9,4 Ом на 100 м;
емкость кабеля не должна превышать 5,6 нф на 100 м.
Все кабели UTP независимо от их категории выпускаются в 4-парном исполнении. Каждая из четырех пар кабеля имеет определенный цвет и шаг скрутки. Обычно две пары предназначены для передачи данных, а две - для передачи голоса.
Для соединения кабелей с оборудованием используются вилки и розетки RJ-45, представляющие 8-контактные разъемы, похожие на обычные телефонные разъемы. RJ-11.
Данная информация позволяет сделать вывод о том, что для построения локальной сети наиболее предпочтителен кабель UTP 5-й категории.[1] стр 139.
Рассмотрим, каким образом описанные выше общие подходы к решению наиболее важных проблем построения сетей воплощены в наиболее популярной сетевой технологии - Ethernet.
Сетевая технология - это согласованный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств (например, сетевых адаптеров, драйверов, кабелей и разъемов), достаточный для построения вычислительной сети. Эпитет «достаточный» подчеркивает то обстоятельство, что этот набор представляет собой минимальный набор средств, с помощью которых можно построить работоспособную сеть. Возможно, эту сеть можно улучшить, например, за счет выделения в ней подсетей, что сразу потребует кроме протоколов стандарта Ethernet применения протокола IP, а также специальных коммуникационных устройств - маршрутизаторов. Улучшенная сеть будет, скорее всего, более надежной и быстродействующей, но за счет надстроек над средствами технологии Ethernet, которая составила базис сети.
Термин «сетевая технология» чаще всего используется в описанном выше узком смысле, но иногда применяется и его расширенное толкование как любого набора средств и правил для построения сети, например, «технология сквозной маршрутизации», «технология создания защищенного канала», «технология IP-сетей».
Протоколы, на основе которых строится сеть определенной технологии (в узком смысле), специально разрабатывались для совместной работы, поэтому от разработчика сети не требуется дополнительных усилий по организации их взаимодействия. Иногда сетевые технологии называют базовыми технологиями, имея в виду то, что на их основе строится базис любой сети. Примерами базовых сетевых технологий могут служить наряду с Ethernet такие известные технологии локальных сетей как, Token Ring и FDDI, или же технологии территориальных сетей Х.25 и frame relay. Для получения работоспособной сети в этом случае достаточно приобрести программные и аппаратные средства, относящиеся к одной базовой технологии - сетевые адаптеры с драйверами, концентраторы, коммутаторы, кабельную систему и т. п., - и соединить их в соответствии с требованиями стандарта на данную технологию.
Стандарт Ethernet был принят в 1980 году. Число сетей, построенных на основе этой технологии, к настоящему моменту оценивается в 5 миллионов, а количество компьютеров, работающих в таких сетях, - в 50 миллионов.
Основной принцип, положенный в основу Ethernet, - случайный методдоступа к разделяемой среде передачи данных. В качестве такой среды может использоваться толстый или тонкий коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно или радиоволны (кстати, первой сетью, построенной на принципе случайного доступа к разделяемой среде, была радиосеть Aloha Гавайского университета).
В стандарте Ethernet строго зафиксирована топология электрических связей. Компьютеры подключаются к разделяемой среде в соответствии с типовой структурой «общая шина» (рис. 1.13). С помощью разделяемой во времени шины любые два компьютера могут обмениваться данными. Управление доступом к линии связи осуществляется специальными контроллерами - сетевыми адаптерами Ethernet. Каждый компьютер, а более точно, каждый сетевой адаптер, имеет уникальный адрес. Передача данных происходит со скоростью 10 Мбит/с. Эта величина является пропускной способностью сети Ethernet. Изначально сеть Ethernet выглядела так(рис. )
Рисунок 1.2
Метод доступа.
Суть случайного метода доступа состоит в следующем. Компьютер в сети Ethernet может передавать данные по сети, только если сеть свободна, то есть если никакой другой компьютер в данный момент не занимается обменом. Поэтому важной частью технологии Ethernet является процедура определения доступности среды.
После того как компьютер убедился, что сеть свободна, он начинает передачу, при этом «захватывает» среду. Время монопольного использования разделяемой среды одним узлом ограничивается временем передачи одного кадра. Кадр - это единица данных, которыми обмениваются компьютеры в сети Ethernet. Кадр имеет фиксированный формат и наряду с полем данных содержит различную служебную информацию, например адрес получателя и адрес отправителя.
Сеть Ethernet устроена так, что при попадании кадра в разделяемую среду передачи данных все сетевые адаптеры одновременно начинают принимать этот кадр. Все они анализируют адрес назначения, располагающийся в одном из начальных полей кадра, и, если этот адрес совпадает с их собственным адресом, кадр помещается во внутренний буфер сетевого адаптера. Таким образом компьютер-адресат получает предназначенные ему данные.[1] стр 55.
Формат кадров.
Существует несколько форматов Ethernet-кадра.
Первоначальный Version I (больше не применяется).
Ethernet Version 2 или Ethernet-кадр II, ещё называемый DIX (аббревиатура первых букв фирм-разработчиков DEC, Intel, Xerox) — наиболее распространена и используется по сей день. Часто используется непосредственно протоколом Интернет.
Рисунок 1. 3.Формат кадра Ethernet
Наиболее распространенный формат кадра Ethernet II
Novell — внутренняямодификация IEEE 802.3 без LLC (Logical Link Control).
Кадр IEEE 802.2 LLC.
Кадр IEEE 802.2 LLC/SNAP.
Некоторые сетевые карты Ethernet, производимые компанией Hewlett-Packard использовали при работе кадр формата IEEE 802.12, соответствующий стандарту 100VG-AnyLAN.
В качестве дополнения Ethernet-кадр может содержать тег IEEE 802.1Q для идентификации VLAN, к которой он адресован, и IEEE 802.1p для указания приоритетности.
Разные типы кадра имеют различный формат и значение MTU.
На основе данной информации для локальной сети здания, рассматриваемой в курсовой работе, была выбрана технология Ethernet.
Все отличия технологии Fast Ethernet от Ethernet сосредоточены на физическом уровне (рис. 3.20). Уровни MAC и LLC в Fast Ethernet остались абсолютно теми же, и их описывают прежние главы стандартов 802.3 и 802.2. Поэтому рассматривая технологию Fast Ethernet, мы будем изучать только несколько вариантов ее физического уровня.
Более сложная структура физического уровня технологии Fast Ethernet вызвана тем, что в ней используются три варианта кабельных систем:
волоконно-оптический многомодовый кабель, используются два волокна;
витая пара категории 5, используются две пары;
витая пара категории 3, используются четыре пары.
Коаксиальный кабель, давший миру первую сеть Ethernet, в число разрешенных сред передачи данных новой технологии Fast Ethernet не попал. Это общая тенденция многих новых технологий, поскольку на небольших расстояниях витая пара категории 5 позволяет передавать данные с той же скоростью, что и коаксиальный кабель, но сеть получается более дешевой и удобной в эксплуатации. На больших расстояниях оптическое волокно обладает гораздо более широкой полосой пропускания, чем коаксиал, а стоимость сети получается ненамного выше, особенно если учесть высокие затраты на поиск и устранение неисправностей в крупной кабельной коаксиальной системе.
Ниже на рисунке наглядно показаны отличия технологии FastEthernet и Ethernet друг от друга.
Рисунок 1. 4.
GigabitEthernet.
Основная идея разработчиков GigabitEthernet состояла в максимальном сохранении идей технологии Ethernet при достижении скорости 1000 Mb/s, сохраняя все форматы кадров Ethernet. По-прежнему существует полудплексная версия протокола, поддерживающая метод доступа CSMA/СD. Сохраняя дешевизну решения на основе разделяемой среды позволяет применять GigabitEthernet в небольших рабочих группах, имеющих быстрые серверы и рабочие станции. Поддерживаются все основные виды кабелей, используемых Ethernet в Fast Ethernet волоконно-оптический , витая пара категории 5, неэкранированная витая пара.
10-GigabitEthernet.
Новый стандарт 10-гигабитного Ethernet включает в себя семь стандартов физической среды для LAN, MAN и WAN. В настоящее время он описывается поправкой IEEE 802.3ae и должен войти в следующую ревизию стандарта IEEE 802.3.
10GBASE-CX4 — технология 10-гигабитного Ethernet для коротких расстояний (до 15 метров), используется медный кабель CX4 и коннекторы InfiniBand.
10GBASE-SR — технология 10-гигабитного Ethernet для коротких расстояний (до 26 или 82 метров, в зависимости от типа кабеля), используется многомодовое волокно. Он также поддерживает расстояния до 300 метров с использованием нового многомодового волокна (2000 МГц/км).
10GBASE-LX4 — использует уплотнение по длине волны для поддержки расстояний от 240 до 300 метров по многомодовому волокну. Также поддерживает расстояния до 10 километров при использовании одномодового волокна.
10GBASE-LR и 10GBASE-ER — эти стандарты поддерживают расстояния до 10 и 40 километров соответственно.
10GBASE-SW, 10GBASE-LW и 10GBASE-EW — эти стандарты используют физический интерфейс, совместимый по скорости и формату данных с интерфейсом OC-192 / STM-64SONET/SDH. Они подобны стандартам 10GBASE-SR, 10GBASE-LR и 10GBASE-ER соответственно, так как используют те же самые типы кабелей и расстояния передачи.
10GBASE-T, IEEE 802.3an-2006 — принят в июне 2006 года после 4 лет разработки. Использует витую пару категории 6 (максимальное расстояние 55 метров)[5] и 6а (максимальное расстояние 100 метров)[1]стр 139.
10GBASE-KR — технология 10-гигабитного Ethernet для кросс-плат (backplane/midplane) модульных коммутаторов/маршрутизаторов и серверов (Modular/Blade).
Компания Harting заявила о создании первого в мире 10-гигабитного соединителя RJ-45, не требующего инструментов для монтажа — HARTING RJ Industrial 10G[6] стр 110.
Разделяемая среда — это такой способ организации работы сети, при котором сообщение от одной рабочей станции достигает всех других при помощи одного общего канала связи.
Алгоритм доступа к разделяемой среде является одним из главных факторов, определяющих эффективность совместного использования среды конечными узлами локальной сети. Можно сказать, что алгоритм доступа формирует «облик» технологии, позволяет отличать данную технологию от других.
В технологии Ethernet применяется очень простой алгоритм доступа, позволяющий узлу сети передавать данные в те моменты времени, когда он считает, что разделяемая среда свободна. Простота алгоритма доступа определила простоту и низкую стоимость оборудования Ethernet. Негативным атрибутом алгоритма доступа технологии Ethernet являются коллизии, то есть ситуации, когда кадры, передаваемые разными станциями, сталкиваются друг с другом в общей среде. Коллизии снижают эффективность разделяемой среды и придают работе сети непредсказуемый характер.
Первоначальный вариант технологии Ethernet был рассчитан на коаксиальный кабель, который использовался всеми узлами сети в качестве общей шины. Переход на кабельные системы на витой паре и концентраторах (хабах) существенно повысил эксплуатационные характеристики сетей Ethernet.
В технологиях Token Ring и FDDI поддерживались более сложные и эффективные алгоритмы доступа к среде, основанные на передаче друг другу токена — специального кадра, разрешающего доступ. Однако чтобы выжить в конкурентной борьбе с Ethernet, этого преимущества оказалось недостаточно.
Технология Token Ring (802.5)
Сети Token Ring, так же как и сети Ethernet, характеризует разделяемая среда передачи данных, которая в данном случае состоит из отрезков кабеля, соединяющих все станции сети в кольцо. Кольцо рассматривается как общий разделяемый ресурс, и для доступа к нему требуется не случайный алгоритм, как в сетях Ethernet, а детерминированный, основанный на передаче станциям права на использование кольца в определенном порядке. Это право передается с помощью кадра специального формата, называемого маркером или токеном (token).
Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями - 4 и 16 Мбит/с. Смешение станций, работающих на различных скоростях, в одном кольце не допускается. Сети Token Ring, работающие со скоростью 16 Мбит/с, имеют некоторые усовершенствования в алгоритме доступа по сравнению со стандартом 4 Мбит/с.
Технология Token Ring является более сложной технологией, чем Ethernet. Она обладает свойствами отказоустойчивости. В сети Token Ring определены процедуры контроля работы сети, которые используют обратную связь кольцеобразной структуры - посланный кадр всегда возвращается в станцию - отправитель. В некоторых случаях обнаруженные ошибки в работе сети устраняются автоматически, например может быть восстановлен потерянный маркер. В других случаях ошибки только фиксируются, а их устранение выполняется вручную обслуживающим персоналом.
Для контроля сети одна из станций выполняет роль так называемого активного монитора. Активный монитор выбирается во время инициализации кольца как станция с максимальным значением МАС-адреса, Если активный монитор выходит из строя, процедура инициализации кольца повторяется и выбирается новый активный монитор. Чтобы сеть могла обнаружить отказ активного монитора, последний в работоспособном состоянии каждые 3 секунды генерирует специальный кадр своего присутствия. Если этот кадр не появляется в сети более 7 секунд, то остальные станции сети начинают процедуру выборов нового активного монитора.
FDDI
Технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface)- оптоволоконный интерфейс распределенных данных - это первая технология локальных сетей, в которой средой передачи данных является волоконно-оптический кабель. Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring, развивая и совершенствуя ее основные идеи. Разработчики технологии FDDI ставили перед собой в качестве наиболее приоритетных следующие цели:
повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мбит/с;
повысить отказоустойчивость сети за счет стандартных процедур восстановления ее после отказов различного рода - повреждения кабеля, некорректной работы узла, концентратора, возникновения высокого уровня помех на линии и т. п.;
максимально эффективно использовать потенциальную пропускную способность сети как для асинхронного, так и для синхронного (чувствительного к задержкам) трафиков.
Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети. Наличие двух колец - это основной способ повышения отказоустойчивости в сети FDDI, и узлы, которые хотят воспользоваться этим повышенным потенциалом надежности, должны быть подключены к обоим кольцам.
В нормальном режиме работы сети данные проходят через все узлы и все участки кабеля только первичного (Primary) кольца, этот режим назван режимом Thru - «сквозным» или «транзитным». Вторичное кольцо (Secondary) в этом режиме не используется.
В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо объединяется со вторичным (рис. 3.16), вновь образуя единое кольцо. Этот режим работы сети называется Wrap, то есть «свертывание» или «сворачивание» колец. Операция свертывания производится средствами концентраторов и/или сетевых адаптеров FDDI. Для упрощения этой процедуры данные по первичному кольцу всегда передаются в одном направлении (на диаграммах это направление изображается против часовой стрелки), а по вторичному - в обратном (изображается по часовой стрелке). Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями.[7] стр 109.
Спецификации физической среды стандарта 802.3z
В стандарте 802.3z определены следующие типы физической среды:
Многомодовый кабель
Для передачи данных по традиционному для компьютерных сетей многомодовому волоконно-оптическому кабелю стандарт определяет применение излучателей, работающих на двух длинах волн: 1300 и 850 нм. Применение светодиодов с длиной волны 850 нм объясняется тем, что они намного дешевле, чем светодиоды, работающие на волне 1300 нм, хотя при этом максимальная длина кабеля уменьшается, так как затухание многомодового оптоволокна на волне 850 м более чем в два раза выше, чем на волне 1300 нм. Однако возможность удешевления чрезвычайно важна для такой в целом дорогой технологии, как Gigabit Ethernet.
Для многомодового оптоволокна стандарт 802.3z определил спецификации l000Base-SX и l000Base-LX.
В первом случае используется длина волны 850 нм (S означает Short Wavelength, короткая волна), а во втором - 1300 нм (L - от Long Wavelength, длинная волна).
Для спецификации l000Base-SX предельная длина оптоволоконного сегмента для кабеля 62,5/125 оставляет 220 м, а для кабеля 50/125 - 500 м. Очевидно, что эти максимальные значения могут достигаться только для полнодуплексной передачи данных, так как время двойного оборота сигнала на двух отрезках 220 м равно 4400 bt, что превосходит предел 4095 bt даже без учета повторителя и сетевых адаптеров. Для полудуплексной передачи максимальные значения сегментов оптоволоконного кабеля всегда должны быть меньше 100 м. Приведенные расстояния в 220 и 500 м рассчитаны для худшего по стандарту случая полосы пропускания многомодового кабеля, находящегося в пределах от 160 до 500 МГц/км. Реальные кабели обычно обладают значительно лучшими характеристиками, находящимися между 600 и 1000 МГц/км. В этом случае можно увеличить длину кабеля до примерно 800 м.
Одномодовый кабель
Для спецификации l000Base-LX в качестве источника излучения всегда применяется полупроводниковый лазер с длиной волны 1300 нм.
Основная область применения стандарта l000Base-LX - это одномодовое оптоволокно. Максимальная длина кабеля для одномодового волокна равна 5000 м.
Спецификация l000Base-LX может работать и на многомодовом кабеле. В этом случае предельное расстояние получается небольшим - 550 м. Это связано с особенностями распространения когерентного света в широком канале многомодового кабеля. Для присоединения лазерного трансивера к многомодовому кабелю необходимо использовать специальный адаптер.[1] стр 55.
При проектировании локальной вычислительной сети классов технического учебного заведения:
Схема проекта выполнена в прорамма NetCracer 4.1
Достоинсва:
Стоимость реализации проекта:
Таблица 2
Затраты на приобретение сетевого оборудование
|
оборудование |
характеристики |
Количество |
Цена .руб. |
Всего. руб. |
|
катушка |
3ALC-1201AB8 |
4 катушек по 500м |
311 |
1244 |
|
коммутаторы |
COM-3C16471 SS 3 Baseline 2024 24*10\100TX и |
2 |
7476 |
7476 |
|
Коннекторы |
RJ-45 |
40 |
5 |
200 |
|
Сетевая карта |
COM-3CSOHO100Tx Office Connect Fast Ethernet PCI 10\100 Base-TX |
33 |
1102 |
36366 |
|
Антивирус |
Doctor Web |
32 |
1600 |
51200 |
|
ОС сервера |
Windows Server 2012 |
1 |
2850 |
2850 |
|
Операционная система |
Windows 7 |
31 |
6160 |
190960 |
|
Маршрутизатор 4-х портовый |
D-Link DIR -300/A/D1 |
1 |
1200 |
1200 |
|
Итого: |
291496 |
Конфигурация компьютеров рабочей группы:
Таблица 3
Спецификация сервера
|
Данные |
||
|
Тип компьютера |
Сервер |
Цена |
|
Материнская плата |
SUS P9X79 LE/C/SI LGA 2011, ATX, Ret |
11000руб. |
|
Процессор |
Intel Xeon E3-1270v3 oem |
22288руб. |
|
ОЗУ |
DDR3 |
1500 руб. |
|
Видеоадаптер |
Встроен в МП |
|
|
Сетевая карта |
10/100/1000Mbps PCI Adapter, 32 bit, WOL, Jumbo, Retail X2 |
2200 руб. |
|
Блок питания |
LINKWORLD LW6-600, 600Вт, 120мм, retail |
2600 руб. |
|
Жесткий диск |
Samsung 320Gb <HD321KJ>, 7200rpm 16mb cache SATA-II |
3600 руб. |
|
Корпус |
ATX AEROCOOL V3X black edition, Midi-Tower, безБП, черный |
1800руб |
|
Клавиатура |
Sven 330, <PS/2>, Silver |
600 руб. |
|
Мышь |
A4-Tech MOP-59, red Optical, Mini, USB+PS/2, Roll |
200 руб. |
|
Монитор |
Benq g2222hdl |
4200 руб. |
|
ИТОГО:49988 |
Таблица 4
Спецификация рабочей станции
|
Данные |
||
|
Тип компьютера |
Рабочая станция |
Цена |
|
Материнская плата |
FM2 AMD A75 MSI FM2-A75MA-P33 |
5600 руб. |
|
Процессор |
AMD Athlon II X2 250 |
1500 руб |
|
ОЗУ |
DDR3 |
2200 руб. |
|
Видеоадаптер |
Встроен в МП |
|
|
Сетевая карта |
10/100/1000Mbps PCI Adapter, 32 bit, WOL, Jumbo, Retail |
2200 руб. |
|
Блок питания |
LINKWORLD LW6-600, 600Вт, 120мм, retail |
2600 руб. |
|
Жесткий диск |
HDD Seagate 80Gb <ST380811AS>, 7200rpm, SATA-II, 8mb |
3600 руб. |
|
Корпус |
INWIN C602 Black/Silver Middle ATX 430W(20+4pin,12cm fan) |
1050руб |
|
Клавиатура |
Sven 330, <PS/2>, Silver |
600 руб. |
|
Мышь |
A4-Tech MOP-59, red Optical, Mini, USB+PS/2, Roll |
200 руб. |
|
Монитор |
Benq g2222hdl |
4200 руб. |
|
ИТОГО:17350руб. Всего 668050 руб. |
В ходе выполнения курсовой работы была рассмотрена важность технологии локальных сетей в современном мире, а также спроектирована локальная вычислительная сеть классов технического учебного заведения, построенная по принципу сети с выделенным сервером, с доступом в Internet и имеющей изолированный трафик классов. Стоимость оборудования и программного обеспечения для сети в общей сложности составила: 291496 рублей, а стоимость аппаратного и программного обеспечения рабочих станция составила 583628 рулей
